kevlar芳綸纖維在織物制品中的應(yīng)用

kevlar芳綸纖維在織物制品中的應(yīng)用

20世紀(jì)60年代和70年代是研究耐高低溫材料的重要時期。當(dāng)時，最著名的成就之一是成功開發(fā)出高質(zhì)量、高模量的芳倫纖維。1972年,美國杜邦公司開發(fā)成功商品牌號為Kevlar的芳綸纖維,它是一種新型的芳香族聚酰胺纖維,兼有無機纖維的機械性能和有機纖維的加工性能,其密度與聚酯纖維接近,強度是聚酯纖維的2倍、玻璃纖維的3倍、鋼絲的6倍,模量遠(yuǎn)大于玻璃纖維和鋼絲,另外還具有極好的耐熱、耐化學(xué)藥品性能、尺寸穩(wěn)定性、耐疲勞性、耐腐蝕性以及與橡膠的粘合性能。除美國杜邦公司外,荷蘭和獨聯(lián)體也生產(chǎn)芳綸纖維,其產(chǎn)品牌號分別為Arenka和Terlon,CBM。芳綸纖維廣泛用于輪胎、軟管、輸送帶和涂覆織物等橡膠制品中。本文主要對Kevlar纖維的性能、加工以及在軟管和涂覆織物制品中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。1kevla-29Kevlar纖維有Kevlar-29和Kevlar-49兩類。其中,Kevlar-29是由聚對苯二甲酰和對苯二胺(PPTA)合成的聚對亞苯基對苯酰胺;而Kevlar-49是由對氨基苯甲酸或?qū)Ρ蕉Ｂ葘Ρ蕉分频谩evlar-29有3種型號,分別為T-960,T-961和T-964。它具有較高的韌性和沖擊強度,良好的加工性能、熱穩(wěn)定性以及耐化學(xué)藥品性能,在通常情況下不熔化,也不助燃,可用于制造軟管、膠帶、涂覆織物、防護(hù)服以及電線繩索。Kevlar-49有4種型號,分別為T-968,T-969A,T-968B和T-967C,其織物結(jié)構(gòu)有120型(平織)和181型(色丁緞紋),通常用于制備復(fù)合增強材料、層壓材料以及涂覆織物等。2復(fù)絲加捻工藝雖然Kevlar纖維具有良好的性能,但在應(yīng)用之前還需進(jìn)行處理與加工。如在制作軟管制品時,需對Kevlar纖維進(jìn)行加捻,并提高其與橡膠(極性橡膠)的粘合性能,而且在處理過程中不可損傷纖維性能,保證其具有最佳的強度。一般,Kevlar纖維的最佳捻度為250/250,在復(fù)絲加捻過程中,各股絲或紗線的張力要均勻,其捻度要根據(jù)制品的要求而定。對于軟管制品,則宜采用多股加捻簾線,以獲得很高的強度。目前,提高Kevlar纖維與橡膠粘合性能的方法有兩種:兩步浸漬法(第一步浸漬活化劑或進(jìn)行底涂,第二步浸漬粘合劑)和一步浸漬法。例如,杜邦公司的兩步法浸漬體系采用含縮水甘油醚或縮水甘油異氰酸脲酯的浸漬液進(jìn)行底涂,第二步浸漬采用間苯二酚-甲醛-膠乳(RFL)和高耐磨爐黑組成的浸漬液。通用輪胎和橡膠公司采用的兩步法浸漬體系,其底涂液中含有聚亞苯基亞胺,另外在RFL浸漬液中加入三羥甲基酚。活化劑可采用改性環(huán)氧體系,粘合劑則可采用增粘改性的RFL體系,增粘改性劑有酚醛環(huán)氧、封閉異氰酸酯等。需要說明的是,Kevlar與NBR、CR或其并用膠粘合時,改性RFL體系的膠乳需采用NBR膠乳和CR膠乳,才能獲得良好的粘合效果。3性能全面區(qū)別對待小性能好的管壁增強層軟管采用的傳統(tǒng)增強材料有鋼絲和尼龍、聚酯、人造絲等各種纖維織物,由于要求軟管承受更高的壓力和溫度,并能適應(yīng)苛刻的工作環(huán)境,因此要求軟管增強層不僅耐高溫、高壓,并具有優(yōu)異的綜合性能。Kevlar纖維是軟管增強材料的最佳選擇。目前,越來越多的汽車軟管、化學(xué)工業(yè)用軟管、石油工業(yè)用軟管、航空工業(yè)用各種液壓軟管以及海洋用軟管都采用Kevlar纖維作增強材料。(1)在汽車中,當(dāng)前纖維對汽車的性能很難滿足近年來,隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車工業(yè)用軟管的工作條件也更加苛刻。