芳纶纤维PPT演示课件
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凯夫拉Kevlar纤维PPT课件
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
℃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
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
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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
芳纶纤维
芳纶纤维
严妍
1
芳纶的简介 芳纶的分类 主要的产品及其制备
2
3
4
芳纶的应用
研究方向
5
芳纶纤维
芳纶全称为"芳香族聚酰胺纤维",是一种新型高科 技合成纤维，诞生于20世纪60年代末。有很多品种，如 Aramid fiber（帝人芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司 的商品名为Kevlar），芳纶纤维主要分为对位芳酞胺纤 维(芳纶1414 )和间位芳酞胺纤维(芳纶1313 )。 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 。
称为非石棉纤维橡胶垫片，或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要
增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。
2014-6-6
特点
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。
2014-6-6
芳纶制的绳 防弹衣
2014-6-6
轮胎
芳纶的阻燃布
航空航天和军需工业上的应用
芳纶可用于制作大型飞机 的二次结构材料，如机舱门、 窗、机翼、整流罩体表面等， 也可制作机内天花板、舱壁等，
可减轻其质量。芳纶复合材料
可制造导弹的固体火箭发动机 壳、压力容器、宇宙飞船驾驶
舱、潜艇、防弹装甲车、防弹
n
2014-6-6
突出特点：
耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化 性、耐水性良好等，主要用作耐高温材料。
缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。
严妍
1
芳纶的简介 芳纶的分类 主要的产品及其制备
2
3
4
芳纶的应用
研究方向
5
芳纶纤维
芳纶全称为"芳香族聚酰胺纤维",是一种新型高科 技合成纤维，诞生于20世纪60年代末。有很多品种，如 Aramid fiber（帝人芳纶的商品名为 Twaron，杜邦公司 的商品名为Kevlar），芳纶纤维主要分为对位芳酞胺纤 维(芳纶1414 )和间位芳酞胺纤维(芳纶1313 )。 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 。
称为非石棉纤维橡胶垫片，或称为无石棉垫片、代石棉垫片。其主要
增强材料为代石棉纤维、无机纤维、碳/石墨纤维等。
2014-6-6
特点
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。
2014-6-6
芳纶制的绳 防弹衣
2014-6-6
轮胎
芳纶的阻燃布
航空航天和军需工业上的应用
芳纶可用于制作大型飞机 的二次结构材料，如机舱门、 窗、机翼、整流罩体表面等， 也可制作机内天花板、舱壁等，
可减轻其质量。芳纶复合材料
可制造导弹的固体火箭发动机 壳、压力容器、宇宙飞船驾驶
舱、潜艇、防弹装甲车、防弹
n
2014-6-6
突出特点：
耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化 性、耐水性良好等，主要用作耐高温材料。
缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。
芳纶纤维
芳纶纤维 - 间位芳纶
间位芳纶全称“聚间苯二甲酰间苯二胺”，英文缩写MPIA( poly-m-p纶1313。芳纶1313是一种开发早、应用广、产量大、发展快的耐高温纤维品种，其总量居特种纤维的第二位。其分子结构为：聚间苯二甲酰间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴；在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，极限氧指数LOI为29%—32%，性能极佳。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性，良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀性。
(l)聚间苯二甲酰间苯二胺缩聚物的制备芳纶1313由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成，其反应式为：生产缩聚物主要有如下三种方法。
①界面缩聚法 把配方量的间苯二胺溶于定量的水中，加入少量的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中，然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到MPD的水溶液中，在水和有机相的界面上立即发生反应，生成聚合物沉淀，经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。
③乳液缩聚法 将ICI溶于与水有一定相溶性的有机溶剂（如环己酮），MPD溶于含有酸吸收剂的水中，高速搅拌，使缩聚反应在搅拌时形成的乳液体系的有机相中进行。此方法利于热量传递。此外，还有专利报道有气相缩聚法制备芳香族聚酰胺。
