凯夫拉纤维 (2)讲解
凯夫拉纤维
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。
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。
杜邦KEVLAR纤维
杜邦KEVLAR纤维是杜邦公司于1965年所制造发明的一种复合材料，它结合高强度及重量轻的优异特质,在同等重量的条件下,为钢丝的5倍强度、E级玻璃纤维的2.5倍强度、铝的10倍强度,被认为是世界上最强的纤维。
优异的特殊性能1．高抗张、高拉力功能2．低延伸、高模数、断裂强度高3．高耐温性、搞燃性、不熔解不助燃只会碳化4．高抗化学性、高稳定性、耐潜变5．低热膨胀系数6．低比重7．电的绝缘体温度性能KEVLAR亦有优异的耐温性能，不仅能在负196度到正204度的温度范围内连续使用而不会有很明显的变化或减损；同时还具有不溶解、防火性（不助燃）、仅会在427度开始碳化的特性，即使在负196度的低温下，也没有变脆和性能损失的现象，及能忍受温度高达538度短暂时间接触的优异耐温性能。
工业应用KEVLAR独特的高抗拉强度和低密度特性，比铝合金板更强、更轻、且更容易制造，特别适用于磨擦产品中作为增强纤维使用。
工业上运用于输送带、气体输送带、垫片及垫圈等已取代传统有毒的石棉，使用寿命更多达七位效益。
汽车工业上不论在刹车未来的令片、制动器、离合器、散热器、管子、传动带、辐射胎中的钢线以及启动整流器及引擎垫片等，在追求轻量化及高效能的今天，KEVAR 提供汽车工业设计者们一个广大的空间。
应用于RC桥柱耐震补强、混凝土补强，以及取代石棉，提供轻量结构并保持应有的结构强度。
摩擦材料，KEVLAR相对于石棉或玻璃纤维有更佳韧性及极低碎性，不会像玻璃一样高温熔化而渗出光滑的表面，并且因KEVLAR是非金属所以没有生锈的现象。
KEVLA 不同于玻璃与金属材料的特殊，使得KEVLAR对鼓面较轻不易产生磨损及刻痕，大大增长了刹车使用的期限。
若以金钱及使用时间上来考量，使用KEVLAR的磨擦新产品，比金属或石棉制成品更加经济实惠。
绳索、缆线、通讯材料KEVLAR取代了许多钢制绳索缆线的应用，比于从细小的绳子到粗大的船舶铆缆，以及通信光纤和海底通信电缆等等。
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。
凯夫拉纤维分子式
凯夫拉纤维分子式简介凯夫拉纤维是一种具有优异性能的合成纤维，其分子式为C10H8N2O2。
它由聚酰胺类化合物制成，具有高强度、耐磨损、耐腐蚀等特点。
凯夫拉纤维广泛应用于航空航天、汽车工业、体育用品等领域。
分子结构凯夫拉纤维的分子式为C10H8N2O2，由碳、氢、氮和氧元素组成。
它的分子结构中含有苯环和酰胺基团。
特性与性能1. 高强度凯夫拉纤维具有出色的强度特性，其强度比钢铁还要高。
这使得它成为航空航天领域中的理想材料，可以用于制造飞机、火箭等高强度要求的部件。
2. 轻质尽管凯夫拉纤维具有高强度，但它却非常轻巧。
相较于金属材料，凯夫拉纤维的密度更低，使得制成的产品具有更轻的重量。
这对于航空航天和运动器材等领域来说非常重要。
3. 耐磨损凯夫拉纤维具有出色的耐磨损性能，能够抵抗摩擦和磨损。
这使得它在制造高负荷部件时非常有用，例如汽车发动机零件、轮胎等。
4. 耐腐蚀由于凯夫拉纤维是合成纤维，它对化学品和腐蚀物质具有较高的抵抗性。
这使得它在化工行业中得到广泛应用，可用于生产化学容器、管道等。
5. 火焰阻燃凯夫拉纤维具有良好的火焰阻燃性能，不易燃烧。
即使在高温下也不会产生滴落或释放有毒气体。
因此，在防火安全领域中广泛使用。
应用领域1. 航空航天工业凯夫拉纤维由于其出色的强度和轻质特性，被广泛应用于航空航天领域。
它可以用于制造飞机机身、发动机零件、轮胎等，提高飞行器的性能和燃油效率。
2. 汽车工业凯夫拉纤维在汽车制造中有着广泛的应用。
它可以用于制造车身结构、底盘零件、安全气囊等，提高汽车的强度和安全性能。
3. 体育用品凯夫拉纤维在体育用品领域也得到了广泛应用。
例如，它可以用于制造网球拍、高尔夫球杆等，提供更好的控制性能和耐久性。
4. 安全防护由于凯夫拉纤维具有出色的阻燃性能和强度特点，它被广泛应用于安全防护领域。
例如，它可以用于制作防弹衣、安全带等，保护人员免受伤害。
发展趋势随着科学技术的不断进步，凯夫拉纤维在未来将会有更广阔的应用前景。
凯夫拉纤维解析ppt课件
1
对苯二胺
对苯二甲酰氯
O
OH
H
C
CN
N
n
聚对苯二甲酰对苯二胺
O
OH
H
C
CN
N
n
H2N
NH2 + ClOC H2N COCNl H2 + ClOHCN
NH O
COCl
聚间苯二甲酰间共价键
3
1. 芳纶纤维
全称：芳香族聚酰胺纤 维（Aramid fibers）
分子链在纤维轴向高度定向，强共价键
纤维横向分子纤间维氢力键学性能各向异性28
5. 芳纶纤维性能
1）力学性能：
① 拉伸强度：
Kevlar纤维的拉伸强度约为E-glass fiber的1.5
倍。与CF的拉伸强度相当或稍高。
② 拉伸模量：
Kevlar纤维的拉伸模量仅次于BF、CF。
③ 延伸率：
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。
10
简单流程图
第一阶段
11
第二阶段
12
3. 芳纶纤维的制备
1）聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
（1）原料 对苯二甲酰氯 对苯二胺 溶剂 （2）缩聚反应
13
（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溶 设备利用率低
（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
凯夫拉纤维在防弹材料上的应用研究进展
《近现代军事功能材料》课程论文凯夫拉纤维在防弹材料上的应用研究进展学院名称：专业：班级：学号：姓名：指导教师：二〇一九年十一月凯夫拉纤维在防弹材料上的应用研究发展摘要：防弹衣的原理就是通过材料的变形破裂，吸收和消耗子弹或破片的动能，阻止其穿透。
