凯夫拉Kevlar纤维PPT课件
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凯夫拉纤维
应用
5、水泥补强 建筑材料：幕墙、地基材料及屋顶材料 补强材料：钢筋替代材料，筒管基材，盆槽 基材等
化学性能：
（1）氧化稳定性好，有极好的稳定性和很 低的强度损失，在有氧环境下，长时间使用的 最高温度为150℃； （2）有良好的耐碱性，耐酸性好于锦纶， 具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和 霉变，对橡胶有良好的粘附性，但耐日晒和抗 紫外线能力差
应用
1、产业用纺织品
缆绳类：升降机吊索、快艇绳索 编织线绳类：耐热缝线、发热线 编织带类：耐热带、安全带、运输带 织物：篷布、耐热帆布、降落伞用布 非织造布：耐热毡 土工布：增强格栅材料
凯夫拉纤维
简介
聚对本二甲酰对苯二胺（PPTA），商品名为 凯夫拉（Kvalar），是1972年由美国杜邦公 司所生产的一类聚酰胺产品。在我国，PPTA 被称作芳纶1414，其数字部分表示高分子链 接中酰胺键和亚胺键与苯环上的碳原子相连 接的位置，其结构式为：
合成
PPTA属于-AA-BB-型缩聚物，通常由芳香族二胺 与芳香族二酰氯，在酰胺型溶剂体系中经缩聚的 方法制备。其反应式如下：
+
+2nHX
其中X代表：卤素、羟基或-OR（R代表：烷基、芳基）
纤维的制造
PPTA纤维成形技术是典型的有刚性链聚合物形 成液晶性纺丝溶液，采用杜邦公司发明的干喷 丝纺的液晶纺丝方法，制取高强度、高模量纤 维，其具体操作过程为： 1、制备纺丝原液：将PPTA溶解于浓度为 99%~100%的硫酸中，聚合物的质量分数为 18%~22%，温度为90℃。 2、纤维制造：将纺丝原液置于纺丝装置中， 当纺丝原液通过喷丝孔时，在剪切应力和伸长 流动下会产生一定的取向，因此可得到高强度、 高模量的纤维制品。
凯夫拉Kevlar纤维PPT课件
织物具有较好的热绝缘性 • 具有极好的热稳定性，500℃以上降解 • 抗燃性能好，不产生后燃烧，不帮助燃烧，427
℃炭化 • 尺寸稳定性好，具有非常低的热收缩
29
四、凯夫拉纤维的性能
4. 化学性能：
• 氧化稳定性好，有极好的稳定性和很低的强度损 失，在有氧环境下，长时间使用的最高温度为 150度
• 有良好的耐碱性，耐酸性好于锦纶，具有良好的 耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变，对橡胶 有良好的粘附性，但耐日晒和抗紫外线能力差
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五、Kevlar纤维的应用
1. 产业用纺织品：
• 缆绳类：升降机吊索、快艇绳索 • 编织线绳类：耐热缝线、发热线 • 编织带类：耐热带、安全带、运输带 • 织物：篷布、耐热帆布、降落伞用布 • 非织造布：耐热毡 • 土工布：增强格栅材料
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五、Kevlar纤维的应用
2.防护服： • 防弹衣：防弹背心、防弹头盔 • 切割防护：安全手套、运动衣等 • 防腐蚀：工作防护服
38
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
17
四、凯夫拉纤维的性能
2.机械性能： 1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感
单丝强度：22.9-26.5cN/dtex 捻系数对强度的影响：开始随捻度增加，强度增加，
并达到以最高值后，随后下降。最佳捻系数1.1。 自由长度：指纤维由于自身重量而断裂的长度，它等
30
Kevlar49纤维比热容
温度/K
比热kj/(kgK) 温度/K
比热kj/(kgK)
273
1220
473
2620
3231600523 Nhomakorabea2740
373
℃炭化 • 尺寸稳定性好，具有非常低的热收缩
29
四、凯夫拉纤维的性能
4. 化学性能：
• 氧化稳定性好，有极好的稳定性和很低的强度损 失，在有氧环境下，长时间使用的最高温度为 150度
• 有良好的耐碱性，耐酸性好于锦纶，具有良好的 耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变，对橡胶 有良好的粘附性，但耐日晒和抗紫外线能力差
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五、Kevlar纤维的应用
1. 产业用纺织品：
• 缆绳类：升降机吊索、快艇绳索 • 编织线绳类：耐热缝线、发热线 • 编织带类：耐热带、安全带、运输带 • 织物：篷布、耐热帆布、降落伞用布 • 非织造布：耐热毡 • 土工布：增强格栅材料
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五、Kevlar纤维的应用
2.防护服： • 防弹衣：防弹背心、防弹头盔 • 切割防护：安全手套、运动衣等 • 防腐蚀：工作防护服
38
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
17
四、凯夫拉纤维的性能
2.机械性能： 1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感
