凱夫拉Kevlar纖維

1、一、凱夫拉纖維的發(fā)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展 也稱也稱KevlarKevlar或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維或芳綸，即芳香族聚酰胺纖維 1 1）19601960年，美國杜邦研制出年，美國杜邦研制出NomexNomex聚間聚間 苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸苯二甲酰間苯二胺纖維，即芳綸13131313，耐，耐 熱纖維熱纖維 2 2）19651965年，杜邦研制出年，杜邦研制出KevlarKevlar聚對苯二聚對苯二 甲酰對苯二胺纖維，即芳綸甲酰對苯二胺纖維，即芳綸14141414，高強(qiáng)高，高強(qiáng)高 模量纖維模量纖維 3 3）19741974年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族年，美國聯(lián)邦通商委員會把全芳香族 聚

2、酰胺命名為聚酰胺命名為AramidAramid。 一、凱夫拉纖維的發(fā)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展 聚對苯二甲酰對苯二胺商業(yè)名稱：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)展一、凱夫拉纖維的發(fā)展 凱夫拉凱夫拉(Kevlar)(Kevlar)纖維國內(nèi)發(fā)展纖維國內(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。與國外發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距

3、。 產(chǎn)品種類：產(chǎn)品種類： 輪胎簾子線輪胎簾子線 光纜補(bǔ)強(qiáng)件光纜補(bǔ)強(qiáng)件 艱難的原因艱難的原因 生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸難以突破 大部分原料需要進(jìn)口大部分原料需要進(jìn)口 二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 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首稱聚對苯二甲酰對苯二胺(Polyp phenylene terephthalamide)，簡稱，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芳綸根據(jù)纖維大分子鏈節(jié)中酰胺

4、鍵與亞胺鍵的 位置，有不同的名稱，例如位置，有不同的名稱，例如Kevlar29、 Kevlar 49等。等。 二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 1.1.聚合物的準(zhǔn)備聚合物的準(zhǔn)備： 簡稱簡稱PPTA (固態(tài)) 二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 高聚物溶液的特性：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(qiáng)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(diǎn)。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(diǎn) 二、二、KevlarKevlar纖維

5、的制造纖維的制造 2. 2. 紡絲：采用紡絲：采用干噴干噴濕法濕法紡絲工藝紡絲工藝 二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 工藝過程：工藝過程： 各向異性的各向異性的PPTAPPTA溶液通過噴絲孔抽伸時，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，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)。度和較高的取向結(jié)構(gòu)。 二、二、KevlarKevlar纖維的制造纖維的制造 凝固浴的溫度為凝固浴的溫度為0 -50 -5 中間空氣層間隙可使高溫紡絲噴絲頭和低中間空氣層間隙可使高溫紡絲噴

6、絲頭和低 溫凝固浴保持溫差，同時在空氣層中進(jìn)行溫凝固浴保持溫差，同時在空氣層中進(jìn)行 適宜的噴頭拉伸，增加取向度適宜的噴頭拉伸，增加取向度 紡絲速度可達(dá)紡絲速度可達(dá)2000m/min2000m/min 三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品 1）Kevlar長絲紗長絲紗 美國杜邦美國杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、 100、119、129、149 荷蘭阿克蘇荷蘭阿克蘇：Twaron1000、1010、1111、 1055、1056 日本帝人日本帝人：Technora200、210、240 三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品 Kevlar-

7、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(qiáng)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(qiáng)（增強(qiáng)基）、210-高強(qiáng)（繩 索）、240-高強(qiáng)（機(jī)織、針織物） 三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品 2. Kevlar色纖維 4 4種基本顏色：灰綠色、品藍(lán)、黑色、黃色種基本顏色：灰綠色、品藍(lán)、黑色、黃色 品種：長絲和短纖維品種：長絲和短纖維 用途：制作防護(hù)服，如消防服、運(yùn)動員手套用途：

8、制作防護(hù)服，如消防服、運(yùn)動員手套 等等 性能：與性能：與Kevlar29Kevlar29類似類似 三、三、KevlarKevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品 3. Kevlar短纖維：短纖維： 類型：卷曲和無卷曲，長度類型：卷曲和無卷曲，長度6.35-63.5mm 用途：增強(qiáng)材料、替代石棉作離合器襯片、縫紉線用途：增強(qiáng)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(jī)織物織物：長絲可織成機(jī)織物 織物密度：輕薄、中厚織物密度：輕薄、中厚 織物組織：平紋、緞紋、方平織物組織：平紋、緞紋、方平 用途：復(fù)合材料、裝甲車、防彈服等用途：復(fù)合材料、裝甲車、防彈服等 三、三、Kevlar

