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文档简介
1、第二章3 凯夫拉纤维,授课教师:刘君妹,一、凯夫拉纤维的发展,也称Kevlar或芳纶,即芳香族聚酰胺纤维 1)1960年,美国杜邦研制出Nomex聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,即芳纶1313,耐热纤维 2)1965年,杜邦研制出Kevlar聚对苯二甲酰对苯二胺纤维,即芳纶1414,高强高模量纤维 3)1974年,美国联邦通商委员会把全芳香族聚酰胺命名为Aramid。,一、凯夫拉纤维的发展,聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称: 美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿克苏Twaron、中国芳纶1414 聚间苯二甲酰间苯二胺 美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克苏Twaron 中国芳纶13
2、13,一、凯夫拉纤维的发展,凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展 起步阶段:技术水平、产品档次及生产能力都与国外发达国家存在着一定的差距。 产品种类: 轮胎帘子线 光缆补强件 艰难的原因 生产的技术瓶颈难以突破 大部分原料需要进口,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,Kevlar纤维或产品,二、Kevlar纤维的制造,芳香族聚酰胺是由酰胺键与两个芳环连接而成的线性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的首称聚对苯二甲酰对苯二胺(Polypphenylene terephthalamide),简称PPTA。 芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺
3、键的位置,有不同的名称,例如Kevlar29、Kevlar 49等。,二、Kevlar纤维的制造,1.聚合物的准备: 简称PPTA (固态),二、Kevlar纤维的制造,高聚物溶液的特性: 1)高聚物溶液不溶于一般的溶剂,仅溶于强酸,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点。体积分数20%,高取向的液晶,各向异性 3)聚合物体积分数18-22%,温度90处于可纺性良好的低粘度区,高聚物溶液的特点,二、Kevlar纤维的制造,2. 纺丝:采用干喷湿法纺丝工艺,二、Kevlar纤维的制造,工艺过程: 各向异性的PPTA溶液通过喷丝孔抽伸时,靠近细孔壁时产生剪切,当成形丝凝
4、结时,将保持高取向分子结构,形成较高的洁净度和较高的取向结构。,二、Kevlar纤维的制造,凝固浴的温度为0 -5 中间空气层间隙可使高温纺丝喷丝头和低温凝固浴保持温差,同时在空气层中进行适宜的喷头拉伸,增加取向度 纺丝速度可达2000m/min,三、Kevlar纤维及其产品,1)Kevlar长丝纱 美国杜邦:Kevlar、kevlar29、49、68、100、119、129、149 荷兰阿克苏:Twaron1000、1010、1111、1055、1056 日本帝人:Technora200、210、240,三、Kevlar纤维及其产品,Kevlar-帘子线、kevlar29-各种用途的纱、49
5、-高模量纱、68-中模量纱、100-各种色纱、119-高伸长纱、129-高强度纱、149-超高模量纱 Twaron1000-标准模量、1010-标准模量、1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量 Technora200-高强(增强基)、210-高强(绳索)、240-高强(机织、针织物),三、Kevlar纤维及其产品,2. Kevlar色纤维 4种基本颜色:灰绿色、品蓝、黑色、黄色 品种:长丝和短纤维 用途:制作防护服,如消防服、运动员手套等 性能:与Kevlar29类似,三、Kevlar纤维及其产品,3. Kevlar短纤维: 类型:卷曲和无卷曲,长度6.35-63.5mm 用途
6、:增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线 4. Kevlar织物:长丝可织成机织物 织物密度:轻薄、中厚 织物组织:平纹、缎纹、方平 用途:复合材料、装甲车、防弹服等,三、Kevlar纤维及其产品,5. 芳纶的浆粕化: 近十多年来开发的对位芳纶差别化产品,是高分散性的原纤化芳纶产品 制造:长丝切断,在水中分散进行机械叩解和研磨,纤维被撕裂而原纤化 用途:石棉的替代品,四、凯夫拉纤维的性能,纤维的大分子刚性极佳,链缠结少,取向度、结晶度高,分子链几乎处于完全伸直状态,这种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳定性 。 纤维密度小,只有钢丝的15。 可耐240高温。 拉伸强度高,耐屈折、耐疲劳、耐
7、腐蚀,膨胀系数小。 是一种性能优异的纤维。,四、凯夫拉纤维的性能,1. 物理性能: (1)有光,黄色,Kevlar49为深黄色 (2)线密度:大部分13.7tex,直径0.012mm (3)密度:大部分1.43-1.44g/cm3 锦纶1.14,聚酯1.38,碳纤维1.8 玻璃纤维2.25,钢丝7.8,四、凯夫拉纤维的性能,2.机械性能: 1)强伸性能:比强度、比模量高,对温度不敏感 单丝强度:22.9-26.5cN/dtex 捻系数对强度的影响:开始随捻度增加,强度增加,并达到以最高值后,随后下降。最佳捻系数1.1。 自由长度:指纤维由于自身重量而断裂的长度,它等于强度/密度。是钢丝空气中的
8、7倍,海水中的26倍,捻系数与拉伸强度的关系,温度与拉伸强度的关系,凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系,610 457 305 150 0,空气中 海水中,凯夫拉49,凯夫拉49,几种工业长丝纱性能比较,几种纤维主要性能的比较,四、凯夫拉纤维的性能,2)压缩性能:径向和轴向具有较低的压缩性能,是由它的高结晶度和高取向度决定 3)剪切性能:较低,因为它具有各向异性 拉伸强度/压缩强度/剪切强度/=5/17,拉伸模量/切变模量=70 4)耐磨性能:较低,纤维之间或纤维与金属表面摩擦,纤维易原纤化 5)疲劳性能:品种不同,耐疲劳性有区别,Kevlar49拉伸、压缩和剪切性能,各种纤维的扭转切变模量,Ke
9、vlar纤维疲劳性能,四、凯夫拉纤维的性能,3. 热性能 具有良好的散热和绝热性能 在相同重量下,Kevlar纤维比玻璃纤维和石棉织物具有较好的热绝缘性 具有极好的热稳定性,500以上降解 抗燃性能好,不产生后燃烧,不帮助燃烧,427 炭化 尺寸稳定性好,具有非常低的热收缩,四、凯夫拉纤维的性能,4. 化学性能: 氧化稳定性好,有极好的稳定性和很低的强度损失,在有氧环境下,长时间使用的最高温度为150度 有良好的耐碱性,耐酸性好于锦纶,具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变,对橡胶有良好的粘附性,但耐日晒和抗紫外线能力差,Kevlar49纤维比热容,Kevlar29、玻纤和石棉织物的导热
10、系数,有机纤维燃烧时放出的气体,五、Kevlar纤维的应用,由于芳纶纤维的独特性能,使它在工业及军事上的应用十分广泛。在工业上可制作轮胎帘子线、高强度索具、耐压容器等。在军事方面如制作防弹衣、头盔、装甲板等。芳纶纤维可用做飞机的机身、机翼;内装修材料和火箭发动机外壳。用以制作体育器材,从根本上改变了器材的性能,如高尔夫球杆、冰球杆、网球拍、滑雪板、赛艇、赛车等 。,五、Kevlar纤维的应用,1. 产业用纺织品: 缆绳类:升降机吊索、快艇绳索 编织线绳类:耐热缝线、发热线 编织带类:耐热带、安全带、运输带 织物:篷布、耐热帆布、降落伞用布 非织造布:耐热毡 土工布:增强格栅材料,五、Kevlar纤维的应用,2.防护服: 防弹衣:防弹背心、防弹头盔 切割防护:安全手套、运动衣等 防腐蚀
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