单丝强度：22.9-26.5cN/dtex 捻系数对强度的影响：开始随捻度增加，强度增加，
并达到以最高值后，随后下降。最佳捻系数1.1。 自由长度：指纤维由于自身重量而断裂的长度，它等
30
Kevlar49纤维比热容
温度/K
比热kj/(kgK) 温度/K
比热kj/(kgK)
273
1220
473
2620
3231600523 Nhomakorabea2740
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Kevlar凯夫拉纤维
聚合物链几乎完整的伸展性
聚对苯甲酰胺分子主链具有简单 的重复性能形成液晶溶液
主链是苯环的对位形成棒状分子 结构
发展成Kevlar（聚对苯二甲酰对 苯二胺，PPTA）
O
O
Cl C
C Cl + NH2
NH2
对苯二甲酰氯
2020/10/20
对苯二甲胺
Kevlar 的发明者：Stephanie Kwolek
KEVLAR纤维
Advance material chemistry
PKU
2020/10/20
1
Outline
Kevlar纤维的开发
Kevlar纤维的性能 Kevlar纤维的力学性能
Kevlar纤维的热性能 Kevlar纤维的化学稳定性
Kevlar纤维的应用
2020/10/20
2
KEVLAR纤维的开发
Kevlar不会融化
空气中分解温度约427°C 至482°C （分解温度随不 同升温速率和暴露时间而 不同）
温度升高，重量会立即下 降，由于水挥发的原因
10°C/min升温速率时，Kevlar 49在空气中的 热失重分析曲线（TGA）
2020/10/20
8
KEVLAR纤维的化学稳定性
Kevlar纤维有一定的化学稳定性，但强水溶性酸、碱以及次氯酸钠 中，尤其是高温下长期作用会分解
其防弹背心的工作原理是织物 形成的多层网“抓住”子弹
不同的Kevlar织物将针对特定 的威胁，织物中的不同层面也 将具有不同的作用。不管是抵 挡飞速的子弹，还是用于阻止 利器的戳刺。
12
KEVLAR纤维的应用
飞行器减重中的应用
杜邦 Nomex 和Kevlar制成 的蜂窝复合材料
聚对苯甲酰胺分子主链具有简单 的重复性能形成液晶溶液
主链是苯环的对位形成棒状分子 结构
发展成Kevlar（聚对苯二甲酰对 苯二胺，PPTA）
O
O
Cl C
C Cl + NH2
NH2
对苯二甲酰氯
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对苯二甲胺
Kevlar 的发明者：Stephanie Kwolek
KEVLAR纤维
Advance material chemistry
PKU
2020/10/20
1
Outline
Kevlar纤维的开发
Kevlar纤维的性能 Kevlar纤维的力学性能
Kevlar纤维的热性能 Kevlar纤维的化学稳定性
Kevlar纤维的应用
2020/10/20
2
KEVLAR纤维的开发
Kevlar不会融化
空气中分解温度约427°C 至482°C （分解温度随不 同升温速率和暴露时间而 不同）
温度升高，重量会立即下 降，由于水挥发的原因
10°C/min升温速率时，Kevlar 49在空气中的 热失重分析曲线（TGA）
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8
KEVLAR纤维的化学稳定性
Kevlar纤维有一定的化学稳定性，但强水溶性酸、碱以及次氯酸钠 中，尤其是高温下长期作用会分解
其防弹背心的工作原理是织物 形成的多层网“抓住”子弹
不同的Kevlar织物将针对特定 的威胁，织物中的不同层面也 将具有不同的作用。不管是抵 挡飞速的子弹，还是用于阻止 利器的戳刺。
12
KEVLAR纤维的应用
飞行器减重中的应用
杜邦 Nomex 和Kevlar制成 的蜂窝复合材料
凯夫拉纤维
凯夫拉纤维
凯夫拉纤维是一种由聚对苯二甲酰胺制成的合成纤维，具有出色的强度和耐热
性能。
它的结构独特，螺旋排列的分子链使得它具有天然纤维无法比拟的优秀性能。
特性与优势
1. 强度优异
凯夫拉纤维的强度是钢铁的5倍，同时其轻盈的特点也使得在航空航天领域有
着广泛的应用。
在工业领域，凯夫拉纤维常用于制作高强度绳索、防弹材料等。
2. 耐热性能出众
凯夫拉纤维能够耐受极高的温度，一般可以在400°C左右的环境下保持其性能。
这一特性使得凯夫拉纤维在高温环境下的应用有着得天独厚的优势。
3. 耐化学性优秀
凯夫拉纤维具有良好的化学稳定性，可以耐受多种酸、碱、溶剂的腐蚀，因此
在化工领域也有着广泛的应用。
应用领域
1. 航空航天
凯夫拉纤维由于其轻盈和高强度的特性，在航空航天领域有着广泛的应用。
比
如制造飞机零部件、太空服等。
2. 体育用品
在体育用品制造领域，凯夫拉纤维也得到了广泛的应用。
比如制作高端网球拍、高尔夫球杆等。
3. 安全防护
由于其出色的抗冲击性能，凯夫拉纤维也被广泛应用于防弹材料、防切割手套
等领域。
结语
凯夫拉纤维凭借其优异的性能和广泛的应用领域成为合成纤维中的佼佼者。
在
未来，随着科技的不断进步，相信凯夫拉纤维将会有更广阔的发展空间，为人类社会的发展做出更大的贡献。
凯夫拉纤维与碳纤维-53页文档资料
一、凯夫拉纤维的发展
聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称： 美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿
克苏Twaron、中国芳纶1414 聚间苯二甲酰间苯二胺
美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克苏 Twaron 中国芳纶1313
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
起步阶段：技术水平、产品档次及生产能力都 与国外发达国家存在着一定的差距。
牌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。
凯芙拉纤维的应用
凯芙拉品牌纤维密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，因而 受到人们的重视，并已经广泛应用到人们的日常生活中。由于凯芙拉品牌材 料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀抢不入的特殊本领。在军事上被称之为"装甲 卫士 "。 大家知道，坦克、装甲车已逐渐成为现代陆军的主要装备之一。其 原因就在于这两种兵器都具有坚硬的装甲，在战争中有消灭敌人保护自己的 作用。有了矛就出现了盾，有了坦克、装甲车之后，就发明了反坦克炮、反 坦克导弹。反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。 通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度，这样势必 影响它的灵活机动性能。凯芙拉品牌材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、 装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。 与玻璃钢相比，在相同的防护 情况下，用凯芙拉品牌材料时重量可以减少一半，并且凯芙拉品牌层压薄板 的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。凯芙拉品牌薄板与钢装甲结合使用更是 威力无比。如果采用"钢枣芳纶枣钢"型复合装甲，能防穿甲厚度为700毫米的 反坦克导弹，还可防中子弹。
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：
Kevlar凯夫拉纤维
参考资料：1.Kevlar®产品技术手册 2. /products-and-services/fabrics-fibers
nonwovens/fibers/brands/kevlar.html
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KEVLAR纤维
Advance material chemistry
PKU
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Outline
Kevlar纤维的开发
Kevlar纤维的性能 Kevlar纤维的力学性能
Kevlar纤维的热性能 Kevlar纤维的化学稳定性
Kevlar纤维的应用
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KEVLAR纤维的开发
工业安全防护
Kevlar 提供热防护、切割 防护和磨损防护
高温下依然有很好的强度， 因此适用于在高温应用中 使用的手套和连指手套
具有固有阻燃性，并且不 会熔融，这一点不同于尼 龙、聚酯材料和聚乙烯材 料
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KEVLAR纤维的应用
执法人员防弹衣
Kevlar纤维呈韧性断裂，断裂 前纤维有明显的缩颈
其防弹背心的工作原理是织物 形成的多层网“抓住”子弹
不同的Kevlar织物将针对特定 的威胁，织物中的不同层面也 将具有不同的作用。不管是抵 挡飞速的子弹，还是用于阻止 利器的戳刺。
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KEVLAR纤维的应用
飞行器减重中的应用
杜邦 Nomex 和Kevlar制成 的蜂窝复合材料
出色的强度重量比，帮助 实现至关重要的成本效益 提升，比如节约能源，增 加有效载荷
Kevlar纤维使拍弦 不易被拉长，可减 少断弦
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凯夫拉Kevlar纤维
五、Kevlar纤维的应用
3. 增强材料： • 轮胎 • 运力带 • 胶管 • 复合材料
五、Kevlar纤维的应用
3.石棉替代品
• 摩擦材料：刹车垫片、离合器衬垫 • 密封材料：密封垫片、气缸垫 • 工业用纸：耐热绝缘纸、工业特种用纸
五、Kevlar纤维的应用
4.水泥补强
• 建筑材料：地基屋顶材料 • 补强材料：钢筋替代材料
四、凯夫拉纤维的性能
• 纤维的大分子刚性极佳，链缠结少,取向度、 结晶度高，分子链几乎处于完全伸直状态，这 种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳 定性 。 • 纤维密度小，只有钢丝的1／5。 • 可耐240℃高温。 • 拉伸强度高，耐屈折、耐疲劳、耐腐蚀，膨 胀系数小。 • 是一种性能优异的纤维。
