芳纶纤维的结构-推荐下载
芳纶纤维的结构、制备及应用综述
摘要：芳纶是一种高科技特种纤维，它具有优良的力学性
能，稳定的化学性质和理想的机械性质。它的全称为“芳
香族聚酰胺纤维”，1974年，美国贸易联合会将它们命名为
“aramidfibers”，其定义是：至少有85％的酰胺链(—
CONH—)直接与两个苯环相连接。我国则将它们命名为芳纶，
其全称也可简化为“芳酰胺纤维”。它有一系列的产品，可
用于航空航天工业、IT （信息技术）产业、国防工业、汽
车工业等。
关键词：芳纶1313，芳纶1414，芳纶纤维结构，芳纶纤维
应用、发展及制备
一、芳纶纤维的简介
芳纶全称芳香族聚酰胺纤维，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、耐酸碱、重量轻
等优良性能，还具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很
长的生命周期。
二、芳纶的结构和性能
芳纶可分为邻位、对位和间位3种，而邻位无商业价值。
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度的历程，价格也降低了一半。现
在国外芳纶无论是研发水平还是规模生产都日趋成熟。在
利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然定，制定设备调试高中资料试卷方案。
要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置
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。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。
下面我们主要介绍一下对位芳纶和间位芳纶的代表产品，邻位因为无商业价值将不做介绍。
1、芳纶1414的结构和性能
芳纶1414由对苯二胺（PPD）和苯二酰氯（TPC）这两种单体聚合而成。在缩聚反应中，TPC和PPD反应生成聚合物聚对苯二甲酰对苯二胺，也就是PPTA
。结构式为；
结构特点可以归纳为：
1)分子链沿纤维轴向高度结晶排列。
2)纤维含有氢键系，这种氢键系沿其轴线有规则地折叠，
并沿径向分布。
3)皮芯结构不同，芯层的微晶不如皮层取向度高。
芳纶1414的性能特点；
芳纶1414纤维的性能，特别是其强度主要取决于聚合物
的分子量和分子量分布及其结晶程度。影响上述这些性质
的参数有许多。通过提高纺丝原液中的聚合物浓度，就可
以在湿纺加工过程中提高纤维中链状分子的取向度，从而
使纤维获得较高的强度。
芳纶1414是一种液晶高分子材料，因为聚合物具有线性
结构，所以它是一种高强度、高模量纤维，同时还具有密
度低、韧性较好、耐热性优良、耐酸碱性好、耐化学溶剂
等优点。然而由于结构的原因，芳纶1414也存在一些不足：
其溶解性、耐疲劳性以及韧性还不够好，耐光性较差，横
向压缩模量较低，防紫外线照射能力较差，正因为这些缺
点限制了它的进一步应用。
2、芳纶1313的结构和性能
芳纶1313，横截面呈腰子形, 有较明显的皮芯结构,学
名聚间苯二甲酞间苯二胺纤维, 具有优异的耐热性、耐燃
性及优良的高温下尺寸稳定性、电绝缘性, 广泛应用于工
业及尖端技术。其结构式为：
芳纶1313的性能特点：
1、持久的热稳定性
芳纶1313最突出的特点就是耐高温性能好，可在
利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然定，制定设备调试高中资料试卷方案。
要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置
220℃高下长期使用而不老化，其电气性能与机械性能可保
持10年之久，而且尺寸稳定性极佳，在250℃左右的热收
缩率仅为1%，短时间暴露于300℃高中也不会收缩、脆化、
软化或者融熔，在超过370℃的强下才开始分解，400℃左
右开始碳化——如此高的热稳定性在目前有机耐纤维中是
绝无仅有的。
2、骄人的阻燃性
材料在空气中燃烧所需氧气体积的百分比叫做极限氧
指数，极限氧指数越大，其阻燃性能就越好。通常空气中
氧气含量为21%，而芳纶1313的极限氧指数大于28%，属
于难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不助燃，具有自
熄性。这种源于本身分子结构的固有特性使芳纶1313永久
阻燃，因此有“防火纤维”之美称。
3、极佳的电绝缘性
芳纶1313介电常数很低，固有的介电强度使其在高、
低、高湿条件下均能保持优良的电绝缘性，用其制备的绝
缘纸耐击穿电压可达到10万伏/mm2，是全球公认的最佳绝
缘材料。
4、杰出的化学稳定性
芳纶1313的化学结构异常稳定，可耐大多高浓无机酸
及其它化学品的腐蚀、抗水解作用和蒸汽腐蚀。
5、优良的机械特性
