第二章3凱夫拉纖維課件

第二章3凱夫拉纖維授課教師：劉君妹一、凱夫拉纖維的發(fā)展也稱Kevlar或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維1）1960年，美國杜邦研制出Nomex——聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸1313，耐熱纖維2）1965年，杜邦研制出Kevlar——聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，即芳綸1414，高強高模量纖維3）1974年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族聚酰胺命名為Aramid。一、凱夫拉纖維的發(fā)展聚對苯二甲酰對苯二胺商業(yè)名稱：美國Kevlar、日本帝人Technora、荷蘭阿克蘇Twaron、中國芳綸1414

聚間苯二甲酰間苯二胺美國Nomex、日本帝人Conex、荷蘭阿克蘇Twaron

中國芳綸1313一、凱夫拉纖維的發(fā)展凱夫拉(Kevlar)纖維國內(nèi)發(fā)展起步階段：技術(shù)水平、產(chǎn)品檔次及生產(chǎn)能力都與國外發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距。產(chǎn)品種類：輪胎簾子線光纜補強件艱難的原因生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破大部分原料需要進口Kevlar纖維或產(chǎn)品Kevlar纖維或產(chǎn)品Kevlar纖維或產(chǎn)品Kevlar纖維或產(chǎn)品Kevlar纖維或產(chǎn)品二、Kevlar纖維的制造芳香族聚酰胺是由酰胺鍵與兩個芳環(huán)連接而成的線性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的首稱聚對苯二甲酰對苯二胺(Poly—p—phenylene

terephthalamide)，簡稱PPTA。芳綸根據(jù)纖維大分子鏈節(jié)中酰胺鍵與亞胺鍵的位置，有不同的名稱，例如Kevlar29、Kevlar49等。二、Kevlar纖維的制造1.聚合物的準(zhǔn)備：簡稱PPTA

(固態(tài))二、Kevlar纖維的制造高聚物溶液的特性：1）高聚物溶液不溶于一般的溶劑，僅溶于強酸，如硫酸、氯酸、硝酸等。一般用硫酸2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特點。體積分?jǐn)?shù)<12%，溶液呈各向同性；體積分?jǐn)?shù)>20%,高取向的液晶,各向異性3）聚合物體積分?jǐn)?shù)18-22%，溫度90℃處于可紡性良好的低粘度區(qū)高聚物溶液的特點二、Kevlar纖維的制造

2.紡絲：采用干噴—濕法紡絲工藝二、Kevlar纖維的制造工藝過程：各向異性的PPTA溶液通過噴絲孔抽伸時，靠近細(xì)孔壁時產(chǎn)生剪切，當(dāng)成形絲凝結(jié)時，將保持高取向分子結(jié)構(gòu)，形成較高的潔凈度和較高的取向結(jié)構(gòu)。二、Kevlar纖維的制造凝固浴的溫度為0℃-5℃中間空氣層間隙可使高溫紡絲噴絲頭和低溫凝固浴保持溫差，同時在空氣層中進行適宜的噴頭拉伸，增加取向度紡絲速度可達(dá)2000m/min三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品1）Kevlar長絲紗美國杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、100、119、129、149荷蘭阿克蘇：Twaron1000、1010、1111、1055、1056日本帝人：Technora200、210、240三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品Kevlar-簾子線、kevlar29-各種用途的紗、49-高模量紗、68-中模量紗、100-各種色紗、119-高伸長紗、129-高強度紗、149-超高模量紗Twaron1000-標(biāo)準(zhǔn)模量、1010-標(biāo)準(zhǔn)模量、1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量Technora200-高強（增強基）、210-高強（繩索）、240-高強（機織、針織物）三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品2.Kevlar色纖維4種基本顏色：灰綠色、品藍(lán)、黑色、黃色品種：長絲和短纖維用途：制作防護服，如消防服、運動員手套等性能：與Kevlar29類似三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品3.Kevlar短纖維：類型：卷曲和無卷曲，長度6.35-63.5mm用途：增強材料、替代石棉作離合器襯片、縫紉線4.Kevlar織物：長絲可織成機織物織物密度：輕薄、中厚織物組織：平紋、緞紋、方平用途：復(fù)合材料、裝甲車、防彈服等三、Kevlar纖維及其產(chǎn)品5.芳綸的漿粕化：近十多年來開發(fā)的對位芳綸差別化產(chǎn)品，是高分散性的原纖化芳綸產(chǎn)品制造：長絲切斷，在水中分散進行機械叩解和研磨，纖維被撕裂而原纖化用途：石棉的替代品四、凱夫拉纖維的性能纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少,取向度、結(jié)晶度高，分子鏈幾乎處于完全伸直狀態(tài)，這種結(jié)構(gòu)使纖維表現(xiàn)出良好的強度、模量及熱穩(wěn)定性。纖維密度小，只有鋼絲的1／5?？赡?40℃高溫。拉伸強度高，耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨脹系數(shù)小。是一種性能優(yōu)異的纖維。四、凱夫拉纖維的性能1.物理性能：(1)有光，黃色，Kevlar49為深黃色(2)線密度：大部分13.7tex，直徑0.012mm(3)密度：大部分1.43-1.44g/cm3

