复合材料概论10-芳纶纤维

《复合材料概论10-芳纶纤维》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、8碳纤维8.1概述8.2碳纤维的分类与制造8.3碳纤维的结构与性能8.4碳纤维的表面处理碳纤维概念碳纤维的制作方法以聚丙烯腈(PAN)为原料制造的碳纤维碳纤维的表面处理碳纤维由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500ºC)碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。制造的方法：将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤维。气相法在惰性气氛中将小分子有机物(如烃或芳烃等）在高温下沉积成纤维。此法用于制造晶须或短纤维，不能用于制造长纤维。有

2、机纤维碳化法以聚丙烯腈（PAN）为原料制造的碳纤维预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下进行PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：PAN的Tg低于100℃，分解前会软化熔融，不能直接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处理，使PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构，就不易熔融。另外，当加热足够长的时间，将产生纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合。进行预氧化处理的原因：在400℃～1900℃的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％~45％，含碳量95%左右。

3、碳化：在2500℃～3000℃的温度下，密封装置，施加压力，保护气体中进行。目的是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向，使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。石墨化碳纤维的表面处理表面处理目的：提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。途径：清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成能与树脂起作用的中间层。1.表面清洁法2.气相氧化法3.液相氧化法4.表面涂层法原因：液相时只氧化纤维表面，而气相氧化剂可能渗透较深，尤其在表面有微裂和缺陷处。但液相氧化多为间歇操作，处理时间长，操作繁杂

4、，难以和碳纤维生产线直接相连接。液相氧化法与气相氧化法比较：液相氧化的效果比气相氧化法好，条件适当时，复合材料的剪切强度可增加1倍以上，而纤维的强度仅略有下降。10芳纶纤维10.1概述10.2芳纶纤维的结构与特性10.3芳纶纤维的制造10.4凯芙拉纤维的制品10.5芳纶纤维及其复合材料的应用高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度芳纶纤维：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1968年开始研究，1973年研制成功)，我国命名为芳纶纤维。特点：10.1概述芳纶纤维的历史很短，发展很快。1968年美国杜邦公司开始研制。1972年以B纤维

5、为名发表了专利并提供产品。1972年又研制了以PRD--49命名的纤维。1973年正式登记的商品名称为ARAMID纤维。ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。PRD--49--IV改称为芳纶--29；PRD--49--III改称为芳纶--49；B纤维改称为芳纶。主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。用于航空、宇航、造船工业的复合材料制件。主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等优点（1）不熔融（2）高温能保持高强度与高弹性模量（3）耐热、不易燃烧（4）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（6）耐疲劳性，耐磨性

6、好（7）对放射性线的抵抗性大（8）非导电、且诱电性能优越（9）与无机纤维相比振动吸收性好、减衰速度快缺点(1)压缩性差，压缩强度仅有不到拉伸强度的1/5。(2)紫外线照射时强度大幅下降。10.2芳纶纤维的结构与特性10.2.1芳纶纤维的结构对位芳香族聚酰胺纤维间位芳香族聚酰胺纤维芳香族聚酰胺共聚纤维(1)聚对苯甲酰胺(聚对胺基苯甲酰)纤维Poly(P-benzamide)简称PBA纤维。对位芳香族聚酰胺纤维(2)聚对苯二甲酰对苯二胺纤维Poly(P-Phenleneterephthalamide)简称PPTA纤维(1)聚间苯二甲酰间苯二胺纤维间位芳香族聚酰胺纤维用途：主要用

7、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。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。(2)聚N,N-间苯双-(间苯甲酰胺)对苯二甲酰胺纤维主要用作抗燃纤维及耐高温绝缘材料芳香族聚酰胺共聚纤维为制得更高强度和模量的纤维，改进纤维的耐疲劳性能，采用各种芳环和杂环的二胺和二酰氯，与对苯二酰氯和对苯二胺共聚。尚处于研制和试生产阶段。芳纶纤维的分子结构芳纶纤维是苯二甲酰与苯二胺