复合材料第十章-芳纶纤维.pdf

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1、11复合材料复合材料第三部分 复合材料的增强材料第十章 芳纶纤维第三部分 复合材料的增强材料第十章 芳纶纤维2教学目的:教学目的:通过本章的学习，掌握芳纶纤维的定义、分子结构式、结构及性能特点，芳纶纤维的优点、缺点及主要应用。重点内容:通过本章的学习，掌握芳纶纤维的定义、分子结构式、结构及性能特点，芳纶纤维的优点、缺点及主要应用。重点内容:1、芳纶纤维的结构特征及与性能的关系。、芳纶纤维的结构特征及与性能的关系。2、常见几种芳纶纤维的分子式及特点难点:、常见几种芳纶纤维的分子式及特点难点:芳纶纤维分子结构与性能的关系。熟悉内容:芳纶纤维分子结构与性能的关系。熟悉内容:芳纶纤维的发展历史及目前的

2、主要应用。芳纶纤维的发展历史及目前的主要应用。3主要英文词汇：主要英文词汇：Kevlar-凯芙拉凯芙拉PolyP-benzamide-对位芳香族聚酰胺纤维对位芳香族聚酰胺纤维Polyp-phenlene terephthalamide-聚对苯二甲酰对苯二胺纤维聚对苯二甲酰对苯二胺纤维Aromatic Polymide Fibre-芳香族酰胺纤维芳香族酰胺纤维Kevlar,KF4参考教材或资料：参考教材或资料：1、复合材料学、复合材料学-周祖福（武汉理工大学出版社，周祖福（武汉理工大学出版社，2004年）年）2、现代复合材料、现代复合材料-陈华辉 邓海金 李 明（中国物质出版社陈华辉 邓海金 李

3、 明（中国物质出版社,1998）3、复合材料概论、复合材料概论-王荣国 武卫莉（哈尔滨工业大学出版社王荣国 武卫莉（哈尔滨工业大学出版社,1999）4、复合材料、复合材料-吴人洁（天津大学出版社吴人洁（天津大学出版社,2000）5、复合材料科学与工程、复合材料科学与工程-倪礼忠倪礼忠,陈麒陈麒(科学出版社科学出版社,2002)6、复合材料及其应用、复合材料及其应用尹洪峰尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社任耘（陕西科学技术出版社,2003）7、高性能复合材料学、高性能复合材料学-郝元恺郝元恺,肖加余肖加余(化学工业出版社化学工业出版社,2004)8、新材料概论、新材料概论-谭毅谭毅,李敬锋李敬锋(

4、冶金工业出版社冶金工业出版社,2004)9、先进复合材料、先进复合材料-鲁 云 朱世杰 马鸣图（机械工业已出版社鲁 云 朱世杰 马鸣图（机械工业已出版社,2004）10、复合材料、复合材料-周曦亚（化学工业出版社周曦亚（化学工业出版社,2005）510、芳纶纤维芳纶纤维：芳香族聚酰胺类纤维的通称。国外商品牌号为凯芙拉（、芳纶纤维芳纶纤维：芳香族聚酰胺类纤维的通称。国外商品牌号为凯芙拉（Kevlar）纤维（美国杜邦公司）纤维（美国杜邦公司1968年开始研究，年开始研究，1973年研制成功），我国命名为芳纶纤维。特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度的新型有机纤维。用于：增强塑料、同步带、绳

5、索、防弹板、复合材料的增强材料。年研制成功），我国命名为芳纶纤维。特点：高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度的新型有机纤维。用于：增强塑料、同步带、绳索、防弹板、复合材料的增强材料。6芳纶纤维的历史很短，发展很快。芳纶纤维的历史很短，发展很快。1968午美国杜邦公司开始研制。午美国杜邦公司开始研制。1972年以年以B纤维为名发表了专利并提供产品。纤维为名发表了专利并提供产品。1972年又研制了以年又研制了以PRD-49命名的纤维。命名的纤维。1973年正式登记的商品名称为年正式登记的商品名称为ARAMID纤维。纤维。27ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。纤维包括三种牌号的产品，

