芳纶纤维及其发展现状
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芳纶复合材料芳纶复合材料是一种具有优异性能的高分子复合材料,由芳纶纤维与树脂基体复合而成。
芳纶纤维是一种高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀的合成纤维,广泛应用于航空航天、军工、汽车、船舶等领域。
芳纶复合材料以其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用,成为了现代工程材料中的重要一员。
首先,芳纶复合材料具有优异的机械性能。
芳纶纤维本身就具有很高的强度和模量,而且在高温下仍能保持较好的性能,因此芳纶复合材料在强度、刚度和耐热性方面都表现出色。
在航空航天领域,芳纶复合材料可以用于制造飞机的结构件、发动机零部件等,能够大幅减轻飞机自重,提高飞机的载荷能力和燃油效率。
在汽车领域,芳纶复合材料可以用于制造车身结构件,提高汽车的安全性和燃油经济性。
在船舶领域,芳纶复合材料可以用于制造船体结构件,提高船舶的耐久性和航行性能。
其次,芳纶复合材料具有优异的耐腐蚀性能。
芳纶纤维具有很好的耐化学腐蚀性能,能够抵抗酸、碱、有机溶剂等腐蚀介质的侵蚀,因此芳纶复合材料在化工、海洋等领域得到了广泛的应用。
在化工领域,芳纶复合材料可以用于制造储罐、管道、泵等设备,能够保障设备长期稳定运行。
在海洋领域,芳纶复合材料可以用于制造海水处理设备、海洋平台等,能够抵抗海水的腐蚀,保障设备的使用寿命。
最后,芳纶复合材料具有优异的耐高温性能。
芳纶纤维具有很高的熔点和热变形温度,能够在高温下保持较好的性能,因此芳纶复合材料在高温领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域,芳纶复合材料可以用于制造航天器的热屏蔽材料、发动机的隔热材料等,能够保护航天器和发动机在高温环境下的安全运行。
在电力领域,芳纶复合材料可以用于制造电力设备的绝缘材料、高温电缆等,能够保障电力设备的安全运行。
综上所述,芳纶复合材料以其优异的性能在各个领域得到了广泛的应用,对于提高产品的性能、降低产品的自重、延长产品的使用寿命都发挥着重要作用。
随着科技的不断发展,相信芳纶复合材料在未来会有更广阔的应用前景。
芳纶芳纶(芳族聚酰胺纤维)可能是最知名的特种纤维,由尼龙而来,且与尼龙极其类似。
芳纶中含5%直接与两个芳香环相连的酰胺键。
著名的品牌,包括杜邦的Nomex和Kevl~,以及日本帝人公司与Kevl~非常相似的Twaron纤维。
Kevl~的强度和模量比传统的高强尼龙纤维,分别高2倍和9倍。
Kevlar能够应用于如下领域:防弹材料、复合材料支撑物,振动延续阻滞物、轮胎增强材料,高应力作业下的机械橡胶布、高强低延伸的绳索。
Nomex与Kevlar在化学组成上不同,它用异酞酰胺取代对酞酰胺,从而获得有优异耐热性的纤维,在高温条件下有优异的性能。
随着芳纶在安全和强力市场领域应用的深入,市场应用将会缓慢增加,但其量不会显著扩大,问题在于产量/价格/利润之间的相互关系。
从Spandex大量上市导致价格下降的经验来看,如果纤维价格下跌20%-50%,纤维的产量将会急剧增加芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber,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。
芳纶的发明:20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发并率先产业化;芳纶的发展:在30多年的时间里,芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程,价格也降低了将近一半。
现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。
在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日本和美国、欧洲。
如美国杜邦的Kevlar纤维,荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron 纤维,日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。
