芳綸纖維復合材料.

1、芳綸纖維復合材料芳綸是由紡成的纖維。凡聚合物大分子的主鏈由芳香環(huán)和酰胺鍵構成，且其中至少有85%的酰胺基直接鍵合在芳香環(huán)上，每個重復單元的酰胺基中的氮原子和羰基直接與芳香環(huán)中的碳原子相連接并置換其中一個氫原子的聚合物，稱為芳香族聚酰胺樹脂。國外稱為芳酰胺纖維,我國定名為芳綸實用于高性能復合材料的芳綸纖維的主要品種美國杜邦公司生產：聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維聚對苯甲酰胺(PBA)纖維日本帝人公司生產：對位芳酰胺共聚纖維（Technora）俄羅斯生產：聚對芳酰胺苯并咪唑纖維(CBM)APMOC纖維杜邦公司PPTA纖維的主要牌號 在復合材料中應用最普遍的是PPTA纖維，Du pont公司P

2、PTA纖維的主要牌號有：第一代（RI型）：Kevlar-29、Kevlar-49第二代(Hx系列）：Ha（高粘接型）、Ht（Kevlar-129、高強型）、He（Kevlar-100、原液著色型）、Hp（Kevlar-68、高性能中模型）、Hm（Kevlar-149、高模型）、He（Kevlar-119、高伸長型）。我國于20世紀70年代跟蹤研制，于80年代初期試生產出聚對苯甲酰胺（PBA）纖維，定名為芳綸（芳綸14） ；又于80年代中期試生產出PPTA纖維，定名為芳綸（芳綸1414），可批量生產。我國芳綸纖維的主要牌號 （1）聚對苯甲酰胺（PBA）纖維原料：對氨基甲苯甲酰氯鹽或亞硫酸胺苯甲酰

3、氯PBA纖維工藝過程：在有機極性溶劑中，經低溫縮聚得到PBA樹脂。溶液紡絲（或制成粉末，再在溶劑中配成向列型液晶再紡絲）。雖然芳綸比芳綸的拉伸強度低約20%，但拉伸模量卻高出50%以上，相當于Kevlar-49的水平。芳綸的起始分解溫度（474）比Kevlar-49的（520）低，但分解終點溫度相近。芳綸在高溫下的強度保持率和熱老化性能優(yōu)于Kevlar-49。（2）PPTA的結構PPTA化學結構的特點是： 由苯環(huán)和酰胺基按一定規(guī)律有序排列構成。酰胺基的位置接在苯環(huán)的對位上。在芳綸中，分子內的骨架原子通過強共價鍵結合；高聚物分子間是酰胺基，由于酰胺基是極性基團，其上的氫能夠與另一個鏈段上酰胺基團

4、中可供電子的羰基（-CO-)結合成氫鍵，構成梯形聚合物，這種聚合物具有良好的規(guī)整性，因此具有高度的結晶性。芳綸沿分子鏈方向（平行于纖維軸向）為強共價鍵；垂直于纖維軸向的分子間以氫鍵相連，因而纖維顯現各向異性（在軸向，和E高；在橫向，和E均較低）。苯環(huán)呈大共軛鍵（鍵），它難于旋轉，所以，大分子鏈具有線性剛性伸直鏈（棒狀）構型，從而賦予Kevlar纖維高強度、高模量和耐熱性。芳綸與芳綸力學性能的比較 纖維名稱 密度 拉伸強度 初始模量 延伸率 (g/cm3) (cN/dt) (cN/dt) ( %) 芳綸 原絲 1.42 8.810.1 340400 5.56.5 熱絲處理 1.46 16.017

5、.7 9031062 1.52.0芳綸 原絲 1.44 19.521.2 354400 3.55.5 熱絲處理 1.45 19.521.2 624703 2.53.5（3）芳綸的性能物理性能密度小，為1.44g/cm3比強度高（高于碳纖維和硼纖維）比模量雖然較高，但低于碳纖維和硼纖維；韌性好、抗沖擊性好、加工性好；壓縮強度不高（為拉伸強度的1/5）；剪切強度不高（為拉伸強度的1/17）； Kevlar-149的彈性模量高于Kevlar-49； Kevlar-149的高溫強度保留率最高。熱穩(wěn)定、耐火、不溶、自熄性材料。真空中長期使用溫度為160，-60也不脆； Tg =（250400）；熱膨脹系

