用对位芳纶纤维配制的工程弹性体
用对位芳纶纤维配制的
工程弹性体
文 涛 编译
摘 要:采用Kevlar工程弹性体克服了纤维浆粕均匀分散于橡胶中的难题。用于制备工程弹性的加工工艺在某种程度上使得纤维完全润湿纤维的纤丝,使芳纶浆粕润湿达到最大化,因而使补强作用达到最佳化。Kevlar工程弹性体可用于制造各种高性能制品,包括胶带、轮胎、鞋类、胶辊外层胶、密封件和模压制品等。
关键词:Kevlar工程弹性体;加工工艺;橡胶制品;性能
二十世纪七十年代,杜邦公司发明了世界上第一种对位芳纶纤维———Kevlar纤维。众所周知,这种纤维具有高强度重量比、高模量和优异的化学稳定性和热稳定性。最初,Kevlar以连续长丝的形式出售,不久人们发现可以应用于轮胎、机械橡胶制品、防弹衣和复合材料。在二十世纪八十年代,发明了切短纤维、絮凝物和浆粕形式的短纤维,并且迅速应用于耐切割的防护服、衬垫和摩擦材料。
估计一旦发明了短Kevlar纤维和Acoordis的对位芳纶T war on纤维,就会在橡胶补强中获得应用。在橡胶制品中使用短纤维来补强橡胶是常见的。短纤维补强橡胶可以提高生胶的强度,在硫化之前提高尺寸稳定性,并且改善硫化胶的机械性能。在橡胶工业中通常使用纤维素、棉絮、粗斜纹布、聚酯和尼龙。配方技术人员发现,用密炼机或开炼机可以使对位芳纶纤维、絮凝纤维(我们将絮凝纤维定义为长度小于6mm的短纤维)与橡胶混合在一起,但通常很困难。业已证明在胶料中混入高表面积的纤维浆粕是非常困难的。只有少数人能够将纤维浆粕充分地分散到橡胶共混物中。然而,一旦分散性的局限被克服后,则他们的工作确实证实了芳纶浆粕具有优异的补强作用。
杜邦公司开始研究把对位芳纶浆粕分散到橡胶中的方法,通过努力研究出了一种将浆粕分散到弹性体基质中的独一无二的新技术。用这种技术制得的产品证明了纤维浆粕在橡胶中优异的分散性。用测定相对空隙度的超声波扫描技术分析了同一配方的混炼胶试样,结果如图l 所示。在左边的试样中,采用工程弹性体将纤维浆粕混入;在右边的试样中,纤维浆粕直接混入到橡胶中。一致的颜色表示混合均匀。将纤维浆粕直接混入到橡胶中制得的试样颜色明显不同,表明纤维的分散性相对要差一些。而用工程弹性体制得的试样颜色几乎一致,证明它具有优异的分散性
。
图1 分散性对比
使用这种新技术制得的制品使纤维浆粕在橡胶中分散得如此优良以至给予它一个新的名字———Kelvar工程弹性体。在橡胶工业中最初的评价是这种工程弹性体的加工比干对位芳纶浆粕加工容易得多,并且改善了纤维浆粕的分散性。
1 提高补强效率
一位评价工程弹性体的橡胶化学家发现,芳纶浆粕对橡胶补强非常有效。他把这种弹性体描述为具有“……以前使用传统混合方法从未达到的橡胶与颗粒之间的亲密程度”。
我们也了解到,一些可以将对位芳纶干浆粕均匀地分散于橡胶中。其它几个客户也发现,使用工程弹性体将纤维浆混入到胶料中会获得更好的补强效果。在同一用量时,使用工程弹性体获得的模量要比使用未处理的纤维浆粕高20%。我们已经提出了一个假设来解释这种改善补强作用的主要因素,假设的因素如下:
●优良的分散性;
●对位芳纶纤维的微观结构;
●在工程弹性体中有“结合橡胶”存在;●用于制造工程弹性体的加工过程。
制造对位芳纶纤维的聚合物是聚(对苯撑对苯二酰胺),是一种刚性分子。当它被纺丝成纤维时,聚合物变成高度定向和高度结晶。高度定向使得在羰基与相邻聚合物链的酰胺基“N -H ”官能团之间具有更多的氢键结合。
这种纤维具有如图2所示的结构。形态学研究表明晶体结构是呈放射状定向的,因此纤维具有一条由沿纤维轴线形成的较强共价键和沿放射方向形成的氢键构成的主链
。
图2 对位芳纶纤维的结构
纤维可以被认为具有纤维状结构。纤丝是沿着纤维主轴定向的高度有序的区域。纤丝通过跨越一个纤丝到另一个纤丝的结合纤维束连接起来。这种纤维状长丝结构可以被机械磨碎成高表面积的纤维浆粕。由于是纤维的形态,所以纤维浆纤丝表面上具有芳香环和酰胺基。
Kevlar 纤维是在高浓度的硫酸中纺丝而成的。溶剂中的自由S O 3-基磺化了部分芳香环。并且杜邦公司的研究表明,磺酸基团往往会吸附在纤丝的表面。因此,纤维浆纤丝表面含有能够与弹性体的一个基团相结合的极性基团(聚合物主链上的酰胺和磺酸,还有胺和羧酸端基)。通过测定工程弹性体中的纤维成分的比重,证实了在纤丝表面带电基团与弹性体结合。在氯丁橡胶中的工程弹性体含有23%(重量百分比)纤维,但比重分析的平均值大约为26%。标准纤维重量百分比含量为23时,极性较高的NBR 基质中工程弹性体的平均“表观”纤维含量为29.1%。我们建议,可以通过比重分析证明在工程弹性体中存在“结合橡胶”,这种结合橡胶与炭黑中的结合橡胶相似。
炭黑的结合橡胶理论认为,弹性体分子链段吸附在纤维颗粒的活性点或反应点上。Leblane 在最近出版物上介绍了这种理论。他认为在工程弹性体中采用这种相似的机理肯定也是有效的。
我们假设中的一个关键要求是纤维浆粕表面与弹性体之间应有高的可接触性。已取得专利的用于制备工程弹性体的胶乳凝结加工工艺提出了一种纤维完全展开让弹性体完全湿润纤维的方法。这种方法可使纤维浆粕充分与弹性体接触。
这种工程弹性体加工方法可最大限度地提高纤维浆粕的湿润性,使补强效率达到最佳。如果用密炼机或开炼机直接混合纤维浆粕,或者用其它技术制造纤维浆粕与橡胶的母炼胶,则纤维浆粕只可以在一定程度上相容,不能完全发挥纤维浆粕的补强潜能。用于制备工程弹性体的加工过程使得橡胶与颗粒之间达到了亲密程度。工程弹性体比简单混炼的母炼胶或直接将纤维
浆粕分散到弹性体中更能达到这种亲密程度。通过采用所制造的工程弹性体进行混合加工可以提高橡胶与粒子间的均匀混合。工程弹性体比简单混炼的母炼胶或直接将纤维浆分散到弹性体中更能达到这种亲密程度。2 实验
本研究所用的配方是在范德比尔特(
Vander 2bilt )手册中公布的配方。在所有实验中都是用Kevlar 工程弹性体的方式将芳纶浆粕混入到胶料中。
用实验室密炼机混炼所有的胶料。要获得较好的混炼效果,混炼过程是很重要的。纯弹性体和工程弹性体在最大冷却速度下低速混炼1.5分钟,接着加入填料和加工助剂。当基质弹性体达到适当的排胶温度时,将胶料转至开炼机下片、冷却。硫化剂在开炼机上加入或在二段混炼过程中加入。按AST M 或I S O 试验方法进行试验。
3 用芳纶浆粕补强
用传统的补强剂(如炭黑、二氧化硅、树脂)
获得较高胶料模量时,一般需要较大的填充量。填充量较大时,由于胶料粘度升高而使加工过程变得困难,并且分散也成为一个难题。由于短纤维作为补强剂其补强性能超过一般的颗粒,所以在需要高模量时常常使用短纤维。
图3 芳纶浆粕胶料与其他纤维胶料的模量
和门尼粘度的比较
对位芳纶浆粕比其它短纤维更能提高模量。
对于相同模量的胶料来说,采用芳纶浆粕可以降
低胶料的粘度。图3是用于氯丁橡胶GRT 传动带胶料的芳纶浆粕与其它短纤维的补强性能比较。使用3份芳纶浆粕与使用10份6mm 聚酯短纤维获得的模量相同,而胶料粘度要低几乎15个粘度单位。使用7.5份芳纶浆粕得到的模量是使用10份6mm 尼龙短纤维的2倍,而门尼粘度却低10个粘度单位左右。
