芳纶纤维及其复合材料性能与应用研究

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1、芳纶纤维及其复合材料T生能与应用研究沃西源涂彬夏英伟(北京空间机电硏究所100076)摘要文章对Kevlar・49劳纶1414纤维及其复合材料的结构与性能进行了简要分析，且对应用情况进行简介。矢键词Kevlar-49芳纶1414复合材料分析应用中图分类号：V25文献标识码：A文章编号：10()9-8518(2005)02-0050-()6ThePropertiesandApplicationrfAramidFibersandtheCompositeMaterialsWbXiyuanTuBinXiaYingwei(Beijin

2、gInstiiiteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100()76)AbstractInthispaper,thestructureandpropertiesofkevlar-49andarairidfiber1414,aswellasthecompositemate2rialsmadeofthem,arebrieflyanalyzedlTheapplicationsofthefibersandtheconpositematerialsarealmsummarizedlKeyWords

3、Kevlar・49Aramidfiber1414CbnpositeAnalyzeApplications1前言芳纶纤维是芳香聚験胺纤维的简称，主要有两类:一类是聚对苯二甲酰对苯二胺(PPDA)纤维，如美国杜邦公司的Kevlar-49荷兰恩卡公司的TwainiHM中国的芳纶1414等;另一类为聚对苯甲酰胺(FBA)纤维，如Kevlar-29芳纶14等。Kevlar・49是美国杜邦公司于20世纪60年代末研制成功,20世纪70年代实行商品化生产的一种有机纤维。这是一类具有高强度高模量耐高温低密度等优异性能的新型材料。Kevlar

4、-49纤维主要用于航空航天造船医疗器械和体育用丘等复合材料制件。由于其优异性能和应用范围的特殊性，应用领域将会不断推广。中国芳纶纤维研制始于20世纪70年代末80年代中期完成小试和中试鉴定。芳纶1414接近收稿日期:2004-11-15Kevlar-49的水平。由于芳纶纤维价格颇高，目前国内还只有航空航天船舶及体育器械等系统使用，且根据最终产品用途不同，成型工艺和加工方法亦不完全一致，其应用领域随着中国高新技术的发展会具有广阔的应用前景。文章在结合有尖课题研究基础上，通过调研和收集有尖资料的基础上，对美国杜邦公司Kevla

5、r-49和国产芳纶1414的结构和性能进行简要分析，叵时对其有矢内容进行了研究和探讨，深信芳纶纤维及其复合材料将会得到加速发展和广泛应用。23ar249纤维和芳纶1414结构与雄Kevlar-49是一种芳香族聚酰胺纤维，是以对苯二胺(h2n-^^-nh2)和对苯二甲酰氯(ci一C―)为原料，在有机溶液屮进行低温缩弥得到高特性粘度高结晶度的树脂，米用液晶纺丝新技术，溶于浓硫酸或六甲基磷酸酰胺等一些溶剂中配成纺丝原液，然后进行干湿法纺丝的新技术制造的。它的结构式为：称为聚对苯二甲酰对苯二甲胺纤维简称PP1A纤维。这一类纤维有美国

6、杜邦公司的Kevlar-49、荷兰恩卡公司的盹心门和中国的芳纶1414，是目前生产的主要品种，也是研制先进复合材料的一种重要纤维增强材料。211结构据有矢报导20世纪70年代中期，Hummel1D1O等学者研究并发表Kevlar・49的红外谱图。国内研究人员亦对芳纶1414进行红外光谱图分析，两者的图1Kevlar49红外光谱图红外光谱图图2芳纶1414图基本一致,可以认为它们的结构是基本一致的，其主要成分为聚对苯二甲酰对苯二胺。212性能芳纶纤维力学性能与其它有机纤维不同，其拉伸强度和初始模量很高,而延伸率较低。表1中列出

7、各类纤维拉伸性能数据。图3列出各类增强纤维的应力一应变矢系曲线。从表1和图3中，可见芳纶纤维在有机纤维中它力学性能是很优异的。芳纶的分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成。酰胺基团的位置又都在苯环的直位上，故而这种聚合物具有良好的规整性，致使芳纶纤维具拉伸变形/(%)edK、-Rs举a研究结果基本一致。从谱图1可以清楚地看到仲酰胺的一些特征，其中1640cmJ处的吸收谱带比较强，是由C=O伸缩振动引起的,即酰胺帶，而150cm-和1260cmJ吸收谱带是O=CHN与N-H的变形帮合振动引起的，它们分别是酰胺酰胺啪吸收谨带。

8、酰胺血勺吸收谱带比酰胺豹酰胺帔收谱带更弱的多。650cmJ和520cnT】是N-C二O面内弯曲振动和C=O面外弯曲振动，是酰胺in吸收谱带，而720cmJ是N-H面外弯曲振动，是酰胺帔收带谱。图2是芳纶1414的红外光谱图，对比图1和图2可清晰看到芳纶1414和fevlar・49的红外光谱