凯夫拉纤维
Kevlar纤维成型工艺及应用
Kevlar纤维成型工艺及应用Kevlar纤维成型工艺及应用一、凯夫拉纤维简介：在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型复合材料"凯夫拉"材料。
这是一种芳纶复合材料。
凯夫拉（Kevlar）是属于一种液态结晶性棒状分子，它具有非常好的热稳定性，抗火性，抗化学性，绝缘性，以及高强度及模数，将Kevlar的物性与其它纤维作一比较，可以发现，Kevlar纤维是石棉的2到11倍强度；是高强度石墨的1.6倍强度；是玻璃纤维的3倍强度；是相同重量下钢纤维的5倍强度。
且Kevlar的密度非常低，几乎只有石棉密度的一半。
而却拥有很高的破裂延伸度，除了高强度外，更有以下好处：热稳定性，Kevlar大热试验中（TGA）非常稳定，直至600℃才有明显的重量丧失；低侵蚀性，具有高含量的Kevlar试片，表现出比半金属片低的侵蚀性；耐磨性，与石棉纤维制成的刹车片比较，在Kevlar纤维开松良好的状态下，体现出非常低的磨耗性。
维持预成型刹车片的强度，保持填充剂的持久性。
正是由于Kevlar纤维有如上诸多优点，目前Kevlar纤维被广泛应用于航空航天事业，船舶制造业及摩擦材料中。
二．凯夫拉纤维合成与成型：a.界面缩聚法界面缩聚法于1959年由美国杜邦公司发表,方法是将二羧酸酰氯溶解在与水不相混合的有机溶剂中,如苯、四氯化碳等,再将二元胺溶于水中 (水中加少量 Na2CO3或NaOH ,以吸收反应生成的盐酸 ),然后将上述 2种溶液混合 ,再加入的瞬间,就在2种液体界面上发生缩聚反应生成聚合体薄膜,由于反应在界面上进行 ,所以称为界面缩聚。
Morgan在研究中指出,移去界面附近形成的高聚物薄膜,界面处继续不断产生新的薄膜。
为获得产量高、易于分离、水洗和干燥的粉状或颗粒状的聚合物,还是要搅拌。
通常将有机溶剂配制的酰氯液体加入搅拌的二胺水溶液中,反应在室温下开始,因反应放热,温度可升至50～60 ℃,生成的高聚物可经过分离而得。
凯夫拉纤维 (2)讲解
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
凯夫拉
？？？
其背面采用凯夫拉图层 厚度只有0.3mm 强度是同等不锈钢的5倍！
凯夫拉
？
到底是什么东西
• 简介
英文原名KEVLAR，也译作凯芙拉。是美 国杜帮（Dupont）公司研制的一种芳纶纤维材料 产品的品牌名， 材料原名叫“聚对苯二甲酰 对苯二胺”。
• 在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型 芳纶纤维复合材料----芳纶1414，此芳纶复合材料 在1972年正式实现商品化并为该产品注册商标为 Kevlar。
二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
凯夫拉的特性
密度低 强度高 韧性好 耐高温 易于加工和成型
小资料：
反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。 通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度， 这样势必影响它的灵活机动性能。“凯夫拉”材料的出现使这个问
5）疲劳性能：品种不同，耐疲劳性有区别
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
凯夫拉纤维制备方法
凯夫拉纤维制备方法1.引言1.1 概述凯夫拉纤维是一种具有强度高、刚度大、耐热性强等优异性能的纤维材料，因其独特的结构和性能在各个领域得到广泛应用。
凯夫拉纤维的制备方法是关键的研究方向之一，对于提高纤维制备效率、优化纤维性能具有重要意义。
本文旨在系统地总结和探讨凯夫拉纤维制备方法的要点和技术要求。
首先，我们将介绍凯夫拉纤维制备方法的研究背景和意义，阐述凯夫拉纤维在航空航天、装备制造、材料科学等领域的应用价值。
随后，我们将详细介绍凯夫拉纤维制备方法的基本原理和关键步骤，并对目前常用的方法进行综述和比较。
在凯夫拉纤维制备方法的要点部分，我们将重点介绍纺丝方法、预处理工艺、熔融纺丝工艺和拉伸工艺等关键环节，并讨论它们对纤维性能的影响。
同时，我们将对常见的纤维制备工艺进行评估和分析，探讨其优缺点，为后续的研究和应用提供参考。
最后，在结论部分，我们将对凯夫拉纤维制备方法进行总结，并展望未来的研究方向和发展趋势。
我们相信，通过对凯夫拉纤维制备方法的深入研究和探索，可以进一步提高纤维的性能，拓宽其应用范围，促进相关领域的发展和进步。
通过本文的撰写，希望能够提供给读者一个全面而系统的凯夫拉纤维制备方法的知识框架，为后续研究者的工作提供参考和借鉴，推动凯夫拉纤维在工程实践中的广泛应用。
1.2 文章结构文章结构部分应该对整篇文章的内容进行概述和组织安排，这有助于读者理解文章的主旨和逻辑结构。
以下是文章结构部分的内容示例：2. 正文本文主要围绕凯夫拉纤维的制备方法展开，通过介绍凯夫拉纤维制备方法的要点，深入探讨其制备过程和技术原理。
具体而言，本文将从以下两个方面进行论述：2.1 凯夫拉纤维制备方法要点1在本节中，将介绍凯夫拉纤维制备过程中的关键步骤和所需材料。
