【技术干货】复合材料用增强纤维完全技术指南（五）：详解改变了军工行业的Kevlar纤维

【技术干货】复合材料用增强纤维完全技术指南（五）：详解
改变了军工行业的Kevlar纤维
摘要
在过去的半个多世纪里，纤维增强复合材料由于优异特性而获得了广泛应用，在复合材料中增强纤维的重要作用不言而喻。

自复合材料出现以来，增强纤维经历了从天然纤维到合成纤维转变。

目前最常见的增强纤维包括玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等，本系列文章将会详细介绍复合材料用增强纤维类型、特性以及应用方式。

前几期文章中简要介绍了常见的增强纤维类型（阅读原文）、增强纤维的力学性能和物理特性（阅读原文）、复合材料内增强纤维的取向分布（阅读原文）、玻璃纤维特性及应用（阅读原文），本文将继续介绍芳纶纤维特性及应用。

如果有人问起防弹背心、盔甲、防护装置、宇航服或一级方程式头盔，那么Kevlar 凯夫拉的名字几乎对每个人都有影响。

凯夫拉纤维改变了军事工业，它已广泛用于制造防护服。

随着科学的进步，科学家们正在不断努力把科幻小说变成现实。

通过新发明制造新的现代化设备，国防和军工也不例外。

正如最先进的新型武器正在研制中一样，抵抗武器的各种东西也是如此。

而最通用的抗武器材料就是Kevlar。

什么是Kevlar？
Kevlar是一种特殊的芳纶纤维。

它是由合成纤维编织而成的纺织材料，具有极高的强度，还具有耐腐蚀性和耐热性。

这是一种足够坚固的塑料，可以防止子弹和刀子。

对其强度进行对比描述时，在相同重量基础上，Kevlar强度是钢
的五倍。

目前Kevlar被广泛应用于军工、防弹衣、防弹背心、汽车制动器、航空航天工程、飞机和船只的外身等领域。

防弹背心和Kevlar如何诞生的？
自古以来，人们就不断发动战争，在这些战争中使用盔甲自卫。

首先出现的是铁、青铜或其他合金作为装甲。

但据研究人员称，在公元前11世纪，防护装甲是由犀牛皮制成的。

中国盔甲被认为是最古老的盔甲，当时的希腊战士也使用了一种盔甲。

众所周知，它是由青铜和蜡制成的。

很难说铁甲是什么时候开始使用的。

后来，在中世纪的欧洲，精英战士使用薄锡板制成的重型盔甲进行自卫。

然而，随着技术的进步，在十四世纪中叶，为战士发明了由易于携带的钢制成的盔甲，从头到脚提供保护。

多年来，科学家们一直在开发复杂、先进和强大的防护装甲，以抵御复杂武器的袭击。

随后，人们发现了一种叫做Kevlar的新纤维。

Kevlar纤维如何在防弹装甲中发挥效果？
在解释Kevlar的作用前首先让我们先设想一下，比如，你是否见过一名足球运动员以极快的速度射门得分？足球高速射入球门柱。

尽管足球只击中网的一部分，但此时整个网吸收了球的速度。

也可以举一个向池塘里扔石头的例子，更容易理解。

你在一个点上扔了一块石头，但是波浪会在许多地方传播。

如果你把石头扔到墙上，同样的事情也会发生（只是你肉眼看不到能量吸收）。

Kevlar装甲也会发生同样的情况。

Kevlar纤维在被子弹击中后会吸收子弹的能量。

因此，子弹无法穿透它。

如果有一个陶瓷防弹板，它也可以起到吸收器的作用。

Kevlar可与其他纤维组合使用，以生产混杂复合材料。

Kevlar的历史
1965年，杜邦公司的Stephanie Kwolek发明了Kevlar。

Kevlar 的出现完全是偶然的，当时她正在试验聚合物与织物的结合，发现了一种特殊的分子链结构，这种结构非常坚固。

一个全新的军工产业源于她对Kevlar的创造。

它是每件防弹背心背后的关键材料，挽救了无数人的生命。

20世纪70年代初，高强度材料Kevlar首次商业化使用，作为赛车轮胎钢的替代品。

目前Kevlar 有许多应用，从自行车轮胎到航空航天工业、宇宙飞船、飞机、船只、独木舟、汽车制动器、鞋子。

Kevlar的类型
按照特性和应用领域，Kevlar纤维也有多种类型：
▪Kevlar–轮胎帘子线。

▪Kevlar 29–多用途纱线。

▪Kevlar 49–高模量纱线。

▪Kevlar 68–中等模量纱线。

▪Kevlar 100–彩色纱线。

▪Kevlar 119–高伸长纱线。

▪Kevlar 129–高韧性纱线。

▪Kevlar 149–超高模量纱线。

Kevlar纤维的优异特性
Kevlar具有一些独特和用途广泛的特性，如芳香聚酰胺的高拉伸强度、高韧性和高温化学稳定性。

特别是Kevlar具有很高的拉伸强度与重量比。

Kevlar在军工中被广泛用作摩擦材料，在航空航天工业中被用作燃烧防护材料。

其化学结构如下所示：
Kevlar纤维的优异特性主要包括：
▪耐极端温度
▪耐化学性
▪高韧性
▪高刚性模量。

▪低延展性。

▪电导率低。

▪热膨胀系数低。

▪优异的尺寸稳定性。

▪阻燃性。

▪自熄等。

Kevlar纤维的主要物理性质如下表所示：
Kevlar纤维的应用
1、防护装甲：可用于制造个人装甲，如：防弹背心、战斗头盔、防弹面罩、防弹背心等。

Kevlar纤维很难断裂，被铺设成多层。

这样，它可以很容易地减缓子弹和弹片壳的运动强度，由于这种材料的高强度，它被制成防弹衣、防弹背心和其他形式的保护，以供军队和其他执法机构或战区记者使用。

2、防护服：Kevlar具有耐高温和耐某些化学品的能力，这使得它成为防弹衣和个人防护用品中非常常用的材料。

Kevlar还可以是防割手套、隔热、阻燃毯或头盔等。

3、赛车运动：Kevlar用于制造一级方程式赛车。

在汽车工业中，它还用于驾驶员头盔、发动机和车辆油箱的制造，也广泛用于摩托车套装的加固。

Kevlar织物的耐磨性使其成为对抗肘部或膝盖受伤的绝佳材料。

4、体育产业：Kevlar纤维的轻盈性使其在运动夹克和头盔等运动装备中广受欢迎。

在水上运动行业，Kevlar的韧性使其成为帆船、比赛帆船的完美纤维。

它也可以在诸如靴子或绳索之类的攀爬材料中找到。

此外，Kevlar还经常用于曲棍球头盔和轻质网球拍。

5、航空航天工业：高韧性和轻量化是航空工业的关键性能。

这就是为什么Kevlar被广泛用于安全但重量轻的太空服。

Kevlar还被用作航天器着陆系统的一部分。

机翼上使用的Kevlar复合技术甚至能保护飞机的喷气发动机。

6、时装产业：Kevlar的多功能性有助于制造各种服装、时尚配饰和设备，使其更安全、更耐用。