一文读懂凯夫拉纤维

诞生于20世纪60年代末，芳香族聚酰胺类纤维的通称。特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度。...

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芳纶纤维物性概述

诞生于20世纪60年代末，芳香族聚酰胺类纤维的通称。

特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度

冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于民用领域 。

与锦纶的不同：构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是脂肪链；芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环或芳香环的衍生物。

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芳纶纤维的种类

1）间位芳香族聚酰胺纤维（聚间苯二甲酰间苯二胺）英文缩写为PMTA

具有耐热性和阻燃性的特点，在371℃熔融，并且伴有分解，可溶于5% LiCl的二甲基乙酰胺中。美国的商品名为Nomex，我国称为芳纶1313。强度、模量较低，不能用作结构复合材料（耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构）。

2）对位芳香族聚酰胺纤维

聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维Poly（P-benzamide），简称PBA纤维。3）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维

Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称PPTA纤维3

合成芳纶纤维所需单体4

两种芳纶纤维的化学名称和结构式

聚对苯二甲酰对苯二胺聚间苯二甲酰间苯二胺5

芳纶纤维分子间作用力6

芳纶纤维代表产品

最具代表性：聚对苯二甲酰对苯二胺，简称PPTA

芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺键的位置，有不同的名称，例如Kevlar29、Kevlar 49等。7

芳纶纤维的生产工艺

Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：

第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成PPTA；

第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制成所需要的纤维材料。8

芳纶纤维纺丝工艺

1）工艺流程2）纺丝溶液

PPTA在硫酸中处于各向异性的液晶态（呈一定取向态，易沿外界作用力方向取向，具有高浓度低粘度的特点，利于纺丝）。

PPTA溶解于浓硫酸中在一定温度和浓度下形成的是向列型液晶溶液，具有高浓度，低粘度性质，有利于纺丝

3）干喷湿纺工艺4）纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺5）热处理

(1)操作(2)目的

使分子链进一步取向，提高结晶率，增加强度和模量（断裂应变降低）

6）Kevlar纤维制备工艺总括9

芳纶纤维的分子结构

PPTA化学结构的特点是：

由苯环和酰胺基按一定规律有序排列构成。酰胺基的位置接在苯环的对位上。

结构: 长链状聚酰胺，至少85%的酰胺直接键合在芳香环上

优点：

(1) 刚性伸直链芳环——高强度、高模量

(2) 线型分子链——分子链堆积 紧密，密度高，故强度高

(3) 大量的分子间氢键——耐化 学药品，且刚性伸直链苯环结晶度高

缺点：

横向强度低，压缩强度和剪切性能不好、易劈裂。总之，Kevlar纤维具有强度高、弹性模量高、韧性好和比重小等的优点，常于碳纤维混杂，提高复合材料的冲击韧性。

Ø高聚物链呈伸展状态，形成棒状结构及高结晶度

纤维具有高模量

Ø高聚物链的线性结构使分子间排列紧密

纤维具有高强度

Ø苯环结构，高结晶度

纤维具有化学稳定性、高温尺寸的稳定性

Ø分子链在纤维轴向高度定向，强共价键纤维横向分子间氢键

纤维力学性能各向异性

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芳纶纤维物理性能

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

4）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。

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芳纶在各种化学药品中的稳定性

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凯夫拉纤维的发展

称Kevlar或芳纶，即芳香族聚酰胺纤维

1）1960年，杜邦Nomex  聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（芳纶1313）耐热纤维

2）1965年，杜邦 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将全芳香族聚酰胺命名为Aramid。

聚对苯二甲酰对苯二胺的商业名称：美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿克苏Twaron、中国芳纶1414

p聚间苯二甲酰间苯二胺的商业名称：美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克苏Twaron  中国芳纶1313

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芳纶及复合材料应用

1）先进复合材料

(1)航空航天领域

2）防弹制品

(1)硬质防弹装甲板  芳纶复合材料板、芳纶与金属复合装甲板以及芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛用于防弹装甲车、防弹运炒车、直升飞机防弹板、战舰装甲防护板。可用作防弹头盔。

(2)软质防弹背心  第一代防弹芳纶是Kevlar-29和Twaron-1000，第二代防弹芳纶是Kevlar-129和Twaron CT-2000；最新的软质防弹背心材料是由高档防弹芳纶的无纬布与高性能聚乙烯薄膜制成的柔性片材组合而成的软质防弹材料，比超高分子量聚乙烯纤维的防弹性能和耐热性更好。3）缆绳方面的应用

芳纶可用作航空航天的降落伞绳、舰船及码头用缆绳、海上油田用支撑绳、深海系留绳等。也可用作光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆。

5）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

6）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：工作防护服

7） 增强材料

轮胎 、运力带、胶管、复合材料

8）水泥补强

建筑材料：地基屋顶材料

补强材料：钢筋替代材料

（本文由网络资料整理而成）

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