对位芳纶浆粕对模量影响的综合图如图4所示。图4示出了15%和50%伸长率下的模量比与纤维份数的关系。模量比定义为:
用芳纶浆粕补强的胶料的模量不用芳纶浆粕补强的胶料模量
在几种不同弹性体中,其数据点对一些不同的胶料都是成立的。在所有的情况下,芳纶浆粕都是通过工程弹性体的方式混人到胶料中的。仅仅加入5份芳纶浆粕就会使胶料的25%定伸应力增加10倍左右。
对位芳纶浆粕具有很高的L /D 比。这种几何特性使得颗粒在加工过程中受到剪切时可能会定向。用芳纶浆粕补强的胶料在压延或挤出时会导致模数的各向异性———在轴向上的模量不一致。这种模数各向异性的数据列于图5。由图中可以看出,NR /S BR 轮胎胎面胶2mm 试样的MD 模数是X MD 模数的5倍。如果挤出或压延更薄的试片甚至会出现更大的各向异性。一些使用工程弹性体的用户一般会获得MD /X MD 比大于10倍以上的MD /X MD 比。
对位芳纶浆粕能够非常有效地提高模量,并且通过采用工程弹性体的方法比较容易地将对位芳纶浆粕分散于橡胶中。在设计橡胶配方时,它使橡胶化学家获得了超越现有极限的机会。模数的各向异性在许多制品设计中是一个重要的特性。4 应用
4.1 胶带带体胶料(传动带)
在一些高性能、高负荷能力的传动带中已使用芳纶浆粕作为增强材料。它可以提高V 带带体的刚度,并可提高同步带带齿的抗剪切强度。
图4
模量比与纤维用量的关系
图5 模量的各异向性
使用纤维浆粕补强材料可以设计出具有高模量和模数各向异性的高性能胶带。可以将胶带设计成在高负荷下具有更好抗扭曲变形性的胶带。使用芳纶浆粕作为胶带带体补强材料的优点如图6所示。用芳纶浆粕补强的胶料比高填充量短纤维或高填充量炭黑的胶料具有更低的滞后损失。低滞后损失可以降低生热,从而延长了胶带的使用寿命。如上所述,使用芳纶浆粕补强的胶带带体胶料还具有较低的门尼粘度
。
图6 芳纶浆粕胶料和其他纤维胶料的
模量和tan
δ的比较4.2 高拉伸强度橡胶胶料(传动带、输送带、轮胎)
芳纶浆粕用于胶带或轮胎的帘布(橡胶或粘
合)层有两种用法。在低填充量时作为加工助剂使用可提高生胶强度,以便使加工更加容易。在高填充量时,可以提高胶带寿命。由于帘布(粘合)层的胶料必须具有足够的流动性(低胶料粘度),以便充分地渗透到或包覆到帘线上,所以胶料的模量受到限制。胶带带体胶料必须具有高的硬度以防止上述的扭曲或变形。在两种橡胶胶料之间模量匹配不一致会导致接口处的断裂或脱层。使用短纤维或高填充量炭黑可提高帘布层中的橡胶硬度,但对橡胶的粘合或流动性都会产生负面影响。帘布层的对位芳纶浆粕补强材料是一种溶液,它可提高胶料模量但对流动性的影响最小。帘布层胶料的高模量也降低了帘布层胶料和帘线之间模量的差别。芳纶浆粕补强橡胶最好通过制备工程弹性体的胶乳凝结技术来制备。上述橡胶层是通过固化混合和分散有短纤维的胶乳而制得的。
4.3 作为织物的替代补强材料(胶囊、轮胎)
在许多低压或中等压力应用制品中,已经成功地用芳纶浆粕补强橡胶作为织物替代材料使用。对于薄壁制品,用芳纶浆粕补强橡胶(通过压片或挤出)可以达到高模量,无需使用织物。使用芳纶浆粕补强胶料对织物挂胶能够通过上述的模数桥接原理防止织物脱层。4.4 胶辊外层胶
业已证明在胶辊外层胶中使用芳纶浆粕补强的橡胶能够提高胶辊外层胶的耐磨性能。导致包胶辊磨耗的一个机理是来自于工作辊上的压力,它使得橡胶面产生应力。这种应力会导致橡胶产生应变或变形。当应变达到压力点(辊缝)时,应变会使橡胶产生膨胀。如图7所示,胶辊外层胶的形状由虚线变化至实线
。
图7 胶辊外层胶的动态特性
在入口膨胀区内,由于转动的胶辊到达最大应力点而使外层胶快速移动。外层胶会受到一个切向剪切应力和一个正常摩擦应力的作用。因为在A 和R 两点上剪切应力大于摩擦应力,所以外层胶在这个区域移动。这种在应力下的滑动能够导致胶辊外层胶磨损。相似的情况也出现在出口膨胀区,并且在C 和D 点之间产生滑动。
使用芳纶浆粕的胶辊外层胶能够降低由于滑动和摩擦产生的磨耗。通过设计胶辊使纤维
沿周向排列,可以提高胶料的模量和硬度,在给定应力下降低应变。然而,由于使用芳纶浆粕补强材料可能存在模量各向异性,所以径向和轴向的模量提高较小。
使用传统的硬化剂可以提高胶料模量,特别是提高胶料硬度。通常,这种硬度的提高意味着
胶辊抓着力下降,因为越硬的胶辊越不具有所希望的摩擦性能。通过平衡芳纶浆粕与其它补强剂的相对含量可以巧妙的设计橡胶配方,使得在不增加硬度的情况下提高模量。这一点如图8所示,胶料是以不同的白炭黑和芳纶浆粕填充量制备的。空白试样(不含纤维的胶料)的邵尔硬度为81A 。通过加9份芳纶浆粕可以使邵尔硬度为80A 的胶料的模量提高6倍以上(13.1对2.1MPa ),而白炭黑用量可从45份降至15份
。
图8 胶辊外层胶胶料的模量和硬度
对这种胶料研究所得的数据表明,要更好地利用芳纶浆粕补强材料,重要的是重新设计一个配方,绝不可能通过简单地把芳纶浆粕混入到已有的配方中来实现所希望的性能。
由本研究获得的另一些数据列于图9。芳纶浆粕和橡胶的结合提高了撕裂和磨耗性能———这两者是提高胶包辊性能的两个关键性能。从图9中可以看出,与图3中对胶带胶料性能影响
一样,芳纶浆粕能够改善模量、撕裂和耐磨性,而不影响硬度或加工性能
。
图9 胶辊外层胶胶料的门尼度
4.5 胎面基部/冠带层胶料(轮胎)
芳纶浆粕已在一些高档自行车胎中作为补强剂使用。一个稳定、坚实的胎面基部能够减小轮胎的蠕变,从而提高自行车的操纵性。在胎面基部胶中加入芳纶浆粕补强材料是降低滚动阻力、提高转弯性能、降低磨耗和提高耐剌穿性的一种方法。
芳纶浆粕补强材料已在许多高性能摩托车轮胎的胎面基部和帘布层中有效使用,以提高他们的操纵性能。
已评价了芳纶浆粕在客车轮胎的一些部位的作用,它在轮胎的三角填充胶条和胎冠中尤其有效。近来的研究已经表明了芳纶浆粕补强胶料的优点。就在前不久,已经设计出了采用芳纶浆粕补强胎面基部而取消冠带层的高性能轮胎。4.6 鞋类(鞋底胶)为了提高鞋底的摩擦性、抗滑性,抗撕裂性、耐磨性和抗连续撕裂性能而不损害鞋底胶的柔软性,需对鞋底胶料进行配方设计。要获得所希望的性能,关键在于重新设计用芳纶浆粕补强的
胶料配方。4.7 挤出和模压制品
芳纶浆粕补强材料可以提高模压和挤出制品的模量。硬度的提高改善了抗变形性,并且可以减薄制品的横截面,进而减小了制品的重量。用芳纶浆粕补强的橡胶使硬度增加对密封件和衬垫特别有利,可提高抗爆破性能。5 结论
Kevlar 工程弹性体可使配方技术人员充分利
用对位芳纶浆粕补强橡胶的优点来设计汽车橡胶配件。采用Kevlar 工程弹性体克服了曾经是将纤维浆粕用于橡胶中的障碍的分散性难题。用于制备工程弹性的加工过程在某种程度上使得纤维完全打开的纤维浆粕直接接触弹性体,弹性体完全润湿纤维的纤丝。工程弹性体的加工方法使得芳纶浆粕润湿达到最大化,因而使补强作用达到最佳化。对位芳纶浆粕补强橡胶可使橡胶化学家在设计橡胶配方时获得超越目前极限的机会。使用已开发的芳纶浆粕补强胶料具有如下优势:
●提高生胶强度;●改善加工性能;●改善尺寸稳定性;●改善胶料流动性;●提高定伸应力;●短纤维补强胶料具有各向异性;●提高动态模量;●降低tan δ;●提高抗撕裂性;●提高耐磨性;●提高抗穿透性。
工程弹性体可用于补强各种制品,包括胶带、轮胎、鞋类、胶辊外层胶、密封件和模压制品。
编译自RubberWorld,2001,224(1):35-40.
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FRB复合材料
2、FRP复合材料在结构加固工程中应用领域 2.1民用建筑、桥梁及工业厂房 FRP复合材料因其优异的力学性能，在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多，主要有：①梁加固。加固的作用包括抗弯和抗剪。在进行抗弯加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力。据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层AK-60可以提高承载力30%左右，贴两层可以提高40%左右；在进行抗剪加固时，FRP复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直； ②板加固。一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的FRP复合材料进行加固是一种理想的选择；③柱加固。芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。因为它们的弹模小，相对于碳纤维（弹模235Gpa），其延性较好；并且，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。2.2地铁、隧道 因地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的。在洞顶和洞侧，它都有土压力的作用，而且也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法不可行，而用芳纶纤维布（不导电）进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能，而且还是一种不导电的材料，所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。 2.3烟囱、水塔 由于烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统加固方法（如扩大截面法、粘钢法）基本上很难解决这样的问题，而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料（尤其是芳纶纤维）进行加固，就是一种很好的方法。 3、几种加固方法的比较
高性能增强材料——芳纶纤维
高性能增强材料——芳纶纤维 安源 摘要: 芳族聚酰胺纤维由美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发并最早实现工业化生产。该产品可以用做增强材料。介绍芳族聚酰胺纤维的发展、性能、制备及其应用。 关键词：芳纶；性能；制备；应用 1 概述 增强材料就像树木中的纤维，混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。它不仅能使材料显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维的性能、含量及使用状态。例如在纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性能。 芳纶是芳族聚酰胺纤维的通称,主要分为聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维(芳纶1414)和聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纤维(芳纶1313)。美国杜邦公司于20世纪60年代首先开发出芳纶1313和芳纶1414 ,并最早实现工业化生产(商品名分别为Nomex和Kevlar)。1987年推出了KevlarHT、Kevlar68和Kevlar149。1986年荷兰阿克苏(Akzo)公司生产出Twaron纤维; 1987年日本帝人公司生产出Technora纤维。而中国于1972年开始进行芳纶的研制工作,并于1981年通过芳纶14的践定,1985年又通过芳纶1414的鉴定,它们分别相当于美国杜邦公司的Kevlar29和Kevlar49。 2 全球芳纶纤维的发展概况 全球芳纶纤维产能主要集中在日本、美国和欧洲，生产芳纶纤维的公司也较为集中，目前全球从事芳纶纤维生产的厂家主要有５个：美国杜邦公司（Kevlar）、日本帝人公司（Twaron、Technora）、俄罗斯卡明斯克化纤股份公司（SVM、Apmoc、Rusar）和特威尔化纤股份公司（SVM、Apmoc）、韩国科隆公司（Kolon），其他国家或公司仅有少量生产。 2009年，全球芳纶纤维生产能力约9.51万t／a，其中对位芳纶纤维产能约6.61万t／ａ，杜邦和帝人二家公司产能合计6.15万t／ａ，占对位芳纶纤维产能的93%；间位芳纶纤维的产能约为2.9万t／ａ，主要的生产公司仍为杜邦公司，产能为全球总产能的75%以上。预测到2015年全球对位芳纶纤维产能可达11.0万t／ａ，问位芳纶的产能为5.2万t／ａ。 2009年全球芳纶纤维的消费量约为7.5万t，其中对位芳纶纤维5.2万t，间位芳纶纤维2.3万t。芳纶纤维的消费区域主要也集中在美国、欧洲和日本。欧洲是世界芳纶纤维的最大消费市场，其消费量占全球总消费量的48%，约为3.6万t；美国消费量占全球36，约2.7万t；日本消费量约占全球11%，约0.8万t；其他地区约0.4万t。随着生产技术的发展以及生产成本的逐步降低，芳纶纤维的消费领域已经逐步从应用于军工和航天领域的特殊材料，发展成为在工业和民用领域有着广泛应用的高性能材料。 3 我国芳纶纤维的基本概况
芳纶纤维国内市场结构简析