、管通可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理、电气课件中气设备，在安装过程中以及安装结束后进行
高中资电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场、电气设备调试高中资料电力保护装置调试技术，配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置
芳纶1313是柔性高分子材料，低刚度高伸长特性使之
具备与普通纤维相同的可纺性，可用常规纺机加工成各种
织物或无纺布，而且耐磨抗撕裂，适用范围十分广泛。
6、超强的耐辐射性
芳纶1313耐α、β、χ射线以及紫外光线辐射的性
能十分优异。用50Kv 的χ射线辐射100小时，其纤维强
度仍保持原来的 73%，而此时的涤纶则早已成了粉末。
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。
三、芳纶纤维的制备工艺：
1、芳纶1414的制备工艺
芳纶1414学名为聚对苯二甲酞对苯二胺纤维。因其大分
子主链上的酞胺键分别与两个对苯撑相接而得名。它是以
对苯二胺和对苯二甲酞氯为原料, 在酞胺系溶剂中,通过低
温溶液缩聚制得聚合体, 然后以浓硫酸为溶剂, 经干湿法
纺丝和紧张热处理而制得的超高强度、高模量纤维。因为
其不溶于大多数有机和无机溶剂，仅溶于某些强酸中。根
据这一特性，杜邦公司开发了以浓硫酸为溶剂的湿法纺丝；
另外还有一种方法是对其进行化学改性，使其溶解于有机
、管地线弯曲半径标高等，要求技术交底。管线敷设技等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理、电气课件中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然定，制定设备调试高中资料试卷方案。
、电气设备调试高中资料其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置
溶剂后纺丝。从经济角度考虑，大都采用第一种方法。2、芳纶1313的制备工艺
芳纶1313 具有优异的耐热性, 没有熔点, 在熔融以前就已分解, 所以采用溶液纺丝的方法制造, 而且溶液纺丝的三种方法都可使用, 包括湿法纺丝、干法纺丝和干湿法纺丝。湿法纺丝和干法纺丝的主要区别在于前者是纺丝原液从喷丝头中压出后进入凝固液而后者是从喷丝头压出后进入纺丝甬道, 而干湿法纺丝则是纺丝原液从喷丝头中压出后经过一段空气层再进入凝固浴。典型的纺丝工艺：(一)美国杜邦公司的工艺流程：溶液聚合→中和→干法纺
丝→水洗→拉伸→热处理。
(二)日本帝人公司的工艺流程：界面聚合→聚合物分离→
聚合物溶解→湿法纺丝→水洗→拉伸→热处理。
四、芳纶纤维制品的应用：
1、航空航天工业：
芳纶以其密度低，耐烧蚀性能好，常用于制造导弹的固体火箭发动机壳体，后又用于制造先进的飞机，航天器的机身，主翼，尾翼等。有关企业曾以芳纶/环氧无纬布和薄铝板交叠铺层，经热压后而成的ARALI超混复合层板，其比强度(抗拉强度与相对密度之比)，比模量(弹性模量与相对密度之比)都较优等铝合金板高，疲劳寿命是铝的100一1 000倍。
2、IT产业：
对位芳纶可用作光纤中的张力构件，有了这种具有高
模量性能的强力构件，可保护细小而脆弱的光纤在受到拉
力不致伸长，从而不使光传输性能受到损害。目前用于此
强力构件的对位芳纶约3000一4000t，据业者预测，其实际短缺量约4000一5000t。
3、国防产业：
芳纶可用于制作防弹制品，如芳纶与金属复合装甲板，芳纶与陶瓷复合装甲板已广泛用于防弹装甲车，防弹运钞车，防弹头盔上。高档防弹芳纶的无纬布与高性能的聚乙
烯薄膜制成的软质防弹背心，比超高相对分子质量的聚乙
烯纤维的防弹性能和耐热性能更好。
4、汽车产业：
由于对位芳纶的相对密度小，对橡胶有良好的黏附性，可供制造高速行驶或超重负载的汽车和飞机的轮胎帘子线。
5、耐热及防护服装：
两种芳纶都可用于制作字航服，原子能工业防护服，
防火和消防工作服，具有各种色彩高能见度的阻燃防护工
作服，以满足巡路人员和营救人员的特殊需要。
6、运动器材：
充分利用芳纶高温、耐热、耐疲劳等特性，以制作运
动条件苛刻的拳击手套，登山鞋靴，赛车车体，赛马头盔等。还可用于制作网球拍，滑雪板，滑雪捍雪橇，弓箭，弓弦，钓鱼杆，风筝骨架和高尔夫球棍等。
7、其他功能产品：如耐热、缆绳及混凝土结构增强材料等。
五、结束语：
芳纶纤维及其复合增强材料因具有强力高、伸长小、重量轻、柔软、耐温湿、寿命长等特点, 在美国、日本和西欧发达国家得到了广泛的推广和应用, 其中芳纶帆布作为棉帆布、涤棉帆布、聚醋帆布、锦纶帆布等的替代品, 日益受到市场的青睐, 芳纶浸胶线绳也已逐步取代人造丝、玻璃丝线绳及聚醋帘子布成为V 带、同步驱动带、胶管等橡胶制品
的骨架材料。芳纶纤维及其制品因广泛应用于国防、航天、