这些步骤包括纤维原料的选择、预处理步骤、纤维结构的调控方法等。
此外，还将详细介绍用于制备凯夫拉纤维的常用技术和方法，如湿法纺丝、干法纺丝等。
通过对这些要点的阐述，读者能够深入了解凯夫拉纤维制备方法的基本原理和操作流程。
凯夫拉纤维解析
8
3. 芳纶纤维的制备
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。
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3. 芳纶纤维的制备
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。
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21
21
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变压油
煤油 自来水 海水 过热水 饱和蒸汽 氟利昂22
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4.6
9.9 0 1.5 9.3 28 0
0
0 2 1.53.637来自6. 凯夫拉纤维的发展
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2） 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
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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
21
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凯夫拉纤维
凯夫拉纤维
凯夫拉纤维是一种由聚对苯二甲酰胺制成的合成纤维，具有出色的强度和耐热
性能。
它的结构独特，螺旋排列的分子链使得它具有天然纤维无法比拟的优秀性能。
特性与优势
1. 强度优异
凯夫拉纤维的强度是钢铁的5倍，同时其轻盈的特点也使得在航空航天领域有
着广泛的应用。
在工业领域，凯夫拉纤维常用于制作高强度绳索、防弹材料等。
2. 耐热性能出众
凯夫拉纤维能够耐受极高的温度，一般可以在400°C左右的环境下保持其性能。
这一特性使得凯夫拉纤维在高温环境下的应用有着得天独厚的优势。
3. 耐化学性优秀
凯夫拉纤维具有良好的化学稳定性，可以耐受多种酸、碱、溶剂的腐蚀，因此
在化工领域也有着广泛的应用。
应用领域
1. 航空航天
凯夫拉纤维由于其轻盈和高强度的特性，在航空航天领域有着广泛的应用。
比
如制造飞机零部件、太空服等。
2. 体育用品
在体育用品制造领域，凯夫拉纤维也得到了广泛的应用。
比如制作高端网球拍、高尔夫球杆等。
3. 安全防护
由于其出色的抗冲击性能，凯夫拉纤维也被广泛应用于防弹材料、防切割手套
等领域。
结语
凯夫拉纤维凭借其优异的性能和广泛的应用领域成为合成纤维中的佼佼者。
在
未来，随着科技的不断进步，相信凯夫拉纤维将会有更广阔的发展空间，为人类社会的发展做出更大的贡献。
凯夫拉Kevlar纤维
五、Kevlar纤维的应用
3. 增强材料： • 轮胎 • 运力带 • 胶管 • 复合材料
五、Kevlar纤维的应用
3.石棉替代品
• 摩擦材料：刹车垫片、离合器衬垫 • 密封材料：密封垫片、气缸垫 • 工业用纸：耐热绝缘纸、工业特种用纸
五、Kevlar纤维的应用
4.水泥补强
• 建筑材料：地基屋顶材料 • 补强材料：钢筋替代材料
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1／5。 • 可耐240℃高温。 • 拉伸强度高，耐屈折、耐疲劳、耐腐蚀，膨 胀系数小。 • 是一种性能优异的纤维。
• 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
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(Poly—p— phenylene terephthalamide)，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。
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：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线
凯夫拉纤维在生命科学中的应用
凯夫拉纤维，即聚对苯二甲酰对苯二胺（Kevlar），是一种高性能的人工合成纤维，具有优良的力学性能、轻质高强、抗高温、抗化学腐蚀等特点。
在生命科学领域，凯夫拉纤维也有着广泛的应用。
1. 生物材料：由于凯夫拉纤维具有优良的力学性能和生物相容性，常被用作生物材料的基质，如牙科修复材料、骨科植入物等。
它能够提供足够的机械强度和稳定性，帮助保持结构的完整性和功能的有效性。
2. 细胞培养：凯夫拉纤维也被用于细胞培养中，作为支架材料支持细胞生长和增殖。