然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行。 目前全球芳纶产能主要集中在日本和美国、欧洲；生产对位芳纶的厂家主要有美国杜邦公司、日本帝人公司和俄罗斯耐热公司等，前两家公司的年产量分别占世界总产量的55%和40%；仅美国Kevlar纤维目前就有十多个牌号，每个牌号又有数十种规格。 中国从20世纪60年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，该项技术才得以攻破，烟台氨纶股份有限公司在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面。到2009年，烟台氨纶股份有限公司的间位芳纶生产能力已达到4300t／a，在世界间位芳纶供应商中列居第二位。除烟台氨纶外，中国苏州圣欧、广东彩艳公司也共有1 000t／a 的间位芳纶生产装置投产，使得中国在全球仅有的6个间位芳纶供应商中占据了3席。间位芳纶的国产化大大拉动了上下游产业的发展。在中国纺织工业加工制造优势明显的背景下，全球间位芳纶产业特别是间位芳纶下游加工业出现了明显向中国转移的趋势。 而随着国内市场需求不断扩大，对位芳纶需求量也与日俱增。据统计，我国每年直接和间接进口对位芳纶及相关制品总额达10亿元人民币，进口量达3000吨，年需求量达5000吨～5500吨，市场潜力巨大。在我国，芳纶纤维的主要用途是光纤补强材料，其次为防弹材料领域。 然而，我国对位芳纶纤维的研发起步较晚。因技术研发实力等原因，一直未有规模化生产芳纶1414的企业。而今年以来，苏州兆达特纤科技有限公司在建总投资2.6亿元，年产1000吨对位芳纶技术产业化项目的一期年产500 吨对位芳纶于2010年7月投入运行；河北硅谷化工公司1000t／a芳纶Ⅱ2006年试车投产，其产品芳纶Ⅱ产品命名为特威纶（Teweil un Fibre）并开始销售。 广东彩艳股份公司研制生产的芳纶Ⅲ是杂环共聚酰胺纤维，其力学性能、复合强度、耐温性能均高于芳纶1414，其中复合强度比芳纶1414高30%以上，可以达到5000Mpa；模量高10%，可以达到145-150GPa以上。 中国纺织工业协会于2007年10月15日在上海市组织和主持了艾麦达纤维科技有限公司“100 吨／年对位芳纶纤维制造中试研究”项目鉴定会。 2010年8月20日上午，中国石化“十条龙”科技攻关项目之一——“对位芳纶的力学性能与结构形态的表征“和“百吨级对位芳纶工业化试验装置成套技术开发”项目在仪化通过了由中国石化科技发展部组织的审查。 河南神马集团有限公司2005年10月成立赛尔项目，开始进行对位芳纶纤维的聚合纺丝及其产业化技术研发，并建设了年产500吨对位芳纶纤维生产线。2007年8月，集团打通
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究
关于芳纶纤维改性和芳纶纤维增强复合材料用树脂 基体的研究 摘要:芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天、国防、汽车等行业，由于芳纶纤维具有高结晶度、表面化学活性基团少等缺点，使复合材料出现层间剪切强度、横向拉伸强度等性能较低等缺点，限制了复合材料性能的发挥及其应用领域的推广。芳纶纤维复合材料研究，集中在对芳纶纤维表面进行物理的、化学方面的改性处理以及合适树脂基体的选择。本文对这两个方面进行了总结，并提出了相关展望。 关键词:芳纶纤维复合材料改性树脂基体 1前言 1.1芳纶的定义 芳纶是一种高科技纤维,它的全称为“芳香族聚酰胺纤维”,它具有优良的力学性能,理想的机械性质和稳定的化学性质理想的机械性质。由芳香环和酰胺键构成了聚合物大分子的主链,且其中至少86%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,我国将其定名为芳纶。它包括全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维2大类,全芳族聚酰胺纤维主要包括对位的聚对苯二甲酰对苯二胺和聚对苯甲酰胺纤维、间位的聚间苯二甲酰间苯二胺和聚间苯甲酰胺纤维、共聚芳酰胺纤维以及如引入折叠基、巨型侧基的其它芳族聚酰胺纤维;杂环芳族聚酰胺纤维是指含有氮、氧、硫等杂质原子的二胺和二酰氯缩聚而成的芳论,如有序结构的杂环聚酯胺纤维等。由于聚对苯二甲酰对苯二胺（对位芳纶，其产品有Kevlar，Twaron，国产芳纶II）是中国市场上应用最广的芳纶，本文中芳纶均指对位芳纶。 1.2芳纶纤维的应用 纤维增强树脂基复合材料因有比强度高、比模量大、比重小等特点,而得到广泛应用。先进复合材料的增强材料有碳纤维、硼纤维、超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维。芳纶纤维具有模量高、强度大以及耐热性和化学稳定性等特点,与金属和碳纤维相比,具有更低的介电常数[1],芳纶纤维与各种树脂制成高性能复合材料广泛应用于航天航空、电子信息等领域,
我国芳纶纤维的生产、应用状况及存在的问题
我国芳纶纤维的生产、应用 状况及存在的问题 摘要：芳纶纤维是一种高强度、高模量，并具有良好的热稳定性的增强型和功能型纤维材料，多以复合材料的形式应用。文章阐述了目前我国芳纶纤维生产发展状况，介绍了芳纶纤维在军工、航空和汽车等领域的应用状况，讨论了我国芳纶纤维存在的一些主要问题。 关键词：芳纶纤维，生产，应用 芳纶纤维是一种分子构型沿轴向伸展、分子排列整齐、高结晶度、高取向度的材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能。它具有的很高伸直平行度和取向度的分子结构决定了芳纶纤维具有高强度和高模量，并具有良好的热稳定性。芳香族聚酰胺分为邻位、间位、对位。邻位类无商业化价值，间位、对位的芳香族聚酰胺已商品化生产。间位类通常指芳纶1313，其以耐热性、难燃性和耐药品性优异为特征；对位类通常指芳纶1414，其以高强力、高弹性模量和耐热性为特征。我国于20世纪80年代初研制的两种纤维产品分别是芳纶1414[聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）]纤维和芳纶14[聚对苯甲酰胺]纤维，统称为芳纶纤维，其中以PPTA应用最为广泛。杜邦和恩卡公司分别把PPTA注册为Kevlar和Twaron商品名[1]。 1.芳纶纤维生产发展现状 1.1芳纶纤维的基本概况 我国芳纶纤维的研制开发起步较晚，从20世纪80年代起，国内先后有多家企业、高校和研究所对芳纶国产化进行了深入研究，主要有晨光化工研究院、东华大学、上海合成纤维研究所、沈阳红星、广东彩艳、烟台氨纶、河南神马、航天科工六院等进行了研究开发。目前，我国间位芳纶已攻破技术难关，产品性能稳定，基本上实现了产业化生产，国产产品在国内占有一定的市场份额，并且还有部分产品出口到国际市场。但我国对位芳纶纤维发展较慢，一些科研院所和企业建设了中试装置，但产量较小，产品质量与国外产品也有一定差距。 1 / 9
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应用 (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应用 (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 (10) 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 (13)