6、并重改名称。PRD-49-IV改称为芳纶改称为芳纶-29；PRD-49-III改称为芳纶改称为芳纶-49；B纤维改称为芳纶。芳纶、芳纶纤维改称为芳纶。芳纶、芳纶-29、芳纶、芳纶-49这三种牌号纤维的用途各不相同。芳纶主要用于橡胶增强这三种牌号纤维的用途各不相同。芳纶主要用于橡胶增强，制造轮胎，制造轮胎、三角皮带、三角皮带、同步带、同步带等；芳纶等；芳纶-29主要用于绳索主要用于绳索、电缆、电缆、涂漆织物、涂漆织物、带、带和带状物和带状物，以及防弹背心，以及防弹背心等。芳纶等。芳纶-49用于航空用于航空、宇航、宇航、造船工业、造船工业的复合材料制件。的复合材料制件。8自自1972年芳纶纤维作为

7、商品出售以来，产量年芳纶纤维作为商品出售以来，产量逐年增加逐年增加。其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之广泛应用到军工。其原因是由于该纤维具有独特的功能，使之广泛应用到军工和国民经济和国民经济各个部门。各个部门。910.1 芳纶纤维的结构与特征：芳纶纤维的结构与特征：1.对位芳香族聚酰胺纤维：对位芳香族聚酰胺纤维：PolyP-benzamide（1）聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维）聚对苯甲酰胺（聚对胺基苯甲酰）纤维，简称，简称PBA纤维。原料：对氨基苯甲酰，缩聚纺丝而得到。纤维。原料：对氨基苯甲酰，缩聚纺丝而得到。NH-COn10（2）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维P

8、olyp-phenlene terephthalamide原料：对苯二甲酰氯，对苯二胺，缩聚反应；目前世界上的主要生产品种，也为重要的复合材料的增强材料。原料：对苯二甲酰氯，对苯二胺，缩聚反应；目前世界上的主要生产品种，也为重要的复合材料的增强材料。CO-COnNHNHCCOOClClNH2NH2+112.间位芳香族聚酰胺纤维：（间位芳香族聚酰胺纤维：（1）聚间苯二甲酰间苯二胺纤维）聚间苯二甲酰间苯二胺纤维CO-COnNHNHCCOOClClNH2NH2+12原料：间苯二胺；间苯二甲酰氯。特点：高温性能好，高温下的强度保持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自熄性，耐磨和耐

9、多次曲折性好，耐化学试剂，绝热性能也较好。缺点：强度和模量低，耐光性较差。用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构。原料：间苯二胺；间苯二甲酰氯。特点：高温性能好，高温下的强度保持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化学试剂，绝热性能也较好。缺点：强度和模量低，耐光性较差。用途：主要用于易燃易爆环境的工作服，耐高温绝缘材料，耐高温的蜂窝结构。313(2)聚聚N，N-间苯双间苯双-（间苯二甲酰胺）对苯二甲酰胺纤维分子结构特点：分子链由苯环、酰胺基按一定规律排列，酰胺基处于苯环的直位上，具有良好的规整性，高度的结晶性。

10、链上氢原子与其它链上酰胺对（间苯二甲酰胺）对苯二甲酰胺纤维分子结构特点：分子链由苯环、酰胺基按一定规律排列，酰胺基处于苯环的直位上，具有良好的规整性，高度的结晶性。链上氢原子与其它链上酰胺对C=O成氢键，分子横向联结。主要用作抗燃纤维及耐高温绝缘材料。成氢键，分子横向联结。主要用作抗燃纤维及耐高温绝缘材料。HNCOHNHNCOCOnH2NCOOHH2NNH2CCHOOHOO+14拉伸：沿着纤维方向为强的共价键，断裂时，纵向开裂而劈成许多更细的单元；横向方向为较弱的氢键，横向受压时，出现纤维分层。结构：分子链难以旋转，呈伸展状态，形成棒状结构，有很高的模量；线型结构使分子排列紧密，高密实性。由于

