聚合物复合材料芳纶纤维.ppt

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1、第二单元 增强材料,知识点二 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,3.1 芳纶纤维概述3.2 芳纶纤维的结构与性能3.3 芳纶纤维在产业用纺织品中的应用3.4 芳纶应用技术,主要内容,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,芳纶纤维 诞生于20世纪60年代末 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。,3.1 芳纶纤维概述,知识点二 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,芳纶是一种高科技特种纤维，具有优良的力学性能，稳定的化 学性质和理想的机

2、械性质。定义？芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维根据全芳族聚酰胺纤维化学结构的不同，分为两种主要类型：第一类是间位芳纶（Nomex，芳纶1313);第二类是对位芳纶（Kevlar，芳纶1414)。,知识点二 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,8.1 主要品种,芳纶1414（PPTA纤维）,全称：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维,分子结构式：,合成：,由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成,缩聚实施方法：工业常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法,高分子材料专业 聚合物复合材料,芳纶1313,全称：聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,分子结构式：,合成：,由间苯二甲酰氯与间苯二胺缩聚而成,缩聚实施

3、方法：常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法,高分子材料专业 聚合物复合材料,高分子材料专业 聚合物复合材料,一.间位芳纶间位芳纶（芳纶1313）性能中突出特点是耐热性好，阻燃和耐磨蚀性，且对漂白剂、还原剂、有机溶剂等的稳定性很好，并具有良好的抗辐射性能。不足之处：染色困难。强度、模量低。,3.2 芳纶纤维的结构与性能,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,二.对位芳纶对位芳纶（芳纶1414）性能中突出特点是高强度和高模量，稳定性很好，在高温下仍能保持较高的强度，密度低，减展性优良，且具有耐磨，耐冲击，抗疲劳，低膨胀，低导热，不燃，不熔等突出的热性能以及优良的介电性能。,知识点三 芳纶

4、纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,产业用纺织品也称为技术性纺织品，是专门设计的、具有工程结构的纺织品，一般用于非纺织行业中的产品、加工过程或公共设施。依据定义用于以下三个方面：1.作为加工其它产品的一个组成部分；2.作为加工其它产品过程中使用的一个部件；3.单独使用来执行一种或几种功能。,3.3 芳纶在产业用纺织品中的应用,高分子材料专业 聚合物复合材料,知识点三 芳纶纤维,芳纶纤维是一种耐高温、高强、高模量的高性能纤维，兼有无机纤维的机械性能和有机纤维的加工性能，具有极好的耐化学腐蚀性，耐辐射性，耐疲劳性，尺寸稳定性等优良性能。芳纶成为安全防护、复合材料、过滤、摩擦密封、电子、运输工具、

5、体育器材及建筑、国防军事等各种领域的新型材料。,3.3 芳纶在产业用纺织品中的应用,高分子材料专业 聚合物复合材料,知识点三 芳纶纤维,芳纶纤维的应用领域示意图,高分子材料专业 聚合物复合材料,一.增强材料（1）在航空航天领域中的应用对位芳纶具有密度低、强度高、耐烧蚀性能好，可用于制造导弹固体火箭发动机壳体，以及可与碳纤维复合制造飞机、航天器的机身、主翼、尾翼、控制线防护管等。芳纶作宇航服的隔热层、飞行服、飞机隔音层等。,知识点三 芳纶纤维,（2）在舰艇、汽车、运动器材领域的应用 利用芳纶低密度、高强、耐高温、耐疲劳等特性，制作运动条件苛刻的拳击手套，登山鞋靴，赛车车体，舰艇车体、赛马头盔等，

6、也可用于制作网球拍，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。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,（3）在建筑结构加固工程中应用的领域 芳纶布是一种理想的建筑工程加固材料主要是桥梁、民用建筑、工业厂房、柱子、砌体、烟囱、水塔、地铁隧道的加固。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,二.在安全防护中的应用利用间位芳纶纤维的耐高温、阻燃性能不熔融，对位芳纶纤维的高强度、耐高温燃、无热收缩性能开发安全防护用纺织品。,（1）防弹制品 芳纶制作的防弹背心，防弹头盔具有重量轻、体积小防弹效能高，舒适性好，可取代老式罐形钢盔和尼龙背心的。芳纶复合材料装甲

7、板，广泛用于防弹装甲车，防弹运钞车，防弹头盔上。,知识点三 芳纶纤维,QGF 02防弹头盔（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,（2）耐高温防火、阻燃面料芳纶和其他纤维混纺，制成具有耐高温防火、阻燃等多功能防护面料，用于石油、化工、消防、冶炼、防火隔热、军队等。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,（3）机械损伤防护采用对位芳纶与高强聚乙烯、不锈钢丝等材料复合，开发生产防割、防穿刺、防撕裂等防机械损伤纺织品，主要用于建筑、林业、金属加工、树木修剪等行业。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,三.在橡胶工业中的应