鉴于低温溶液缩聚与界面缩聚、乳液缩聚相比，耗用溶剂少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂析出、水洗和再溶解等操作，在生产上更为经济，所以低温溶液聚合
聚合过程包括适量的PPD在缩聚溶剂中溶解，氮气保护下冷却到-15℃，然后伴随搅拌添加TPC，生成的产物是黏稠的糊状浆，反应物允许静置过夜，同时逐渐升温至室温。通过将此反应物在混合器中用水搅拌，洗去溶剂和HCl，聚合物过滤收集。在该反应中，溶剂的选择、反应物的化学计量、体系中水分等因素对决定聚合物分子质量有重
芳纶纤维的结构青岛大学课件
化学方面的原因(主要原因)
a. 官能团的分解，使增长的分子链失去活性。 b. 单体组分的非当量比,使分子链未端带的是相 同的官能团,发生“链封闭”作用,而使增长着的 分子链失去活性。 c. 原料中混有单官能团杂质也会发生“链端封 闭”作 用。 d. 分子链内部发生环化反应或分子间发生环化 反应等都会发生链端封闭作用而使反应终止。
Tf
脆化温 度Tb
线型无定型态高分子物的形变--温度曲线
玻璃化 温度Tg
粘流温 度Tf
第五节 合成纤维
一、基础知识
纤维：长径比几十倍以上（长：1mm～几 百 米；径：几微米（μm）～几十微米）
纤度：单位长度纤维的重量 。 旦：克数/9000米； 特（tex）：克数/1000米； 分特：克数/100米
而增加，链增长过程是逐步完成的。
2．缩聚反应的历程
① 链的开始 ② 链的增长
aAa + bBb
aABb + ab
③ 链终止
缩聚反应链终止的原因。
物理方面的原因
a． 随着缩聚反应的进行，单体浓度越来越小， 官能团发生反应的机会减少。 b．缩聚物的粘度增加，整个分子链移动困难， 碰撞机会减少。
C．粘度大，生成的低分子排不出去，发生可 逆反应。
树 脂: 指尚未与各种添加剂混合的高聚物。 填 料:（又称添加剂）提高制品的强度和耐热性并 可降低成本。20~50%）。 增塑剂:（又称软化剂）使制品具有韧性。增强可塑 性，降低脆性和刚性。 稳定剂：防止塑料老化，延长使用寿命。 润滑剂：防止塑料在成型过程中粘附压模，造成脱 落困难。 固化剂：加速高聚物分子间发生交联、硬化。 色 料： 使制品美观。
过
玻璃态 渡 高弹态
态
粘流态
认识芳纶
各类增强纤维比强度比模量
芳纶纤维的强度和模量高，密度低， 芳纶纤维的强度和模量高，密度低，因而此种增强纤 维有很高的比强度和比模量。 维有很高的比强度和比模量。
（1）不熔融 ） （2）高温能保持高强度与高弹性模量 ） （3）耐热、不易燃烧 ）耐热、 （4）尺寸稳定、几乎不发生蠕变 ）尺寸稳定、 （5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降 ）耐药性好， （6）耐疲劳性，耐磨性好 ）耐疲劳性， （7）对放射性线的抵抗性大 ） （8）非导电、且诱电性能优越 ）非导电、 （9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快 ）与无机纤维相比振动吸收性好、
该纤维内部大分子沿纵向取向，取向度很高，生成了大约100％ 该纤维内部大分子沿纵向取向，取向度很高，生成了大约100％ 的 100 次晶结构。具有极强的链间结合力，抗拉强度可达2.2 N／tex以上 以上， 次晶结构。具有极强的链间结合力，抗拉强度可达2.2 N／tex以上， 弹性模量达48 N／tex，是一般锦纶的9 l0倍 不但可以耐酸碱， 弹性模量达48 N／tex，是一般锦纶的9～l0倍，不但可以耐酸碱，而 且对橡胶有良好的粘着力。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性， 且对橡胶有良好的粘着力。间位芳纶的突出特点是优异的耐高温性， 良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀。 良好的尺寸稳定性，优良的可纺性、防火性和耐腐蚀。聚间苯二甲酰 间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解，玻璃 间苯二胺是排列规整的锯齿型大分子，在熔融以前就已经分解， 化温度Tg为270℃， 350℃以下不会发生明显的分解和碳化。 化温度Tg为270℃，在350℃以下不会发生明显的分解和碳化。当温度 Tg 以下不会发生明显的分解和碳化 超过400℃时 纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴； 超过400℃时，纤维逐渐发脆、炭化直至分解，但是不会产生熔滴； 400℃ 在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，限氧指数LOI为29％～32％ 在火焰中不延燃，具有较好的阻燃性，限氧指数LOI为29％～32％ 。 LOI ％～32
凯夫拉纤维解析ppt课件
7. 芳纶纤维（凯夫拉）
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
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
203527_第八章_芳纶纤维
用途：航空材料、体育器材、建
筑材料等。其中用作防弹材料是一 个重大飞跃。
美军的PASGT头盔
QGF－ 02防弹头盔
（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）
芳纶1313
全称：聚间苯二甲酰 间苯二胺纤维
O O C H N H N n
分子结构式：
C
合成：
由间苯二甲酰氯与间苯二胺缩聚而成
+ ClO C CO Cl HN NH OC CO
④ 密度：
Kevlar纤维比CF(1.7～1.8)、GF(2.5左右)、BF(3.9)都要低，而 KF仅1.4左右。
几种增强纤维的比强度和比模量
