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芳纶纤维复合材料
绵阳职业技术学院
材料系
先进复合材料成型工艺
芳纶纤维增强的先进复合材料制品
目录
单向纤维板性能。
国内已有对芳纶增强丁腈橡胶、环氧树脂的研究报道。如有研究做出的芳纶/环氧复合材料与常规材料力学性能的比较[1-2]。
表4芳纶/环氧复合材料与常规材料力学性能的比较
材料
密 度
（g/cm3）
拉 伸 强 度（GPa）
比强度（1x107mm）
拉 伸 模 量（GPa）
比模量（1x109mm）
芳纶/环氧
220
钢
210
铝合金
77
钛合金
110
尼龙6
3
芳纶纤维产品形态及复合材料的成型方法
芳纶纤维和玻璃纤维一样,产品形态有有捻纱、无捻粗纱,各种规格布、带、毡及短切原丝等。常与芳纶纤维匹配的树脂有环氧、酚醛、不饱和聚脂、乙烯基脂、聚酰亚胺等,近年来还与尼龙、PBT等复合使用。成型方法也和玻璃钢等成型方法一样,有缠绕法、手糊法、预浸渍法、真空袋法、加压法以及注射法等,可根据需要选择。
芳纶纤维复合材料的应用
在航空、航天、军需方面的应用
芳纶纤维可制作大型飞机的二次结构材料,如机舱门、窗、整流罩体表面、机翼有关部件。也可制机内天花板、隔板、舱壁、行李架、座椅等。采用芳纶纤维复合材料可以减轻飞机自重30%左右。如L一1011三星式客机总的芳纶纤维复合材料用量达1135kg,使机重减轻365kg;波音757、767使用芳纶纤维复合材料,减轻机重454kg；DHC-7短程飞机减轻机重91kg。S-76商用直升机的外蒙皮使用芳纶复合材料已达50%；喷气式教练机T-4也采用芳纶纤维复合材料。芳纶纤维复合材料可制造火箭发动机壳体、压力容器、宇宙飞船驾驶舱等。芳纶纤维复合材料还可制造坦克、装甲车、飞机、潜艇的防弹板和头盔及防弹衣等。
在造船方面的应用
芳纶纤维复合材料可制造快艇、帆船、赛艇、渔船、独木舟等。采用芳纶纤维复合材料造船,船自重比玻璃钢和铝都好,船体可减轻3O%左右,节约燃料30%以上,可相应增加航程。由于芳纶纤维复合材料具有吸收振动及承受连续冲击的能力,船航行稳，使人感到安静、舒适。
在体育器材方面的应用
芳纶复合材料可用来制造高尔夫球棒、网球拍、滑雪橇、雪车、钓鱼杆、弓、标枪等。
在汽车方面的应用
芳纶纤维可取代石棉,因而可降低对环境和人体健康的危害,它可制造刹车片、离合器、整流器、引擎垫片、汽车车身。尤其赛车可减轻车重,提高强度,增加车速。
在建筑方面的应用
芳纶纤维复合材料在建筑领域越来越受到重视。芳纶纤维可取代石棉用来增强水泥,可提供轻结构、高强度构件,并防止水泥制品开裂。加拿大蒙特楼市奥运体育馆采用芳纶纤维复合材料制成的可伸缩性屋顶,面积达5600m2,具有抗强风及承受大雪负荷的强度。近年来,国外正在开发芳纶纤维增强胶粘层压木梁的技术,这种增强材料称作FiRptm。它的出现意味着用低级木材可取代高级、贵重木材,而且安全、经济。这种增强胶粘层压梁比钢筋水泥构件还经济。目前
,美国、德国、日本、澳大利亚、加拿大等国都在研究采用,有广阔的发展前景。
芳纶在信息技术产业上的应用
由于IT技术的发展[3]，光纤铺设量猛增，全球光纤总长度2001年为亿km，到2003年增至亿km。对位芳纶可用作光缆中的“张力构件(Fension member) "(或称芯扞)，有了这种具有高模量性能的张力构件，可保护细小而脆弱的光纤在受到拉力时不致伸长，从而不使光传输性能受到损害。目前用于此张力构件的对位芳纶约3000-4000t，据业者预测，其实际短缺量约4000-5000t。[4]
其他方面的应用
芳纶是用于增强子午线轮胎及机械用橡胶制品，如软管、输送带及动力传送皮带而专门设计制造的品种。芳纶纤维还可作增强橡胶的材料,可制轮胎、传动带、胶管、绳索等。[5]
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Kevlar-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。
2 原材料
聚氨酯树脂
聚氨酯化学和物理性质
聚氨酯(PU)树脂是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。有机异氰酸酯化合物含有高度不饱和键的异氰酸醋基团(NCO，结构式（-N=C=O)，因而化