芳纶纳米纤维基导电复合材料的发展与应用芳纶是以芳香族大分子原料经缩聚纺丝制得的线性高分子纤维,具有机械性能强、质量轻、耐酸碱等优异性能,分为间位芳纶和对位芳纶[口。
间位芳纶(PMIA)全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,常称为芳纶1313纤维,由于间位芳纶聚合导致得到的聚合物呈锯齿状,强度模量都略低于对位芳纶,所以本文所介绍的芳纶以对位芳纶为主。
对位芳纶(PPTA)全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维,常称为芳纶1414纤维,其分子结构如图1所示。
PPTA分子以一种网状相互交联的形式结晶成高聚物,分子链中被苯环分离的酰胺基团与苯环形成了π-π共朝结构,内旋位能高,使分子链呈现为刚性的平面棒状[1]。
以PPTA为原料利用造纸技术制备出的功能性薄膜材料,由于具有很好的抗冲击性、阻燃性和热稳定性,因此被广泛用于航空航天材料及军事领域。
但由于纤维表面光滑,缺少化学活性基团,限制了其在纳米复合材料中的应用[2]。
芳纶纳米纤维(ANFs)是将芳纶纤维通过处理制成的直径为十几到几百纳米、长度为几至几十微米的纳米化纤维[3]。
ANFs作为一种高分子纤维,分子间可以通过氢键作用结合制成芳纶纳米纸或芳纶纳米膜,由于具有较强的力学性能和良好的高温稳定性,被广泛用于特种纸的制备及航空航天重要的结构减重与耐高温材料。
ANFs既保留了芳纶纤维的化学组成和晶体结构,又具有较大的比表面积与长径比,因此可以与其他材料进行复合,在电池隔膜、复合增强材料和柔性电极等多个领域都显示出一定的应用潜能与发展前景。
图1对位芳纶的分子结构图Fig. IMolecularstruetureofpara-aramid柔性电子器件以其独特的柔性、延展性和高效、低成本的制造工艺,在信息能源、医疗和国防等领域具有广泛的应用[4]。
将纳米纤维材料与导电复合材料结合制作柔性、可穿戴电子器件已成为近些年来的研究热点。
由于ANFs具有良好的力学性能,以及纤维表面丰富的酰胺基团,其与导电材料复合应用在电磁屏蔽、传感、电化学储能等领域,具有广阔的发展前景。
芳纶纤维材料及其应用摘要:本文对芳纶纤维的发展概况,结构性能以及主要应用领域作简单介绍。
最后分析一下芳纶纤维的发展前景。
关键词:芳纶纤维材料;芳纶1313;芳纶1414;结构性能;应用;发展前景Aramid fiber material and its applicationAbstract:In this paper, the general development of aramid fiber, structure, performance and main application field are introduced.Finally, analysis of the development of the aramid fiberKey words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development1 芳纶纤维概况芳纶纤维即芳香族聚酞胺纤维,是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维。
芳香族聚酰胺纤维首先是由美国杜邦公司于1965年引入市场的。
这种间位取向的芳香族聚酰胺纤维称作Nomex。
上世纪70年代早期,杜邦公司开发了第二种产品即对位芳香族聚酰胺纤维Kevlar,并且此后一直占据芳纶的首要地位,直到1986年荷兰Akzo公司的Twaron、1987年日本帝人公司的Technora及俄罗斯的ARMOC纤维的出现,才使Kevlar独占体系崩溃。
[1]芳纶纤维工业化的产品有两种:芳纶1313(全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶1414(全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)。
芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能,有良好的介电性和化学稳定性,耐有机溶剂、燃料、有机酸及稀浓度的强酸、强碱,耐屈折性和加工性能好。
它可用普通织机编织成织物,编织后其强度不低于原纤维强度的90%[2]。
芳纶合成工艺及应用【摘要】芳纶是一种高强度,高模量,耐高温,低密度,耐磨性好和的有机合成的高科技纤维,并且其化学稳定性好,对橡胶有良好的粘着力。
