复合材料概论10-芳纶纤维PPT
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芳纶纤维复合材料
芳纶应用于传送带
◇芳纶纤维增强橡胶基复合材料的运输传送带已大 量应用于煤矿、采石厂、港口。 ◇利用芳纶耐热性好的特点，还可用于热玻璃器皿 坯料（如玻璃显像管）的生产线传输和食品烘干 线的传送带。
芳纶在缆绳方面的应用
◇航空航天的降落伞绳 ◇光纤通讯电缆的加强件和复合材料芯杆
芳纶应用于特种防护服装
芳纶Ⅰ与芳纶Ⅱ力学性能的比较
纤维名称
芳纶Ⅰ 原丝 Leabharlann 丝处理 芳纶Ⅱ 原丝 热丝处理密度 (g/cm3)
1.42 1.46 1.44 1.45
拉伸强度 (cN/dt)
8.8~10.1 16.0~17.7 19.5~21.2 19.5~21.2
初始模量 (cN/dt)
340~400 903~1062 354~400 624~703
2 抗剪补强
在梁、柱的剪压区段内横向包裹芳纶纤维布可 抑制斜裂缝出现或开展，明显提高构件的抗剪强度， 提高梁、柱的刚度、延性和抗震耗能能力。芳纶纤维 布加固后的试件最大承载力均发生在芳纶纤维布剥离 后、拉断前，在此过程中，芳纶纤维布承担的剪力不 断增大，使总剪力仍然保持在较高的水平改善了构件 变形能力。芳纶纤维布加固量越大，试件延性越好。 采用芳纶纤维布加固混凝土柱，可防止斜裂缝出现或 限制斜裂缝开展，显著提高柱的受剪承载力，实现强 剪弱弯的抗震要求，同时芳纶纤维布对提高高轴压比 试件延性的作用更加明显。包裹方式分为间隔包裹、 连续包裹，封闭包裹、非封闭包裹，采用夹具锚固包 裹和非夹具锚固包裹等。
芳纶在基础设施和建材方面的应用
◇芳纶短切纤维用环氧系列的粘合剂缓慢地固化 后，放入揽拌机中与水泥混合，然后在挤出成 型机中制成一定厚度的预制件； ◇用芳纶连续纤维作为加强筋，加入混凝土或上 述短纤维增强的混凝土中代替钢筋； ◇将连续纤维编织物增强环氧的网状固化物铺入 混凝土内进行加强。 ◇芳纶增强混凝土用于桥梁、桥墩、高楼壁板及 大型建筑物及它们的修复、海洋工程结构、化 工厂设施等。具有强度高、质量轻、耐腐蚀和 寿命长的优点。
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。
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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。
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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
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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
芳纶纤维
O
C Cl + NH2
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。
除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。
芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度 损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。
在饱和湿度下，Kevlar-49能从大气中吸收6%的水分，饱和吸 湿率大。吸湿后，由于水分子侵入纤维，会破坏氢键，使纤维强 度降低，复合材料压缩性能，弯曲性能降低。
Kevlar-49纤维具有良好的热稳定性和良好的耐低温性。本身有 耐火性，不燃烧。在高温下不熔融，升温到427℃，纤维未熔融，即 发生碳化(Tm 570℃，T碳化427℃)。直至分解，不发生变形(Td 500℃)。在-196℃低温下也不会变脆，仍能保持其性能。
Kevlar-49纤维的Tg 327℃，在空气中的长期使用温度一般不大 于160℃。 Kevlar-49纤维1000旦细纱在93℃空气中长期存放，其强 度保持率87％，弹性模量保持率89.7％。短时间内暴露在300℃以上， 对于强度几乎没有影响，因此短期使用温度可达300℃。
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）
芳纶纤维PPT演示课件
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
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
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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。
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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
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聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
CO CO NH
NH n
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。
芳纶纤维
目录一、芳纶纤维简介 (1)二、芳纶纤维分类 (1)2.1 对位芳纶纤维 (2)2.2 对位芳纶纤维的合成方法 (3)2.3 间位芳纶纤维 (6)三、芳纶纤维的主要用途 (9)3.1 航空航天工业 (9)3.2 IT(信息技术)产业 (9)3.3 国防工业 (9)3.4 汽车工业 (9)3.5 耐热及防护服装 (9)3.6 耐热制品 (10)3.7 制作丝绳 (10)3.8 增强混凝土及复合材料 (10)3.9 高压气瓶 (10)3.10 代替石棉 (10)3.11 运动器材 (10)四、芳纶材料存在的问题 (10)五、改善芳纶纤维及其复合物材料性能的方法 (11)5.1 解决芳纶纤维增强复合材料难加工的问题 (11)5.2 改善芳纶纤维及其复合材料性能的方法 (11)六、芳纶材料在国内外的发展情况 (11)6.1推广应用不断加快 (11)6.2国外发展现状 (13)6.3中国发展现状 (14)6.4国内外生产产量 (15)6.4.1国外生产产量 (15)6.4.2国内生产产量 (16)6.5两大中间体迎来发展良机 (17)6.6市场及发展前景 (18)七、参考文献 (19)一、芳纶纤维简介芳纶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。
它的全称是芳香族聚酰胺纤维。
1974年，美国贸易联合会(U.S，FederalTradeCommission，FTC)将它们命名为“aramidfibers”，我国称为芳纶。
其定义是：至少有85%的酰胺链(—CONH—)直接与两苯环相连接。
根据此定义，可把主要化学链和环链脂肪基的一般聚酰胺聚合物和其清楚的分开。
芳纶和聚酞胺纤维(如尼龙66纤维)相比，由于在大分子长链中以芳香基代替了脂肪基，链的柔性减小，刚性增大，反映在纤维性能方面则是耐热性能增强，初始模量显著增大。
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：
芳纶纤维