11、苯环内电子共扼作用，具有化学稳定性，苯环刚性，结晶使具有高温尺寸稳定性，不发生高温分解。拉伸：沿着纤维方向为强的共价键，断裂时，纵向开裂而劈成许多更细的单元；横向方向为较弱的氢键，横向受压时，出现纤维分层。结构：分子链难以旋转，呈伸展状态，形成棒状结构，有很高的模量；线型结构使分子排列紧密，高密实性。由于苯环内电子共扼作用，具有化学稳定性，苯环刚性，结晶使具有高温尺寸稳定性，不发生高温分解。15芳纶纤维的分子结构芳纶纤维的分子结构芳纶纤维的分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成，具有良好的规整性。致使芳纶纤维具有高度的结晶性。在纤维的轴向高度定向，分子链上的氢原子，将和其他分子链上的酰胺对的

12、羟基结合成氢键，成为高聚物分子间的横向联结。沿纤维方向是强的共价键而在纤维的横向是较弱的氢键，这是导致芳纶纤维力学性能各向异性的主要原因。芳纶纤维的分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成，具有良好的规整性。致使芳纶纤维具有高度的结晶性。在纤维的轴向高度定向，分子链上的氢原子，将和其他分子链上的酰胺对的羟基结合成氢键，成为高聚物分子间的横向联结。沿纤维方向是强的共价键而在纤维的横向是较弱的氢键，这是导致芳纶纤维力学性能各向异性的主要原因。16纤维的苯环结构，使它的分子链难于旋转。高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态形成棒状结构，从而使纤维具有很高的模量。聚合物的线性结构使分子间排列得十分紧密，在单

13、位体积内可容纳很多聚合物分子。这种高的密实性使纤维具有较高的强度。苯环结构由于环内电子的共轭作用使纤维具有化学稳定性。又由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性如不发生高温分解，其热焓不会有很大的变化这又使纤维在高温下不致热塑化其脆性也比交联聚合物的低。纤维的苯环结构，使它的分子链难于旋转。高聚物分子不能折叠，又呈伸展状态形成棒状结构，从而使纤维具有很高的模量。聚合物的线性结构使分子间排列得十分紧密，在单位体积内可容纳很多聚合物分子。这种高的密实性使纤维具有较高的强度。苯环结构由于环内电子的共轭作用使纤维具有化学稳定性。又由于苯环结构的刚性，使高聚物具有晶体的本质

14、，使纤维具有高温尺寸的稳定性如不发生高温分解，其热焓不会有很大的变化这又使纤维在高温下不致热塑化其脆性也比交联聚合物的低。1710.2 芳纶纤维的基本性能：芳纶纤维的基本性能：1.力学性能：力学性能与其它有机纤维不同，拉伸强度，初始模量高，而延伸率低；在有机纤维中芳纶纤维的力学性能是极其优异的，即使与无机纤维相比较，其强度也不逊色。芳纶纤维拉伸强度约为力学性能：力学性能与其它有机纤维不同，拉伸强度，初始模量高，而延伸率低；在有机纤维中芳纶纤维的力学性能是极其优异的，即使与无机纤维相比较，其强度也不逊色。芳纶纤维拉伸强度约为E玻璃纤维高玻璃纤维高1.5倍，与碳纤维相当或略高，拉伸模量仅次于碳纤维