是20世纪六、七十年代开发出的重要材料。
它是在聚酰胺的基础上开发出来的一类产品,为了提高尼龙的耐热性,就要导入芳香环,这一点人们早就熟知了,于是就出现了芳香族聚酰胺,芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
芳纶主要分为邻位、间位、对位三种,而邻位无商业价值,已工业化的芳纶主要是芳纶1313(聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)和芳纶l414(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)两大类。
本文将简单的介绍一下芳纶的国内外的发展状况,着重介绍芳纶的制备、性能和芳纶在各个方面的应用,并简要的分析了目前芳纶存在的问题。
【关键词】芳纶;发展状况;制备;性能;应用1芳纶简介及国内外发展状况1.1简介芳纶性能优良,应用广泛,可应用于航空航天工业、IT产业、国防工业、汽车工业、耐热及防护服装、增强混凝土及复合材料、运动器材等。
由于其质量轻、强度高、耐热耐腐蚀性好,具有广阔的发展前景。
芳纶的全称是芳香族聚酰胺纤维。
1974 年,美国贸易联合会(FTC. 为U.S.Federal Trade Commission 的缩写)将他们命名为“Aramid fibers”,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。
[1]它有一些列的产品。
在美国,开发芳香族聚酰胺的背景是宇宙开发和军事用途的需要,特别是对耐热性纤维的需求不断高涨。
因此,芳香族聚酰胺的主要用途几乎都是纤维,非纤维的用途很少。
1.2国外发展概况与尼龙的问世一样,芳香族聚酰胺的问世也是美国杜邦公司研究的成果。
利用酰氯与胺类反应,通过界面缩聚反应制取聚酰胺,这是早为人们熟知的。
但是1951年,杜邦公司的Flory,Morgan等人发现用低温溶液聚合法有可能制备聚酰胺,这就为芳香族聚酰胺的诞生打下了基础,然后于1953年首次合成了芳香族聚酰胺“Aramid”。
氨纶、芳纶介绍一、氨纶简介氨纶(spandex)是聚氨基甲酸酯纤维的简称,是一种弹性纤维。
学名聚氨酯纤维(Polyurethane),简写(PU)。
它具有高度弹性,能够拉长6~7倍,随张力的消失能迅速恢复到初始状态,其分子结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯,通过与硬链段连接在一起而增强其特性。
氨纶共有两个品种,一种是由芳香双异氰酸酯和含有羟基的聚酯链段的镶嵌共聚物(简称聚酯型氨纶),另一种是由芳香双异氰酸酯与含有羟基的聚醚链段镶嵌共聚物(简称聚醚型氨纶)。
氨纶纤维与弹力聚烯烃纤维和弹力复合纤维统称弹力纤维。
二、氨纶生产工艺根据纺丝工艺的特点,目前的氨纶生产工艺路线有溶液干法、溶液湿法、反应纺、熔融纺四种。
工艺技术特点如下:1.溶液干法聚醚二醇与二异氰酸酯以1:2的摩尔比在一定的反应温度及时间条件下形成预聚物,预聚物经溶剂溶解后,再加入二胺进行链增长反应,形成嵌段共聚物溶液,再经加入助剂后混合、过滤、脱泡等工序,制成性能均匀一致的纺丝原液。
然后用计量泵定量均匀地压入喷丝头,纺丝液从喷丝板毛细孔中被挤出形成丝条细流,进入纺丝甬道。
甬道中充有热空气(或热氮气),使丝条细流中的溶剂迅速挥发,并被空气(或氮气)带走,丝条浓度不断提高直至凝固,同时氨纶一般为复丝,在凝固前经过加捻器将其抱合,最后上油,卷绕成一定的卷装。
干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法。
干法纺丝产量约为世界氨纶总产量的80%。
其纤度为1.1-123tex,纺丝速度一般为200~600 m/min,有的甚至可高达1200 m/min。
干法纺丝工艺技术成熟,制成的纤维质量和性能都很优良。
杜邦、拜耳、东洋纺等及国内大部分厂家均采用溶液干法纺丝技术。
2.溶液湿法首先用聚酯型二醇与二异氰酸酯以干法纺丝类似的方法制成嵌段共聚物溶液,溶液经纺前准备,送至纺丝机,通过计量泵压入喷丝头。
从喷丝板毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴。
凝固浴以温水(90℃以下)为凝固介质,原液细流中的溶剂向凝固浴扩散,原液细流中聚合物的浓度不断提高,形成纤维,再经洗涤干燥后进行卷绕。
