Kevlar缝合复合材料的研究进展

Kevlar纤维性能及用途简介穆仕敏高材1205班摘要：kevlar纤维也是就芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺），目前kevlar纤维由于它本身制作的昂贵性，尚未普及民用。

Kevlar纤维由于它高强度，高模量，耐热性，耐腐性，膨胀系数低等特点而被广泛的运用于军事方便，kevlar纤维的强度是涤纶的5倍，钢丝的两倍，仅次于碳纤维，但是制作过程，操作费用要比碳纤维含有更好的优势，而被大量的运用。

随着航空、导弹、宇航事业的飞速发展,对于高强度、高模量、耐高温、膨胀系数低、尺寸稳定性好的特种纤维的要求也日益迫切，再加上我国目前尚未成熟的掌握kevlar纤维多的制作技术，所以对kevlar 纤维的研究具有时代的需求性。

关键词：kevlar纤维，kevlar纤维制作，国防材料，液晶高分子一：kevlar纤维的合成对苯二甲酰+对苯二胺Kevlar纤维结构排列规整，是一种高分子液晶，相比普通纤维，kevlar纤维具有较高层次的结晶，有研究通过测试得出kevlar纤维的结晶度到达75%以上，通过衍射法发现kevlar纤维周围并没有光晕。

二：kevlar纤维的力学性能Kevlar二纤维的最大特点为高强度、高模量、低伸长。

表1列出各种纤维的力学性能、在所有的无机或有机纤维中,Kevlar二纤维的断裂强度最高,几乎是涤纶的三倍。

由于PPTA大分子是半刚性聚合物,在Kevlar二纤维中PPTA大分子沿着纤维轴呈伸展状排列,相邻分子的酞胺基间形成大量的氢键,因此赋予纤维很高的强度和很低的伸长。

从表l数据可知,Kevlar二纤维的模量很高,仅次于碳纤维,接近于实测晶区模量。

由于模量高,Kevlar二纤维的尺寸稳定性很好。

三：耐热性在高分子聚合物之中，普通的纤维聚合物的使用温度一般都在100摄氏度左右，200-300已经是耐热性非常好的，而kevlar纤维的最高温度可达到500-600摄氏度，这是顾丽霞实验中的kevlar纤维的DSC曲线，在空气中的分解度在500摄氏度，在氮气中550摄氏度。

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。

综述高性能热塑性树脂基复合材料的研究进展陈平于祺孙明陆春(大连理工大学化工学院高分子材料系,116012)摘要近些年来,纤维增强热塑性树脂基复合材料已逐步发展成为复合材料中一个高性能、低成本的新型材料家族。

本文主要介绍了各种高性能工程塑料和增强纤维的发展,连续纤维增强热塑性树脂的浸渍工艺及成型工艺,最后还介绍了热塑性纤维复合材料的发展趋势。

关键词热塑性树脂;高性能;纤维增强;复合材料Advances in High Performance FRTP CompositesChen Ping Yu Qi Sun Ming Lu Chun(Department of Polymer Science and Material,Dalian Uni versity of Technology,Dalian,116012) ABSTRACT In recent years,fiber reinforced thermoplastic composite materials has become a new family member of composites wi th high performance and low cost materials.T his paper mainly introduces the develop ment of hi gh performance thermoplastic and reinforced fiber,the impregnating process and forming techniques of the thermoplastic resin rei nfor ced with the continuous fiber.At last,the developing trend of the thermoplastic composites is also introduced.KEYWORDS thermoplastic resin;high performance,fiber rei nforced;composi tes1前言自50年代树脂基复合材料问世以后的几十年来,一直以热固性树脂基复合材料为主流发展着。

凯夫拉加固热塑性复合材料
凯夫拉，又称为聚对苯二甲酰胺，是一种具有极高强度和刚度的合成纤维，在复合材料领域有着广泛的应用。

凯夫拉加固热塑性复合材料是一种新型材料，通过在热塑性基体中添加凯夫拉纤维，实现了材料性能的显著提升。

这种复合材料的独特之处在于凯夫拉纤维的优异性能。

凯夫拉纤维具有极高的拉伸强度和模量，使得加固后的复合材料具备了出色的耐拉伸性能，能够承受较大的拉伸载荷而不容易发生变形或破坏。

此外，凯夫拉纤维还具有较高的抗冲击性和耐磨损性，使得复合材料在受到外部冲击或摩擦时能够更好地保持稳定性。

通过将凯夫拉纤维与热塑性基体进行有效结合，可以实现复合材料的综合性能优化。

凯夫拉纤维的高强度和刚度为复合材料提供了良好的强度和刚度，使其在应力集中区域具有较高的抗拉应力能力，有效提升了材料的抗拉性能。

同时，凯夫拉纤维的耐磨损性和抗冲击性也为复合材料在使用过程中提供了更长的使用寿命。

凯夫拉加固热塑性复合材料具有较好的加工性能，可以通过注塑、压延、挤出等工艺进行成型。

在制备过程中，可根据实际需要对凯夫拉纤维进行定向排布，从而进一步优化复合材料的力学性能。

同时，凯夫拉纤维与热塑性基体之间的界面结合也得到了改善，增强了复合材料的结合强度和耐久性。

总的来说，凯夫拉加固热塑性复合材料具有优异的力学性能、耐磨损性和抗冲击性，适用于汽车、航空航天、体育器材等领域。

随着材料科学技术的不断发展，凯夫拉加固热塑性复合材料有望在更多领域得到广泛应用，并为相关行业的发展注入新的活力。

武汉理工大学硕士学位论文Kevlar纤维的表面处理及其复合材料界面研究姓名：张珊珊申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：王钧20090501第３章表面处理对Ｋｅｖｌａｒ纤维的影响Ｋｅｖｌａｒ纤维是航空航天工程用复合材料的重要纤维材料。