航海、消防、体育、矿山机械、钢厂等领域,在国内外市场容量很大, 而生产厂家仅局限于美国、日本和西欧发达国家, 我国在芳纶纤维及其增强复合材料方面的研究与开发刚刚起步。
参考文献：
崔德政，《芳纶》.
陈蕾, 胡祖明, 刘兆峰，《芳纶1313 纤维制备技术进展》
.
魏春学，《芳纶纤维及其制品的开发应用》.钱伯章，《芳纶的发展现状与市场》.
黄兴山，《芳纶的性能、应用和生产》.
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
全球碳纤维材料知名企业
全球碳纤维材料知名企业——全球碳纤维顶尖企业 东丽公司 东丽公司是一家综合型化工企业，以生产合成纤维为主，是世界最大的碳纤维生产公司，在塑料、复合材料、化工、水处理事业、电子材料、医药、医疗器械等领域在全世界各地展开着广泛的业务。创立日期 1926年1月总销售额 1兆5,460亿日元（2007年3月）员工人数约36,000人（日本国内约16,500人、海外20,100人）关连公司日本国内118家、海外在20个国家和地区有124家，合计238家经营内容（1）综合化学公司：合成纤维、树脂、薄膜、碳纤维、电子材料、医药医疗设备、水处理事业等（2）世界第一的纤维公司：从原料到聚合、纺丝、织布、印染、缝制的一条龙生产业务（3）积极开展的海外事业：为各国的经济发展（技术水平提高、扩大出口、增加就业机会）做贡献 1960年以来，在东南亚3国展开合成纤维一条龙事业、薄膜事业 1980 年以来，在欧美展开纤维、薄膜、碳纤维事业 1990年以来，在中国展开合成纤维的一条龙生产业务、塑料加工事业等 2000年以来，在经济增长地区设立控股管理公司，向地区本部制过渡（4）重视基础研究.基本技术（5）注重安全.防灾.环保及保护地球环境 西格里集团 西格里集团创建于 1992 年，由德国 SIGRI 集团与美国大湖碳素（Great Lakes Carbon）集团合并而成，总部位于德国威斯巴登。西格里集团（SGL Group - The Carbon Company）是全球领先的碳素石墨材料以及相关产品的制造商之一。拥有从碳石墨产品到碳纤维及复合材料在内的完整业务链。凭借对原材料透彻深入的了解、精湛的生产技术以及广泛的应用和工程技能，能够为客户提供量身定做的解决方案。通过遍布欧洲、北美和亚洲40 多个生产基地所形成的全球网络，我们与客户更加贴近。 三菱丽阳株式会社 三菱丽阳株式会社创立于1933年8月31日，是日本三菱集团旗下最著名的高分子材料制造商。所生产的聚乙烯中空纤维膜，被广泛应用在供水、排水、水处理设备及医院手术用的无菌水装置、发电厂的叶轮机液化水过滤等领域。 产品范围：MBR专用中空纤维微滤膜片、MBR专用膜组器、净水专用中空纤维微滤膜组件、水处理装置、商用/家庭用净水器、全屋净水装置。 三菱丽阳自1933年作为人造短纤维的生产公司创业以来，应用合成纤维和合成树脂领域所积累的高分子技术，不断拓展中空纤维膜、光纤、碳素纤维等新兴业务领域。现在，三菱丽阳集团已经建立了世界上独特且强有力的丙烯系列业务实体(MMA［甲基丙烯酸甲酯］系列及AN［丙烯腈］系列)，发展成为以此为支柱业务的高分子化学制造企业。 Hexcel Composites
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
碳纤维的特性及应用
碳纤维的特性及应用 碳纤维是高级复合材料的增强材料，具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点，归纳如下： 一、轻质、高强度、高模量 碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3，碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。因此，具有高的比强度和比模量，它比绝大多数金属的比强度高7倍以上，比模量为金属的5倍以上。由于这个优点，其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。 二、热膨胀系数小 绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数，室内为负数（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃时为零，在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定，可作为标准衡器具。 三、导热性好 通常无机和有机材料的导热性均较差，但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。 四、耐化学腐蚀性好 从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不断降低，其应用范围会越来越广。 