芳纶刘伟芳纶全称为"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。
芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,目前,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。
在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。
除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。
在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,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%。
芳纶主要分为两种,对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA),自20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后,在30多年的时间里,芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程,价格也降低了将近一半。
现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。
在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日本和美国、欧洲。
如美国杜邦的Kevlar纤维,荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron纤维,日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。
介绍并分析了芳纶的应用领域及应用分布情况、中国芳纶市场的发展情况,包括我国芳纶的生产能力、芳纶的市场需求以及制约芳纶应用发展的因素。
随着国产芳纶规模扩大,芳纶价格下降,产品质量日益提升,下游应用逐步加强,未来更多的领域会应用芳纶材料。
一. 芳纶简介芳纶是指以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的高科技合成纤维,全称为芳香族聚酰胺纤维,1974年,美国贸易联合会将其命名为“Aramid fiber”,其定义是:至少有85%的酰胺键(-CONH-)直接与两个苯环中的碳原子相连接。
目前实现工业化生产的主要是间位芳纶(芳纶1313)和对位芳纶(芳纶1414)。
二. 芳纶的主要性能特点2.1力学性能芳纶纤维具有很高的强度和模量,其强度是钢丝的5~6倍、是尼龙和聚酯的2倍以上;模量为钢丝或玻璃纤维的2倍~3倍、是尼龙的10倍左右;韧性是钢丝的2倍。
三. 芳纶的应用3.1应用领域介绍3.1.1军事国防领域芳纶复合材料可以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、防弹运钞车、防弹板、防弹头盔、防弹衣等。
(1)防弹头盔芳纶防弹头盔与之前的金属头盔相比,质量大幅度减轻,防护面积增加,舒适性提高,样式美观,成型性好[8-9]。
我国开发成功的QGF02型芳纶防弹头盔,有效防护面积达到1266cm2,比原来的钢制头盔GK80增加了16%,而质量仅1.25Kg,其V50值(国际防弹装备品评价标准)达到630m/s四、中国芳纶市场发展情况。
4.1生产企业和生产能力我国芳香族聚酰胺纤维的研制开发始于20世纪70年代,并于1981年通过芳纶1313的鉴定,1985年通过芳纶1414的鉴定。
进入1990年以来,国内芳香族聚酰胺纤维研发工作有了很大的进展,原化工部在南通建成了30t/a芳纶1313聚合能力的生产装置。
2004年5月,以芳纶1313纤维产业化技术软件包为依托的国家重点项目——500t/a芳纶1313产业化项目在烟台氨纶高新技术工业园建成投产,使我国成为世界上继美、日、俄之后,第四个能批量生产芳纶的国家。
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。