据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中， 每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成 本。除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟 着更多新的民用空间。据报道，目前，芳纶产品 用于防弹衣、头盔等约占7～8%，航空航天材料、 体育用材料大约占40%；轮胎骨架材料、传送带 材料等方面大约占20%左右，还有高强绳索等方 面大约占 13%。轮胎业也开始大量使用芳纶帘线 来减轻重量，减少滚动阻力
图片
芳纶纤维
同组人：周靖、郝旭剑、王雪为"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。
可为消防队提供防护套装和毡毯等装备，以 及为铸造，炉窑、玻璃厂等高温作业部门提供耐 热防火服，以及生产飞机座阻燃防火包覆材料。 用这一高性能纤维还能创造汽车轮胎、冷却软管、 V型皮带等机件、光学纤维电缆和防弹背心等防 护装备，还能代替石棉做摩擦材料和密封材料等。 据有关部门统计，芳纶纤维世界总需求量在2001 年为36万吨/年，而在2005年将达到50万吨/年。 全球对芳纶的需求呈现不断增长的态势，芳纶作 为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期。
芳纶可使用在： 松套式架空光缆 - -全介质自承式光缆 - -无金属防弹光缆 铠装软光缆 防水纱
芳纶应用于摩擦和密封具有: 高强度 耐高温 分散纤维分布极好 高度原纤化 抗静电处理 常备纸浆 取代石棉 对生态环境无危害 芳纶非常坚硬，抗热具有网状结构。当与其他 橡胶和基础原材料混合使用的时候能够改进其粘合力。使用这种材料可以提高 产量和衬垫混合及压光过程中的处理能力。含有芳纶浆制作的衬垫非常结实耐 用.
芳纶纤维资料
通常将以非石棉纤维为增强材料、以橡胶为弹性基体的密封垫片 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。
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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。
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芳纶1414的制备
PPTA 树脂的合成先将PPDA 溶于含5% CaC12的N-甲基毗咯 烷酮(NMP) 中, 并冷却至-10℃以下, 然后, 通过精密计量装置 将等摩尔的PPDA一NMP溶液和TPC送入双螺杆反应器进行低温溶 液缩聚, 反应生成物经沉析、水洗、干燥后, 即为PPTA 树脂。 制得树脂比浓对数豁度必须大于6.0 (制备高强度纤维的先决条 件) , 其形态结构和灰分含量应符合纺丝的要求(确保顺利纺丝 的关键之一)。
芳纶纤维
严妍
1 芳纶的简介 2 芳纶的分类 3 主要的产品及其制备 4 芳纶的应用 5 研究方向
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 )。
COCl
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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。
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芳纶1414的制备
PPTA 树脂的合成先将PPDA 溶于含5% CaC12的N-甲基毗咯 烷酮(NMP) 中, 并冷却至-10℃以下, 然后, 通过精密计量装置 将等摩尔的PPDA一NMP溶液和TPC送入双螺杆反应器进行低温溶 液缩聚, 反应生成物经沉析、水洗、干燥后, 即为PPTA 树脂。 制得树脂比浓对数豁度必须大于6.0 (制备高强度纤维的先决条 件) , 其形态结构和灰分含量应符合纺丝的要求(确保顺利纺丝 的关键之一)。
芳纶纤维
严妍
1 芳纶的简介 2 芳纶的分类 3 主要的产品及其制备 4 芳纶的应用 5 研究方向
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 )。
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10 芳纶纤维
10.1 概述 10.2 芳纶纤维的结构与特性 10.3 芳纶纤维的制造 10.4 凯芙拉纤维的制品 10.5 芳纶纤维及其复合材料的应用
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芳纶纤维：
10.1 概述
芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商 品牌号为凯芙拉 (Kevlar) 纤维 (美国杜邦 公司1968年开始研究，1973年研制成功)， 我国命名为芳纶纤维。
8 碳纤维
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1. 碳纤维概念 2. 碳纤维的制作方法 3. 以聚丙烯腈 (PAN) 为原料制造的碳纤维 4. 碳纤维的表面处理
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由有机纤维或低分子烃气体原料在惰 性气氛中经高温(1500ºC)碳化而成的纤维 状碳化合物，其碳含量在90%以上。
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制造的方法：
在惰性气氛中将小分子有机物(如 烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。 此法用于制造晶须或短纤维，不能用 于制造长纤维。
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(1) 压缩性差，压缩强度仅有不到拉伸强 度的1/5。 (2) 紫外线照射时强度大幅下降。
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10.2 芳纶纤维的结构与特性
10.2.1 芳纶纤维的结构
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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
NH2
O C CH3
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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。
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(2) 聚N, N-间苯双-(间苯甲酰胺)对苯二甲酰胺纤维
H N
C OH N
H NC O
C O n
H 2 N
O
C O H + H 2 N
N H 2
O
+ H O C
O C O H
主要用作抗燃纤维及耐高温绝缘材料
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液相氧化法与气相氧化法比较： 液相氧化的效果比气相氧化法好，条件适当时，复合材
料的剪切强度可增加1倍以上，而纤维的强度仅略有下降。
原因：液相时只氧化纤维表面，而气相氧化剂可能渗 透较深，尤其在表面有微裂和缺陷处。
但液相氧化多为间歇操作，处理时间长，操作繁 杂，难以和碳纤维生产线直接相连接。