8、用芳纶具有良好的耐高低温性能、热稳定性、还具有尺寸稳定性好、耐疲劳、耐腐蚀等特点，这正是是橡胶产品增强骨架材料所需要理想材料。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,四.在涂覆织物制品中的应用芳纶涂覆织物强力和撕裂强度比锦纶和聚酯涂覆织物至少高出2倍，其伸长率更小，可有效减小产品的质量和厚度，同时具有较好的耐刺穿、耐疲劳和耐燃性能。可用于充气橡胶制品、系留气球、贮运容器。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,五.在电子电气材料领域中的应用芳纶纤维具有优异的力学性能，电绝缘性能、高低温下尺寸稳定，较低的介电性能。在电子领域是替代传统纤维的理想材料。可用在特种印刷电路

9、基板、雷达天线罩、雷达天线功能结构部件以及其它电工材料领域。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,六.在高温过滤材料中的应用间位芳纶主要应用于经彻底脱硫的循环流化床锅炉或含硫极低的烟气过滤场合；对位芳纶是处理高温腐蚀性气体的良好材料，国外除在各种工业炉窑烟气净化中普遍应用外，在燃煤锅炉烟气净化方面也已取得满意效果。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,七.芳纶绳带芳纶可用于制作的绳带具有高强、防火、防割、耐腐蚀功能，用在消防、安全、海洋等方面。如消防带、逃生绳索、降落伞绳，海上油田用的支撑绳等。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,八.石棉替代品

10、石棉对环境、人体危害严重，在医药、食品加工领域，有关部门早已禁止使用石棉盘根、石棉橡胶板等密封件，而芳纶性能优秀且环保，可替代石棉用作密封、耐温、隔热材料。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,一.纺纱技术由于芳纶纤维的模量相对其他合成纤维大，强力高、短纤维无卷曲及其内在结构的特性、在纺纱过程中纤维摩擦静电较大、在受到机械外力的作用时极易时纤维原纤化，形成大量的棉结等纱疵，影响纱线质量。,3.4 芳纶应用技术,高分子材料专业 聚合物复合材料,知识点三 芳纶纤维,提高纺纱质量的措施消除纺纱静电：（1）在纤维中加入防静电油剂对纤维进行防静电前处理。（2）降低设备速度、减少摩擦使生产

11、中尽量少的产生静电（3）采用专用纺纱器材，防止、减少静电的产生。（4）提高环境湿度、使纺纱中产生的静电尽快的释放。防止纤维原纤化：（1）降低车速、减少纤维受到的力度。（2）选择合理的器材，防止纤维受到过多的打击次数。（3）采用小定量工艺、防止纤维塞堵、相互摩擦。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,二.织造技术芳纶纤维的刚性大、强力较高在织造中纱线的毛羽将相互交缠、和综丝、钢筘交缠严重织造效率，特别是在芳纶高密产品。另一方面，新型织机都是分段引纬，每纬的准确切断对织造非常重要，而芳纶具有高强高模特性，普通剪刀不能持续正确的切断芳纶纱线。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合

12、物复合材料,减小织造难度的措施纱线毛羽防止：（1）浆纱：芳纶浆纱要使毛羽贴服，必须要有较高的上浆率，且浆料的耐磨性也要好一些。工艺原则：“高浓、中粘、先高、再低压”；浆料成分：PVA、丙烯酸、变性淀粉及其它助剂。（2）器材：综丝、钢筘采用和纱线摩擦较小的器材。纱线的切断：采用专用（氧化合金）剪纬、边剪剪刀。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,三.芳纶改性芳纶表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，同时纤维结构中的高结晶度使得纤维表面光滑，影响其与基体间的粘结性能。为发挥芳纶优异的增强性能，必须对芳纶进行改性，改善芳纶表面粘结性能，增强与基材界面的结合状况。,知识点三 芳纶纤维,

13、高分子材料专业 聚合物复合材料,（一）芳纶与橡胶粘合的处理和加工 目前芳纶与橡胶粘合采用的处理方法：纤维表面粘合活化；直接粘合工艺；改性体系一次浸渍法；两次浸渍工艺。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,（二）芳纶表面改性方法化学改性法：可使纤维表面取向度降低或使纤维表面增加一定数量的活性基团如-COOH、-OH、-NH、C=O 等，这些基团可与基体间形成反应性共价键结合，从而提高复合材料的结合强度。,常用化学改性法有：偶联剂改性；表面刻蚀法改性；表面接枝法。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,物理改性法：利用物理技术，使纤维表面变得更为粗糙，增加纤维表面活性，纤维表面积增大，从而增加纤维与聚合物基体间的摩擦力，提高界面间粘附性。,常用物理改性方法有：等离子体改性；超声波改性；高能射线改性。,知识点三 芳纶纤维,高分子材料专业 聚合物复合材料,