其优良的孔径结构和可调节的物理化学性质，能够为细胞提供适宜的生长环境，促进细胞的粘附、增殖和分化。
3. 组织工程：凯夫拉纤维被用作组织工程的支架材料，如用于构建人工肌肉、韧带和软骨等组织。
其高强度和可塑性有助于构建具有所需形状和性能的组织，并且可与细胞和其他生物材料结合，共同构建复杂的组织结构。
4. 药物传递：凯夫拉纤维可以制成药物载体，用于药物传递和基因治疗。
通过将药物或基因包裹在凯夫拉纤维中，可以控制药物的释放速度和释放方式，提高药物的靶向性和疗效，降低副作用。
5. 生物防护：凯夫拉纤维因其优良的防护性能而被用于制造防护服、口罩等生物防护装备。
它可以有效地阻挡病毒、细菌等微生物的穿透，保护人体免受生物威胁。
综上所述，凯夫拉纤维在生命科学领域具有广泛的应用前景，可用于生物材料、细胞培养、组织工程、药物传递和生物防护等领域。
通过不断的研究和创新，相信凯夫拉纤维在生命科学中的应用将会更加广泛和深入。
凯夫拉断裂强度
凯夫拉断裂强度
凯夫拉（Kevlar）是一种合成纤维材料，具有出色的强度和耐磨性。
断裂强度是指材料在受力作用下发生断裂的最大强度。
凯夫拉的断裂强度通常在2-3 GPa（千兆帕斯卡）之间，这意味着在受到大约2-3吨的力时，凯夫拉纤维会发生断裂。
凯夫拉的断裂强度比大多数金属和玻璃纤维要高得多，使其成为一种理想的材料用于制造高强度的防护装备、工业绳索、航空航天部件等。
此外，凯夫拉还具有较高的拉伸模量和瞬态剪切强度，使其在冲击和穿刺保护方面表现出色。
凯夫拉纤维分子式
凯夫拉纤维分子式凯夫拉纤维是一种具有很高强度和优异性能的纤维材料，被广泛应用于各个领域。
它的分子式为C10H8N2O2。
分子式的解读凯夫拉纤维的分子式C10H8N2O2可以通过对其化学结构进行分析得出。
其中，C代表碳，H代表氢，N代表氮，O代表氧。
分子式中的数字表示分子中各元素的原子数目。
根据分子式，我们可以推测凯夫拉纤维分子由10个碳原子、8个氢原子、2个氮原子和2个氧原子组成。
这些原子通过共价键连接在一起，形成一个稳定的分子结构。
凯夫拉纤维的性质凯夫拉纤维具有许多独特的性质，使其成为一种重要的工程材料。
高强度凯夫拉纤维的分子结构决定了它具有很高的强度。
它的强度比钢材还要高，是目前市场上最强的纤维材料之一。
这使得凯夫拉纤维在航空航天、汽车制造、体育用品等领域得到广泛应用。
轻质尽管凯夫拉纤维具有很高的强度，但它的密度非常低，比大多数金属轻很多。
这使得凯夫拉纤维成为制造轻量化产品的理想选择，如飞机、汽车、自行车等。
耐热性凯夫拉纤维具有出色的耐热性能。
它可以在高温环境下长时间保持稳定性和强度，不易熔化或分解。
这使得凯夫拉纤维在航空航天、火箭发动机、防护服等领域得到广泛应用。
耐腐蚀性凯夫拉纤维对酸、碱等化学物质具有较强的抵抗能力，不易被腐蚀。
这使得凯夫拉纤维在化工、石油、海洋等领域中被广泛使用。
电导性凯夫拉纤维具有良好的电导性能，可以用于制造导电材料。
它在电子、通信等领域具有重要应用，如电子元件、导电纤维等。
凯夫拉纤维的应用领域由于凯夫拉纤维独特的性质，它在许多领域都有广泛的应用。
航空航天凯夫拉纤维在航空航天领域中有着重要的应用。
它被用于制造飞机、火箭等航空器的结构部件，如翼梁、机身等。
凯夫拉纤维的高强度和轻质特性使得飞机能够减少重量，提高燃油效率，提升性能。
汽车制造凯夫拉纤维在汽车制造中也有广泛的应用。
它可以用于制造车身结构、座椅、安全气囊等部件。
凯夫拉纤维的高强度和耐热性使得汽车能够提高安全性能和燃油效率。
凯夫拉纤维
凯夫拉纤维简介凯夫拉纤维是一种合成纤维，具有出色的物理和化学性质，广泛应用于纺织工业和其他领域。
它由聚丙烯酰胺和亚麻酸酯（或亚麻醇酯）组成，通过特殊的纺丝技术制成。
凯夫拉纤维具有高强度，耐热性，耐候性和化学稳定性等优势，适用于各种应用。
物理性质•高强度：凯夫拉纤维的强度比钢强度更高，是目前市场上最强的合成纤维之一。
它可以承受高拉伸力，不易断裂或变形。
•耐热性：凯夫拉纤维可以在高温下保持稳定性。
它的熔点相对较高，不易熔化或软化，适合在高温环境中使用。
•耐候性：凯夫拉纤维具有优异的耐候性，不易受光、热、湿气等外界环境影响。
它可以长时间保持其物理和化学性质而不受损。
•化学稳定性：凯夫拉纤维对大多数化学溶剂和酸碱具有较好的抵抗能力。
它不易与化学物质发生反应，不易腐蚀或褪色。
应用领域纺织工业凯夫拉纤维在纺织工业中应用广泛。
由于其高强度和耐热性，凯夫拉纤维常用于制作各种耐磨、耐切割以及防火的纺织品，如防弹衣、护目镜、安全手套等。
凯夫拉纤维还可以用于制作高性能绳索、索具和运动用品，如登山绳、悬崖下降器和自行车轮胎等。
航空航天凯夫拉纤维在航空航天领域也得到广泛应用。
由于其轻量化和高强度的特性，凯夫拉纤维可以用于制作航空器的结构和部件，如机翼、机身和发动机罩。
凯夫拉纤维可以减轻飞机的重量，提高飞行性能，并提供更高的耐久性。
体育用品凯夫拉纤维在体育用品制造领域有重要的应用。
它可以用于制作高品质的网球拍、高尔夫球杆和箭杆等，提供更好的弹性和稳定性，使运动员能够获得更好的成绩。
此外，凯夫拉纤维还可以用于制作跑鞋、篮球鞋等运动鞋，提供更好的支撑和舒适性。
汽车工业凯夫拉纤维在汽车工业中用于制作轻量化零部件。