例如,在新型的汽車中,由于發(fā)動機和排廢氣系統(tǒng)的使用溫度達(dá)到150℃,因此一般纖維增強軟管很難滿足其要求。美國Chrysler公司和Gates公司則采用Kevlar纖維作為汽車?yán)鋮s裝置軟管的增強材料。(2)大口徑輸漿管路由于Kevlar纖維具有耐化學(xué)藥品、耐腐蝕性能優(yōu)異以及質(zhì)量小等優(yōu)點,采用Kevlar纖維制作輸送化學(xué)品和石油制品的軟管受到普遍關(guān)注。美國Gates公司為巴西近海采油項目制作了一種大口徑的軟管,采用Kevlar纖維和鋼絲作增強層,這種軟管的內(nèi)徑為25.4cm,每根長度為12m,設(shè)計工作壓力為5.49MPa,彎曲半徑為1.5m,軟管的外膠層為CR。美國Gates公司還采用Kevlar纖維制作大口徑輸泥漿軟管,工作壓力為3.43MPa。美國Goodall公司也采用Kevlar纖維作軟管增強材料,制作用于輸送石油等介質(zhì)的大口徑軟管。(3)飛機采用kevli纖維由于Kevlar纖維增強軟管的質(zhì)量較小,因此受到航空工業(yè)的重視。美國固特異公司采用Kevlar纖維制備飛機用軟管,其質(zhì)量較小而強度較大。另外,美國航空部門又采用Kevlar纖維研制了高壓航空軟管,內(nèi)管采用樹脂,外覆層采用橡膠。(4)kevla纖維在生產(chǎn)聚乙烯患者中的使用美國Porter公司采用Kevlar纖維制作內(nèi)徑為9.5mm的高壓噴霧軟管,這種軟管的工作壓力為5.51MPa,爆破壓力為22.04MPa,使用效果非常好。與同類鋼絲增強橡膠軟管相比,采用Kevlar纖維制作的軟管具有工作壓力大、質(zhì)量小的特點,英國登錄普公司采用尼龍為內(nèi)層,Kevlar纖維為增強層,熱塑性聚氨酯作外膠層生產(chǎn)這類軟管。由于Kevlar纖維具有優(yōu)異的性能,因此在軟管行業(yè),特別是高壓軟管產(chǎn)品中的應(yīng)用日益引起重視,產(chǎn)量大大提高。4配方的質(zhì)量和厚度采用Kevlar纖維制作的涂覆織物的強力和撕裂強度比傳統(tǒng)尼龍和聚酯等膠布材料至少高出2倍,伸長率小得多,且制成品的質(zhì)量和厚度有效降低,其耐刺扎、抗紫外線和阻燃性能好。唯一的缺點是屈撓性能不及其它有機纖維,但可以通過調(diào)整織物結(jié)構(gòu)得以改善。Kevlar纖維在涂覆織物制品中的應(yīng)用不斷增加。(1)替代乙烯基高聚物涂層美國Maravia公司制造一種性能優(yōu)異的充氣舟,采用Kevlar替代聚酯,而且采用聚氨酯涂層替代乙烯基高聚物涂層,產(chǎn)品不僅質(zhì)量小,而且強度高,通過在峽谷河流中試用,證明是一種理想的產(chǎn)品。美國Keeves兄弟公司試驗制作一種救生滑梯,采用Kevlar-29作基材織物,用聚氨酯涂覆,不僅產(chǎn)品質(zhì)量比尼龍-聚氨酯滑梯減小了10%,而且厚度也減小了30%。(2)kevli-49系留培養(yǎng)球美國國家宇航局研究中心和Sheldahl公司采用Kevlar-49制備系留氣球。實驗結(jié)果表明,采用Kevlar可使系留氣球的強度明顯提高,質(zhì)量減小。(3)kevli纖維制作軍油罐國外膠布貯油容器通常采用的織物材料為尼龍。而美國尤尼羅伊爾公司采用Kevlar纖維制作軍用油罐,該貯油罐的涂層為一步法聚氨酯膠,用噴涂法涂覆,并采用Kevlar纖維織物套筒,從而大大提高了強力。(4)kevli服裝目前,國外防護(hù)服裝主體膠布材料除了采用尼龍外,也采用杜邦公司生產(chǎn)的一種間位芳香族聚酰胺纖維(Nomex)和強力人造絲。美國國家宇航局研制了一種空間渡船加壓服,在這種服裝的臂部和膝部連接部位采用了Kevlar纖維織物,另外主體基材也采用Kevlar纖維織物,在基材層上再加一層由Teflon,Nomex和Kevlar混合織物層構(gòu)成的防熱覆蓋層,4層由聚酯構(gòu)成的防射線層,一層CR/尼龍膠布和一層聚氨酯氣囊層,共計8層,這種防護(hù)服具有質(zhì)量小、強度高的特點。美國軍方定購的防彈背心中的防護(hù)