芳纶纤维是重要的国防军工材料,为了适应现代战争的需要,目前,美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质,芳纶防弹衣、头盔的轻量化,有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。
在海湾战争中,美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。
除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。
在航空、航天方面,芳纶由于质量轻而强度高,节省了大量的动力燃料,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%。
芳纶主要分为两种,对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA),自20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后,在30多年的时间里,芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程,价格也降低了将近一半。
现在国外芳纶无论是研发水平还是规模化生产都日趋成熟。
在芳纶纤维生产领域,对位芳酰胺纤维发展最快,产能主要集中在日本和美国、欧洲。
如美国杜邦的Kevlar纤维,荷兰阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)公司(已与帝人合并)的Twaron纤维,日本帝人公司的Technora纤维及俄罗斯的Terlon纤维等。
芳纶纤维在防弹中的应用价值芳纶纤维作为一种高性能纤维材料,具有很高的强度和刚度,因此在防弹领域有着广泛的应用价值。
本文将从芳纶纤维的特性、防弹材料的需求以及芳纶纤维在防弹中的应用等方面进行探讨。
芳纶纤维具有很高的强度和刚度,这是其作为防弹材料的基础。
芳纶纤维的强度是普通钢铁的15倍以上,而且它还具有优异的耐热性和耐化学腐蚀性。
这些特性使得芳纶纤维成为了一种理想的防弹材料。
防弹材料对于抵御弹道威胁有着严格的要求。
防弹材料需要具备较高的抗冲击性和抗穿透性能,以保护人体免受外界伤害。
芳纶纤维的高强度和刚度使得它能够有效地抵御弹道威胁,阻挡子弹的穿透。
此外,芳纶纤维还具有较好的自愈性,即在受到外力作用后能够恢复原状,进一步提高了其防弹性能。
芳纶纤维在防弹中的应用主要体现在防弹衣、防弹头盔和防弹板等方面。
防弹衣是用来保护人体免受子弹伤害的重要装备。
芳纶纤维制成的防弹衣具有轻巧、柔软、舒适等特点,能够有效地抵挡子弹的穿透,保护穿戴者的安全。
防弹头盔是保护头部免受外界打击的重要装备,芳纶纤维材料能够有效地吸收和分散冲击力,保护头部不受伤害。
防弹板是一种用于防护车辆和建筑物的重要材料,芳纶纤维制成的防弹板具有较高的抗冲击性能,能够有效地抵御爆炸和枪击等威胁。
除了以上应用,芳纶纤维还可以用于制造防弹绳索、防弹面具等防护设备。
防弹绳索是一种用于悬挂和攀爬的装备,芳纶纤维制成的防弹绳索具有轻便、高强度的特点,能够承受较大的拉力,保护人员的安全。
防弹面具是一种用于保护面部免受外界伤害的装备,芳纶纤维材料能够有效地吸收和分散冲击力,减轻对面部的伤害。
芳纶纤维作为一种高性能纤维材料,在防弹领域有着广泛的应用价值。
其高强度、刚度和自愈性使得它成为一种理想的防弹材料。
芳纶纤维在防弹衣、防弹头盔、防弹板等装备中的应用,有效地保护了人身安全。
此外,芳纶纤维还可以用于制造防弹绳索、防弹面具等防护设备,进一步提高了防护能力。
随着科技的不断进步和纤维材料的不断创新,相信芳纶纤维在防弹领域的应用价值还将不断拓展。
芳纶纤维复合材料芳纶纤维复合材料是一种由芳纶纤维与基体材料构成的复合材料。
芳纶纤维是一种高性能纤维,具有很高的强度和刚度,同时还具有很好的耐热性和耐腐蚀性。
在芳纶纤维复合材料中,芳纶纤维充当增强体,基体材料则起到固定纤维、传递应力和保护纤维的作用。
芳纶纤维复合材料具有很多优点。
首先,芳纶纤维具有很高的强度和刚度,因此芳纶纤维复合材料的强度和刚度也很高。
其次,芳纶纤维具有很好的耐热性和耐腐蚀性,使得芳纶纤维复合材料在高温和腐蚀环境中表现出色。
此外,芳纶纤维复合材料还具有较低的密度和良好的抗冲击性,使其在航空航天、汽车、体育器材等领域有广泛的应用。
芳纶纤维复合材料的制备方法主要有预浸料法和树脂浸渍法。
预浸料法是先将芳纶纤维浸渍在树脂中,形成预浸料,然后将预浸料层层叠加,经过压制和固化而形成复合材料。