錦綸1.14，聚酯1.38，碳纖維1.8

玻璃纖維2.25，鋼絲7.8四、凱夫拉纖維的性能2.機械性能：1）強伸性能：比強度、比模量高,對溫度不敏感單絲強度：22.9-26.5cN/dtex捻系數(shù)對強度的影響：開始隨捻度增加，強度增加，并達(dá)到以最高值后，隨后下降。最佳捻系數(shù)1.1。自由長度：指纖維由于自身重量而斷裂的長度，它等于強度/密度。是鋼絲空氣中的7倍，海水中的26倍捻系數(shù)與拉伸強度的關(guān)系溫度與拉伸強度的關(guān)系凱夫拉纖維與鋼絲自由長度的關(guān)系鋼絲鋼絲610457305150

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空氣中海水中凱夫拉49凱夫拉49幾種工業(yè)長絲紗性能比較項目Kevlar49錦綸728聚酯68玻璃纖維E-HTS不銹鋼斷裂強度cN/dtex19.28.68.19.52.2模量cN/dtex861.948.4100.0270.4254.4斷裂伸長%2.518.314.53.52.0密度g/cm31.441.141.382.557.86幾種纖維主要性能的比較項目單位Kevlar29Kevlar49CarbonE－Glass密度抗張強度彈性模量斷裂伸長g/cm3

MPaGPa%1.442.76623.81.452.761312.41.803.652351.32.541.52694.0fibermodulus(Gpa)fiberstrain(%)1234124E-glass(350ksi)Aramid(500ksi)

Carbon(600ksi)fibermodulus(Gpa)fiberstrain(%)1234124E-glass(350ksi)Aramid(500ksi)

Carbon(600ksi)四、凱夫拉纖維的性能2）壓縮性能：徑向和軸向具有較低的壓縮性能，是由它的高結(jié)晶度和高取向度決定3）剪切性能：較低，因為它具有各向異性拉伸強度/壓縮強度/剪切強度/=5/17，拉伸模量/切變模量=704）耐磨性能：較低，纖維之間或纖維與金屬表面摩擦，纖維易原纖化5）疲勞性能：品種不同，耐疲勞性有區(qū)別Kevlar49拉伸、壓縮和剪切性能拉伸壓縮剪切斷裂強度cN/dtex斷裂應(yīng)變或屈服應(yīng)變%模量cN/dtex24.12.50898.64.60.50896.61.210.012.4各種纖維的扭轉(zhuǎn)切變模量纖維切變模量GPa拉伸模量/切變模量纖維切變模量GPa拉伸模量/切變模量玻纖鋼錦綸丙綸聚酯0.33-0.480.750.852.02.85.8粘膠羊毛腈綸Kevlar490.84-1.21.301.0-1.61.808.23.270.0Kevlar纖維疲勞性能四、凱夫拉纖維的性能3.熱性能具有良好的散熱和絕熱性能在相同重量下，Kevlar纖維比玻璃纖維和石棉織物具有較好的熱絕緣性具有極好的熱穩(wěn)定性，500℃以上降解抗燃性能好，不產(chǎn)生后燃燒，不幫助燃燒，427℃炭化尺寸穩(wěn)定性好，具有非常低的熱收縮四、凱夫拉纖維的性能4.化學(xué)性能：氧化穩(wěn)定性好，有極好的穩(wěn)定性和很低的強度損失，在有氧環(huán)境下，長時間使用的最高溫度為150度有良好的耐堿性，耐酸性好于錦綸，具有良好的耐有機溶劑、漂白劑以及抗蟲蛀和霉變，對橡膠有良好的粘附性，但耐日曬和抗紫外線能力差Kevlar49纖維比熱容溫度/K比熱kj/(kgK)溫度/K比熱kj/(kgK)2733233734231220160019902360473523573262027402840Kevlar29、玻纖和石棉織物的導(dǎo)熱系數(shù)織物面密度g/m2厚度mmKJ/(m2s)溫速(℃/25s)Kevlar29Kevlar29（3股）Kevlar29（氈）玻纖玻纖8股石棉333998917285228213860.762.162.670.302.162.2913.56.83.525.04.47.06030161111931有機纖維燃燒時放出的氣體CO2COC2H2C2H4CH4N2OHCNANNH3HClK49腈綸改性錦綸錦66羊毛聚酯18501300110012001100100050170110250120300510507612151517182510101045172030144050301750803.53520五、Kevlar纖維的應(yīng)用由于芳綸纖維的獨特性能，使它在工業(yè)及軍事上的應(yīng)用十分廣泛。在工業(yè)上可制作輪胎簾子線、高強度索具、耐壓容器等。在軍事方面如制作防彈衣、頭盔、裝甲板等。芳綸纖維可用做飛機的機身、機翼；內(nèi)裝修材料和火箭發(fā)動機外殼。用以制作體育器材，從根本上改變了器材的性能，如高爾夫球桿、冰球桿、網(wǎng)球拍、滑雪板、賽艇、賽車等。五、Kevlar纖維的應(yīng)用1.產(chǎn)業(yè)用紡織品：纜繩類：升降機吊索、快艇繩索編織線繩類：耐熱縫線、發(fā)熱線編織帶類：耐熱帶、安全帶、運輸帶織物：篷布、耐熱帆布、降落傘用布