6、數低（300以下，縱向為負值）；具有良好的耐化學介質性（但不耐強酸、強堿）；耐疲勞、耐磨、電氣絕緣、透電磁波。對紫外線敏感。芳綸的化學性能芳綸的不足耐光性差，暴露于可見光和紫外線時會產生光致降解（即力學性能下降和褪色）。用高吸收率材料對Kevlar纖維增強聚合物基復合材料作表面涂層，可以減緩其光致降解；溶解性差；抗壓強度低；吸濕性強，吸濕后纖維性能變化大，因此應密封保存，在制備復合材料前應增加烘干工序。芳綸的缺陷沿縱向排列的雜質Na2SO4；孔洞；表皮軸向裂紋（長2024nm、寬611nm）。 碳纖維(a)、芳綸纖維(b)和玻璃纖維(c)的斷口比較(a)(b)(c)（4）芳綸復合材料的應用 芳

7、綸復合材料被譽為全球材料皇冠上的鉆石，位列三大高性能材料之一。其產業(yè)化進程對我國國防建設、主導型工業(yè)項目（如大型飛機、高速列車、造船、電力、電子信息、建材等）具有至關重要的影響。在軍工領域、芳綸復合材料大量應用于飛機、艦船、潛艇、坦克、導彈、雷達的高性能結構件和特種電子設備。在民用領域，主要用于航天、航空、高速列車及汽車的高性能結構件、軌道交通、核電、水電和電網工程中大型電機、變壓器高端絕緣材料，建筑用高性能隔熱阻燃材料，高端電路板和印刷、醫(yī)用材料等。應用于戰(zhàn)略導彈： 20世紀70年代初期，用纏繞法制造了Kevlar-49增強環(huán)氧樹脂復合材料如下結構件： 美國核潛艇“三叉戟”C4潛地導彈的固體

8、火箭發(fā)動機殼體；美國戰(zhàn)略型號MX陸基機動洲際導彈的三級發(fā)動機和新型潛地“三叉戟”D5導彈的第三級發(fā)動機；前蘇聯SS-24、SS-25鐵路和公路機動洲際導彈各級固體發(fā)動機；法國的M4導彈的402K的殼體。應用于戰(zhàn)術導彈：采用芳綸/環(huán)氧復合材料制作“潘興”的航天頂級發(fā)動機、衛(wèi)星變軌固體發(fā)動機的殼體。應用于耐熱隔熱功能材料：芳綸短切纖維或漿粕增強的三元乙丙(EPDM)橡膠基復合材料的軟片或帶材用于最新的各種發(fā)動機的內絕熱層。芳綸在軍事工業(yè)中的應用芳綸應用于防彈制品硬質防彈裝甲板 芳綸復合材料板、芳綸與金屬復合裝甲板、芳綸與陶瓷復合裝甲板廣泛用于防彈裝甲車、防彈運鈔車、直升飛機防彈板、戰(zhàn)艦裝甲防護板和

9、防彈頭盔。軟質防彈背心 第一代防彈芳綸是Kevlar-29和Twaron-1000；第二代防彈芳綸是Kevlar-129和Twaron CT-2000;最新的軟質防彈背心材料是Gold Flex,這是一種由高檔防彈芳綸的無緯布與高性能聚乙烯薄膜制成的柔性片組合而成的，比超高分子量聚乙烯纖維的防彈性能和耐熱性更佳。用于先進發(fā)電機的發(fā)動機艙、中央發(fā)動機整流罩、機翼與機身整流罩掛架整流罩、機翼前緣、襟翼、方向舵和升降舵后緣、安定面翼尖、貨艙襯壁、天花板、應急出口門和窗、發(fā)動機調節(jié)系統(tǒng)管道等。用于直升飛機上的機身外蒙皮、旋翼、螺旋漿和雷達天線罩等。 ARALL超混復合層板 以芳綸環(huán)氧無緯布與薄鋁板交疊

10、鋪層、再熱壓制成的聚合物-金屬復合材料，稱為超混雜復合材料。是具有許多超混雜優(yōu)異性能（比強度高、比模量高、疲勞壽命是鋁的1001000倍，阻尼和耐噪聲性能較鋁好，加工性能較芳綸/環(huán)氧好）的新型結構材料。荷蘭和美國的多家飛機公司利用ARALL制造機翼下蒙皮和機身段蒙皮以及機艙門。游艇、賽艇、帆船、小型漁船、救生艇、充氣船、巡邏艇的艇殼材料；戰(zhàn)艦及航空母艦的防護裝甲以及建造聲納導流罩等。芳綸應用于汽車工業(yè)用作橡膠輪胎的簾子線。它的橡膠基和樹脂基復合材料用作高壓軟管、排氣管、摩擦材料和剎車片、三角皮帶、同步齒輪的傳送帶、大型運輸車和冷藏車的車廂。用芳綸/環(huán)氧或碳/環(huán)氧外全纏熱塑性塑料內料制作全復合材

