芳纶纤维复合材料

绵阳职业技术学院

材料系

先进复合材料成型工艺

芳纶纤维增强的先进复合材料制品

目录

1 芳纶纤维增强的先进复合材料的使用 (1)

1.1 概况 (1)

1.2 芳纶品种及性能 (1)

1.3 芳纶纤维产品形态及复合材料的成型方法 (3)

1.4 芳纶纤维复合材料的使用 (3)

2 原材料 (5)

2.1 聚氨酯树脂 (5)

2.2 芳纶纤维 (7)

3 制作工艺 (8)

3.1成形方法的选择 (8)

3.2 芳纶1313 (9)

4 修补及性能检测 (10)

4.1 缺陷 (10)

4.2 芳纶表面改性 (10)

5 参考文献 (12)

先进复合材料成型工艺

芳纶纤维增强的先进复合材料制品

1 芳纶纤维增强的先进复合材料的使用

1.1 概况

目前,先进复合材料的增强材料主要是S高强玻璃纤维非碳纤维和芳纶纤维。前两者介绍文章较多,本文主要针对芳纶复合材料及使用情况作概括介绍。

芳纶纤维是芳香族聚酰胺类纤维的通称。它是一种强度高、模量高、低密度、耐折、耐磨性好的人工合成的有机纤维。据了解,现在美国、荷兰、日本、德国、法国和俄罗斯等国都在开发芳纶纤维。我国也进行了这方面研制并取得了一定成绩。

美国杜邦公司开发的芳纷纤维,商品名“凯芙拉”(K velar)有多种规格出售,年产量已达2t。荷兰阿克苏(AKZO)公司研制的芳纶纤维,商品名“特瓦纶”(Twaron),年产量在5000t以上。日本帝人公司开发的共聚芳纶纤维,商品名“太库诺拉”,年产量为500t以上。德国赫斯特公司(HOECHST)生产芳纶纤维年产量为150t。我国1981年研制成功芳纶I,1985年研制成功芳纶Ⅱ,1994年北京燕山石化公司研究院研制成功溶致液晶全芳香族聚酰胺(PPTA),通过专家鉴定,为今后中石、工业化生产开辟了途径。

在世界范围内,芳纶纤维正以年增长率20%左右的速度发展,并从单一军用向民用转移。芳纶纤维用于汽车及防护用品方面占68%,用于造船业达21%,其余为航空、航天及军用。

1.2 芳纶品种及性能

芳纶纤维,因选择原料的不同及合成工艺不同,又可分为间位芳香族聚酰胺纤维,商品名为“欧梅克斯”(Nomex)对位芳香族聚酰胺纤维,商品名“凯芙拉”（Kevlar)和芳香族聚酰胺共聚纤维,商品名“太库诺拉”等。表1将具有代表性的“凯芙拉”纤维和我国研制的芳纶I、芳纶Ⅱ主要性能列出,同时和S高强玻璃纤维及碳纤维进行比较。

从表1中可以发现芳纶纤维密度最小,拉伸强度和S2玻璃纤维和碳纤维接近,拉伸模量居中。此外,芳纶纤维的热稳定性好,可在180℃下长期使用,短期可耐300℃,对强度无大的影响。在-170℃下也不会变脆,仍保持其性能。芳纶纤维的力学性能在有机纤维中是非常突出的，和无机纤维比也不逊色，芳纶纤维除强酸、强碱外,几乎不受有机溶剂、油类影响。但芳纶纤维对紫外线敏感, 若长期暴露在阳光下，其强度会有很大的损失，因此,在使用中应加保护层。

纤维名称密度（g/cm3）拉伸强度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Nomex 1.38 6471 17052 22 Kevlar 1.44 2940 71736 3.6 Kevlar-29 1.44 2940 71736 3.6 Kevlar-49 1.45 2842 108780 2.4

Kevlar-119 1.44 3038 54586 4.4 Kevlar-129 1.44 3332 96530 3.3 Kevlar-149 1.47 2352 144060 1.5 Kevlar-100 1.44 2744 60368 3.9

芳纶Ⅰ 1.465 2744 88200 1.8

芳纶Ⅱ 1.44 2548 147000 2.0

S2高强玻纤 2.54 2940 81340 -

碳纤维T300 1.75 2744 225400 1.2

表2芳纶纤维、碳纤维、E玻纤树脂浸渍纱带性能

测试项目密度（g/cm3）拉伸强度（MPa）拉伸模量（MPa）延伸率（%）Kevlar-29 1.44 3616 82320 4.4 Kevlar-49 1.45 3616 124460 2.9

碳纤维T300 1.75 3097 220500 1.25

E玻纤 2.50 2411 68600 1.5

表3芳纶纤维、碳纤维、E玻纤单向纤维板性能

测试项目Kevlar-49 碳纤维T300 E玻纤

密度（g/cm3） 1.38 1.52 2.07

拉伸强度0。（MPa） 90。（MPa）1382

27.4

1235

34.3

1098

41.2

压缩强度0。（MPa） 90。（MPa）274

137

1098

137

588

137

层间剪切强度（MPa）68.6 98.0 78.4 备注：单向纤维板树脂为环氧V f=60%，0为纤维方向

芳纶纤维作为复合材料的增强材料性能优良。表2列出芳纶纤维、碳纤维和E玻璃纤维的树脂浸渍纱带性能,表3列出单向纤维板性能。

国内已有对芳纶增强丁腈橡胶、环氧树脂的研究报道。如有研究做出的芳纶/环氧复合材料和常规材料力学性能的比较[1-2]。

表4芳纶/环氧复合材料和常规材料力学性能的比较

材料密度

（g/cm3）拉伸强度

（GPa）

比强度

（1x107mm）

拉伸模量

（GPa）

比模量

（1x109mm）

芳纶/环氧 2.1 1.6 7.5 220 10.5 钢7.8 1.4 1.8 210 2.7