热性能：
GF：软化点： 550～580 ℃； 200～250 ℃以下，GF强度不变。
热膨胀系数：48×10-6 ℃-1
CF： 高于1500℃，强度才开始下降。
缩聚实施方法：工业常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法
性能：
1）力学性能：高强度、高模量、密度低、韧性好的特点。 2）耐化学性能：对普通有机溶剂、盐类溶液等具有很好的 耐化学药品性，除了少数几种强酸和强碱外；对紫外线敏 感。 3）热稳定性：高温下不熔，短时间暴露在300oC以上，强 度几乎不发生变化。
92sic纤维sic纤维的制备先驱丝法复合法chclclsinasich分子重排400c以上si熔融纺丝纤维不熔化处理不熔化丝具有不熔的交联结构空气ar保护张力1000c以上高温烧结高性能sic纤维聚硅烷pdms碳化硅纤维的化学组成元素si摩尔比100129038010含量54330011802sic纤维的性能
热膨胀系数：平行于纤维方向：负值 -0.72～-0.90×10-6℃-1
垂直于纤维方向：正值 32～22×10-6℃-1
芳纶纤维
2. 对位芳香族聚酰胺纤维 (1)聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维Poly（P-benzamide） 聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维 聚对苯甲酰胺 （ ） 简称PBA纤维。 纤维。 简称 纤维
NH
CO n
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称 （ ）简称PPTA纤维 纤维
简单流程图 第一阶段
第二阶段
1. Kevlar的缩聚工艺 Kevlar的缩聚工艺 （1）原料 ） 1）对苯二甲酰氯 ） 2）对苯二胺 ） 3）溶剂 ） （2）缩聚反应 ）
（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 液在反应器中缩聚， 液在反应器中缩聚，除去 限制大规模生产 产物中的盐酸和溶剂（ 产物中的盐酸和溶剂（ 聚合物成本低 连续缩聚 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
液晶的基本概念
物质的状态:固态，液态，气态 物质的状态:固态，液态，
气态： 气态： 液态：具有高的流动性， 液态：具有高的流动性，构成液体的分子能够在整个体积中自由 移动，不具有长程有序，各向同性。 移动，不具有长程有序，各向同性。 固态：具有一定的形状， 固态：具有一定的形状，构成固体的分子或原子在固体中具有有 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 序规整的排列，具有长程有序，具有各向异性。 液晶（ ）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 液晶（Liquid Crystals）：是介于各向同性的液体和完全有序的晶 ）： 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性， 体之间的一种取向有序的流体，它既有液体的流动性，又有晶体 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。 的双折射等各向异性的特征；是一种中间态。
第10章芳纶纤维
两种干喷混纺装置示意图
第四节 凯芙拉纤维的制品
凯芙拉纤维可以制成各种连续长纤维的粗、细纱，并可以 纺织加工成各种织物。 粗纱和细纱的物理力学性能见表4。 粗纱也用于缠绕制品及挤拉成型工艺。 芳纶纤维制品的型号和规格见表5；凯芙拉-49织物的性质 见表6。 凯芙拉-49织物具有高的拉伸性能和低的断裂延伸率。 表6所列的有机纤维织物与玻璃纤维织物在结构上很类似， 在用途上也有相似的适用性。
表4
凯芙拉-49细钞和粗纱的物理力学性能
性能 数值
160 500 无强度损失 无强度损失 3170 2720 无模量损失 无模量损失 113.6 110.3
在空气中高温下长期使用的温度（℃） 分解温度（℃） 拉伸强度 （MPa） 在室温下16个月 在50 ℃空气中2个月 在100 ℃空气中 在200 ℃空气中 在室温下16个月 拉伸弹性模量 （GPa） 在50 ℃空气中2个月 在100 ℃空气中 在200 ℃空气中
燃烧热（KJ/g）
34.8
表5 常用芳纶织物
注:拉伸试验的试样宽度为1cm。
第五节 芳纶纤维及其复合材料的应用
芳纶纤维主要用作环氧、聚酯和其他树脂的增强材料， 制成各种航空、宇航和其他军事用途的构件。 在航空方面：各种整流罩、机翼前缘、襟翼、方向舵、 安定面翼尖、尾锥、应急出口系统构件等。 在航天方面：火箭发动机壳体和压力容器、宇宙飞船的 驾驶舱、氧气、氮气和氦气的容器以及通风管道等。 其他军事方面：防护材料，如坦克、装甲车、飞机、艇 的防弹板以及头盗和防弹衣等。 芳绝增强复合材科可大幅度减轻制品的质量，故在民用 工业方面应用也十分广泛，造船工业，体育用品。
(2)聚N ，N，-间苯双-(间苯甲酰胺)对苯二甲酰胺纤维 其分子结构式为：
7.凯夫拉纤维
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： Kevlar纤维有较高断裂延伸率，不像CF、BF那样脆。 ④ 密度： Kevlar纤维比CF(1.7～1.8)、GF(2.5左右)、BF(3.9)都要 低，而KF仅1.4左右。
杜邦Nomex绝缘纸
6
(2) 对位芳香族聚酰胺纤维 聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维 Poly（P-benzamide），简称PBA纤维。
NH
CO n
7
(3)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称PPTA纤维
