知识点三--芳纶纤维综述课件.ppt

知识点二知识点二 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料v3.1 3.1 芳纶纤维芳纶纤维概述概述v3.2 3.2 芳纶纤维的结构与性能芳纶纤维的结构与性能v3.3 3.3 芳纶芳纶纤维纤维在产业用纺织品中的应用在产业用纺织品中的应用v3.4 3.4 芳纶应用技术芳纶应用技术主要内容主要内容知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料芳纶纤维芳纶纤维 诞生于诞生于20世纪世纪60年代末年代末 冷战冷战结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料结束后，芳纶作为高技术含量的纤维材料大量用于大量用于民用领域民用领域。与锦纶的不同：与锦纶的不同：构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是构成锦纶的高聚物大分子中连接酰胺基的是脂肪链脂肪链；芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香族聚酰胺纤维中连接酰胺基的是芳香环或芳香环的芳香环或芳香环的衍生物衍生物。3.1 3.1 芳纶纤维概述芳纶纤维概述知识点二知识点二 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料芳芳纶纶是是一一种种高高科科技技特特种种纤纤维维，具具有有优优良良的的力力学学性性能能，稳稳定定的的化化 学性质和理想的机械性质。学性质和理想的机械性质。定义？定义？芳纶纤维有两大类：芳纶纤维有两大类：全芳族聚酰胺纤维全芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维和杂环芳族聚酰胺纤维根据根据全芳族聚酰胺纤维全芳族聚酰胺纤维化学结构的不同，分为两种主要类型：化学结构的不同，分为两种主要类型：第一类是间位芳纶第一类是间位芳纶（Nomex，芳纶，芳纶1313);第二类是对位芳纶第二类是对位芳纶（Kevlar，芳纶，芳纶1414)。知识点二知识点二 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料8.1 8.1 主要品种主要品种芳纶芳纶14141414（PPTAPPTA纤维）纤维）全称：聚对苯二甲酰全称：聚对苯二甲酰对苯二胺纤维对苯二胺纤维分子结构式：分子结构式：合成：合成：由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成缩聚实施方法缩聚实施方法：工业常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法工业常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法高分子材料专业 聚合物复合材料芳纶芳纶13131313全称：聚间苯二甲酰全称：聚间苯二甲酰间苯二胺纤维间苯二胺纤维分子结构式：分子结构式：合成：合成：由间苯二甲酰氯与间苯二胺缩聚而成由间苯二甲酰氯与间苯二胺缩聚而成缩聚实施方法缩聚实施方法：常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法高分子材料专业 聚合物复合材料高分子材料专业 聚合物复合材料一一.间位芳纶间位芳纶间间位位芳芳纶纶（芳芳纶纶13131313）性性能能中中突突出出特特点点是是耐耐热热性性好好，阻阻燃燃和和耐耐磨磨蚀蚀性性，且且对对漂漂白白剂剂、还还原原剂剂、有有机机溶溶剂剂等等的的稳稳定定性性很很好好，并并具具有有良良好好的的抗抗辐辐射性能。射性能。不不足足之之处处：染染色色困困难难。强强度度、模模量量低。低。3.2 3.2 芳纶纤维的结构与性能芳纶纤维的结构与性能知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料二二.对位芳纶对位芳纶对对位位芳芳纶纶（芳芳纶纶14141414）性性能能中中突突出出特特点点是是高高强强度度和和高高模模量量，稳稳定定性性很很好好，在在高高温温下下仍仍能能保保持持较较高高的的强强度度，密密度度低低，减减展展性性优优良良，且且具具有有耐耐磨磨，耐耐冲冲击击，抗抗疲疲劳劳，低低膨膨胀胀，低低导导热热，不不燃燃，不不熔熔等等突突出出的的热热性性能能以以及及优优良良的的介介电性能。电性能。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料 产产业业用用纺纺织织品品也也称称为为技技术术性性纺纺织织品品，是是专专门门设设计计的的、具具有有工工程程结结构构的的纺纺织织品品，一一般般用用于于非非纺纺织织行行业业中中的的产产品品、加加工工过过程或公共设施。程或公共设施。依据定义用于以下三个方面：依据定义用于以下三个方面：1.作为加工其它产品的一个组成部分；作为加工其它产品的一个组成部分；2.作为加工其它产品过程中使用的一个部件；作为加工其它产品过程中使用的一个部件；3.单独使用来执行一种或几种功能。单独使用来执行一种或几种功能。