树脂浸渍法是将芳纶纤维与树脂一起浸泡在浸渍槽中,通过渗透力和真空吸力使纤维充分浸渍,然后进行固化处理。
在芳纶纤维复合材料的性能调控方面,可以通过纤维取向、纤维体积分数、基体材料选择等手段进行。
例如,纤维取向的调控可以使材料具有不同的强度和刚度;纤维体积分数的调控可以改变材料的密度和重量,从而影响材料的加工性能和使用性能;基体材料的选择可以根据具体的使用环境来选择,以提高材料的耐热性、耐腐蚀性等性能。
芳纶纤维复合材料的应用非常广泛。
在航空航天领域,芳纶纤维复合材料可以用于制造飞机机身、发动机罩、螺旋桨等部件,以提高飞机的性能和节约燃料。
在汽车领域,芳纶纤维复合材料可以用于制造汽车车身、底盘部件等,从而减轻汽车的重量,提高汽车的燃油经济性和安全性能。
在体育器材领域,芳纶纤维复合材料可以用于制造高尔夫球杆、网球拍等,以提高器材的强度和稳定性。
总的来说,芳纶纤维复合材料是一种具有很高性能和广泛应用领域的复合材料。
随着科技的不断进步和材料制备技术的不断发展,芳纶纤维复合材料将会有更加广泛的应用前景。
概述对位芳纶纤维生产工艺开发与应用一、前言对位芳纶简称对位芳香族聚酰胺纤维,其中的聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维,由于PPTA表现出溶致液晶性,是一种重要的主链型高分子液晶。
高分子液晶的工业化是以对位芳纶的另一个差别化产品是浆粕纤维(PPTA-pulp)。
它具有长度短(小于等于4mm)、毛羽丰富、长径比高、比表面积大(可达7-9m2/g)等优点,可以更好地分散于基体中制成性能优良的各向同性复合材料,其良好的耐热性、耐腐蚀性和好的机械性能,在摩擦密封复合材料(代替石棉)中得到了更好的应用。
某些国家浆粕的应用高达芳纶用量的96%。
二、对位芳纶的发展历史美国杜邦公司1972年投产的PPTA纤维(商品名Kevlar)系列为先导的。
该纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、耐大多数有机溶剂腐蚀的特性,且Kevlar纤维尺寸稳定性也非常好。
因此,对位芳纶的特点使得它在航天工业、轮船、帘子线、通信电缆及增强复合材料等方面得到了广泛的应用。
我国的清华大学、东华大学、晨光化工研究院、上海合成纤维研究所及巴陵石化有限责任公司等单位先后开展过PPTA的合成及纺丝研究工作。
"七五"期间,国家在南通投资兴建了30吨/年的PPTA合成中试装置,但由于存在一些技术上的问题,已于1991年停运。
最近几年来,广东新会已开始试产PPTA纤维,设计能力为500 吨/年,仍采用国外相近的传统生产方法,但其产品的性能及价格明显不如美国杜邦的Kevlar纤维,最近几年来仍处于中试阶段但对位芳纶由于一些关键的技术问题没有解决,仍没有实现国产化。
加快其开发及产业化步伐,已成为促进我国国防军工及相关产业快速发展的迫切需要。
从对位芳纶的历史价格趋势观察获悉:自对位芳纶问世以来,其价格呈现戏剧性的变化。
最初,Kevlar芳纶价格高达100﹩/kg,随着产量增加其价格逐渐下降,1978年降到25-45﹩/kg。
90年代初,荷兰AKZO公司推出对位芳纶Twaron,竞争加剧导致对位芳纶价格下降,最低时降到约15﹩/kg,被认为是无法投资盈利的水平。
芳纶1414纤维及其研究进展1.芳纶纤维简介Kevlar纤维是芳香族聚合物纤维,是以对苯二胺和对苯二甲酰为原料,在有机溶液中进行低温缩聚,得到高性能、高结晶度的树脂釆用液晶纺丝新技术,溶于浓硫酸或六甲基酸酷胺等一些溶剂中配成纺丝原液,然后用干湿法纺丝的技术制备而成。
Kevlar纤维的分子链是由苯环和醜胺基按一定规律排列而成。
醜胺基团的位置又都在苯环的直位上,故而这种聚合物具有良好的规整性,致使Kevlar纤维具有高结晶度。
这种刚性的聚集状分子链,在纤维轴向是高取向的,分子链上的氢原子将和其它分子链上的基(酷胺基团内)结合生成氢键,成为高聚物分子间的横向联结。
Kevlar纤维这种苯环结构,使它的分子链难于旋转,高聚物分子不能折叠,又是伸展状态,形成体状结构,从而使纤维具有很高的模量。
聚合物线性结构的分子间排列十分紧密,在单位体积内可容纳很多聚合物分子,这种高致密特性使纤维具有较高的强度。
此外,这种苯环结构由于环内电子的共辆作用,使纤维具有化学稳定性,又由于苯环结构的刚性,使高聚物具有晶体的本质,使纤维在高温状态下具有尺寸稳定性。
