凯夫拉Kevlar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
四、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
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
3. 增强材料：
• 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。
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
• 高聚物溶液的特性：
1）高聚物不溶于一般的溶剂，仅溶于强酸，如硫酸、 氯酸、硝酸等。一般用硫酸 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
三、凯夫拉纤维的性能
1. 物理性能： (1)有光，黄色. (2)密度：1.43-1.44g/cm3 为钢铁的五分之一。
，
2.机械性能：
1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感。 在同等重量的条件下, 强度是钢丝的五倍。 （2）抗延伸性(模量) 比最常用的补强纤维—E玻璃纤维强三 倍。
3. 热性能
（2）纺丝。 • 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摄 氏度。 • 2.纤维制造。将纺丝原液至于纺丝装置中，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。
纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
凯夫拉纤维解析
总结
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. 芳纶纤维的制备
（3) 高聚物溶液的特性： 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 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 聚合物体积分数18-22%，温 在浓H2SO4中的结构排列 度90℃处于可纺性良好的低 粘度区。
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）
5）Kevlar纤维制备工艺总括
24
6） 复合材料用Kevlar纤维产品
（1）长纤维纱 粗纱，细纱 （2）短纤维纱
（3）由纱织成的单向带
（4）Kevlar纤维布
平纹
斜纹
缎纹
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4. 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。
宇航、造船 ARAMID纤维主要包括两种牌号，并重改名称。 工业的复合 PRD--49--IV改称为芳纶--29； 材料制件。 PRD--49--III改称为芳纶--49；
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6. 凯夫拉纤维的发展
凯夫拉（Kevlar）纤维国内发展 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
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6. 凯夫拉纤维的发展
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 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
凯夫拉纤维与碳纤维-53页文档资料
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
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
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。
牌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。
凯芙拉纤维的应用
凯芙拉品牌纤维密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，因而 受到人们的重视，并已经广泛应用到人们的日常生活中。由于凯芙拉品牌材 料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀抢不入的特殊本领。在军事上被称之为"装甲 卫士 "。 大家知道，坦克、装甲车已逐渐成为现代陆军的主要装备之一。其 原因就在于这两种兵器都具有坚硬的装甲，在战争中有消灭敌人保护自己的 作用。有了矛就出现了盾，有了坦克、装甲车之后，就发明了反坦克炮、反 坦克导弹。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。凯芙拉品牌材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、 装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。 与玻璃钢相比，在相同的防护 情况下，用凯芙拉品牌材料时重量可以减少一半，并且凯芙拉品牌层压薄板 的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。凯芙拉品牌薄板与钢装甲结合使用更是 威力无比。如果采用"钢枣芳纶枣钢"型复合装甲，能防穿甲厚度为700毫米的 反坦克导弹，还可防中子弹。
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：
凯夫拉材料的报告
2.Kevlar材料（重点）
（5）材料分类应用
主要用于绳索、电 缆、涂漆织物、带 和带状物，以及防 弹背心等。 用于航空、
宇航、造船 ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。 工业的复合 PRD--49--IV改称为芳纶--29； 材料制件。 PRD--49--III改称为芳纶--49； B纤维改称为芳纶。
2.Kevlar材料（重点）
（2）压缩性能 在轴向和径向具有较低的压缩性能，这主要由于它的高结 晶和高取向。 （3）剪切性能 凯夫拉纤维具有较低的剪切性能，因为它具有较高的各向 异性。 （4）耐磨性能 由于凯夫拉纤维较弱的横向结合力，因此具有较低的耐磨 性能，当纤维之间摩擦或与金属表面摩擦，易原纤化。这 种情况在纤维表面区域，易纤维劈裂或原纤化，以致形成 断裂。为了保护其表面，大部分凯夫拉纤维制品上油剂， 增加耐磨性。
2.Kevlar材料（重点）
（5）材料应用
2.Kevlar材料（重点）
（5）材料应用（军品）
防护头盔
防弹背心
2.Kevlar材料（重点）
（5）材料应（民品)
Kevlar和碳纤维的性能比较 ?