15、和硼纤维。倍，与碳纤维相当或略高，拉伸模量仅次于碳纤维和硼纤维。18芳纶纤维的特点芳纶纤维的特点是拉伸强度高。单丝强度可达是拉伸强度高。单丝强度可达3773 MPa；254mm长的纤维束的拉伸强度为长的纤维束的拉伸强度为2744 MPa，大约为铝的，大约为铝的5倍。芳纶纤维的冲击性能好，大约为石墨纤维的倍。芳纶纤维的冲击性能好，大约为石墨纤维的6倍，为硼纤维的倍，为硼纤维的3倍，为玻璃纤维倍，为玻璃纤维0.8倍。芳纶纤维倍。芳纶纤维的弹性模量高，可达的弹性模量高，可达1.27 1.577 MPa，比玻璃纤维，比玻璃纤维高一倍，为碳纤维高一倍，为碳纤维0.8倍。芳纶纤维倍。芳纶纤维的断裂伸长在的

16、断裂伸长在3左右，接近玻璃纤维左右，接近玻璃纤维，高于其他纤维。芳纶纤维，高于其他纤维。芳纶纤维与碳纤维与碳纤维混杂将能大大提高纤维复合材料的冲击性能。芳纶纤维混杂将能大大提高纤维复合材料的冲击性能。芳纶纤维的密度小，比重为的密度小，比重为1.44 1.45，只有铝的一半。因此，它有高的比强度与比模量。，只有铝的一半。因此，它有高的比强度与比模量。419芳纶与各种纤维性能比较芳纶与各种纤维性能比较0.4381.41.8氧化铝纤维氧化铝纤维0.50.838403.53.9硼纤维硼纤维8.38.53.03.42.54高强高强2#玻璃纤维玻璃纤维2.5471.03.02.54E玻璃纤维玻璃纤维1.2

17、232.81.75碳纤维碳纤维T3001.3253.21.74碳纤维碳纤维T5000.5402.11.81碳纤维碳纤维M4020800.150.330.240.660.90丙纶丙纶7171.121.990.781.121.38涤纶涤纶16280.220.600.610.971.14尼龙尼龙6616250.280.510.660.971.14尼龙尼龙61.82.215162.83.41.465芳纶芳纶23.29122.63.31.44芳纶芳纶2.4126.63.821.44Kevlar-493.663.22.821.44Kevlar-291.431.4464.83.221.431.44Kevla

18、r2217.40.661.38Nomex延伸率延伸率(%)初始拉伸模量初始拉伸模量(GPa)拉伸强度拉伸强度(GPa)密度密度(g/cm3)纤维名称纤维名称20芳纶纤维的强度和模量高，密度低，因而此种增强纤维有很高的比强度和比模量。芳纶纤维的强度和模量高，密度低，因而此种增强纤维有很高的比强度和比模量。各类增强纤维比强度比模量各类增强纤维比强度比模量21水中的强度保留率高：芳纶细纱在水中浸泡水中的强度保留率高：芳纶细纱在水中浸泡5min，而后在，而后在21水中测定其拉伸性能，几乎没有影响。在水中测定其拉伸性能，几乎没有影响。在88 水中的强度有所下降，强度保留率为水中的强度有所下降，强度保留率

19、为21 水中的水中的85%。收缩率和膨胀率小，具有良好的耐应力开裂性能，能在很长的时间内保留很大的极限抗拉强度。收缩率和膨胀率小，具有良好的耐应力开裂性能，能在很长的时间内保留很大的极限抗拉强度。222.热性能：良好的热稳定性，高达热性能：良好的热稳定性，高达180度，保持性能。芳纶不熔融也不助燃，短时间内度，保持性能。芳纶不熔融也不助燃，短时间内300度以下，对强度几乎没有影响。在度以下，对强度几乎没有影响。在-170度低温下也不会变脆，仍保持其性能。芳纶纤维度低温下也不会变脆，仍保持其性能。芳纶纤维有良好的热稳定性，耐火而不熔，当温度达有良好的热稳定性，耐火而不熔，当温度达487 时尚不熔