芳纶纤维具有高比强度、高比弹性模量、良好的抗冲击性等优良的力学性能而被用来缝合复合材料。

由于Ｋｅｖｌａｒ纤维的表面化学惰性大，与树脂的黏附性及浸润性差，因而影响它在复合材料中的应用。

实际应用时需要此种材料有良好的界面粘结，以保证在纤维破坏前可均匀地、有效地传递载荷，提高界面结合强度。

因此，为了充分发挥Ｋｅｖｌａｒ纤维优异的力学性能，可以对纤维进行表面改性处理。

本章内容主要是对Ｋｅｖｌａｒ纤维进行ＵＶ和磷酸处理，对比两种处理结果，观察纤维经两种不同处理方法前后表面形态结构与纤维单丝强度的变化。

３．１表面处理对Ｋｅｖｌａｒ纤维表面形态结构的影响３．１．１ＵＶ处理对Ｋｅｖｌａｒ纤维表面形态结构的影响采用扫描电子显微镜分析Ｋｅｖｌａｒ纤维经ＵＶ处理前后的表面形貌变化。

本文选择了能够较好地反映纤维整体效果的５０００倍放大倍数，这样经ＵＶ处理的Ｋｅｖｌａｒ纤维表面形貌变化可以清晰形象地展现出来了。

图３．１表示ＵＶ处理对芳纶表面形态结构的影响。

从图３．１可以看出，未处理的Ｋｅｖｌａｒ纤维表面是较为光滑圆整的，几乎无破损现象（如图ａ）。

随着照射时间的增加，处理时间为８ｍｉｎ时，可以看到Ｋｅｖｌａｒ纤维表面变得粗糙、出现斑点，有的纤维表面甚至开始发生形变，出现了条纹和沟槽（如图ｂ．）。

由此可知紫外光照射破坏了Ｋｅｖｌａｒ纤维表面原有的结构而使纤维表面出现了缺陷。

当照射时间继续延长，表面变得更为粗糙（如图ｃ），此时Ｋｅｖｌａｒ纤维表面出现了较多、较大的突起，附有不均匀的斑状物，表面可见到类似微裂纹的浅沟槽，它们分布不连续也不均匀。

复合材料缝合技术是指采用缝合线使多层织物结合成准三维立体织物或使分离的数片织物连接成整体结构的一种复合材料预制体制备技术。

该技术起源于20世纪中后期，由于其可以提高复合材料层间损伤容限，大大改善复合材料抗冲击性能而备受关注，并在近些年来得到了广泛应用。

本文系统介绍了复合材料缝合技术的特点，主要缝合方式和工艺参数及其最优的适用范围，总结了缝合技术影响复合材料拉伸、压缩、弯曲、层剪及冲击后压缩等重要力学性能的主要研究成果，最后对复合材料缝合技术的国内外重大研究及应用进展进行了阐述并提出了展望。

一、缝合技术的特点相对于传统的复合材料纺织、编织及铺叠工艺来说，缝合技术主要具备以下特点：①可设计性强，缝合预制体的铺层方向，铺层距离和纤维结构等均可以进行优化组合，同时缝合方式和缝合区域也可以按需调整；②缝合对原有纤维分布影响较小，而且通过缝合参数的合理设定可以获得一定程度的整体结构，并达到合理的均匀应力状态；③缝线可以承受大部分载荷，而且减少了周围树脂的应力集中，可以显著提高复合材料层间性能；④可高度自动化，目前已开发出用于提高缝合一致性和缝合效率的高度自动化缝合设备；⑤装配工艺优异，缝合作为一种连接技术，与复合材料其他连接技术（粘接、铆接等）相比，缝合复合材料整体性强，不易产生局部应力集中。

二、主要缝合方式及工艺参数在结构应用上主要采用3种缝合方式，即改进的锁式缝合、链式缝合及簇绒法(tufting)缝合（详见图1所示）。

锁式缝合属于双面缝合，改进的锁式缝合中，缝线被缝针从预制体一侧带入，与底线结套后再由缝针带出进行下一个循环，上线与底线的结套处位于预制体表面，最大限度的减少了预制体厚度方向上的缝线及纤维弯曲及应力集中效应，具体如图1（a）所示。

锁式缝合一般要求预制体具有较小的曲率变化，目前广泛应用于大尺寸壁板边缘缝合及加强筋与蒙皮的连接缝合，缝合厚度可达20mm。

链式缝合属于单面缝合，弯月形的缝针与摆线钩针位于同一边，随着缝针沿缝线方向移动，弯针反复穿透预制体并使绕套相连，具体如图1（b）所示。