• 芳纶纤维全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”,英文为Aramid fiber(杜邦 公司的商品名为Kevlar)，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、 高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5~6 倍 ，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅 为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好 的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为 是材料界一个非常重要的历史进程。 • 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、 比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许 多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维可分别用聚丙烯 腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得;按状态分为长丝、 短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤 维强度为1000兆帕(MPa)、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又 分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以 上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为 超高模型。 • 现在，流行一种二者的结合碳纤维-凯夫拉纤维混合复合材料。
KFRP光缆加强芯简介及生产探讨
KFRP的机械性能主要取决于芳纶的机械性能，以制造0.5mm的KFRP的1440Dtex的常用的芳纶为例，芳纶的标称强度一般只有330N左右（中值），考虑到正态分布的影响（标准差一般在15~25N左右），以及生产过程对芳纶的损伤，要完全达到1600MPa的指标（前面已经计算过，抗张力应高于315N），AQL的水平最多能达到84%的水平或更低，所以必须采用更高档的芳纶。
第三部分的指标是耐气候指标，即在30D的弯曲直径下，经过高温80度24小时，低温40度24小时后，KFRP不行有裂纹，毛刺，折断，解体，且手感光滑。
这部分指标主要取决于固化胶粘剂体系，通过采用合适的固化胶粘剂体系，达到指标是比较容易的。部分用户也提出了更严苛的标准，如提高温度到120度，或KFRP的受热减重不得超过规定的比率等，这均可以通过改进配方达到。
KFRP光缆加强单元简介及生产探讨
光缆芳纶加强单元在国内通常简称为KFRP，KFRP是Kevlar Fiber Reinforced Plastics的缩写，中文直译是凯芙拉纤维增强塑料。Kevlar（凯芙拉）是杜邦公司生产的芳纶纤维（Aramid Fiber）商品名，由于杜邦的Kevlar纤维是生产最早，性能最好，应用最广泛的芳纶纤维，所以人们通常以Kevlar代替芳纶，把光缆芳纶加强单元称为KFRP。
在结构尺寸上，标准规定了本体和涂覆后产品的直径偏差，本体和涂覆后产品的不圆度要求。行业标准的规定并不严格，在设备，模具正常的情况下，均可达到这些指标。
在机械性能上，标准中规定了最小弯曲直径，拉伸强度，拉伸弹性模量三项指标。在机械性能指标上，笔者有一些不同的看法，在此也希望能在此与同行进行探讨。
Kevlar凯夫拉纤维
参考资料：1.Kevlar®产品技术手册 2. /products-and-services/fabrics-fibers
nonwovens/fibers/brands/kevlar.html
2020/10/20
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KEVLAR纤维
Advance material chemistry
PKU
2020/10/20
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Outline
Kevlar纤维的开发
Kevlar纤维的性能 Kevlar纤维的力学性能
Kevlar纤维的热性能 Kevlar纤维的化学稳定性
Kevlar纤维的应用
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KEVLAR纤维的开发
工业安全防护
Kevlar 提供热防护、切割 防护和磨损防护
高温下依然有很好的强度， 因此适用于在高温应用中 使用的手套和连指手套
具有固有阻燃性，并且不 会熔融，这一点不同于尼 龙、聚酯材料和聚乙烯材 料
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KEVLAR纤维的应用
执法人员防弹衣
Kevlar纤维呈韧性断裂，断裂 前纤维有明显的缩颈
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
Kevlar纤维使拍弦 不易被拉长，可减 少断弦
2020/10/20
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。
凯夫拉防弹纤维——“偶然间”的发明拯救数千人生命
凯夫拉防弹纤维——“偶然间”的发明拯救数千人生命Kevlar凯夫拉——美国杜邦公司研发的一种高强度芳纶纤维2014-11-28 16:57:19 来源：评论：0点击：关于凯夫拉凯夫拉（Kelvar）是美国杜邦公司用于其芳香聚酰胺纤维（简称“芳纶”）产品上的注册商标，该种纤维于1965年推出，发明者是波兰裔美国女化学家的斯蒂芬妮·克沃勒克（Stephanie Kwolek）。
20世纪70年代初，这种高强度的材料被首次用在商业用途上，用于替代赛车轮胎中的部分钢材，后来被用于制造防弹背心。
凯夫拉具有优越的高强度性能，它不会像钢铁一样与氧气和水发生锈蚀，所以，凯夫拉现在被广泛用在多个领域，如船体、飞机、自行车轮胎、军用钢盔、防弹背心等。