• 起步阶段：技术水平、产品档次及生产能力都 与国外发达国家存在着一定的差距。 产品种类： • 轮胎帘子线 • 光缆补强件 艰难的原因 • 生产的技术瓶颈难以突破 • 大部分原料需要进口
二、Kevlar纤维的制造
• 芳香族聚酰胺是由酰胺键与两个芳环连接而成 的线性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的 首称聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly—p— phenylene terephthalamide)，简称PPTA。 • 芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺键的 位置，有不同的名称，例如Kevlar29、 Kevlar 49等。
三、Kevlar纤维及其产品
2. Kevlar色纤维 4种基本颜色：灰绿色、品蓝、黑色、黄色 品种：长丝和短纤维 用途：制作防护服，如消防服、运动员手套 等 性能：与Kevlar29类似
三、Kevlar纤维及其产品
3. Kevlar短纤维：
类型：卷曲和无卷曲，长度6.35-63.5mm 用途：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线
凯夫拉纤维解析ppt课件
7. 芳纶纤维（凯夫拉）
1
对苯二胺
对苯二甲酰氯
O
OH
H
C
CN
N
n
聚对苯二甲酰对苯二胺
O
OH
H
C
CN
N
n
H2N
NH2 + ClOC H2N COCNl H2 + ClOHCN
NH O
COCl
聚间苯二甲酰间共价键
3
1. 芳纶纤维
全称：芳香族聚酰胺纤 维（Aramid fibers）
分子链在纤维轴向高度定向，强共价键
纤维横向分子纤间维氢力键学性能各向异性28
5. 芳纶纤维性能
1）力学性能：
① 拉伸强度：
Kevlar纤维的拉伸强度约为E-glass fiber的1.5
倍。与CF的拉伸强度相当或稍高。
② 拉伸模量：
Kevlar纤维的拉伸模量仅次于BF、CF。
③ 延伸率：
第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝， 制成所需要的纤维材料。
10
简单流程图
第一阶段
11
第二阶段
12
3. 芳纶纤维的制备
1）聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
（1）原料 对苯二甲酰氯 对苯二胺 溶剂 （2）缩聚反应
13
（3）操作方式和特点
方式名称
操作过程
方法特点
间隙缩聚 N2气保护下聚合物单体溶 设备利用率低
（3) 高聚物溶液的特性：
高聚物溶液不溶于一般的溶剂， 仅溶于强酸，如硫酸、氯酸、 硝酸等。一般用硫酸
高聚物溶液呈液晶高聚物的特 点。体积分数<12%，溶液呈各 向同性；体积分数>20%，高取 向的液晶，各向异性
1
对苯二胺
对苯二甲酰氯
O
OH
H
C
CN
N
n
聚对苯二甲酰对苯二胺
O
OH
H
C
CN
N
n
H2N
NH2 + ClOC H2N COCNl H2 + ClOHCN
NH O
COCl
聚间苯二甲酰间共价键
3
1. 芳纶纤维
全称：芳香族聚酰胺纤 维（Aramid fibers）
分子链在纤维轴向高度定向，强共价键
纤维横向分子纤间维氢力键学性能各向异性28
5. 芳纶纤维性能
1）力学性能：
① 拉伸强度：
Kevlar纤维的拉伸强度约为E-glass fiber的1.5
倍。与CF的拉伸强度相当或稍高。
② 拉伸模量：
Kevlar纤维的拉伸模量仅次于BF、CF。
③ 延伸率：
第二阶段，将聚合体溶解在溶剂中再进行纺丝， 制成所需要的纤维材料。
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简单流程图
第一阶段
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第二阶段
12
3. 芳纶纤维的制备
1）聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
（1）原料 对苯二甲酰氯 对苯二胺 溶剂 （2）缩聚反应
13
（3）操作方式和特点
方式名称
操作过程
方法特点
间隙缩聚 N2气保护下聚合物单体溶 设备利用率低
（3) 高聚物溶液的特性：
高聚物溶液不溶于一般的溶剂， 仅溶于强酸，如硫酸、氯酸、 硝酸等。一般用硫酸
高聚物溶液呈液晶高聚物的特 点。体积分数<12%，溶液呈各 向同性；体积分数>20%，高取 向的液晶，各向异性
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等 性能：与Kevlar29类似
13
三、Kevlar纤维及其产品
3. Kevlar短纤维：
类型：卷曲和无卷曲，长度6.35-63.5mm 用途：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线
4. Kevlar织物：长丝可织成机织物
织物密度：轻薄、中厚 织物组织：平纹、缎纹、方平 用途：复合材料、装甲车、防弹服等
• 芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺键的 位置，有不同的名称，例如Kevlar29、 Kevlar 49等。
4
二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