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应用 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应用情况作概括介绍。 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,同时与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,拉伸强度与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，与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。 1
芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展
工 程 塑 料 应 用 ENGINEERING PLASTICS APPLICATION 第46卷，第8期2018年8月 V ol.46，No.8Aug. 2018 149 doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2018.08.027 芳纶纤维表面改性及其增强树脂基 复合材料制备的研究进展 张雄斌，贺辛亥，程稼稷 (西安工程大学材料工程学院，西安 710048) 摘要：综述了近年来芳纶纤维的表面改性方法，包括表面活化法、共聚改性法、络合改性法等化学改性方法及涂层法、高能射线法、等离子体改性法等物理改性方法，指出了各种改性方法存在的不足；介绍了芳纶纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括拉挤成型、模压成型、树脂传递模塑(RTM)成型、湿法缠绕成型等，对比分析了各种制备方法的优缺点；对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。 关键词：芳纶纤维；表面改性；树脂基复合材料；制备方法；发展趋势 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3539(2018)08-0149-05 Research Progress on Surface Modification of Aramid Fibers and Preparation of Their Reinforced Resin Matrix Composites Zhang Xiongbin ， He Xinhai ， Cheng Jiaji (School of Materials Science & Engineering ， Xi ’an Polytechnic University ， Xi ’an 710048， China) Abstract ：The modification methods of aramid fibers were reviewed. These modification methods include chemical modifica-tion methods and physical modification methods. Chemical modification methods include surface activation method ，copolymeriza-tion modification ，complexing modification ，etc. Physical modification methods include coating method ，high energy ray method ，plasma modification and so on. The shortcomings of various modification methods were pointed out. The preparing techniques of ar-amid fibers reinforced resin matrix composites were introduced. These preparation methods include pultrusion ，mold forming ，resin transfer molding (RTM) and wet winding ，etc. The advantages and disadvantages of various preparation methods were compared and analyzed. Their future research direction and development trend were proposed. Keywords ：aramid fiber ；surface modification ；resin matrix composite ；preparation method ；development trend 芳纶纤维是一种高性能纤维，具有相对密度小、高模量、耐剪切等优异性能，被广泛应用于航空航天、军事、机械等领域[1–2]，但因芳纶纤维内部具有的高结晶度、高取向度等特殊结构，需对芳纶纤维进行表面改性，以增加纤维表面的粗糙度和引入有化学反应活性的官能团，提升与基体之间的反应活性，增强与基体之间的粘结性能[3]。为改善界面结合性能，对芳纶纤维进行表面改性，同时借助优异的制备方法获取高性能芳纶纤维增强树脂基复合材料一直是该领域研究的热点[4]。笔者综述了芳纶纤维表面改性及其树脂基复合材料的制备方法，展望了芳纶纤维增强树脂基复合材料未 来研究的重点方向和发展趋势。1 芳纶纤维表面改性 芳纶纤维因其光滑的表面，惰性的化学结构导致其与基体材料之间的粘结性能较差，制约了其广泛应用[5]。根据芳纶纤维表面改性方法的不同，主要分为化学改性和物理改性两种。1．1 化学改性 化学改性是指借助化学反应在纤维的表面引入一定量的活性反应基团，从而提升纤维与基体之间的粘附作用[6]。根据改性机理的不同，对芳纶纤维表面进行化学改性的方法 基金项目：中国纺织工业联合会指导性项目(2015116，2016052)，陕西省工业科技攻关项目(2016GY-014)通讯作者：贺辛亥，博士，教授，主要从事复合材料设计及成型研究 E-mail ：he_xinhai@https://www.360docs.net/doc/841119701.html, 收稿日期：2018-06-10 引用格式：张雄斌，贺辛亥，程稼稷.芳纶纤维表面改性及其增强树脂基复合材料制备的研究进展[J].工程塑料应用，2018，46(8)：149–153. Zhang Xiongbin ，He Xinhai ，Cheng Jiaji. Research progress on surface modification of aramid fibers and preparation of their reinforced resin matrix composites[J]. Engineering Plastics Application ，2018， 46(8)：149–153.