现代防弹衣的终极追求是在保证防护性能的同时尽可能轻薄，根据防弹结构的材质不同，主要可分为软质、硬质两类。
20 世纪60 年代，美国杜邦公司合成出一种新的芳纶纤维，命名为凯夫拉。
被迅速用于防弹衣的制造。
用这种材料制成的防弹衣仅重2-3千克，而且穿着舒适，行动方便，很快就被世界上许多国家的军队采用。
[1]关键词：凯夫拉，防弹衣，轻便，防弹头盔，性质，生活的应用。
A bstract：The principle of bullet proof vest is to absorb and consume the kinetic energy of bullet or fragment and prevent its penetration through the deformation and fracture of material. The ultimate pursuit of modern bulletproof clothing is to ensure the protection performance as thin as possible. According to the different materials of bulletproof structure, it can be divided into two categories: soft and hard. In the 1960s, DuPont company in the United States synthesized a new kind of aramid fiber, named Kevlar. It was rapidly used in the manufacture of bulletproof vests. The bulletproof vest made of this material weighs only 2-3kg, and it is comfortable to wear and convenient to move. It is quickly adopted by the military forces of many countries in the world.Key words: Kevlar, bulletproof vest, light weight, bulletproof helmet, nature, application of life.Research and development of Kevlar fiber in bulletproofmaterialsLantian Ge（Jiangsu University of Technology，Changzhou，Jiangsu 213000）一，凯夫拉纤维的发现如此具有影响力的材料，竟然是出自一个出生在美国的波兰老奶奶之手——被誉为“防弹衣之母”的斯蒂芬妮·露易丝·克沃勒克（Stephanie Louise Kwolek），克沃勒克于1923年7月31日出生于美国匹兹堡，她的父母都是来自波兰的移民，父亲在她10岁时去世。
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
7
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
4
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
12
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
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。
凯夫拉材料的报告概要
2.Kevlar材料（重点）
（3）结构特性 a.物理性能 （1）有光，黄色，Kevlar49为深黄色 (2) 线密度：大部分13.7，直径0.012mm (3) 密度：大部分1.43-1.44g/cm3
2.Kevlar材料（重点）
b.力学性能 （1）强度高、质量轻
大部分短纤维产品其密度为1. 43-1. 44 g/cm3。而 凯夫拉49为1. 44-1. 45 g/cm3，凯夫拉149为1. 47 g/cm3，与常规合纤相比，锦纶为1. 14 g/cm3，聚酯为 1.38 g/cm3，碳纤维为1. 8 g/cm3，玻璃纤维为2. 25 g/cm3，钢丝为7. 9 /cm3。因此凯夫拉纤维密度比锦纶、 聚酯大，而比碳纤维、玻璃纤维和钢丝小，在基本相同强 度下，凯夫拉具有较轻的特点。
1.碳纤维CF（简介）
(材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度越好）
碳纤维比重不到钢的1/4，碳纤维树脂
抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的 7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa， CF的比强度可达到2000Mpa/(g/cm3)以上， 而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右， 其比模量也比钢高。
常稳定，直至600℃才有明显的重量丧失。
b.低腐蚀性：具有高含量的Kevlar品牌纤维试片，表
现出比半金属片低的侵蚀性。
C.降解温度:凯夫拉纤维具有极好的热稳定性，这是
芳香族聚酞胺固有的特性。在500℃以上产生急剧的降解。
d .其他性质：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。
2.Kevlar材料（重点）
凯夫拉纤维解析
ppt课件.
13
（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
ppt课件.
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。