2.表面处理纤维借助超临界二氧化碳的溶胀及携带性能,将六亚甲基二异氰酸酯(&’)( 携带进入芳纶中,并对纤维进行改性,利用力学性能测试!红外光谱!扫描电镜!)*射线光电子能谱方法测试了纤维的力学性能以及纤维与基体树脂的界面黏附性能,观察了纤维的表面形貌,分析了纤维表面的元素分布等结果表明:经改性的纤维强度及模量均有提高;纤维表面变得粗糙,+ 元素含量明显增加,极性基团增加;复合材料界面剪切强力明显增加,表明纤维更适合用作复合增强材料。
[1] 周建军,孔海娟,张蕊,马禹,滕翠青,余木火. 超临界二氧化碳下以六亚甲基二异氰酸酯改性芳纶[J]. 合成纤维,2012,05:1-4.对位芳给(Para-aramid fiber)主要品种是凯夫拉,其化学名称为聚对苯二甲酷对苯二胺(PPTA),是一种新型高科技合成纤维,具有高强度、高模量、高结晶度和高取向度,由于它出色的热稳定性能和化学惰性,使其成为了高性能复合材料增强纤维的最佳候选之一。
[1] Jia C.X,Chen P., Lin B., Wang Q., Liu C.,Yu Q.,Effects of Twaron fiber surface treatment by air dielectric barrier discharge plasma on the interfacial adhesion in fiber reinforced composites[J], Surface Coatings and Technology. 2010,204(21-22):3668-3675.虽然芳纶纤维具有优异的力学性能和化学稳定性及耐高温性能,但由于纤维表面光滑,缺少活性基团,表面能低,反应活性低等特点,导致化学镀金属难以直接在纤维表面沉积,且纤维与金属镀层结合力差,金属镀层容易脱落,从而影响纤维的导电性和耐久性。
因此,必须对芳纶纤维进行表面改性,找出最佳的改性工艺条件,在保证纤维的本体强度不受损失的前提下,提高纤维的表面粗糙程度,增大纤维表面积与表面活性,以增加纤维与金属镀层的结合力和粘结性,提高纤维的导电性。
在芳纶纤维表面镀覆导电金属,使纤维表面金属化,可使其具有消除静电、导电、电磁屏蔽的功能,而且具有比金属线质轻、柔软的特点。
本文通过对芳纶纤维的表面预处理,采用化学镀的方法,分别制备了导电性能良好的镍-铜复合镀层和银镀层的导电芳纶纤维,并对其性能进行了研究。
[1] 梁晶晶. 导电芳纶纤维的制备与性能研究[D].上海大学,2013.芳纶纳米纤维将以非织造板材的形式应用于锂离子电池(LIBs)隔膜的制造,公司将于2014 年进行该纤维的商业化生产。
据介绍,到现在为止,帝人公司的芳纶纳米纤维仅在实验室中生产,其生产的板材可在300°C 下保持形状。
芳纶纳米纤维耐高温、耐氧化的性能可增强汽车用锂离子点知和静止电力贮存的安全性,保证电池在高容量、高能量密度应用中减少火灾的危险,比传统的隔膜更具优势。
[1]翼德. 帝人集团新推芳纶纳米纤维[J]. 纺织装饰科技,2012,02:21用不同浓度的甲苯一2,4一二异氰酸酷(TDI)溶液改性Technora纤维表面的效果,经TDI改性后,纤维表面的粗糙度增加,纤维表面接枝了大量极性基团,纤维的抗断裂强度平均增加了4.6%,改性后纤维与水的接触角平均降低了19.20,在与树脂基体复合时,界面剪切强度最大增加了40.8%,有效的改善了纤维与树脂的界面性能,最后对改性机理进行了探讨。
[1]尤志强. 对位芳纶的表面改性研究[D].东华大学,2010.Gu R, Yu J, Hu C, et al. Surface treatment of para-aramid fiber by argon dielectric barrier discharge plasma at atmospheric pressure[J]. Applied Surface Science, 2012, 258(24): 10168-10174. 在专外文件名73.芳纶纤维染色Xia[12]等人用硫酸对对位芳纶进行表面改性,通过正交实验确定预处理的最优条件,并在扫描电镜下观察纤维的形态结构变化,傅里叶红外光谱分析改性后纤维的化学基团,实验表明,改性的对位芳纶表面更加光滑,部分聚合物分子被酸解,纤维表面上的活性染料基团也增多,因此也提高了对位芳纶的染色性能,染色深度,耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度纤维的最佳改性条件为用2%的硫酸在40 ℃下处理1 h。