CO
CO NH
NH n
Kevlar
43
7. 应用
44
防弹头盔
（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）
45
6. Kevlar纤维或产品
46Biblioteka 法国新型第四代 “阵风”(Rafale)战斗机： 机身结构采用复合材料，后机身为碳纤维复合 材料，机头整流罩和喷管整流罩为聚芳酰胺纤维复 合材料。起落架及发动机舱门为碳纤维复合材料。47
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。
BF：高于500℃，强度下降非常明显。 KF：在空气中高温下长期使用温度为160℃； 短时间内暴露在300℃以上，强度几乎无损失。
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8
独特而稳定的化学结构赋予芳纶1313诸多优异性能，通过对 这些特性加以综合利用，一系列新产品不断地开发出来，在安 全防护、高温过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越 广，普及程度越来越高，已成为军事、产业、科技等许多领域 不可或缺的重要基础材料。
由于芳纶1313生产工艺极其复杂、技术难度大、投资成本 居高不下等原因，长期以来，世界上仅美国、日本有能力生产， 并控制着全球芳纶市场。值得骄傲的是，在我国，异军突起的 烟台氨纶股份有限公司经过数年攻关，冲破各种艰难险阻，终 于掌握了芳纶1313关键技术，并成功地实现了工业化生产,纽 士达（NEW STAR），使我国成为世界上第四个芳纶生产国，打 破了少数发达国家在这一领域的市场垄断。
CO
CO NH
NH
n
O
O
Cl C
C Cl + NH2
NH2
这一类纤维有Kevlar、 Kevlar－29、 Kevlar－49
Twaron（荷兰恩卡公司）、我国的芳纶II（芳纶1414）。 这一类纤维是目前世界上生产的主要品种，也是重要的复合 材料的增强材料
11
为制得更高强度和模量的纤维，改进 纤维的耐疲劳性能，采用各种芳环和杂环 的二胺和二酰氯，与对苯二酰氯和对苯二 胺共聚。尚处于研制和试生产阶段。
4
主要品种：
Kevlar-29 Kevlar-49
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 工业的复合 材料制件。
Kevlar
主要用于橡胶增强，制造轮 胎、三角皮带、同步带等
5
2.2.4 芳纶的分类
6
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
CO CO NH
NH n
15
低温溶液缩聚法， 不能用熔融缩聚法
原因：聚对苯二甲酰对苯二胺是刚性链分子，分 子链段的自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点 温度较高。
常选用溶剂：六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二 甲基乙酰胺等。
为防止对苯二甲酰的水解，反应体系及溶剂中的含 水量要严格控制。
16
低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于5的聚合体，但生产 效率低。溶剂（HMPA)有毒，因此又发展了气相缩聚方法。
O
Cl C
O
NH2
C Cl + NH2
商品名有美国杜邦的Nomex，我国的芳纶1313等。
7
高温性能好，高温下的强度保 持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化 性和耐水性好，不易燃烧，具有自 熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐 化学试剂，绝热性能也较好。
强度和模量低，耐光性较差。
用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料， 耐高温的蜂窝结构。
晶性质的大分子进行纺丝。
18
液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度 或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于 固体和液体之间的中间相物质。
液晶分类
19
棒状分子通过垂直于分子长 轴方向的强相互作用，互相平行 排列成层状结构，分子轴垂直于 层面。棒状分子只能在层内活动。
近晶型
20
胆甾型
棒状分子分层平行排列， 每个单层内分子排列与向 列型相似，相邻两层中分 子长轴依次有规则地扭转 一定角度，分子长轴在旋 转360º后复原。
9
(1) 聚对苯甲酰胺 (聚对胺基苯甲酰) 纤维Poly (P-benzamide) 简称 PBA纤维。
NH
CO
n
O
NH2
C Cl
这类纤维有“B”纤维（美国杜邦公司早期产品）、我国 的芳纶I（芳纶14）和HGA纤维（前苏联）
10
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly (P-Phenlene terephthalamide) 简称PPTA纤维
2.4.1高模量有机纤维
高性能纤维结构的共同点： ①非常高的分子取向（结晶度）； ②有序的侧向排列； ③非常低的轴向缺陷含量。
1
已商业化的高性能有机纤维有： 1）刚性分子链有机纤维 （1）芳香族聚酰胺纤维（芳纶）。 （2）聚芳酯纤维。 （3）PBO纤维。 2）柔性分子链有机纤维 （1）聚乙烯纤维。 （2）聚乙醇纤维。
将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在 325℃，与加热到200℃的氯气混合，反 应器的温度保持在202℃到250℃之间， 反应后进行冷却，然后分离可得到聚合 物，其特性粘度为3.1。
17
1）纺丝工艺流程
溶解浓硫酸