5
二、Kevlar纤维的制造
• 高聚物溶液的特性：
1）高聚物溶液不溶于一般的溶剂，仅溶于强酸， 如硫酸、氯酸、硝酸等。一般用硫酸
项目 单位 Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
密度 抗张强度 弹性模量 断裂伸长
g/cm3 MPa GPa %
1.44
1.45 1.80 2.54
2.76 Carbo2n.(76600 ksi)3.65
cN/dtex
模量
861.9 48.4
cN/dtex
断裂伸长 2.5
18.3
%
密度
1.44
1.14
g/cm3
8.1 100.0 14.5 1.38
玻璃纤维 E-HTS 9.5
不锈钢 2.2
270.4 254.4
3.5
2.0
2.55
7.86
22
fiber modulus (Gpa)
几种纤维主要性能的比较
• Twaron1000-标准模量、1010-标准模量、 1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量
• Technora200-高强（增强基）、210-高强（绳 索）、240-高强（机织、针织物）
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三、Kevlar纤维及其产品
2. Kevlar色纤维 4种基本颜色：灰绿色、品蓝、黑色、黄色 品种：长丝和短纤维 用途：制作防护服，如消防服、运动员手套
• 起步阶段：技术水平、产品档次及生产能力都 与国外发达国家存在着一定的差距。
产品种类： • 轮胎帘子线 • 光缆补强件 艰难的原因 • 生产的技术瓶颈难以突破 • 大部分原料需要进口
3
二、Kevlar纤维的制造
• 芳香族聚酰胺是由酰胺键与两个芳环连接而成 的线性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的 首称聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly—p— phenylene terephthalamide)，简称PPTA。
14
三、Kevlar纤维及其产品
5. 芳纶的浆粕化： 近十多年来开发的对位芳纶差别化产品，是 高分散性的原纤化芳纶产品 制造：长丝切断，在水中分散进行机械叩解 和研磨，纤维被撕裂而原纤化 用途：石棉的替代品
15
四、凯夫拉纤维的性能
• 纤维的大分子刚性极佳，链缠结少,取向度、 结晶度高，分子链几乎处于完全伸直状态，这 种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳 定性 。
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
18
捻系数与拉伸强度的关系
19
温度与拉伸强度的关系
20
凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
凯夫拉49 610
457
305
150
凯夫拉49
钢丝 0
空气中
钢丝
海水中
21
几种工业长丝纱性能比较
项目
Kevlar49 锦纶728 聚酯68
断裂强度 19.2
8.6
一、凯夫拉纤维的发展
• 也称Kevlar或芳纶，即芳香族聚酰胺纤维 1）1960年，美国杜邦研制出Nomex——
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，即芳纶1313， 耐热纤维 2）1965年，杜邦研制出Kevlar——聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维，即芳纶1414，高强 高模量纤维 3）1974年，美国联邦通商委员会把全芳香 族聚酰胺命名为Aramid。
1
一、凯夫拉纤维的发展
• 聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称： 美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿 克苏Twaron、中国芳纶1414
聚间苯二甲酰间苯二胺 美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克 苏Twaron 中国芳纶1313
2
一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
100、119、129、149 • 荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、
1055、1056 • 日本帝人：Technora200、210、240
11
三、Kevlar纤维及其产品
• Kevlar-帘子线、kevlar29-各种用途的纱、49高模量纱、68-中模量纱、100-各种色纱、119高伸长纱、129-高强度纱、149-超高模量纱
2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特点。体积分数 <12%，溶液呈各向同性；体积分数>20%,高 取向的液晶,各向异性
3）聚合物体积分数18-22%，温度90℃处于可 纺性良好的低粘度区
6
高聚物溶液的特点
7
二、Kevlar纤维的制造