芳纶纤维介绍
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。间位芳酰胺纤维的品种有Nomex、Conex、Fenelon纤维等。美国杜邦生产的Kevlar纤维，目前就有Kevlar一49、Kevlar－29等十多个牌号，每个牌号又有数十种规格的产品。杜邦公司在去年宣布将扩大Kevlar纤维的生产能力，该扩建项目预计在今年年底完工。帝人、赫斯特等芳纶生产的知名企业也不甘示弱，纷纷扩产或联合，并积极开拓市场，希望成为这个朝阳产业的生力军 芳纶纤维在高性能纤维世界中有独特地位。它是强度很高的纤维——以相同重量为基础，是钢材强度的5倍；其另一种卓越性能是极高的比张力模量（抗拉伸）——其韧度是最常用的增强纤维E-玻璃纤维的三倍。 它具有固有的不可燃性，连续使用温度范围极宽，由﹣320。F（﹣196。C）到400。F（204℃）。可耐受超过1000°F（538℃）的材料作有限度接触。 芳纶KEVLAR是杜邦公司独一无二的aramid纤维系列的注册商标，有四种类型的产品出售——芳纶KEVLAR 29、KEVLAR129、KEVLAR 49、KEVLAR 149。 芳纶是用于增强子午线轮胎及其机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶的工业专门用途，例如绳索、缆绳、防弹织物、涂层织物、
芳纶纤维表面改性研究
芳纶纤维表面改性研究进展 摘要：分析了芳纶纤维目前存在的问题，综述了芳纶的各种改性技术进展，包括表面涂层、化学改性、物理改性等，并展望了芳纶纤维改性技术的发展前景。关键词：芳纶纤维；表面改性；表面涂层；化学改性；物理改性Progress in surface modification of Aramid fibers Abstract：The present problems of aramid fibers were analyzed，and the progress in the modification of aramid fibers was reviewed。The methods of modification include coating，chemical-modification，physical-modification，and so on。 The trends of development in the modification of aramid fibers were pointed out。 Key words：Aramid fibers；surface modification；coating；chemical-modification；physical-modification 芳纶是目前世界上发展最快的一种高性能化学纤维，它是由美国杜邦公司最先开始研制的。其聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成，且其中至少85%的酰胺键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，并且置换其中一个氢原子的聚合物称为芳香聚酰胺树脂，由它纺成的纤维总称为芳香聚酰胺纤维，我国定名为芳纶[1]。自20世纪70 年代初，芳纶在美国核潜艇“三叉戟”C4潜地导弹的固体发动机壳体上应用以来，芳纶现在已经被广泛应用在很多行业。据统计，用于防弹衣、头盔等约占7%~8%；航空航天材料和体育材料约占40%；轮胎和胶带骨架等约占20%；高强绳索等约占13%[2]。从间位芳香族聚酰胺的结晶结构分析测试可知，从酰胺平面测量得亚苯基环的两面角成30°，这就使得它的结构相当稳定，并且亚苯基-酰胺之间和C-N键旋转的高能垒阻碍了间位芳香族聚酰胺分子链，成为完全伸直链的构象。它晶体里的氢键作用强烈，使其化学结构稳定，这就赋予间位芳香族聚酰胺纤维优越的耐热性、阻燃性和耐化学腐蚀性。对位芳香族聚酰胺的结晶结构为假斜方晶系，大分子链在结晶区域是完全伸长的。 NH-O 的角度是160°，这
芳纶纤维项目报告
芳纶纤维项目报告 一、芳纶纤维基础知识 (2) 二、芳纶纤维产品市场应用 (2) 1、芳纶1313纤维 (3) 2、芳纶1414纤维 (4) 3、共聚芳纶纤维 (6) 三、芳纶纤维国内外技术研发状况 (6) 1、间位芳纶纤维的制造技术 (6) 2、对位芳纶纤维的制造技术 (7) 3、共聚型芳纶的制造方法 (8) 4、俄罗斯芳纶的制造方法 (8) 5、我国间位芳纶发展状况 (9) 6、我国对位芳纶发展状况 (9) 7、我国共聚芳纶发展状况 (10) 四、国内芳纶纤维项目建设情况 (10) 五、芳纶纤维项目对于我司的重要意义 (10) 1、国家相关政策的支持 (11) 2、为我司步入高新技术产业打开突破口 (11) 3、项目投资小，见效快，产品附加值高 (11) 六、建议下一步技术调研工作计划 (11) 1、考察芳纶纤维国内技术专利商 (11) 2、考察芳纶纤维生产企业 (12)
一、芳纶纤维基础知识 我国将芳香族聚酰胺纤维定名为芳纶纤维。芳纶具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、质量轻等优良性能，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、而质量仅为钢丝的1／5左右。芳纶纤维最具实用价值的品种有3个：芳纶1313（芳纶Ⅰ）、芳纶1414（芳纶Ⅱ）和共聚芳纶（芳纶Ⅲ）。 芳纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺，是开发最早、产量最大、应用最广的有机耐高温纤维。 芳纶1313（间位芳纶）结构式如下： 芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺，具有超高的强度、模量和耐高温性能，以及良好的绝缘性和抗腐蚀性，对位芳纶在高性能纤维中占据了核心地位，并被人们称为“王牌纤维”。 芳纶1414（对位芳纶）结构式如下： 共聚芳纶是日本帝人公司和俄罗斯开发出的具有更高的力学性能的高档纤维，已用于俄罗斯战略战术武器，但目前产量较小，约为3000～4000t ／a。 二、芳纶纤维产品市场应用 目前世界芳纶的生产能力约8.2万吨/年(其中，对位芳纶5.5万吨/年、间位芳纶2.3万吨/年)。芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7%～8%，航空
对位芳纶纤维及其应用概述_胡延韶