11、料的天然氣氣瓶。它能清潔能源，安全可靠，比鋼瓶減重一半以上。國外研制將它用于電動汽車和電、氣混用汽車的貯能飛輪。芳綸應用于傳送帶芳綸纖維增強橡膠基復合材料的運輸傳送帶已大量應用于煤礦、采石廠、港口。利用芳綸耐熱性好的特點，還可用于熱玻璃器皿坯料（如玻璃顯像管）的生產線傳輸和食品烘干線的傳送帶。芳綸在纜繩方面的應用航空航天的降落傘繩光纖通訊電纜的加強件和復合材料芯桿芳綸應用于特種防護服裝對位芳綸和間位芳綸或芳砜綸混紡織物可用于防火和消防工作服；芳綸布用于森林伐木工作服、賽車服、運動服和手套、襪子等。芳綸在體育運動器材方面的應用弓箭、弓弦、羽毛球拍；與其他纖維混雜的復合材料制作高爾夫球棍、滑雪板、

12、雪橇、自行車架和輪轂等。集成電路和低膨脹系數的印刷電路板揚聲器的嗽叭盒芳綸在電子設備方面的應用芳綸在基礎設施和建材方面的應用芳綸短切纖維用環(huán)氧系列的粘合劑緩慢地固化后，放入攬拌機中與水泥混合，然后在擠出成型機中制成一定厚度的預制件；用芳綸連續(xù)纖維作為加強筋，加入混凝土或上述短纖維增強的混凝土中代替鋼筋；將連續(xù)纖維編織物增強環(huán)氧的網狀固化物鋪入混凝土內進行加強。芳綸增強混凝土用于橋梁、橋墩、高樓壁板及大型建筑物及它們的修復、海洋工程結構、化工廠設施等。具有強度高、質量輕、耐腐蝕和壽命長的優(yōu)點。外粘芳綸纖維布補強加固混凝土結構外粘芳綸纖維布首先應用于鋼筋混凝土橋的抗彎補強和約束鋼筋混凝土柱中，此后

13、外粘芳綸布補強加固技術迅速擴展到砌件結構，木結構乃至金屬結構。1 抗彎補強 當混凝土結構構件不能提供足夠的抗彎強度和使用性能時，必須進行加固，此時可選用外粘芳綸纖維布進行補強加固。在梁、柱、板的受拉面粘貼芳綸纖維布，同時使芳綸纖維絲方向與主拉應力方向平行，可明顯提高梁、柱、板的受彎承載力并且同時使梁、柱、板裂縫開展受到約束，從而提高構件的抗彎剛度，降低撓度2 抗剪補強 在梁、柱的剪壓區(qū)段內橫向包裹芳綸纖維布可抑制斜裂縫出現或開展，明顯提高構件的抗剪強度，提高梁、柱的剛度、延性和抗震耗能能力。芳綸纖維布加固后的試件最大承載力均發(fā)生在芳綸纖維布剝離后、拉斷前，在此過程中，芳綸纖維布承擔的剪力不斷增

14、大，使總剪力仍然保持在較高的水平改善了構件變形能力。芳綸纖維布加固量越大，試件延性越好。采用芳綸纖維布加固混凝土柱，可防止斜裂縫出現或限制斜裂縫開展，顯著提高柱的受剪承載力，實現強剪弱彎的抗震要求，同時芳綸纖維布對提高高軸壓比試件延性的作用更加明顯。包裹方式分為間隔包裹、連續(xù)包裹，封閉包裹、非封閉包裹，采用夾具錨固包裹和非夾具錨固包裹等。芳綸纖維在地下工程中的應用 芳綸纖維布維修加固地下工程結構與其它傳統(tǒng)方相比有以下優(yōu)點: (1)采用芳綸纖維對混凝土襯砌進行維修加固不需要占用隧道凈空。 (2)采用芳綸纖維對混凝土襯砌進行維修加固，其施工工藝非常簡單，可以最大限度的利用空間，不需要大型的機械設備

15、，不需要大量的人工和現場技術人員。 (3)采用芳綸纖維對混凝土襯砌進行維修加固相對于其它的方法大大的縮短了施工工期。同時不需要專門的養(yǎng)護措施。(4)芳綸纖維布在浸透了樹脂以后成為完全不透水的防水材料，可以在對襯砌進行加固的同時起到防水、防滲漏的作用。 (5)芳綸纖維物理、化學性能穩(wěn)定，具有很好的耐腐蝕性，不需要特別的防腐處理，容易維修管理。同時它還能保護混凝土不受有害氣體對的腐蝕。 (6)芳綸纖維具有優(yōu)良的絕緣性，特別適用于隧道、地鐵等電路和通信設備較多的場所。它能有效的防止雜散電流對結構的腐蝕。(這也是其它FRP材料所不具備的)芳綸纖維的發(fā)展1芳綸纖維BMC BMC，即塊狀模塑料，一種短纖維增強熱固性樹脂混料，通常采用玻璃纖維，應用已經相當廣