2. 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
8
二、Kevlar纤维的制造
• 工艺过程： 各向异性的PPTA溶液通过喷丝孔抽伸时， 靠近细孔壁时产生剪切，当成形丝凝结时， 将保持高取向分子结构，形成较高的洁净 度和较高的取向结构。
• 纤维密度小，只有钢丝的1／5。 • 可耐240℃高温。 • 拉伸强度高，耐屈折、耐疲劳、耐腐蚀，膨
胀系数小。 • 是一种性能优异的纤维。
16
四、凯夫拉纤维的性能
1. 物理性能：
(1)有光，黄色，Kevlar49为深黄色 (2)线密度：大部分13.7tex，直径
0.012mm (3)密度：大部分1.43-1.44g/cm3
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
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四、凯夫拉纤维的性能
2.机械性能： 1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感
单丝强度：22.9-26.5cN/dtex 捻系数对强度的影响：开始随捻度增加，强度增加，
并达到以最高值后，随后下降。最佳捻系数1.1。 自由长度：指纤维由于自身重量而断裂的长度，它等
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二、Kevlar纤维的制造
• 凝固浴的温度为0 ℃ -5℃ • 中间空气层间隙可使高温纺丝喷丝头和低
温凝固浴保持温差，同时在空气层中进行 适宜的喷头拉伸，增加取向度 • 纺丝速度可达2000m/min
10
三、Kevlar纤维及其产品
1）Kevlar长丝纱 • 美国杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、
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三、Kevlar纤维及其产品
3. Kevlar短纤维：
类型：卷曲和无卷曲，长度6.35-63.5mm 用途：增强材料、替代石棉作离合器衬片、缝纫线
4. Kevlar织物：长丝可织成机织物
织物密度：轻薄、中厚 织物组织：平纹、缎纹、方平 用途：复合材料、装甲车、防弹服等
• 芳纶根据纤维大分子链节中酰胺键与亚胺键的 位置，有不同的名称，例如Kevlar29、 Kevlar 49等。
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二、Kevlar纤维的制造
1.聚合物的准备： 简称PPTA (固态)
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二、Kevlar纤维的制造
• 高聚物溶液的特性：
1）高聚物溶液不溶于一般的溶剂，仅溶于强酸， 如硫酸、氯酸、硝酸等。一般用硫酸
项目 单位 Kevlar29 Kevlar49 Carbon E－Glass
密度 抗张强度 弹性模量 断裂伸长
g/cm3 MPa GPa %
1.44
1.45 1.80 2.54
2.76 Carbo2n.(76600 ksi)3.65
cN/dtex
模量
861.9 48.4
cN/dtex
断裂伸长 2.5
18.3
%
密度
1.44
1.14
g/cm3
8.1 100.0 14.5 1.38
玻璃纤维 E-HTS 9.5
不锈钢 2.2
270.4 254.4
3.5
2.0
2.55
7.86
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fiber modulus (Gpa)
几种纤维主要性能的比较
• Twaron1000-标准模量、1010-标准模量、 1111-中等模量、1055-高模量、1056-高模量
• Technora200-高强（增强基）、210-高强（绳 索）、240-高强（机织、针织物）
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三、Kevlar纤维及其产品
2. Kevlar色纤维 4种基本颜色：灰绿色、品蓝、黑色、黄色 品种：长丝和短纤维 用途：制作防护服，如消防服、运动员手套
• 起步阶段：技术水平、产品档次及生产能力都 与国外发达国家存在着一定的差距。
产品种类： • 轮胎帘子线 • 光缆补强件 艰难的原因 • 生产的技术瓶颈难以突破 • 大部分原料需要进口
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二、Kevlar纤维的制造
• 芳香族聚酰胺是由酰胺键与两个芳环连接而成 的线性聚合物。芳香族聚酰胺中最具代表性的 首称聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly—p— phenylene terephthalamide)，简称PPTA。
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三、Kevlar纤维及其产品
5. 芳纶的浆粕化： 近十多年来开发的对位芳纶差别化产品，是 高分散性的原纤化芳纶产品 制造：长丝切断，在水中分散进行机械叩解 和研磨，纤维被撕裂而原纤化 用途：石棉的替代品