将凯夫拉纤维用于汽车的结构和部件，可以减轻汽车的重量，提高燃油效率和汽车性能。
它还可以增加汽车的安全性，提供更好的撞击保护。
结论凯夫拉纤维是一种非常有价值的合成纤维，具有高强度、耐热性、耐候性和化学稳定性等优势。
它在各个领域都有广泛的应用，包括纺织工业、航空航天、体育用品和汽车工业等。
凯夫拉纤维制作工艺流程
凯夫拉纤维制作工艺流程
朋友们！今天咱们来聊聊凯夫拉纤维的制作工艺流程。
这东西可神奇了，在很多领域都有超棒的应用呢。
接下来就是合成的步骤啦。
这个过程有点复杂，但是别担心，我会尽量简单地给大家说清楚。
在合成的时候，有一些化学物质要按照一定的比例混合。
这个比例呢，也不是一成不变的，根据经验，有时候稍微调整一下比例，可能会对最终的纤维性能产生一些有趣的变化呢。
当然啦，混合的时候要特别小心，要确保它们充分混合均匀。
要是混合不均匀，那可就麻烦啦！这就好比你做蛋糕，面粉和糖要是没搅匀，那蛋糕的口感肯定不好呀。
然后呢，就是纺丝的环节啦。
这一步要特别注意！纺丝的速度啊、温度啊，都会影响到凯夫拉纤维的质量。
我记得我刚开始了解这个的时候，就觉得这好复杂啊，但是习惯了就好了。
纺丝的时候，你要时刻关注这些参数，不过也不用太紧张，因为在一定范围内的波动有时候是可以接受的。
小提示：可别完全不管这些参数哦！
在纺丝之后呢，可能还会有一些后处理的步骤。
这个环节可以根据实际情况自行决定，比如有的可能需要进行拉伸处理，有的可能需要进行特殊的涂层处理。
为什么要进行这些处理呢？这是为了让凯夫拉纤维的性能更加优异呀。
最后就是检验和包装啦。
这一步可不能马虎哦！要仔细检查凯夫拉纤维的质量，看看有没有什么缺陷之类的。
要是有问题的话，得及时处理。
检验合格之后，就可以把它们包装起来啦。
包装的时候也要注意保护好纤维，别让它们受到损伤。
小提示：别忘了最后一步哦！。
凯夫拉纤维解析
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（3）操作方式和特点
方式名称
操作过程
方法特点
间隙缩聚 N2气保护下聚合物单体 设备利用率低 溶液在反应器中缩聚，除 限制大规模生产
连续缩聚 去产物中的盐酸和溶剂 聚合物成本低
气相缩聚 将对苯二胺和对苯二甲酰 不需要溶剂
氯及氮气在反应器中进行 产物纯度高
气相缩聚
纤维性能高
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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。
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4. 芳纶纤维的分子 结构
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。
CO
CON H
N H n
Kevlar
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3. 芳纶纤维的制备
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。
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3. 芳纶纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：
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3
1. 芳纶纤维
全称：芳香族聚酰胺纤 维（Aramid fibers）
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。
凯夫拉纤维
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1313
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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。
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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
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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
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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 。
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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：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