9、Kevlar纖維及其產(chǎn)品纖維及其產(chǎn)品 5. 芳綸的漿粕化：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，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(jìn)行機(jī)械叩解制造：長絲切斷，在水中分散進(jìn)行機(jī)械叩解 和研磨，纖維被撕裂而原纖化和研磨，纖維被撕裂而原纖化 用途：石棉的替代品用途：石棉的替代品 四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能 纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少纖維的大分子剛性極佳，鏈纏結(jié)少,取向度、取向度、 結(jié)晶度高，分子鏈幾乎處于完全伸直狀態(tài)，這結(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

10、強(qiáng)度、模量及熱穩(wěn)種結(jié)構(gòu)使纖維表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、模量及熱穩(wěn) 定性定性 。 纖維密度小，只有鋼絲的纖維密度小，只有鋼絲的15。 可耐可耐240高溫。高溫。 拉伸強(qiáng)度高，耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨拉伸強(qiáng)度高，耐屈折、耐疲勞、耐腐蝕，膨 脹系數(shù)小。脹系數(shù)小。 是一種性能優(yōu)異的纖維。是一種性能優(yōu)異的纖維。 四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能 1. 1. 物理性能：物理性能： (1)(1)有光，黃色，有光，黃色，Kevlar49Kevlar49為深黃色為深黃色 (2)(2)線密度：大部分線密度：大部分13.7tex13.7tex，直徑，直徑0.012mm0.012mm (3)(3)密度：大部分密度：

11、大部分1.43-1.44g/cm1.43-1.44g/cm3 3 錦綸錦綸1.141.14，聚酯，聚酯1.381.38，碳纖維，碳纖維1.81.8 玻璃纖維玻璃纖維2.252.25，鋼絲鋼絲7.87.8 四、凱夫拉纖維的性能 2.2.機(jī)械性能：機(jī)械性能： 1 1）強(qiáng)伸性能：）強(qiáng)伸性能：比強(qiáng)度、比模量高比強(qiáng)度、比模量高, ,對溫度不敏感對溫度不敏感 單絲強(qiáng)度：單絲強(qiáng)度：22.9-26.5cN/dtex22.9-26.5cN/dtex 捻系數(shù)對強(qiáng)度的影響：開始隨捻度增加，強(qiáng)度增加，捻系數(shù)對強(qiáng)度的影響：開始隨捻度增加，強(qiáng)度增加， 并達(dá)到以最高值后，隨后下降。最佳捻系數(shù)并達(dá)到以最高值后，隨后下降。最佳

12、捻系數(shù)1.11.1。 自由長度自由長度：指纖維由于自身重量而斷裂的長度，它等：指纖維由于自身重量而斷裂的長度，它等 于強(qiáng)度于強(qiáng)度/ /密度。是鋼絲空氣中的密度。是鋼絲空氣中的7 7倍，海水中的倍，海水中的2626倍倍 捻系數(shù)與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系 溫度與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系 凱夫拉纖維與鋼絲自由長度的關(guān)系凱夫拉纖維與鋼絲自由長度的關(guān)系 鋼絲 鋼絲 610 457 305 150 0 空氣中空氣中 海水中海水中 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(qiáng)度 cN/dtex 19.28.68.19.52.2 模量 cN/dtex

13、861.948.4100.0270.4254.4 斷裂伸長 % 2.518.314.53.52.0 密度 g/cm3 1.441.141.382.557.86 幾種纖維主要性能的比較幾種纖維主要性能的比較 項目單位Kevlar29Kevlar49CarbonEGlass 密度 抗張強(qiáng)度 彈性模量 斷裂伸長 g/cm3 MPa GPa % 1.44 2.76 62 3.8 1.45 2.76 131 2.4 1.80 3.65 235 1.3 2.54 1.52 69 4.0 fiber modulus (Gpa) fiber strain (%) 1 2 3 4 124 E-glass (35

14、0 ksi) Aramid (500 ksi) Carbon (600 ksi) fiber modulus (Gpa) fiber strain (%) 1 2 3 4 124 E-glass (350 ksi) Aramid (500 ksi) Carbon (600 ksi) 四、凱夫拉纖維的性能 2 2）壓縮性能：）壓縮性能：徑向和軸向具有較低的壓縮性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能，是由它的高結(jié)晶度和高取向度決定 3 3）剪切性能：）剪切性能：較低，因為它具有各向異性較低，因為它具有各向異性 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度/ /壓縮強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度/ /剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度