CHINA RUBBER 第27卷第19期 对位芳纶纤维及其应用概述 胡延韶 一、概述 芳香族聚酰胺纤维是最重要的有机合成纤维之一，具有优异的物理机械性能、热氧稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性能等。广泛应用于光缆增强、子午线轮胎、轻型复合装甲等领域。我国俗称芳纶，如芳纶1313、芳纶1414等。 目前，芳纶产品主要包括聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（简称间位芳纶或芳纶1313）、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（简称对位芳纶、芳纶-II 、芳纶1414）和杂环芳香族聚酰胺纤维（简称芳纶Ⅲ）等品种。 自20世纪60年代，由美国杜邦公司成功开发 出芳纶纤维并率先产业化后，在40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，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。 二、芳纶1414材料性能、用途、需求状况 1.芳纶1414的性能 对位芳纶于1971年研制成功，次年投入生产。对位芳纶性能中突出特点是高强度和高模量。它的强度为钢的3倍，为强度较高的涤纶工业丝的4 受水分、温度的影响，可以省去用于促进钢丝粘合的专用粘合剂，如钴盐等，胶料的成本低于钢丝用胶料，有资料表明可降低成本约18％。芳纶成品胎胎面柔软，断面宽和同规格的钢丝带束胎相比断面宽显得较大，而整个高度（外直径）显得较小，由于带束层柔软，胎面对地面的移动性和剪切力小，行驶时增大了轮胎与地面的接触面积，胎侧较柔软，缓冲性能好，行驶噪声小，舒适性好。 2.滚动阻力低，节油性能提高。芳纶帘线的动态 模量明显高于聚酯和尼龙帘线，而损耗因子则比聚酯和尼龙低得多，这种高模量、低损耗损失的特性非常适宜于作低滚动阻力高性能轮胎的骨架材料；采用特殊的胎面胶配方，轮胎的滚动阻力大大降低（滚动阻力最大可降低20％），减少能源的消耗，节油性能至少可提高1.5％，进而起到保护环境的作用；优化的胎体、带束设计，减轻了轮胎的重量和惯性，增强了轮胎的抓地力，减少冲击和由于跳跃所产生的振动，使得车辆制动更快、行驶更平稳。 3.很好的耐刺扎、耐切割性能。芳纶轮胎的耐磨 性性能提高约3％。芳纶兼备了材料的刚性和韧性（刚性是钢的4～6倍，韧性是钢的2倍），且分子结构呈现惰性，对化学药品和物理侵蚀有很强的抵抗力，可以提高轮胎的翻新次数，而且带束柔软，角度小，每根帘线长度比胎面接地长度长，轮胎滚动时 移动小，耐磨性好，周向变形小，因此高速性能好，轮胎的使用寿命长。 4.芳纶轮胎使用过程中接地压力重心移动小，转 向性能好，轮胎变形滞后小、生热较低，芳纶帘线模量高，硫化后帘线不收缩，轮胎使用出现的“平点”问题也可以得到强有力的限制，对于有后充气装置的厂家来说，可以节省这方面的费用。另外芳纶轮胎的硫化时间也可以适当减少，提高硫化效率。 芳纶作为一种新兴的高性能纤维进入了飞速发展的时期，我国也加紧了芳纶的生产步伐，四川晨光金路公司、山东烟台氨纶股份有限公司等都建立了一定规模的芳纶生产线，随着芳纶生产技术不断发展和产能的不断提高，芳纶的国产化是大势所趋，芳纶价格的也必将会大幅度下降。 基于芳纶轮胎具有节油、生热低、舒适性好、使用寿命长等一系列优点，因此芳纶轮胎的价格无疑会得到提高，据市场预测，以芳纶作带束层的高性能轮胎单胎价格可提高5%～10％，因此即使在目前芳纶价格较高的情况下，芳纶轮胎的经济效益也优于同规格的钢丝胎，对于低宽断面、大直径轮辋、高速度级别的高档胎来说，其经济效益则会更高。随着芳纶价格的降低，经济效益的增加，芳纶帘线在高性能轮胎中的应用将日益广泛。□ 视点·专题 对位芳纶 17··
芳纶纤维表面改性研究
摘要 论文介绍了芳纶纤维的种类、性能以及目前国内外芳纶表面改性的常用方法及研究进展。芳纶纤维高模量、高强度、低密度、耐氧化、耐腐蚀的性能使其在橡胶工业、信息技术产业、纺织业领域有着广泛的应用前景。由于表面的惰性限制了芳纶纤维的应用，因而其表面处理尤为重要，硝化/还原、氯磺化等化学改性和等离子体、电子束等物理改性均可改善芳纶纤维表面的物理和化学状态，提高其与基体间的粘合性能。 关键词：芳纶／环氧复合材料；等离子体：表面；浸润性
芳纶纤维表面改性研究 专业：纺织工程姓名：李鑫陵学号：0820301018 全芳香族聚酰胺泛指至少85％的酰胺键和两个芳环相连的长链合成聚酰胺，由此类聚合物制得的纤维称为芳香族聚酰胺纤维(Aramid fiber)。在我国此类纤维被称作芳纶。间位芳香族聚酰胺(PMIA)纤维称为芳纶1313；对位芳香族聚酰胺(PPTA)纤维称为芳纶1414。其中“1313、1414”代表酰胺基团与苯环相连接的位置。国外有关芳纶1313的商品主要有：美国杜邦的Nomex@、日本帝人的Conex@等；有关芳纶1414的商品主要有：美国杜邦的kevlar@、荷兰的Twaron@、日本帝人的Technora@等。 芳纶纤维是由美国杜邦公司最先研制的一种由刚性分子链形成的高结晶度、高取向度材料，具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切等一系列优异性能，在橡胶工业等领域广泛用于芳纶纤维增强复合材料。复合材料的性能与基体相、增强相及两相界面结合状况均有关，良好的界面结合可使复合材料更好地发挥力学性能。芳纶具有刚性分子结构，分子对称性高，横向分子间作用力弱，分子间氢键弱，横向强度低使得在压缩及剪切力作用下容易产生断裂；由于具有较高的结晶度，使得纤维表面光滑、无反应活性，导致其与大多数基体之间的界面粘附性很差，因此，要改善芳纶纤维与复合材料的界面结合情况，充分发挥芳纶优异的力学性能，就要对芳纶表面进行改性处理。 1 芳纶纤维的表面改性方法 芳纶的表面改性可以通过等离子体、超声波等物理技术或硝化/还原、氯磺化等化学方法，在纤维表面引入羟基、羰基等极性或活性基团，与基体间形成反应性共价键结合，从而提高纤维与基体间的粘合强度。 1.1 共缩聚改性 通过在芳纶分子链中引入具有不同结构的第三单体，在基本保持原有优良性能的前提下，改善芳纶纤维的溶解性、耐疲劳性等性能。 Bernhard等采用取代对苯二胺和二氯对苯二酰共缩聚反应，制备不同的刚性棒状芳香族聚酰胺，其主要晶体结构与对位芳纶类似，不同的是，在热处理中不会发生结构变化，苯环取代的空间位阻和电子效应导致纤维固态结构不同。
芳纶纤维材料及其应用
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 application Abstract：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 fiber Key words:Aramid fiber material;Aramid 1313; Aramid 1414;Structure performance; Application; Future development 1 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]。 2 芳纶1313 2.1发展情况 芳纶1313最早由美国杜邦公司研制成功并实现工业化生产，产品注册为Nomex（诺美克斯）。1967年正式工业化生产。是一种耐高温纤维，由聚间苯二甲酰间苯二胺构成，是目前所有耐高温纤维中产量最大，应用最广的一个品种。日本Teijin公司于1974年也成功实现商业化，商品名为Conex ，其主要侧重纤维的开发，除常规纤维品种外，还有染色纤维、高度阻燃稳定纤维Conex FR和耐候性极好的Conex L。另外，还有日本Unitika公司的
