凯夫拉Kevlar纤维PPT课件
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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
29
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
34
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
35
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
38
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
17
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
30
Kevlar49纤维比热容
温度/K
比热kj/(kgK) 温度/K
比热kj/(kgK)
273
1220
473
2620
3231600523 Nhomakorabea2740
373
1990
573
2840
423
2360
31
Kevlar29、玻纤和石棉织物的导热 系数
织物
Kevlar29 Kevlar29 （3股） Kevlar29 （毡） 玻纤 玻纤8股 石棉
• 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）
12
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
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。
• 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。
4
二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
5
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
100、119、129、149 • 荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、
1055、1056 • 日本帝人：Technora200、210、240
11
三、Kevlar纤维及其产品
• 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
项目 单位 Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
密度 抗张强度 弹性模量 断裂伸长
g/cm3 MPa GPa %
1.44
1.45 1.80 2.54
2.76 Carbo2n.(76600 ksi)3.65
1.52
4 62
131 Aram23id5 (500 ksi6)9
3.8
9
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
10
三、Kevlar纤维及其产品
1）Kevlar长丝纱 • 美国杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、
36
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
37
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
• 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。
16
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
等 性能：与Kevlar29类似
13
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
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 。
2.8
5.8
纤维
切变模量 拉伸模
GPa
量/切变 模量
粘胶 0.84-1.2 8.2
羊毛 1.30
3.2
腈纶 1.0-1.6
Kevlar 1.80
70.0
49
27
Kevlar纤维疲劳性能
28
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
拉伸 压缩 剪切
断裂强度cN/dtex
24.1
断裂应变或屈服应变% 2.50
模量cN/dtex
898.6
4.6 1.2 0.50 10.0 896.6 12.4
26
各种纤维的扭转切变模量
纤维 切变模量 GPa
玻纤 钢 锦纶 0.33-0.48 丙纶 0.75 聚酯 0.85
拉伸模 量/切变 模量
2.0
K49 1850 50
1
腈纶 1300 170 5
2
改性 1100 110 10 1 锦纶
锦66 1200 250 50
5
羊毛 1100 120 7
1
聚酯 1000 300 6
5
10 14
3.5
17 45 40 50 3
18 17 50 80 5 20
25 20 30 10 30 17 10
33
五、Kevlar纤维的应用
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
18
捻系数与拉伸强度的关系
19
温度与拉伸强度的关系
20
凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
凯夫拉49 610
457
305
150
凯夫拉49
钢丝 0
空气中
钢丝
海水中
21
几种工业长丝纱性能比较
项目
Kevlar49 锦纶728 聚酯68
断裂强度 19.2
8.6
1
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
2
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
面密度 g/m2
333 998
厚度 mm
0.76 2.16
917
2.67
285
0.30
2282 2.16
1386 2.29
KJ/(m2s) 温速
(℃/25s)
13.5
60
6.8
30
3.5
16
25.0
111
4.4
19
7.0
31
32
有机纤维燃烧时放出的气体
CO2 CO C2H2 C2H4 CH4 N2O HCN AN NH3 HCl
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
25
Kevlar49拉伸、压缩和剪切性能
2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特点。体积分数 <12%，溶液呈各向同性；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
6
高聚物溶液的特点
7
二、Kevlar纤维的制造
2. 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
8
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。
• 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
3
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。
2.4
1.3
4.0
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
23
fiber modulus (Gpa)
Carbon (600 ksi)
4
Aramid (500 ksi)
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
24
四、凯夫拉纤维的性能
cN/dtex
模量
861.9 48.4
cN/dtex
断裂伸长 2.5
18.3
%
密度
1.44
1.14
g/cm3
8.1 100.0 14.5 1.38
玻璃纤维 E-HTS 9.5
不锈钢 2.2
270.4 254.4
3.5
2.0
2.55
7.86
22
fiber modulus (Gpa)
几种纤维主要性能的比较
14
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
15
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 。
℃炭化 • 尺寸稳定性好，具有非常低的热收缩
29
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
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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