凯夫拉具有极佳的抗撕拉性能，其强度为同等质量钢铁的5倍，而密度仅为钢铁的五分之一左右（凯芙拉密度为每立方厘米1.44克；钢铁密度为每立方厘米7.859克）。
鉴于此，它也被用于制造可以承受高冲击的鼓面。
当作为一种编织材料使用时，凯夫拉又可以作为水下系泊缆绳使用或用于其他水下作业。
在20世纪70年代，Akzo发明了一种与凯夫拉相似的名叫Twaron（特威隆）的纤维，两者的化学结构大致相同，此纤维于1986年开始进行商业生产，Teijin（帝人）是Twaron现在的制造商。
历史聚对苯二甲酰对苯二胺（Poly-paraphenylene Terephthalamide）是凯夫拉品牌的材料原名，凯夫拉是由波兰裔美国女化学家斯蒂芬妮·克沃勒克（Stephanie Kwolek）在杜邦公司工作期间发明的。
1964年，她的团队在寻找一种轻量级新型强力纤维用于制作轮胎，当时她一直使用的是聚合物材料，但制作过程中意外地合成了一种独特的质地轻薄的乳状溶液。
凯夫拉发明者：波兰裔美国女化学家斯蒂芬妮·克沃勒克（Stephanie Kwolek）该溶液“浑浊，搅拌时呈乳白色，粘度低”通常会被扔掉，但Kwolek说服了一位负责运行喷丝头的技术人员Charles Smullen，协助她一起把这种溶液放进了喷丝头中。
(推荐)Kevlar凯夫拉纤维
由于其延展性有助于预防 破碎，以致常见于碳复合 材料和玻璃纤维中，因而 在高冲击情形中更加可靠
Kevlar纤维使拍弦 不易被拉长，可减 少断弦
2020/3/1
Adidas Freak x Kevlar 'STAND' Cleat 为黑人历史月所推出 的橄榄球鞋
2020/3/1
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KEVLAR纤维的热性能
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）
2020/3/1
2020/3/1
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对苯二甲酰氯
对苯二甲胺
Kevlar 的发明者：Stephanie Kwolek
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
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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
常与碳纤维混杂，提高复 合材料的冲击韧性
2020/3/1
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KEVLAR纤维的应用
体育用品
Kevlar纤维强度和轻质只 是最基本的优势，其韧性 使得织物能经受起反复的 损伤
凯夫拉纤维
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
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。
二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
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 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
4.6 1.2 0.50 10.0 896.6 12.4
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 2.8 5.8
纤维
切变模量 拉伸模 量/切变 GPa 模量 0.84-1.2 8.2 粘胶 1.30 3.2 羊毛 1.0-1.6 腈纶 Kevlar 1.80 70.0 49
凯夫拉纤维国内生产现状
国内芳纶拉纤维生产现状凯芙拉英文原名KEVLAR，也译作克维拉。
是美国杜邦（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”,化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的醯胺基团为对位结构。
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。
型号分为K29，K49，K49AP等。
芳纶主要分为两种，“对位”芳酰胺纤维（PPTA）和“间位”芳酰胺纤维（PMIA）。
杜邦的对位芳纶品牌名为KEVLAR，间位芳纶品牌名为NOMEX。
我国有烟台（Tayho）和四川商业化的芳纶产品对位芳纶TAPARAN和间位芳纶TAMETAR。
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。
目前，“凯夫拉”层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。
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 (2)
现今用于传输的光纤也是用凯夫拉来形成一层保护膜， 凯夫拉层有很好的柔韧性，保护光纤不受损害。凯 夫拉层一般称为缓冲层或涂覆层，在光纤以外，外 表皮以内。
五、Kevlar纤维的应用
石棉替ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
水泥补强
Kevlar纤维的应用
• 防弹衣
传统防弹衣的防弹层用金属陶瓷等材料填充 而用凯夫拉 纤维作为填充物的防弹衣不仅防弹性能没有下降 而且 衣体更轻更柔更舒适 更便于士兵远途作战
Kevlar纤维的应用
• 航天材料
由于凯夫拉材料的色耐高温特性及其高韧性常作为 火箭和航天飞机等发动机的高压汽缸壁
Kevlar纤维的应用
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 于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
四、凯夫拉纤维的性能
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
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。