20、化，但开始碳化。因此，芳纶纤维时尚不熔化，但开始碳化。因此，芳纶纤维在高温作用下，不发生变形，直至分解。如，能长期在在高温作用下，不发生变形，直至分解。如，能长期在180下使用；在下使用；在150下作用一周后强度、模量不会下降；即使在下作用一周后强度、模量不会下降；即使在200下，一周后强度降低下，一周后强度降低15，模量降低，模量降低4；23另外，在低温另外，在低温(-60)不发生脆化亦不降解。和碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数具有各向异性的特点。如，芳纶纤维的纵向热膨胀系数在不发生脆化亦不降解。和碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数具有各向异性的特点。如，芳纶纤维的纵向热膨胀系数在0 100时

21、为时为-2 10-6/；在；在100 200时为时为-4 10 6/。横向热膨胀系数为。横向热膨胀系数为59 10-6/244.1110-2垂直于纤维的热流无强度损失在室温下垂直于纤维的热流无强度损失在室温下16个月个月4.81610-2平行于纤维的热流无强度损失在平行于纤维的热流无强度损失在50空气中空气中2个月室温导热系数个月室温导热系数W/(m K)拉伸模量拉伸模量(GPa)1.42室温比热容室温比热容J/(g)2720在在200 空气中空气中59横向横向01003170在在100 空气中空气中12纵向纵向 01000无强度损失在无强度损失在50空气中空气中2个月热膨胀系数个月热膨胀系数

22、(10-6-1)无强度损失在室温下无强度损失在室温下16个月个月410-4收缩率收缩率(%)拉伸强度拉伸强度(MPa)110.3在在200 空气中空气中500分解温度分解温度()113.6在在100 空气中空气中160在空气中高温下长期使用温度在空气中高温下长期使用温度()数据性能数据性能数据性能数据性能芳纶细纱和粗纱的热性能芳纶细纱和粗纱的热性能5253.耐化学稳定性：除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。芳纶的湿强度几乎与干强度相等。对饱和水蒸气的稳定性，比其它有机纤维好。芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。耐化学稳定性

23、：除强酸与强碱以外，芳纶几乎不受有机溶剂、油类的影响。芳纶的湿强度几乎与干强度相等。对饱和水蒸气的稳定性，比其它有机纤维好。芳纶对紫外线是比较敏感的。若长期裸露在阳光下，其强度损失很大，因此应加能阻挡紫外光的保护层。KevIar纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体空气或氯气处理纤维表面，可使纤维表面缺少化学活性基团，用等离子体空气或氯气处理纤维表面，可使Kevlar纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性及表面能，显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结强度。纤维表面形成一些含氧或含氮的官能团，提高表面活性及表面能，显著地改善对树脂的浸润性和反应性，增加界面粘结强度。26芳纶在各

24、种化学药品中的稳定性芳纶在各种化学药品中的稳定性7910002128氢氧化钠氢氧化钠537410002110氢氧化钠氢氧化钠315910002110硫酸硫酸1291002110硫酸硫酸77791002110硝酸硝酸6101002110氢氟酸氢氟酸818810002137盐酸盐酸63721002137盐酸盐酸0242199.7醋酸醋酸Kevlar-49Kevlar-29时间时间(h)温度温度()浓度浓度(%)化学试剂强度损失化学试剂强度损失(%)279.340138100过热水过热水2848150100饱和蒸汽饱和蒸汽3.6050060100氟利昂氟利昂221.51.5一年一年100海水海水20

25、100100100自来水自来水09.950060100煤油煤油04.650060100变压油变压油02421100甲乙酮甲乙酮1.52421100三氯乙烯三氯乙烯01100021100乙醇乙醇13100021100丙酮丙酮Kevlar-49Kevlar-29时间时间(h)温度温度()浓度浓度(%)化学试剂强度损失化学试剂强度损失(%)2810.3 芳纶纤维的制造芳纶纤维的制造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;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。