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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
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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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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
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Kevlar49纤维比热容
温度/K
比热kj/(kgK) 温度/K
比热kj/(kgK)
273
1220
473
2620
3231600523 Nhomakorabea2740
373
1990
573
2840
423
2360
31
Kevlar29、玻纤和石棉织物的导热 系数
织物
Kevlar29 Kevlar29 （3股） Kevlar29 （毡） 玻纤 玻纤8股 石棉
• 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）
12
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
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。
• 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。
4
二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
5
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
100、119、129、149 • 荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、
1055、1056 • 日本帝人：Technora200、210、240
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三、Kevlar纤维及其产品
• 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
项目 单位 Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
密度 抗张强度 弹性模量 断裂伸长
g/cm3 MPa GPa %
1.44
1.45 1.80 2.54
2.76 Carbo2n.(76600 ksi)3.65
1.52
4 62
131 Aram23id5 (500 ksi6)9
3.8
9
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
10
三、Kevlar纤维及其产品
1）Kevlar长丝纱 • 美国杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、
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写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
37
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
• 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。
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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
等 性能：与Kevlar29类似
13
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
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 。
2.8
5.8
纤维
切变模量 拉伸模
GPa
量/切变 模量
粘胶 0.84-1.2 8.2
羊毛 1.30
3.2
腈纶 1.0-1.6
Kevlar 1.80
70.0
49
27
Kevlar纤维疲劳性能
28
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
拉伸 压缩 剪切
断裂强度cN/dtex
24.1
断裂应变或屈服应变% 2.50
模量cN/dtex
898.6
4.6 1.2 0.50 10.0 896.6 12.4
26
各种纤维的扭转切变模量
纤维 切变模量 GPa
玻纤 钢 锦纶 0.33-0.48 丙纶 0.75 聚酯 0.85
拉伸模 量/切变 模量
2.0
K49 1850 50
1
腈纶 1300 170 5
2
改性 1100 110 10 1 锦纶
锦66 1200 250 50
5
羊毛 1100 120 7
1
聚酯 1000 300 6
5
10 14
3.5
17 45 40 50 3
18 17 50 80 5 20
25 20 30 10 30 17 10
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五、Kevlar纤维的应用
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
18
捻系数与拉伸强度的关系
19
温度与拉伸强度的关系
20
凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
凯夫拉49 610
457
305
150
凯夫拉49
钢丝 0
空气中
钢丝
海水中
21
几种工业长丝纱性能比较
项目
Kevlar49 锦纶728 聚酯68
断裂强度 19.2
8.6
1
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
2
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
面密度 g/m2
333 998
厚度 mm
0.76 2.16
917
2.67
285
0.30
2282 2.16
1386 2.29
KJ/(m2s) 温速
(℃/25s)
13.5
60
6.8
30
3.5
16
25.0
111
4.4
19
7.0
31
32
有机纤维燃烧时放出的气体
CO2 CO C2H2 C2H4 CH4 N2O HCN AN NH3 HCl
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
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Kevlar49拉伸、压缩和剪切性能
2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特点。体积分数 <12%，溶液呈各向同性；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
6
高聚物溶液的特点
7
二、Kevlar纤维的制造
2. 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
8
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。
• 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
3
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。
2.4
1.3
4.0
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
23
fiber modulus (Gpa)
Carbon (600 ksi)
4
Aramid (500 ksi)
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
24
四、凯夫拉纤维的性能
cN/dtex
模量
861.9 48.4
cN/dtex
断裂伸长 2.5
18.3
%
密度
1.44
1.14
g/cm3
8.1 100.0 14.5 1.38
玻璃纤维 E-HTS 9.5
不锈钢 2.2
270.4 254.4
3.5
2.0
2.55
7.86
22
fiber modulus (Gpa)
几种纤维主要性能的比较
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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 。