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5
进行预氧化处理的原因： PAN的Tg低于100℃，分解前会软化熔融，不能直
接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处 理，使PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构，就 不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生纤维 吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合。
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碳化： 在400℃～1900℃的惰性气氛中进行，碳纤
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碳纤维的表面处理
提高碳纤维增强复合材料 中碳纤维与基体的结合强度。
途径：
清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或 刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以 增加表面能；引进具有极性或反应性官能团； 形成能与树脂起作用的中间层。
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1. 表面清洁法 2. 气相氧化法 3. 液相氧化法 4. 表面涂层法
聚合物的线性结构使分子间排列得十分 紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子。 这种高的密实性使纤维具有较高的强度。
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苯环结构由于环内电子的共轭作用，使 纤维具有化学稳定性，不发生高温分解。又 由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的 本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。
(2) 键合在芳香环上刚硬的直线状分子键在纤维轴向是高度 定向的，各聚合物链是由氢键作横向连结。
沿纤维方向的强共价键和横向弱的氢键，造成芳纶纤维 力学性能各向异性，即纤维的纵向强度高，而横向强度低。
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高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度
纤维的苯环结构，使它的分子链难于旋转。 高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态．形成棒 状结构，从而使纤维具有很高的模量。
将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰 纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行 焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他 非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状 物。此法用于制造连续长纤维。
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以聚丙烯腈（PAN）为原料制造的碳纤维 PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段： 预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行
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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。
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芳纶纤维是苯二甲酰与苯二胺的聚合体，经溶 解转为液晶纺丝而成。
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(1) 分子链由苯环和酰胺基按一定规律排列而成，具有良好 的规整性。致使芳纶纤维具有高度的结晶性。
(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 Poly (P-Phenlene terephthalamide) 简称PPTA纤维
CO
C#43;N H 2
N H 2
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(1) 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维
CO
CO NH
NH n
O
Cl C
O
NH2
C Cl + NH2
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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。
高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度
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芳纶纤维的历史很短，发展很快。
1968年美国杜邦公司开始研制。
1972年以B纤维为名发表了专利并提供产品。
主要用于绳索、电 1972年又研制了以PRD--49命名的缆纤、维涂。漆织物、带
1973年正式登记的商品名称为AR和AM带I状D纤物维，。以及防 弹背用心于等航。空、
ARAMID纤维包括三种牌号的产品，宇并航重、改造名船称。
PRD--49--IV改称为芳纶--29；
工业的复合 材料制件。
PRD--49--III改称为芳纶--49；
B纤维改称为芳纶。
主要用于橡胶增强，制造轮 胎、三角皮带、同步带等
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（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 （4）尺寸稳定、几乎不发生蠕变 （5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降 （6）耐疲劳性，耐磨性好 （7）对放射性线的抵抗性大 （8）非导电、且诱电性能优越 （9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快
维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等 非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了 碳纤维。碳化收率40％~45％，含碳量95%左右。
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石墨化 在2500℃～3000℃的温度下，密封装置，施加
压力，保护气体中进行。目的是使纤维中的结晶 碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进 一步减小以提高碳纤维的弹性模量。