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四、凯夫拉纤维的性能
• 纤维的大分子刚性极佳，链缠结少,取向度、 结晶度高，分子链几乎处于完全伸直状态，这 种结构使纤维表现出良好的强度、模量及热稳 定性 。
于强度/密度。是钢丝空气中的7倍，海水中的26倍
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捻系数与拉伸强度的关系
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温度与拉伸强度的关系
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凯夫拉纤维与钢丝自由长度的关系
凯夫拉49 610
457
305
150
凯夫拉49
钢丝 0
空气中
钢丝
海水中
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几种工业长丝纱性能比较
项目
Kevlar49 锦纶728 聚酯68
断裂强度 19.2
8.6
一、凯夫拉纤维的发展
• 也称Kevlar或芳纶，即芳香族聚酰胺纤维 1）1960年，美国杜邦研制出Nomex——
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，即芳纶1313， 耐热纤维 2）1965年，杜邦研制出Kevlar——聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维，即芳纶1414，高强 高模量纤维 3）1974年，美国联邦通商委员会把全芳香 族聚酰胺命名为Aramid。
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一、凯夫拉纤维的发展
• 聚对苯二甲酰对苯二胺商业名称： 美国Kevlar、日本帝人Technora、荷兰阿 克苏Twaron、中国芳纶1414
聚间苯二甲酰间苯二胺 美国Nomex、日本帝人Conex、荷兰阿克 苏Twaron 中国芳纶1313
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一、凯夫拉纤维的发展
凯夫拉(Kevlar)纤维国内发展
100、119、129、149 • 荷兰阿克苏：Twaron1000、1010、1111、
1055、1056 • 日本帝人：Technora200、210、240
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三、Kevlar纤维及其产品
• Kevlar-帘子线、kevlar29-各种用途的纱、49高模量纱、68-中模量纱、100-各种色纱、119高伸长纱、129-高强度纱、149-超高模量纱
2）高聚物溶液呈液晶高聚物的特点。体积分数 <12%，溶液呈各向同性；体积分数>20%,高 取向的液晶,各向异性
3）聚合物体积分数18-22%，温度90℃处于可 纺性良好的低粘度区
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高聚物溶液的特点
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二、Kevlar纤维的制造
2. 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
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二、Kevlar纤维的制造
• 工艺过程： 各向异性的PPTA溶液通过喷丝孔抽伸时， 靠近细孔壁时产生剪切，当成形丝凝结时， 将保持高取向分子结构，形成较高的洁净 度和较高的取向结构。
• 纤维密度小，只有钢丝的1／5。 • 可耐240℃高温。 • 拉伸强度高，耐屈折、耐疲劳、耐腐蚀，膨
胀系数小。 • 是一种性能优异的纤维。
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四、凯夫拉纤维的性能
1. 物理性能：
(1)有光，黄色，Kevlar49为深黄色 (2)线密度：大部分13.7tex，直径
0.012mm (3)密度：大部分1.43-1.44g/cm3
锦纶1.14，聚酯1.38，碳纤维1.8 玻璃纤维2.25，钢丝7.8
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四、凯夫拉纤维的性能
2.机械性能： 1）强伸性能：比强度、比模量高,对温度不敏感
单丝强度：22.9-26.5cN/dtex 捻系数对强度的影响：开始随捻度增加，强度增加，
并达到以最高值后，随后下降。最佳捻系数1.1。 自由长度：指纤维由于自身重量而断裂的长度，它等
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二、Kevlar纤维的制造
• 凝固浴的温度为0 ℃ -5℃ • 中间空气层间隙可使高温纺丝喷丝头和低
温凝固浴保持温差，同时在空气层中进行 适宜的喷头拉伸，增加取向度 • 纺丝速度可达2000m/min
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三、Kevlar纤维及其产品
1）Kevlar长丝纱 • 美国杜邦：Kevlar、kevlar29、49、68、