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
KFRP光缆加强芯简介及生产探讨
KFRP光缆加强单元简介及生产探讨光缆芳纶加强单元在国内通常简称为KFRP，KFRP是Kevlar Fiber Reinforced Plastics的缩写，中文直译是凯芙拉纤维增强塑料。
Kevlar（凯芙拉）是杜邦公司生产的芳纶纤维（Aramid Fiber）商品名，由于杜邦的Kevlar 纤维是生产最早，性能最好，应用最广泛的芳纶纤维，所以人们通常以Kevlar 代替芳纶，把光缆芳纶加强单元称为KFRP。
KFRP采用芳纶这种高强度，高模量的纤维生产，在满足强度和模量要求的情况下，产品直径可以做的很小，一般本体直径仅为0.5毫米，外部涂覆的情况下，也仅为0.58毫米左右；KFRP较高的模量使得光缆在受力时，光纤在长度方向上受力较小，从而避免光纤的断裂和光损耗的增加；因此采用KFRP作为加强单元的光缆，具有产品直径较小的特点，弯曲性能优越，适合入户和室内的布线。
随着光通信的发展，光纤入户（FTTH Fiber To The Home）已经越来越普及，KFRP的应用也随之越来越得到推广。
一般情况下，FTTH光缆采用蝶型结构，二根KFRP作为加强单元，光纤位于二根KFRP的中间，KFRP 主要起到抗拉的作用，且起到小部分抗侧压的作用。
由于KFRP主要应用于FTTH光缆的生产制造，它的主要性能指标包括以下三个部分（详见中华人民共和国通信行业标准：光缆用非金属加强件的特性YD/T 1181.3-2011）：结构尺寸，机械性能，耐气候性能。
在结构尺寸上，标准规定了本体和涂覆后产品的直径偏差，本体和涂覆后产品的不圆度要求。
行业标准的规定并不严格，在设备，模具正常的情况下，均可达到这些指标。
在机械性能上，标准中规定了最小弯曲直径，拉伸强度，拉伸弹性模量三项指标。
在机械性能指标上，笔者有一些不同的看法，在此也希望能在此与同行进行探讨。
最小弯曲半径：不大于本体标称直径的10倍（10D）。
即标称0.5mm直径的KFRP，经涂覆后的弯曲半径是10mm。
kevlar纤维的结构特点
Kevlar纤维的结构特点Kevlar纤维是一种高性能合成纤维，由美国杜邦公司于1965年发明。
它具有出色的强度和耐热性能，被广泛应用于防弹衣、安全带、轮胎等领域。
Kevlar纤维的独特结构决定了其优异的性能。
1. 分子结构Kevlar纤维是一种芳香族聚酰胺纤维，主要由聚对苯二甲酰胺（PPTA）单体组成。
PPTA分子中含有苯环和酰胺基团，这些基团通过共价键连接在一起形成聚合物链。
2. 高度有序排列Kevlar纤维具有高度有序的分子排列，这是其优异性能的重要原因之一。
PPTA分子链在制备过程中通过拉伸和热处理等工艺使得分子链得以有序排列，并形成了平行于纤维轴向的晶体区域。
这种有序排列使得Kevlar纤维具有较高的强度和刚性。
3. 刚性与柔韧并存尽管Kevlar纤维具有很高的刚性，但它仍能保持一定的柔韧性。
这是由于Kevlar纤维中芳香环的共轭结构和酰胺基团的存在。
共轭结构可以增强分子链之间的相互作用力，提高纤维的刚性；而酰胺基团则使得分子链之间具有一定的可移动性，从而增加了纤维的柔韧性。
4. 高强度与高模量Kevlar纤维具有极高的强度和模量。
强度是指材料抵抗外力破坏的能力，而模量则衡量材料对应力变形的抵抗能力。
Kevlar纤维在干燥状态下具有很高的拉伸强度（约3.6-4.1 GPa）和模量（约70-130 GPa），比钢铁还要强硬。
这使得Kevlar纤维成为防护材料领域中重要的选择。
5. 耐热性Kevlar纤维具有出色的耐热性能。
它可以在较高温度下长时间保持稳定，并且不会熔化或流动。
这是由于Kevlar纤维中的酰胺基团具有较高的熔点，使得纤维能够在高温下保持结构稳定。
6. 阻燃性Kevlar纤维具有良好的阻燃性能。
在受到火焰或高温时，Kevlar纤维不会自行燃烧，也不会滴落。
这是由于Kevlar纤维的化学结构决定了其分解温度较高，而且分解产物中没有易燃物质。
7. 耐化学腐蚀性Kevlar纤维对大多数常见化学物质具有较好的耐腐蚀性。
防弹纤维“凯夫拉尔”是如何炼成的？
防弹纤维“凯夫拉尔”是如何炼成的？凯夫拉尔纤维的原材料是什么？用于制作防弹背心的超强纤维―凯夫拉尔‖，重量轻且强度极大，其用途多达200多种。
―凯夫拉尔‖是美国女科学家斯戴芬妮·露易丝·廓莱克（Stephanie Louise Kwolek）发明的。
2014年6月18日，90岁高龄的廓莱克因病辞世，在她辞世后的一周，凯夫拉尔防弹背心共售出了100万件。
斯戴芬妮·廓莱克和研发凯夫拉尔的其他组员，自左至右：廓莱克，赫伯特·布莱茨（Herbert Blades），泡尔·W·摩根和小约瑟夫·L·里弗斯（Joseph L. Rivers, Jr.）―凯夫拉尔‖作为一种材料，优点是重量轻且强度极大，其用途包括网球拍、滑雪板、船体、飞机、绳索、电缆、轮胎、防弹背心和防弹头盔等。
斯戴芬妮·廓莱克在杜邦公司的事业历时40年。
成功地创造出第一族具有卓越强度和刚度的合成纤维。
最有名的就是她发明的该族超级合成纤维的第一个成员：聚对苯二甲酰对苯二胺——英文商标名为Kevlar（中译―凯夫拉尔‖），中文俗名芳纶。
该族合成纤维被称为芳香族聚酰胺纤维，简称芳酰胺纤维。
杜邦公司董事长埃伦·库尔曼（Ellen Kullman）说：―对于杜邦公司科学家斯戴芬妮·廓莱克的离世，我们大家都很悲痛。
她是一位富有创造性、意志坚定的化学家，一名真正的女性科学先锋。
她合成的第一个液晶高分子聚合物催生了杜邦公司的凯夫拉尔，也照亮了她自己的辉煌职业生涯。
‖廓莱克的早期生活和教育廓莱克于1923年7月31日出生在美国宾夕法尼亚州西南部城市纽肯星顿的匹兹堡郊区，父母亲是波兰移民。
她的父亲强·廓莱克（John Kwolek）在她十岁的时候就去世了。
强是名博物学家，孩提时代的廓莱克有机会与父亲一起探索自然，他们常到自家附近的树林和田野采集标本，用树叶、野花、种子、草类植株充实剪贴簿并写上有关说明。
凯夫拉Kevlar纤维
捻系数与拉伸强度的关系
温度与拉伸强度的关系
凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
fiber modulus (Gpa)
Carbon (600 ksi) 4 3 2 1 1 2 4 fiber strain (%)
Aramid (500 ksi)
E-glass (350 ksi)
四、凯夫拉纤维的性能
