7.凯夫拉纤维资料
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。
Kevlar纤维成型工艺及应用
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。
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：
凯夫拉纤维分子式(二)
凯夫拉纤维分子式(二)凯夫拉纤维分子式概述凯夫拉纤维是一种具有高强度和高模量的合成纤维，常用于制造复合材料和防弹材料。
它的分子式为(C14H10O6N2)m，其中m表示分子链的重复度。
分子式解读凯夫拉纤维的分子式(C14H10O6N2)m表示由四种元素组成：碳（C）、氢（H）、氧（O）和氮（N）。
它的分子链中包含着14个碳原子、10个氢原子、6个氧原子和2个氮原子。
分子中的m表示这个分子链可以重复多次，形成纤维。
分子式示例1.C14H10O6N2：是凯夫拉纤维分子式的基本单元。
2.(C14H10O6N2)2：表示两个分子链重复连接在一起，形成一个更长的凯夫拉纤维。
3.(C14H10O6N2)3：表示三个分子链重复连接在一起，形成一个更长更强的凯夫拉纤维。
分子式应用举例凯夫拉纤维的分子式(C14H10O6N2)m代表了它的化学成分。
这种纤维具有很多优良的物理性质，所以被广泛应用于各个领域。
工业制造凯夫拉纤维由于其高强度和高模量的特性，被广泛用于制造复合材料。
通过将凯夫拉纤维与其他材料结合，可以提升制品的强度和耐磨性。
比如，制造飞机、船只和汽车等需要高强度材料的工业制造场合。
防弹材料凯夫拉纤维还被用于制造防弹衣和头盔等防弹材料。
由于其拥有出色的抗拉强度和韧性，可以有效吸收和分散弹丸的冲击力，保护人体免受伤害。
运动器材凯夫拉纤维也被广泛应用于运动器材的制造。
例如，使用凯夫拉纤维制作的高尔夫球杆和网球拍具有更好的强度和反弹性，可以提升运动员的表现。
医疗领域凯夫拉纤维在医疗领域也有应用。
它可以用于制作骨科和牙科植入物，因为凯夫拉纤维具有生物相容性强、耐腐蚀等特点。
总之，凯夫拉纤维分子式(C14H10O6N2)m所代表的化学成分赋予了这种纤维优异的性能，使其在各个领域得到了广泛的应用和发展。
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
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
凯夫拉纤维在生命科学中的应用
凯夫拉纤维，即聚对苯二甲酰对苯二胺（Kevlar），是一种高性能的人工合成纤维，具有优良的力学性能、轻质高强、抗高温、抗化学腐蚀等特点。
在生命科学领域，凯夫拉纤维也有着广泛的应用。
1. 生物材料：由于凯夫拉纤维具有优良的力学性能和生物相容性，常被用作生物材料的基质，如牙科修复材料、骨科植入物等。
它能够提供足够的机械强度和稳定性，帮助保持结构的完整性和功能的有效性。
2. 细胞培养：凯夫拉纤维也被用于细胞培养中，作为支架材料支持细胞生长和增殖。
其优良的孔径结构和可调节的物理化学性质，能够为细胞提供适宜的生长环境，促进细胞的粘附、增殖和分化。
3. 组织工程：凯夫拉纤维被用作组织工程的支架材料，如用于构建人工肌肉、韧带和软骨等组织。
其高强度和可塑性有助于构建具有所需形状和性能的组织，并且可与细胞和其他生物材料结合，共同构建复杂的组织结构。
4. 药物传递：凯夫拉纤维可以制成药物载体，用于药物传递和基因治疗。
通过将药物或基因包裹在凯夫拉纤维中，可以控制药物的释放速度和释放方式，提高药物的靶向性和疗效，降低副作用。
5. 生物防护：凯夫拉纤维因其优良的防护性能而被用于制造防护服、口罩等生物防护装备。
它可以有效地阻挡病毒、细菌等微生物的穿透，保护人体免受生物威胁。
综上所述，凯夫拉纤维在生命科学领域具有广泛的应用前景，可用于生物材料、细胞培养、组织工程、药物传递和生物防护等领域。
通过不断的研究和创新，相信凯夫拉纤维在生命科学中的应用将会更加广泛和深入。
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3. 芳纶纤维的制备
凝固浴的温度为0 ℃~5℃ 中间空气层间隙可使高温纺丝喷头和低温凝固浴 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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4）热处理 1）操作
惰性气体,张力
Kevlar-29
Kevlar-49
（结晶率94％） 150~550℃分段热处理（结晶率96％）
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化学结构
结构: 长链状聚酰胺，至少 85%的酰胺直接键 合在芳香环上 优点： (1) 刚性伸直链芳环—— 高强度、高模量 (2) 线型分子链——分子链堆积 紧密，密度高，故强度高 (3) 大量的分子间氢键——耐化 学药品，且刚性伸直链苯 环结晶度高 缺点：横向强度低，压缩强 度和剪切性能不好、易 劈裂。
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（4）干喷湿纺工艺
Kelvlar纤维干喷湿纺示意图(1)卧式
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Kelvlar纤维干喷湿纺示意图(2)立式
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3) 纺丝：采用干喷—湿法纺丝工艺
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3. 芳纶纤维的制备