26、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。1.聚对苯撑对苯二甲酰胺的聚合聚对苯撑对苯二甲酰胺的聚合29简单流程图简单流程图生成物聚对苯撑对苯二甲酰胺是刚性链分子，分子链段的自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点温度较高，不能用熔融缩聚法。采用低温溶液缩聚法，为了得到高分子量的聚合物，必须增加生成物的溶解能力，使反应能继续进行。常选用的溶剂有六甲基磷酰胺、生成物聚对苯撑对苯二甲酰胺是刚性链分子，分子链段的自由旋转受到阻碍，玻璃化温度与熔点温度较高，不能用熔融缩聚法。采用低温溶液缩聚法，为了得到高分子量的聚合物，必须增加生成物的溶解能力，使反应能继续进行。常选用的溶剂有六甲基磷酰

27、胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基乙酰胺等为防止对苯二甲酰的水解，反应体系及溶剂中的含水量要严格控制。甲基吡咯烷酮及二甲基乙酰胺等为防止对苯二甲酰的水解，反应体系及溶剂中的含水量要严格控制。30低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于低温溶液缩聚法可得到特性粘度大于5的聚合体，但生产效率低。溶剂（的聚合体，但生产效率低。溶剂（HMPA)有毒，因此又发展了气相缩聚方法。将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在有毒，因此又发展了气相缩聚方法。将对苯二胺与对苯酰氯蒸汽保持在325，与加热到，与加热到200的氯气混合，反应器的温度保持在的氯气混合，反应器的温度保持在202到到250之间，反应后进行冷却，然后分离可得到聚合物，

28、其特性粘度为之间，反应后进行冷却，然后分离可得到聚合物，其特性粘度为3.1。6312.纺丝工艺纺丝工艺液晶纺丝工艺液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于固体和液体之间的中间相物质。液晶一般分为三类：向列态，近晶态，胆甾态液晶纺丝工艺液晶从宏观性能上看属于液体，但从微观角度或光学角度来研究，又有晶体的性质。液晶是介于固体和液体之间的中间相物质。液晶一般分为三类：向列态，近晶态，胆甾态近晶型近晶型(i)近晶型：棒状分子通过垂直于分子长轴方向的强相互作用，互相平行排列成层状结构，分子轴垂直于层面。棒状分子只能在层内活动。近晶型：棒状分子通过垂直于分子长轴

29、方向的强相互作用，互相平行排列成层状结构，分子轴垂直于层面。棒状分子只能在层内活动。32向列型向列型(ii)向列型：棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分层次，只有一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向，并可流动取向中互相穿越。向列型：棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分层次，只有一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向，并可流动取向中互相穿越。(iii)胆甾型：棒状分子分层平行排列，在每个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转胆甾型：棒状分子分层平行排列，在每个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层

30、中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转3600后复原。后复原。胆甾型胆甾型33对于纺丝来说，应用向列态液晶。此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比各向同性液体低。聚合物对于纺丝来说，应用向列态液晶。此种液晶分子溶液在流动取向相中相互穿越，且其粘度比各向同性液体低。聚合物PPTA在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶性质的大分子有利于成纤的原因。在溶液中呈一定取向状态，为一维有序紧密排列，也就是纤维中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易沿作用力方向取向，这就是具有液晶

31、性质的大分子有利于成纤的原因。34聚对苯撑对苯二甲酰胺聚对苯撑对苯二甲酰胺(PPTA)溶于溶于100%的硫酸中，显示液晶特性的硫酸中，显示液晶特性PPTA浓硫酸溶液粘度浓硫酸溶液粘度-浓度示意图浓度示意图与浓度的关系：浓度增加，溶液粘度增大，达到极大值，超过此极值，浓度再增加，粘度降低，且溶液从各向同性向各向异性转变与浓度的关系：浓度增加，溶液粘度增大，达到极大值，超过此极值，浓度再增加，粘度降低，且溶液从各向同性向各向异性转变(临近浓度临近浓度)；达到液晶最大浓度后，浓度再增加，溶液的粘度重又上升。；达到液晶最大浓度后，浓度再增加，溶液的粘度重又上升。PPTA溶液具有高浓度低粘度的特点溶液具