五、耐磨性好 碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。 六、耐高温性能好 碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。 七、突出的阻尼与优良的透声纳 利用这二种特点可作为潜艇的结构材料，如潜艇的声纳导流罩等。 八、高X射线透射率 发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。 九、疲劳强度高 碳纤维的结构稳定，制成的复合材料，经应力疲劳数百万次的循环试验后，其强度保留率仍有60%，而钢材为40%，铝材为30%，而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数，碳纤维复合材料为最低。
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
碳纤维材料性能及应用
碳纤维材料的性能及应用 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。 碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。另外，碳纤维是指含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。 性能特点： 碳纤维的比重小，抗拉强度高，轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。总之，碳纤维是一种力学性能优异的新材料。 应用领域： 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定压强下强热炭化而成碳纤维是纤维状的碳材料，其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化（在3800K以上升华），而在各种溶剂中都不溶解，所以迄今无法用碳的单质来制碳纤维。碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化：在惰性气氛中加热至1200-1600度，维持数分至数十分钟，就可生成产品碳纤维；所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气。C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至2000-3000度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。碳纤维有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克；拉力高达300KG/MM2；还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。目前，碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料来应用。这种增强塑料比钢、玻璃钢更优越，用途非常广泛，如制造火箭、宇宙飞船等重要材料；制造喷气式发动机；制造耐腐蚀化工设备等。羽毛球：现在大部分羽毛球拍杆由碳纤维制成。【碳纤维】carbon fibre 含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含
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、
碳纤维复合材料应用研究报告Word版
碳纤维复合材料应用研究报告 摘要：本文对碳纤维复合材料的应用进行了综述，介绍了目前碳纤维复合材料的优异性能、国内外发展现状及趋势及在其所应用领域中的发展前景。同时，也指出了碳纤维复合材料在应用和发展中所存在的问题，并给出了解决这些问题的对策及建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用前景 1 前言 碳纤维复合材料是以碳纤维为增强体与树脂、陶瓷及金属等基体复合而成的结构材料。碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90% 以上。它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。碳纤维除了具有十分优异的力学性能外，碳纤维还具有低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、穿透性高等优良性能[1]。基于此，到目前为止，用碳纤维与其他基体复合而成的先进基复合材料是目前用得最多，也是最重要的一种结构复合材料。 碳纤维复合材料与金属材料或其他工程材料相比有许多优良的性能，如表1-1所示[2]： 表1-1 各材料性能比较 通过比较可知，（1）碳纤维复合材料比强度是钢SAE1010（冷轧）的近20倍，是铝6061-T6 的近10倍；其比模量则超过这些钢和铝材的3倍。因此其具有高的比强度和比模量。（2）大多数碳纤维复合材料可通过设计增强纤维的取向及用量来对结构材料的性能实行剪裁，达到性能最佳。（3）碳纤维复合材料密度低，质量轻，能有效减轻构件重量。除此之外，碳纤维复合材料还有多选择性成型工艺、良好的耐疲劳性能及良好的抗腐蚀性等。