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
凯夫拉纤维解析
4. 芳纶纤维的分子 结构
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。
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
高聚物链的线性结构使分子间排列紧密 纤维具有高强度
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
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3. 芳纶纤维的制备
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。
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3. 芳纶纤维的制备
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。
连续缩聚 产物中的盐酸和溶剂
聚合物成本低
气相缩聚 将对苯二胺和对苯二甲酰 不需要溶剂
氯及氮气在反应器中进行 产物纯度高
气相缩聚
纤维性能高
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2）纺丝工艺
（1）工艺流程
浓硫酸溶解 聚合物PPTA
纺丝溶液
干湿法纺丝
水洗
干燥
Kevlar-29
热处理（550℃） N2
Kevlar-49
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（2 ）纺丝溶液
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化学结构
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。
凯夫拉纤维与碳纤维
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
凯芙拉纤维的前景
中国航天科工集团公司第六研究院有关专家介绍说， 由该院自主研制、具有完全自主知识产权的高科技产品F12高强度有机纤维，填补了中国高强有机纤维材料的空白。 F-12高强有机纤维属芳纶类纤维（凯芙拉品牌纤维原料）， 具有高比强度、高比模量、低压缩强度和低密度等优异性 能，性能远远超过国内已量产的芳纶II纤维，是芳纶纤维 类产品的佼佼者。 几根F-12高强有机纤维绳可以吊起46吨的重物，而同 样粗细的钢丝绳只能吊起8吨的重物。F-12高强有机纤维 不仅广泛应用于航天、航空、高性能飞艇等领域，还可广 泛应用于光缆增强纤维、增强电力电缆、升降机缆绳及各 类高性能体育运动器材等领域，可为中国国防军工及高端 民用产品的研制提供强有力的支撑，因而具有广阔的市场 前景。
产业现状
目前世界碳纤维产量达到4万吨/年以上，全世界主要是日本东丽、东邦 人造丝和三菱人造丝三家公司以及美国的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家 公司，以及德国SGL西格里集团，韩国泰光产业，中国台湾省的台塑集团， 等少数单位掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。 中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤 维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，安 徽华皖碳纤维公司率先引进了500吨/年原丝、200吨/年PAN基碳纤维（只有 东丽碳纤维T300水平），使中国碳纤维工业进入了产业化。随后，一些厂家 相继加入碳纤维生产行列。 从2000年开始中国碳纤维用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前 利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品 水平。 碳纤维生产线 随着近年来中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业 重点扶持的新产品，成为国内新材料行业研发的热点。
凯夫拉Kevlar纤维
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
• Kevlar-帘子线、kevlar29-各种用途的纱、49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）
玻璃纤维 E-HTS
9.5 270.4 3.5 2.55
不锈钢
2.2 254.4 2.0 7.86
几种纤维主要性能的比较
项目 单位 fiber modulus (Gpa) Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
