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芳纶纤维复合材料
芳纶是由芳香族聚酰胺树脂纺成的纤维
凡聚合物大分子的主链由芳香环和酰胺键构成,且其中至少有85%的酰
胺基直接键合在芳香
每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羰基直
接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中一个氢原子的聚合物,称为芳
香族聚酰胺树脂。
国外称为芳酰胺纤维,我国定名为芳纶
张家
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实用于高性能复合材料的芳纶纤
维的主要品种
美国杜邦公司生产
◆聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维
◆聚对苯甲酰胺(PBA)纤维
日本帝人公司生产
◆对位芳酰胺共聚纤维( Technora)
俄罗斯生产
◆聚对芳酰胺苯并咪唑纤维(CBM
◆ APMOC纤维
杜邦公司PPTA纤维的主要牌号
在复合材料中应用最普遍的是PPTA纤维, Du pont公
司PPTA纤维的主要牌号有
◆第一代(RI型): Kevlar-29、 Kevlar-49
◆第二代(系列):Ha(高粘接型)、Ht( Kevlar-129、
高强型)、He( Kevlar-100、原液着色型)、p
( Kevlar-68、高性能中模型)、Hm( Kevlar-149、
模型)、He( Kevlar-119、高伸长型)。
我国芳纶纤维的主要牌号
◆我国于20世纪70年代跟踪研制,于80年代初期试生产出聚
对苯甲酰胺(PBA)纤维,定名为芳纶Ⅰ(芳纶14)
◆又于80年代中期试生产出PPA纤维,定名为芳纶Ⅱ(芳纶
1414),可批量生产
(1)聚对苯甲酰胺(PBA)纤维
原料:对氨基甲苯甲酰氯盐或亚硫酸胺苯甲酰氯
PBA纤维工艺过程
ⅴ在有机极性溶剂中,经低温缩聚得到PBA树脂
ⅴ溶液纺丝(或制成粉末,再在溶剂中配成向列型液晶再纺
◆虽然芳纶Ⅰ比芳纶Ⅱ的拉伸强度低约20%,但拉伸模量却高
出50%以上,相当于 Kevlar-49的水平
◆芳纶Ⅰ的起始分解温度(474℃)比 Kevlar-49的(520℃)
低,但分解终点温度相近
◆芳纶Ⅰ在高温下的强度保持率和热老化性能优于 Kevlar
(2)PPTA的结构
PTA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。
◇在芳纶中,分子内的骨架原子通过强共价键结合
高聚物分子间是酰胺基,由于酰胺基是极性基团
其上的氢能够与另一个链段上酰胺基团中可供电
的羰基(-C0-)结合成氢键,构成梯形聚合物,这种
聚合物具有良好的规整性,因此具有高度的结晶性
◇芳纶沿分子链方向(平行于纤维轴向)为强共价键
垂直于纤维轴向的分子间以氢键相连,因而纤维显
现各向异性(在轴向,σ和扁;在横向,∂和较
◇苯环呈大共轭键(∏键),它难于旋转,所以,大
分子链具有线性刚性伸直链(棒状)构型,从而赋
予 Kevlar纤维高强度、高模量和耐热性。