由于碳纤维复合材料具有优于其他材料的性能，世界各国都在大力发展碳纤维复合材料。2013年碳纤维复合材料总产值147亿美元，其中CFRP产值94亿美元，约占64%。碳纤维复合材料的需求7.2万t，2020年预计需求量将达14.6万t（图1-1），2010—2020年全球碳纤维复合材料年均增长率都将超过11%[3][4]。 2016、2020年的需求量为预测值。 图1-1 2011—2020年全球碳纤维和碳纤维复合材料的需求量 其中，欧洲的碳纤维复合材料需求占全球市场的40 %，美国占25 %，中国占20 %，其他国家与地区的碳纤维复合材料占市场份额在15 %上下。其中中国市场对碳纤维的需求每年也在逐步增加，中国碳纤维复合材料市场需求如图1-2所示： 图1-2 中国碳纤维复合材料市场需求 2015年，碳纤维制造商日本帝人公司扩大碳纤维复合材料合作领域，其目标是将他们
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··
碳纤维的应用领域及前景
碳纤维的应用领域及前景 carbonfibre application 作者(writer)：杨成刚 Gang chengyang 摘要（Abrtrant）： 1 碳纤维的成分结构 2 碳纤维的应用领域 3 碳纤维的发展前景 关键词（Keywords） 乱层石墨复合材料关键材料军工业民用行业潜力极大 正文（Text） 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为230~430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。碳纤维编织布 碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。碳纤维 1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。现在国内已经有使用长纤碳纤维制作国家电网电缆的使用案例多处。同时，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会(COCOM)，对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策，1994年3月，COCOM虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍引不进来，特别是高性能PAN基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也不会发生大的变化。因此，除了国人继续自力更生发展碳纤维工业外，别无其它选择。因此，国外尤其是碳纤维生产技术领先的日韩等国对中国的碳纤维材料及制品的出口一直保持相当谨慎的态度，只有为数很少的中国企业能够与其建立合作关系，拥有其产品的进口渠道。碳纤维广泛用于民用，军用，建筑，化工，工业，航天等领域。 ------------ 在人们印象中，碳纤维更多地与航空航天、军工产品及国防建设联系在一起，由于投资门槛高、技术难度大，特别是日本东丽 30 年"修得正果"的经历，一度让技术与资金均相对薄弱的中国化纤企业望而却步，导致了中国碳纤维长期严重依赖进口的状况。然而， 2004 年以来国际市场上出现以碳纤维为代表的高性能纤维供不应求的局面，已不仅仅影响到我国
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
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
碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
几种化学纤维的各种性能及新型应用
谈化学纤维的各种性能及新型应用 聚酰亚胺纤维是20 世纪90 年代兴起的一种 高分子有机合成纤维，纤维分子结构中含有稳定的 酰亚胺基团。聚酰亚胺纤维具有耐腐蚀、耐辐射、 耐高温和电绝缘等特性，同时还有很好的机械性 能，其强度和模量全面超过了Kevlar-49 纤维，在 航空航天、原子能、电子、核工业等领域得到了广泛的应用[1]。由于聚酰亚胺纤维良好的力学性能和 电绝缘性能，欧美及日本等一些发达国家已经将其 应用扩展到了造纸领域[2, 3]，并且做了初步的研究。由于聚酰亚胺纤维性质稳定，表面钝化，没有 活性基团，且经过打浆处理也不会产生分丝帚化， 经过湿法成形得到的原纸强度较低。为了提高其强度，需要用树脂对原纸进行浸渍处理，但是浸渍量 过小纸页强度性能改善不明显，浸渍量过大则对纸 页撕裂强度和伸缩率有较大影响。聚酯纤维具有较 好的介电性能和耐高温性能，其熔点在255~260℃ 之间，在205℃时开始产生黏结，初始分解温度在350℃以上，且纤维伸长率可达7.5%~12.5% ；同时 还有优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性，有良好的 电绝缘性能，耐日光，耐摩擦，不霉不蛀，有较好的耐化学试剂性能，能耐弱酸及弱碱，能够与其他具