密度 g/cm3 抗张强度 MPa 弹性模量 GPa 断裂伸长 %
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：工作防护服
五、Kevlar纤维的应用
3. 增强材料： • 轮胎 • 运力带 • 胶管 • 复合材料
Kevlar凯夫拉纤维
Kevlar不会融化
空气中分解温度约427°C 至482°C （分解温度随不 同升温速率和暴露时间而 不同）
温度升高，重量会立即下 降，由于水挥发的原因
10°C/min升温速率时，Kevlar 49在空气中的 热失重分析曲线（TGA）
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KEVLAR纤维的化学稳定性
Kevlar纤维有一定的化学稳定性，但强水溶性酸、碱以及次氯酸钠 中，尤其是高温下长期作用会分解
其防弹背心的工作原理是织物 形成的多层网“抓住”子弹
不同的Kevlar织物将针对特定 的威胁，织物中的不同层面也 将具有不同的作用。不管是抵 挡飞速的子弹，还是用于阻止 利器的戳刺。
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KEVLAR纤维的应用
飞行器减重中的应用
杜邦 Nomex 和Kevlar制成 的蜂窝复合材料
出色的强度重量比，帮助 实现至关重要的成本效益 提升，比如节约能源，增 加有效载荷
2020/10/20
柔性聚合物物和刚性聚合物在纺丝过程中的差别
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KEVLAR纤维的性能
Kevlar纤维的化学结构是长链状聚 酰胺，刚硬的直线状分子链纤维
沿纤维方向是强共价键，横向是弱 的氢键
纤维性能各向异性，轴向强度及刚 度高而横向强度低
芳环，高的刚度，并使聚合物链呈 伸展态，形成棒状结构，因而纤维 具有高的模量（应力与应变之比）
Kevlar分子结构
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KEVLAR纤维的开发
液晶态棒状聚合物与柔性可熔 融聚合物之间的区别
柔性链：无规卷曲构型，溶液 浓度增加，无序性不会提高
刚性链：浓度增加，形成平行 的排列结构；内部聚合物分子 链高度有序相畴出现（相畴之
间无规律排列）
溶液经过喷丝头时，剪切力作 用下，相畴完全沿着剪切方向， 几乎完美分子取向
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应用
5、水泥补强 建筑材料：幕墙、地基材料及屋顶材料 补强材料：钢筋替代材料，筒管基材，盆槽 基材等
化学性能：
（1）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℃； （2）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
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
凯夫拉纤维
简介
聚对本二甲酰对苯二胺（PPTA），商品名为 凯夫拉（Kvalar），是1972年由美国杜邦公 司所生产的一类聚酰胺产品。在我国，PPTA 被称作芳纶1414，其数字部分表示高分子链 接中酰胺键和亚胺键与苯环上的碳原子相连 接的位置，其结构式为：
合成
PPTA属于-AA-BB-型缩聚物，通常由芳香族二胺 与芳香族二酰氯，在酰胺型溶剂体系中经缩聚的 方法制备。其反应式如下：
+
+2nHX
其中X代表：卤素、羟基或-OR（R代表：烷基、芳基）
纤维的制造
PPTA纤维成形技术是典型的有刚性链聚合物形 成液晶性纺丝溶液，采用杜邦公司发明的干喷 丝纺的液晶纺丝方法，制取高强度、高模量纤 维，其具体操作过程为： 1、制备纺丝原液：将PPTA溶解于浓度为 99%~100%的硫酸中，聚合物的质量分数为 18%~22%，温度为90℃。 2、纤维制造：将纺丝原液置于纺丝装置中， 当纺丝原液通过喷丝孔时，在剪切应力和伸长 流动下会产生一定的取向，因此可得到高强度、 高模量的纤维制品。
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：工作防护服
应用
3、石棉替代品
摩擦材料：刹车垫片、离合器衬垫 密封材料：密封垫片、气缸垫 工业用纸：耐热绝缘纸、工业特种用纸
4、增强材料 轮胎：汽车轮胎帘子线，防切割帘子布等 动力带：传送带、传动带 胶管：高压软管，耐热软管，海洋工程软管 复合材料：航空机部件，压力容器，电子机械， 体育用品，塑料增强材料
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
机械性能：
（1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感； （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，因为经单轴取向，使得其 具有各向异性； （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