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。
2）目的
使分子链进一步取向，提高结晶率，增加强度和模量 （断裂应变降低）
5）Kevlar纤维制备工艺总括
24
6） 复合材料用Kevlar纤维产品
（1）长纤维纱 粗纱，细纱 （2）短纤维纱
（3）由纱织成的单向带
（4）Kevlar纤维布
平纹
斜纹
缎纹
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4. 芳纶纤维的分子结构
PPTA化学结构的特点是： ◇由苯环和酰胺基按一定规律有序排列构成。 酰胺基的位置接在苯环的对位上。
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2）纺丝工艺
（1）工艺流程 聚合物PPTA
浓硫酸溶解
纺丝溶液 干湿法纺丝 水洗 干燥 Kevlar-29
热处理（550℃） N2 Kevlar-49
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（2 ）纺丝溶液
PPTA在硫酸中处于各向异性的液晶态（呈一定取向态，易沿 外界作用力方向取向，具有高浓度低粘度的特点，利于纺丝）
PPTA浓硫酸溶液粘度浓度示意图
7. 芳纶纤维（凯夫拉）
1
对苯二胺
对苯二甲酰氯
O C
O H C N
H N n
聚对苯二甲酰对苯二胺
O C
H2N NH2 + ClO C
O C
H N
CO Cl NH
H N n
+ ClO C
H2N
2Hale Waihona Puke HNCO Cl2
NH
O
聚间苯二甲酰间苯二胺
1. 芳纶纤维
弱氢键
强共价键
3
1. 芳纶纤维
全称：芳香族聚酰胺纤 维（Aramid fibers）
诞生于20世纪60年代末，芳香族聚酰胺类纤维的通称 特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度
冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于
民用领域 。 与锦纶的不同：构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基 的是脂肪链；芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环 或芳香环的衍生物。
4
2. 芳纶纤维的种类
(1) 间位芳香族聚酰胺纤维（聚间苯二甲酰间苯二胺） 英文缩写为PMTA
CO CO NH n NH
特点: 具有耐热性和阻燃性的特点，在371℃熔融，并且伴 有分解，可溶于5% LiCl的二甲基乙酰胺中。美国的商 品名为Nomex，我国称为芳纶1313。 强度、模量较低，不能用作结构复合材料 （耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构） 5
8
3. 芳纶纤维的制备
最具代表性：聚对苯二甲酰对苯二胺，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。
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3. 芳纶纤维的制备
Kevlar纤维的制造过程分为两个阶段： 第一阶段，对苯二胺与对苯二甲酸酰氯缩聚成 PPTA;
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： Kevlar纤维有较高断裂延伸率，不像CF、BF那样脆。 ④ 密度： Kevlar纤维比CF(1.7～1.8)、GF(2.5左右)、BF(3.9)都要 低，而KF仅1.4左右。
总结
PPTA溶解于浓硫酸中在一定温度和浓度下形成的是向 列型液晶溶液，具有高浓度，低粘度性质，有利于纺丝
3. 芳纶纤维的制备
（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 聚合物体积分数18-22%，温度 90℃处于可纺性良好的低粘度 在浓H2SO4中的结构排列 区。
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4. 芳纶纤维的分子结构
总之，Kevlar纤维具有 强度高、弹性模量高、韧性 好和比重小等的优点，常于 碳纤维混杂，提高复合材料 的冲击韧性。 高聚物链呈伸展状态，形成棒状结构及高结晶度 纤维具有高模量 高聚物链的线性结构使分子间排列紧密 纤维具有高强度
纤维具有化学稳定性 苯环结构，高结晶度 高温尺寸的稳定性 分子链在纤维轴向高度定向，强共价键 纤维横向分子间氢键 纤维力学性能各向异性28
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 液在反应器中缩聚，除去产 限制大规模生产 物中的盐酸和溶剂 连续缩聚 聚合物成本低 气相缩聚 将对苯二胺和对苯二甲酰氯 不需要溶剂 及氮气在反应器中进行气相 产物纯度高 缩聚 纤维性能高
杜邦Nomex绝缘纸
6
(2) 对位芳香族聚酰胺纤维 聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维 Poly（P-benzamide），简称PBA纤维。
NH
CO n
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(3)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维
Poly（P-Phenlene terephthalamide）简称PPTA纤维
CO
CO NH
NH n
Kevlar