32、有高浓度低粘度的特点35与温度的关系：温度上升时，液晶溶液的粘度下降，但当粘度降到一个最低值后，温度再上升，则粘度将大幅度增加，同时溶液由各向异性状态向各向同性状态转变。纺织时要选择适当的浓度和温度范围。可纺区的温度范围比较窄。与温度的关系：温度上升时，液晶溶液的粘度下降，但当粘度降到一个最低值后，温度再上升，则粘度将大幅度增加，同时溶液由各向异性状态向各向同性状态转变。纺织时要选择适当的浓度和温度范围。可纺区的温度范围比较窄。36两种干喷混纺装置示意图干喷湿纺工艺高浓度、高温度的两种干喷混纺装置示意图干喷湿纺工艺高浓度、高温度的PPTA液晶溶液在较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝固液浴

33、，在凝固液浴中，经过一个纺丝管，在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝辊上，再经洗涤，在张力下热辊上干燥。最后在惰性气体中于较高的温度下进行热处理。液晶溶液在较高的喷丝速度下喷丝，喷丝进入温度低的凝固液浴，在凝固液浴中，经过一个纺丝管，在凝固液的作用下形成丝束，绕到绕丝辊上，再经洗涤，在张力下热辊上干燥。最后在惰性气体中于较高的温度下进行热处理。73710.4芳纶纤维及其复合材料的应用主要用于环氧、聚酯和其它树脂的增强材料，制成各种航空、宇航和其它军事用途的部件。目前，芳纶纤维的总产量芳纶纤维及其复合材料的应用主要用于环氧、聚酯和其它树脂的增强材料，制成各种航空、宇航和其它军事用途的部件。目前，芳

34、纶纤维的总产量43用于轮胎的帘子线用于轮胎的帘子线(芳纶芳纶-29)，31用于复合材料，用于复合材料，17.5用于绳索类和防弹衣，用于绳索类和防弹衣，8.5用于其他。以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称用于其他。以树脂作为基体，芳纶纤维作为增强相所形成的增强塑料，简称KFRP，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维，成为必不可少的材料。，它在航空航天方面的应用，仅次于碳纤维，成为必不可少的材料。38-航空方面：整流罩、机翼前缘、窗框、天花板等，比玻璃纤维复合材料减轻航空方面：整流罩、机翼前缘、窗框、天花板等，比玻璃纤维复合材料减轻30%以上。广泛应用于复合材料：减轻制品的质量

35、。如：造船业、汽车材料、体育用品以上。广泛应用于复合材料：减轻制品的质量。如：造船业、汽车材料、体育用品:高尔夫球拍、标枪、网球拍。高尔夫球拍、标枪、网球拍。-芳纶高强度、质量轻、尺寸稳定性等特征，涂覆织物使用。如：胶船、充气桥、气球、特种服装。轮胎帘子线，用于高速轮胎。芳纶高强度、质量轻、尺寸稳定性等特征，涂覆织物使用。如：胶船、充气桥、气球、特种服装。轮胎帘子线，用于高速轮胎。-降落伞，比尼龙减轻降落伞，比尼龙减轻50%-60%,用于吊装绳；吊绳；取代石棉制品，用于密封袋、摩擦材料，如刹车片等。用于吊装绳；吊绳；取代石棉制品，用于密封袋、摩擦材料，如刹车片等。39Kevlar纤维与其它纤维