15、/=5/17/=5/17，拉伸模，拉伸模 量量/ /切變模量切變模量=70=70 4 4）耐磨性能：）耐磨性能：較低，纖維之間或纖維與金屬較低，纖維之間或纖維與金屬 表面摩擦，纖維易原纖化表面摩擦，纖維易原纖化 5 5）疲勞性能疲勞性能：品種不同，耐疲勞性有區(qū)別：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(qiáng)度cN/dtex 斷裂應(yīng)變或屈服應(yīng)變% 模量cN/dtex 24.1 2.50 898.6 4.6 0.50 896.6 1.2 10.0 12.4 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

16、量/切變 模量 玻纖 鋼 錦綸 丙綸 聚酯 0.33-0.48 0.75 0.85 2.0 2.8 5.8 粘膠 羊毛 腈綸 Kevlar 49 0.84-1.2 1.30 1.0-1.6 1.80 8.2 3.2 70.0 Kevlar纖維疲勞性能 四、凱夫拉纖維的性能四、凱夫拉纖維的性能 3. 3. 熱性能熱性能 具有良好的散熱和絕熱性能具有良好的散熱和絕熱性能 在相同重量下，在相同重量下，KevlarKevlar纖維比玻璃纖維和石棉纖維比玻璃纖維和石棉 織物具有較好的熱絕緣性織物具有較好的熱絕緣性 具有極好的熱穩(wěn)定性，具有極好的熱穩(wěn)定性，500500以上降解以上降解 抗燃性能好，不產(chǎn)生后

17、燃燒，不幫助燃燒，抗燃性能好，不產(chǎn)生后燃燒，不幫助燃燒，427 427 炭化炭化 尺寸穩(wěn)定性好，具有非常低的熱收縮尺寸穩(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(qiáng)度損氧化穩(wěn)定性好，有極好的穩(wěn)定性和很低的強(qiáng)度損 失，在有氧環(huán)境下，長時間使用的最高溫度為失，在有氧環(huán)境下，長時間使用的最高溫度為150150 度度 有良好的耐堿性，耐酸性好于錦綸，具有良好的有良好的耐堿性，耐酸性好于錦綸，具有良好的 耐有機(jī)溶劑、漂白劑以及抗蟲蛀和霉變，對橡膠耐有機(jī)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有良好

18、的粘附性，但耐日曬和抗紫外線能力差 Kevlar49纖維比熱容 溫度溫度/K/K比熱比熱kj/(kgK)溫度溫度/K/K比熱比熱kj/(kgK) 273 323 373 423 1220 1600 1990 2360 473 523 573 2620 2740 2840 Kevlar29、玻纖和石棉織物的導(dǎo)熱 系數(shù) 織物面密度 g/m2 厚度 mm KJ/(m2s) 溫速 (/25s) Kevlar29 Kevlar29 （3股） Kevlar29 （氈） 玻纖 玻纖8股 石棉 333 998 917 285 2282 1386 0.76 2.16 2.67 0.30 2.16 2.29 13

19、.5 6.8 3.5 25.0 4.4 7.0 60 30 16 111 19 31 有機(jī)纖維燃燒時放出的氣體有機(jī)纖維燃燒時放出的氣體 CO2COC2H2C2H4CH4N2OHCNANNH3HCl K49 腈綸 改性 錦綸 錦66 羊毛 聚酯 1850 1300 1100 1200 1100 1000 50 170 110 250 120 300 5 10 50 7 6 1 2 1 5 1 5 17 18 25 10 10 10 45 17 20 30 14 40 50 30 17 50 80 3.5 3 520 五、五、KevlarKevlar纖維的應(yīng)用纖維的應(yīng)用 由于芳綸纖維的獨(dú)特性能，使它在工業(yè)及軍事上由于芳綸纖維的獨(dú)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、的應(yīng)用十分廣泛。在工業(yè)上可制作輪胎簾子線、 高強(qiáng)度索具、耐壓容器等。在軍事方面如制作防高強(qiáng)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(jī)的彈衣、頭盔、裝甲板等。芳綸纖維可用做飛機(jī)的 機(jī)身、機(jī)翼；內(nèi)裝修材料和火箭發(fā)動機(jī)外殼。用機(jī)身、機(jī)翼；