[12] Dong Xia, Li Jing Wang. Sulfuric acid treatment of aramid fiber for improving the cationic dyeing performance[J].Advanced materials research, 2012, 12(627): 243-247.王春梅[10]等人采用酸(15 g/L磷酸)和碱(8 g/L氢氧化钠)改性的方法对对位芳纶进行预处理,通过选择合适的染料、纤维改性方法及染色方法对纤维进行染色,探讨改性条件、染料种类和用量、染浴pH值、染色温度、染色时间等对染色性能的影响。
其结果表明,经碱改性的对位纶用分散染料,染色的最佳工艺为染料质量分数不超过5%,染液pH值5,在130 ℃染色60 min;经碱改性染色对位芳纶纱线的耐皂洗色牢度4~5 级,耐升华色牢度与染料品种有较大关系。
经酸改性的对位芳纶用阳离子染料染色的最佳工艺为染料质量分数不超过5%,染液pH值4~5,在120 ℃染色60 min;酸改性染色对位芳纶纱线的耐皂洗色牢度达到4~5 级,耐升华色牢度达到4 级。
[10] 王春梅, 李朝辉, 季涛. 芳纶1414纱线碱/酸改性的染色工艺[J]. 印染, 2011, (19): 28-32.王剑炜[13]等人通过对对位芳纶助染剂预处理,进行阳离子染料染色实验,探讨染色工艺参数对对位芳纶染色性能的影响。
实验表明,染色最佳工艺为染料质量分数5%,助染剂质量分数2%,氯化钠质量分数15 g/L,染浴pH为4.5,染色温度110 ℃,染色保温时间60 min,染色后耐皂洗色牢度可达到4~5 级。
[13] 王剑炜,王华,谭艳君.助染剂处理芳纶纤维的阳离子染色性能探究[J].印染助剂, 2012, 9(34): 19-22.Kazumasa Hirogaki[14]等人通过电子束诱导接枝聚合的方法对对位芳纶进行表面改性,在电子束辐射作用下,含有阴离子基团的乙烯基单体会和纤维表面的自由基发生反应,支链通过共价键附着在纤维表面,作者选用了丙烯酸和丙烯酸酯两种乙烯基单体,丙烯酸是一种含有羧基的阴离子单体,而丙烯酸酯是一种疏水单体,经过表面改性的对位芳纶用亚甲基蓝进行染色。
在不同比例的丙烯酸和丙烯酸酯接枝聚合情况下,对位芳纶的染色情况以及经过洗涤后织物的褪色情况也各有不同,当丙烯酸酯和丙烯酸的比例>10织物染色较浅,和未处理过的纤维差不多,而<10的时候织物可以深染。
当丙烯酸的质量分数<0.099 mmol/g时,对位芳纶不易上染,其亮度值和未处理过的纤维差不多,当丙烯酸单体质量分数>0.099 mmol/g时,织物可以染上比较深的颜色,亮度值也小于未处理过的纤维。
[14] Kazumasa H, Norie K, Takashi F, etc. Improvement of Dyeability of Para-aramid fibers using electron-beam-induced graft polymerization[J]. Sin't Gakkaishi, 2012,68(8): 211-217.宋翠艳[15]等人在对位芳纶中加入精炼剂去除芳纶油剂,取出后水洗烘干,经烘干的对位芳纶在70 ℃的染色载体Cindye Dnk中处理10 min,在处理后的纤维中加入阳离子染液,所述染液中含有阳离子染料和NaNO3促染剂。
此方法染出的对位芳纶染色牢度高,颜色鲜艳,同时耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度达到要求[15] 宋翠艳,陈延平,刘福强等. 芳纶1414的染色方法:中国, 102535196[P]. 2012-07-04.4.芳纶纤维的复合材料Sun Z, Hu X, Chen H. Effects of aramid-fibre toughening on interfacial fracture toughness of epoxy adhesive joint between carbon-fibre face sheet and aluminium substrate[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2014, 48: 288-294. 复合材料15.芳纶纤维的主要应用芳纶纤维/树脂复合材料界面力学性能设计及实验”、“芳纶的表面改性研究”为题,对芳纶如何更好地应用于复合纤维给出建议。
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