36、性能的比较纤维与其它纤维性能的比较7.811.811.742.541.451.45比重（比重（g/cm3）1963922357313161弹性模量（弹性模量（GPa）4.00.61.54.82.04.0延伸率（延伸率（%）274024503430205828402840强度（强度（MPa）HMHT钢钢碳纤维碳纤维玻璃纤维玻璃纤维Kevlar 49Kevlar 2940芳伦纤维芳伦纤维 优点（优点（1）不熔融（强度为零的温度）不熔融（强度为零的温度650）。（）。（2）高温能保持高强度与高弹性模量。（）高温能保持高强度与高弹性模量。（3）耐热、不易燃烧。（）耐热、不易燃烧。（4）尺寸稳定、几乎不

37、发生蠕变。（）尺寸稳定、几乎不发生蠕变。（5）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降。（）耐药性好，在有机溶剂及油中性能不下降。（6）耐疲劳性，耐磨性好。（）耐疲劳性，耐磨性好。（7）对放射性线的抵抗性大。（）对放射性线的抵抗性大。（8）非导电、且诱电性能优越。（）非导电、且诱电性能优越。（9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快。（）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快。（10）高次加工性好，用现行纤维加工设备可加工。）高次加工性好，用现行纤维加工设备可加工。41芳伦纤维缺点：芳伦纤维缺点：?是压缩性差，压缩强度仅有不到拉伸强度的1/5。是压缩性差，压缩强度仅有不到拉伸强度的1/5。?紫外

38、线照射时强度大幅下降。紫外线照射时强度大幅下降。?加工困难。加工困难。应用：应用：?在很多领域得到了商业性的应用在很多领域得到了商业性的应用?还正在开发出很多新的用途。例如可用于橡胶轮胎的补强，绳索、防弹手套、保护衣、树脂基等复合材料的强化等。还正在开发出很多新的用途。例如可用于橡胶轮胎的补强，绳索、防弹手套、保护衣、树脂基等复合材料的强化等。42有机纤维有机纤维 主要有主要有Kevlar纤维、聚乙烯纤维和尼龙纤维纤维、聚乙烯纤维和尼龙纤维 芳香族酰胺纤维（芳香族酰胺纤维（Aromatic Polymide Fibre,Kevlar,KF）Kevlar纤维具有高强度、高模量和韧性好等特点。密度

39、较低，而比强度极高，超过玻璃纤维、碳纤维和硼纤维，比模量与碳纤维相近，超过玻璃、钢、铝等。由于韧性好，它不象碳纤维、硼纤维那样脆，因而便于纺织。纤维具有高强度、高模量和韧性好等特点。密度较低，而比强度极高，超过玻璃纤维、碳纤维和硼纤维，比模量与碳纤维相近，超过玻璃、钢、铝等。由于韧性好，它不象碳纤维、硼纤维那样脆，因而便于纺织。常用于和碳纤维混杂，提高纤维复合材料的耐冲击性。常用于和碳纤维混杂，提高纤维复合材料的耐冲击性。Kevlar纤维属于自熄性材料。纤维属于自熄性材料。补充材料843聚乙烯纤维（聚乙烯纤维（Polyethylene,PE）聚乙烯纤维是目前国际上最新的超轻、高比强度、高比模量

40、纤维，成本也比较低。聚乙烯纤维是目前国际上最新的超轻、高比强度、高比模量纤维，成本也比较低。通常聚乙烯纤维的分子量大于通常聚乙烯纤维的分子量大于106，纤维的拉伸强度为，纤维的拉伸强度为3.5GPa，弹性模量为，弹性模量为116GPa，延伸率为，延伸率为3.4%，密度为，密度为0.97g/cm3。在纤维材料中，聚乙烯纤维具有高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等多种优异性能。在纤维材料中，聚乙烯纤维具有高比强度、高比模量以及耐冲击、耐磨、自润滑、耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等多种优异性能。其不足之处是熔点较低（约其不足之处是熔点较低（约135）和高温容易蠕变。因此仅能在）和高温容易蠕变。因此仅能在100以下使用，以下使用，可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。可用于制做武器装甲、防弹背心、航天航空部件等。补充材料