干湿法纺丝
聚合物PPTA
纺丝溶液
水洗、干燥
热处理
（Kevlar-29）
Kevlar-49
2）纺丝溶液 PPTA的纺丝成形常常采用浓硫酸为溶剂，形成具有液
2
一、概述
芳纶纤维
凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺链构成，且 其中至少85％的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复 单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳 原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香 族聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香族聚酰胺纤 维(简称芳酰胺纤维)，我国定名为芳纶纤维。
21
棒状分子虽然也平行排列，但 长短不一，不分层次，只有一维有 序性，在外力作用下发生流动时， 棒状分子易沿流动方向取向，并可 流动取向中互相穿越。
向列型
22
对于纺丝来说，应用向列态液晶。 此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比 各向同性液体低。 聚合物PPTA在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排 列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子 很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于 成纤的原因。
23
PPTA溶液具有高浓度低粘度的特点
3
芳纶纤维的历史很短，发展很快。
1960年美国杜邦公司研制商品名为Nomex纤维。 1968年开始研制对位芳香族聚酰胺纤维。 1972年工业化，并取名为Kevlar纤维。 Kevlar有很多品种：
Kevlar、 Kevlar-29、 Kevlar-49、 Kevlar -68、 Kevlar-100、 Kevlar-119 、 Kevlar-129、 Kevlar-149
12
2.4.3Kevlar纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：
两个阶段 1. 对苯二甲酰对苯二胺的聚合
第一阶段
对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成对苯二 甲酰对苯二胺（PPTA）的聚合体。
13
第二阶段 聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制得
所需要的纤维材料。
14
简单流程图
间歇缩聚 连续缩聚 气相缩聚
独特而稳定的化学结构赋予芳纶1313诸多优异性能，通过对 这些特性加以综合利用，一系列新产品不断地开发出来，在安 全防护、高温过滤、电气绝缘、结构材料等领域的应用越来越 广，普及程度越来越高，已成为军事、产业、科技等许多领域 不可或缺的重要基础材料。
由于芳纶1313生产工艺极其复杂、技术难度大、投资成本 居高不下等原因，长期以来，世界上仅美国、日本有能力生产， 并控制着全球芳纶市场。值得骄傲的是，在我国，异军突起的 烟台氨纶股份有限公司经过数年攻关，冲破各种艰难险阻，终 于掌握了芳纶1313关键技术，并成功地实现了工业化生产,纽 士达（NEW STAR），使我国成为世界上第四个芳纶生产国，打 破了少数发达国家在这一领域的市场垄断。
CO
CO NH
NH
n
O
O
Cl C
C Cl + NH2
NH2
这一类纤维有Kevlar、 Kevlar－29、 Kevlar－49
Twaron（荷兰恩卡公司）、我国的芳纶II（芳纶1414）。 这一类纤维是目前世界上生产的主要品种，也是重要的复合 材料的增强材料
11
为制得更高强度和模量的纤维，改进 纤维的耐疲劳性能，采用各种芳环和杂环 的二胺和二酰氯，与对苯二酰氯和对苯二 胺共聚。尚处于研制和试生产阶段。
4
主要品种：
Kevlar-29 Kevlar-49
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 工业的复合 材料制件。
Kevlar
主要用于橡胶增强，制造轮 胎、三角皮带、同步带等
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2.2.4 芳纶的分类
6
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
CO CO NH
NH n
15
低温溶液缩聚法， 不能用熔融缩聚法
原因：聚对苯二甲酰对苯二胺是刚性链分子，分 子链段的自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点 温度较高。
常选用溶剂：六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二 甲基乙酰胺等。
为防止对苯二甲酰的水解，反应体系及溶剂中的含 水量要严格控制。
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低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于5的聚合体，但生产 效率低。溶剂（HMPA)有毒，因此又发展了气相缩聚方法。
O
Cl C
O
NH2
C Cl + NH2
商品名有美国杜邦的Nomex，我国的芳纶1313等。
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高温性能好，高温下的强度保 持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化 性和耐水性好，不易燃烧，具有自 熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐 化学试剂，绝热性能也较好。