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
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
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
高聚物溶液的特点
二、Kevlar纤维的制造
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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
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
有机纤维燃烧时放出的气体
CO2 CO C2H2 C2H4 CH4 N2O HCN AN NH3 HCl
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。
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
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
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
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
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 。
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
2.4
1.3
4.0
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
3.2
腈纶 1.0-1.6
Kevlar 1.80
70.0
49
Kevlar纤维疲劳性能
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
fiber modulus (Gpa)
Carbon (600 ksi)
4
Aramid (500 ksi)
3 E-glass (350 ksi)
2
1
12
4
fiber strain (%)
四、凯夫拉纤维的性能
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
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
捻系数与拉伸强度的关系
温度与拉伸强度的关系
凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
610
457
305
150
凯夫拉49
钢丝 0
空气中
凯夫拉49
钢丝
海水中
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
cN/dtex
模量
℃炭化 • 尺寸稳定性好，具有非常低的热收缩
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
• 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。
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
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
五、Kevlar纤维的应用
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
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
898.6
4.6 1.2 0.50 10.0 896.6 12.4
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
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
Kevlar49纤维比热容
温度/K
比热kj/(kgK) 温度/K
比热kj/(kgK)
273
1220
473
2620
323
1600
523
2740
373
1990
573
2840
423
2360
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
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
Kevlar49拉伸、压缩和剪切性能
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
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
fiber modulus (Gpa)
几种纤维主要性能的比较
项目 单位 Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
100、119、129、149 • 荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、
1055、1056 • 日本帝人：Technora200、210、240
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
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
高聚物溶液的特点
二、Kevlar纤维的制造
2. 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
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。
• 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）
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
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