芳纶纤维表面络合改性研究
目录 摘要 ............................................................................................................................................ I II ABSTRACT ..................................................................................................................................... V 第一章绪论. (1) 1.1 芳纶纤维简介 (1) 1.2 芳纶纤维表面改性研究进展 (2) 1.3 络合作用在聚酰胺改性中的应用 (8) 1.4 本课题的主要研究内容 (10) 1.5 本课题拟解决关键问题 (11) 第二章实验方案与表征方法 (13) 2.1 主要实验材料及实验仪器 (13) 2.2 芳纶纤维的表面处理与改性 (14) 2.3 芳纶纤维性能表征方法 (15) 2.4 芳纶纤维增强环氧树脂基复合材料的制备 (16) 2.5 芳纶/天然橡胶复合材料的制备及性能测试 (17) 第三章不同溶剂处理效果及CaCl2溶液络合改性芳纶纤维表面 (19) 3.1 不同溶剂对芳纶纤维表面处理的影响 (19) 3.1.1 CaCl2水溶液处理 (19) 3.1.2 LiCl水溶液处理 (20) 3.1.3 CaCl2乙醇溶液处理 (21) 3.1.4 LiCl水乙醇溶液处理 (22) 3.1.5 CaCl2乙醇溶液对芳纶纤维表面的改性 (22) 3.1.6 LiCl乙醇溶液对芳纶纤维表面的改性 (23) 3.2 CaCl2乙醇溶液对芳纶纤维结构与性能的影响 (23) 3.2.1 红外分析 (23) 3.2.2 XPS分析 (24) 3.2.3 SEM观察 (27) 3.2.4 单丝拉伸强度分析 (28) 3.2.5 芳纶纤维改性前后结晶度变化分析 (29) 3.2.6 AFM分析 (31) 3.2.7 CaCl2络合处理对芳纶纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度的影响 (32) 3.3 小结 (37) 第四章LiCl乙醇溶液对芳纶纤维结构与性能的影响 (39) 4.1 LiCl改性对芳纶纤维表面化学组分的影响 (39) 4.1.1 XPS分析 (39) 4.1.2 FTIR分析 (42) 4.2 LiCl处理前后芳纶纤维表面物理形貌的观察与分析 (43)
复合材料研究及其应用
郑州华信学院毕业论文 课题名称：复合材料研究及其应用 系部：机电工程学院 班级：09机电班 姓名： 指导老师： 时间：2012年3月28日
复合材料研究及其应用 摘要 复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料、可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 一、全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继
问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力(一)
用傅克反应改性芳纶纤维表面以增强与环氧树脂的界面结合力 刘铁民1，郑元锁2，胡杰2 1西安交通大学，材料科学与工程学院，陕西，西安710049 1西安交通大学，理学院，陕西，西安710049 摘要：在本文中，用傅-克反应作为一种新型的途径对芳纶纤维表面进行化学改性。经表面改性后，芳纶纤维与环氧树脂的界面剪切强度增强50%。用X射线光电子能谱分析仪检测芳纶纤维表面的元素，用傅-克反应处理后的芳纶纤维表面的氧碳比增加。用X射线衍射仪检测芳纶纤维的结晶状态，用扫描电子显微镜检测芳纶纤维的表面形貌。结果显示，本文所采用的表面改性方法适合工业化应用，该方法不仅可以明显提高芳纶纤维与环氧树脂基复合材料的界面结合强度，而且对芳纶纤维本身的强度几乎没有负面影响。采用新方法也能使芳纶纤维表面的吸湿性增加。 关键词：芳纶纤维，界面性能，表面处理，傅-克反应 引言 芳纶纤维以低密度、高拉伸模量为特点，因而它作为一种很好的聚合物增强材料广泛的应用于航天、航空、导弹发射等领域。 众所周知，纤维和聚合物的界面直间影响复合材料的机械性能，然而，芳纶纤维表层高的结晶度以及分子链缺乏极性官能团，使得芳纶纤维表面的化学性质很不活泼，表面非常光滑，从而造成其与树脂基的粘附性非常差。因此，芳纶纤维的表面改性很有必要，以增强界面结合力。目前，人们已经开发出很多方法对芳纶纤维进行表面改性，例如化学处理、物理处理以及二者并用。物理处理方法主要是超声处理。物理化学法主要包括离子辐射、等离子处理及接枝聚合。尽管后两种方法研究了很长时间，由于低的安全性及可行性导致它们任然只适合实验室的研究，并且高成本以及随着时间的推移表面改性会发生“降解效应”，但是化学改性的方法却方便的多，通过化学反应在芳纶纤维与树脂基形成稳定的化学键作用，因而使芳纶纤维改性后有很好的稳定性，并适合工业化批量生产。 另一方面，传统的化学改性方法主要包括以下几个方面：（1）通过在苯环上的硝化或磺化反应对芳纶表面进行刻蚀；（2）通过酰亚胺上的活性氢原子的接枝反应在分子链上引入活性官能团。但是化学改性很难控制表面处理的深度及程度，并且不可避免的会降低芳纶纤维本身的强度，这是因为强氧化性酸对芳纶纤维表面的腐蚀性和破坏性所造成的。由于酰亚胺、羰基及苯环的共轭效应及苯基的位阻效应导致酰亚胺的氢原子不活泼，从而造成物理化学处理的方法处理芳纶的效果非常差。 傅-克反应是发生在苯环上的非常重要的亲电取代反应，在本文中，傅-克反应作为一种新的化学接枝反应（下文中所提到的新方法）的实施打破了苯环的屏蔽效应和大的位阻效应，正如插在山顶上的天线一样。通过XPS、SEM、FTIR来表征芳纶纤维表面的特征。通过XRD 表征芳纶纤维的结晶态和纤维表面的润湿性。通过SPF测试研究界面结合强度。 实验 仪器设备 油浴（TC-202，上海精细精密仪器厂，上海，中国）用来控制控制温度及保持反应器的预设温度。FTIR（Nicolet8700，Thermo Fisher Scientific）、XPS(ESCA PHI 1600, Physical Electronics)、XRD (XRD-6000, shimadzu, Japan)、吸湿性测试仪（C20，索伦科技有限公司，上海，中国）用来测试芳纶纤维的表面特征。SEM (S-3500H, Quasi-S Pte, Japan)用来观察处理后芳纶纤维表面的形貌变化。用动态接触角分析仪（SB213，北京）测试芳纶纤维表面的吸湿性。