有耐高温性能和电绝缘性能的合成纤维混合抄造 耐高温绝缘纸[4]。在聚酰亚胺纤维原纸的抄造过程 中添加一定比例的聚酯纤维，不但能够提高纸张的 强度，还能在热压过程中发生熔融从而提高纤维间 结合力，改善纸张的电气性能。 本文主要研究聚酯纤维对聚酰亚胺纤维纸基 材料的强度性能、电气性能、耐高温性能和纸张表 面结构的影响，旨在为开发高性能聚酰亚胺纤维纸 基材料打下一定理论基础。 随着聚酯纤维添加量的增加，纤维间结合力 增强，成纸的抗张指数和伸长率逐渐增大，而撕裂 指数逐渐减小。 纸张的耐压强度和介电常数随着聚酯纤维添 加量的增大而上升，但介电损耗正切值受其影响不大。 添加聚酯纤维后纤维间结合更加紧密，纸张 孔隙率降低，当聚酯纤维添加量为9% 时纸张有较 好的强度性能和电气性能，但是对纸张的热稳定性 有一定影响。 聚乙烯醇纤维，即聚乙烯醇羧甲醛纤维，其英文缩写为P VA，也简称维纶、维尼纶。1924年，德国化学 家Hermann WO和Hannel W首先在实验室制得
碳纤维复合材料在汽车工业中的应用
《能源工程材料》 课外拓展阅读报告 《碳纤维复合材料在汽车工业中的应用》 姓名：XX 指导教师：XX 学号：XXXXXXXX 专业班级：XXXXXXXX 2016年6月 碳纤维复合材料在汽车工业中的应用 摘要：节能减排是当前汽车工业可持续发展迫切需要解决的问题，采用碳纤维复合材料等轻质材料使汽车轻量化是一个有效的解决办法。介绍了碳纤维复合材料的性能特点和在汽车上的应用现状，从材料、设计和成型工艺3个方面分析了其在国内汽车工业应用中的问题，提出了促进碳纤维复合材料广泛应用的发展建议，并展望了其在汽车工业中的应用前景。 进入21世纪以来，能源危机日趋严重，世界各国的排放法规日益严格，如何在保证安全性和动力性的前提下降低油耗和减少排放是目前汽车工业迫切需要解决的问题。采用各种轻质材料取代金属等传统材料，使汽车轻量化是实现节能减排的重要途径。碳纤维复合材料凭借轻质、高强度、高刚度、抗振性能好、抗疲劳、耐腐蚀等众多优点[1]越来越受到汽车工业的重视，在汽车中的应 用也越来越多。碳纤维及其复合材料是支撑国家高科技产业发展的关键材料，经过40多年的积累与发展，我国碳纤维及其复合材料研发拥有众多突破性进展，但在汽车领
域的应用还远落后于航空航天和其他工业领域[2]。因此有必要分析碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题，提出合理的发展对策，以适应汽车工业对材料发展的迫切需求。 1.碳纤维复合材料的性能特点和使用优势 与金属材料相比，碳纤维复合材料具有许多优良性能，应用于汽车上有明显的优势，主要表现在：1）密度小，强度高，CFRP在常用材料中比强度和比模量最高，用于车身及底盘能在减轻车重的同时不损失强度或刚度，汽车安全系数不降低。2）韧性好，具有良好的抗冲击性和能量吸收能力，用于车身及其结构件具有良好的碰撞安全性。3）阻尼高，抗振性能好，用于车身、传动系统及发动机部件具有良好的减振、隔音效果，提高了乘坐舒适性。4）抗疲劳性能极佳，用于承受疲劳载荷的汽车零部件能有效延长其使用寿命。 5）优秀的耐热性、抗腐蚀与抗辐射性能，在电动汽车和其他新能源汽车领域应用具有很强的竞争力。6）成型工艺多，可设计性好，易于实现零部件一体化生产，极大缩短开发周期，节约成本。 2.碳纤维复合材料在汽车上的应用 碳纤维复合材料用于汽车部件上不仅可以实现汽车轻量化，而且在安全性与乘用舒适性等方面也有很大提高，因此越来越受到汽车工业的重视，很多汽车制造商生产的高档、豪华轿车（如通用、宝马、大众、奔驰、福特、奥迪、本田、日产等）几乎都开始试用或已经采用了各种碳纤维复合材料。 1）碳纤维复合材料应用于汽车车身、底盘及承力部件，在保证安全性的同时具有十分明显的减重效果。在各种材料制造的车身中碳纤维复合材料是最轻的，尤其是与钢制车身相比，轻量化效果达53%以上。 美国通用汽车公司1992年展出了由碳纤维复合材料制造车身的超轻概念车，车身质量为 kg，整车质量降低68%，节油40%。兰博基尼汽车2011年推出了Mucilage替代车型，该车采用了全碳纤维复合材料单壳体车身，质量仅有kg。目前，碳纤维复合材料制成的车身结构件已在德国宝马公司开发的Z-9和Z-22系列中大量采用。德国大众汽车公司的“2L车”CC1 研究项目，碳纤维复合材料用于车身的比例高达