强度和模量低，耐光性较差。
用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料， 耐高温的蜂窝结构。
晶性质的大分子进行纺丝。
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液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度 或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于 固体和液体之间的中间相物质。
液晶分类
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棒状分子通过垂直于分子长 轴方向的强相互作用，互相平行 排列成层状结构，分子轴垂直于 层面。棒状分子只能在层内活动。
近晶型
20
胆甾型
棒状分子分层平行排列， 每个单层内分子排列与向 列型相似，相邻两层中分 子长轴依次有规则地扭转 一定角度，分子长轴在旋 转360º后复原。
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(1) 聚对苯甲酰胺 (聚对胺基苯甲酰) 纤维Poly (P-benzamide) 简称 PBA纤维。
NH
CO
n
O
NH2
C Cl
这类纤维有“B”纤维（美国杜邦公司早期产品）、我国 的芳纶I（芳纶14）和HGA纤维（前苏联）
10
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly (P-Phenlene terephthalamide) 简称PPTA纤维
2.4.1高模量有机纤维
高性能纤维结构的共同点： ①非常高的分子取向（结晶度）； ②有序的侧向排列； ③非常低的轴向缺陷含量。
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已商业化的高性能有机纤维有： 1）刚性分子链有机纤维 （1）芳香族聚酰胺纤维（芳纶）。 （2）聚芳酯纤维。 （3）PBO纤维。 2）柔性分子链有机纤维 （1）聚乙烯纤维。 （2）聚乙醇纤维。
将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在 325℃，与加热到200℃的氯气混合，反 应器的温度保持在202℃到250℃之间， 反应后进行冷却，然后分离可得到聚合 物，其特性粘度为3.1。
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1）纺丝工艺流程
溶解浓硫酸
干湿法纺丝
聚合物PPTA
纺丝溶液
水洗、干燥
热处理
（Kevlar-29）
Kevlar-49
2）纺丝溶液 PPTA的纺丝成形常常采用浓硫酸为溶剂，形成具有液
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一、概述
芳纶纤维
凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺链构成，且 其中至少85％的酰胺基直接键合在芳香环上，每个重复 单元的酰胺基中的氮原子和羰基均直接与芳香环中的碳 原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香 族聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香族聚酰胺纤 维(简称芳酰胺纤维)，我国定名为芳纶纤维。
21
棒状分子虽然也平行排列，但 长短不一，不分层次，只有一维有 序性，在外力作用下发生流动时， 棒状分子易沿流动方向取向，并可 流动取向中互相穿越。
向列型
22
对于纺丝来说，应用向列态液晶。 此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比 各向同性液体低。 聚合物PPTA在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排 列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子 很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于 成纤的原因。
23
PPTA溶液具有高浓度低粘度的特点
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芳纶纤维的历史很短，发展很快。
1960年美国杜邦公司研制商品名为Nomex纤维。 1968年开始研制对位芳香族聚酰胺纤维。 1972年工业化，并取名为Kevlar纤维。 Kevlar有很多品种：
Kevlar、 Kevlar-29、 Kevlar-49、 Kevlar -68、 Kevlar-100、 Kevlar-119 、 Kevlar-129、 Kevlar-149
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2.4.3Kevlar纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段：
两个阶段 1. 对苯二甲酰对苯二胺的聚合
第一阶段
对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成对苯二 甲酰对苯二胺（PPTA）的聚合体。
13
第二阶段 聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝，制得
所需要的纤维材料。
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简单流程图
间歇缩聚 连续缩聚 气相缩聚