ppt课件.
27
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
ppt课件.
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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9
3. 芳纶纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：
ppt课件.
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
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。
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
14
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
15
（2 ）纺丝溶液
26
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 (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
凯夫拉纤维
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 断裂应变或屈服应变% 2.50 898.6 模量cN/dtex
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
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
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
Kevlar49纤维比热容
温度/K 比热kj/(kgK) 温度/K 比热kj/(kgK)
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cndtex断裂应变或屈服应变模量cndtex241250898646050896612100124各种纤维的扭转切变模量纤维切变模量gpa拉伸模量切变模量纤维切变模量gpa拉伸模量切变模量锦纶丙纶聚酯033048075085202858粘胶羊毛腈纶kevlar490841213010161808232700kevlar纤维疲劳性能在相同重量下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四凯夫拉纤维的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kevlar49纤维比热容温度k比热kjkgk温度k比热kjkgk2733233734231220160019902360473523573262027402840kevlar29玻纤和石棉织物的导热系数织物面密度厚度mmkjm25skevlar29kevlar29石棉33399891728522821386076216267030216229135683525044706030161111931coh4chhclk49腈纶改性锦纶锦66羊毛聚酯18501300110012001100100050170110250120300105017182510101045172030144050301750803520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
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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
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
• 建筑材料：地基屋顶材料 • 补强材料：钢筋替代材料
谢谢
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
五、Kevlar纤维的应用
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 。
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
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
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
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。
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
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“凯夫拉” 材料时重量
可 以减少一半，并且“凯夫拉”层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起
反 复撞击。“凯夫拉”薄板与钢装甲结合使用更是威力无比源自如果采四、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 。
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
水泥补强
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
• 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
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。