3.3 3.3 芳纶在产业用纺织品中的应用芳纶在产业用纺织品中的应用高分子材料专业 聚合物复合材料知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维芳芳纶纶纤纤维维是是一一种种耐耐高高温温、高高强强、高高模模量量的的高高性性能能纤纤维维，兼兼有有无无机机纤纤维维的的机机械械性性能能和和有有机机纤纤维维的的加加工工性性能能，具具有有极极好好的的耐耐化化学学腐腐蚀蚀性性，耐耐辐辐射射性性，耐耐疲疲劳劳性性，尺尺寸寸稳稳定定性性等等优优良性能良性能。芳芳纶纶成成为为安安全全防防护护、复复合合材材料料、过过滤滤、摩摩擦擦密密封封、电电子子、运运输输工工具具、体体育育器器材材及及建建筑筑、国国防防军军事事等等各各种种领领域域的的新新型型材料。材料。3.3 3.3 芳纶在产业用纺织品中的应用芳纶在产业用纺织品中的应用高分子材料专业 聚合物复合材料知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维芳纶纤维的应用领域示意图 高分子材料专业 聚合物复合材料一一.增强材料增强材料（1 1）在航空航天领域中的应用在航空航天领域中的应用对对位位芳芳纶纶具具有有密密度度低低、强强度度高高、耐耐烧烧蚀蚀性性能能好好，可可用用于于制制造造导导弹弹固固体体火火箭箭发发动动机机壳壳体体，以以及及可可与与碳碳纤纤维维复复合合制制造造飞飞机机、航航天天器器的的机机身身、主主翼翼、尾尾翼翼、控控制制线线防防护护管管等等。芳芳纶纶作作宇宇航航服服的的隔隔热热层层、飞飞行行服服、飞飞机机隔音层等。隔音层等。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维（2 2）在在舰艇、汽车、舰艇、汽车、运动器材领运动器材领域的应用域的应用 利用芳纶低密度、高强、耐高温、利用芳纶低密度、高强、耐高温、耐疲劳等特性，制作运动条件苛耐疲劳等特性，制作运动条件苛刻的拳击手套，登山鞋靴，赛车刻的拳击手套，登山鞋靴，赛车车体，车体，舰艇车体、舰艇车体、赛马头盔等，赛马头盔等，也可用于制作网球拍，滑雪板，也可用于制作网球拍，滑雪板，滑雪捍雪橇，弓箭，弓弦，钓鱼滑雪捍雪橇，弓箭，弓弦，钓鱼杆，风筝骨架和高尔夫球棍等。杆，风筝骨架和高尔夫球棍等。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料（3 3）在在建建筑筑结结构构加加固固工工程程中应用的领域中应用的领域 芳芳纶纶布布是是一一种种理理想想的的建建筑筑工工程程加加固固材材料料主主要要是是桥桥梁梁、民民用用建建筑筑、工工业业厂厂房房、柱柱子子、砌砌体体、烟烟囱囱、水水塔塔、地地铁铁隧隧道的加固。道的加固。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料二二.在安全防护中的应用在安全防护中的应用利利用用间间位位芳芳纶纶纤纤维维的的耐耐高高温温、阻阻燃燃性性能能不不熔熔融融，对对位位芳芳纶纶纤纤维维的高强度、耐高温燃、无热收缩性能开发安全防护用纺织品。的高强度、耐高温燃、无热收缩性能开发安全防护用纺织品。（1 1）防弹制品）防弹制品 芳芳纶纶制制作作的的防防弹弹背背心心，防防弹弹头头盔盔具具有有重重量量轻轻、体体积积小小防防弹弹效效能能高高，舒舒适适性性好好，可可取取代代老老式式罐罐形形钢钢盔盔和和尼尼龙龙背背心心的的。芳芳纶纶复复合合材材料料装装甲甲板板，广广泛泛用用于于防防弹弹装装甲甲车车，防防弹运钞车，防弹头盔上。弹运钞车，防弹头盔上。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维QGFQGF 0202防弹头盔防弹头盔（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）（采用我国自行研制的芳纶纤维制造的）知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料（2 2）耐高温防火、阻燃）耐高温防火、阻燃面料面料芳纶和其他纤维混纺，制芳纶和其他纤维混纺，制成具有耐高温防火、阻燃成具有耐高温防火、阻燃等多功能防护面料，用于等多功能防护面料，用于石油、化工、消防、冶炼、石油、化工、消防、冶炼、防火隔热、军队等。防火隔热、军队等。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料（3 3）机械损伤防护）机械损伤防护采用对位芳纶与高强聚乙烯、采用对位芳纶与高强聚乙烯、不锈钢丝等材料复合，开发不锈钢丝等材料复合，开发生产防割、防穿刺、防撕裂生产防割、防穿刺、防撕裂等防机械损伤纺织品，主要等防机械损伤纺织品，主要用于建筑、林业、金属加工、用于建筑、林业、金属加工、树木修剪等行业。树木修剪等行业。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料三三.在橡胶工业中的应用在橡胶工业中的应用芳芳纶纶具具有有良良好好的的耐耐高高低低温温性性能能、热热稳稳定定性性、还还具具有有尺尺寸寸稳稳定定性性好好、耐耐疲疲劳劳、耐耐腐腐蚀蚀等等特特点点，这这正正是是是是橡橡胶胶产产品品增增强强骨骨架架材料所需要理想材料。材料所需要理想材料。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料四四.在涂覆织物制品中的应用在涂覆织物制品中的应用芳芳纶纶涂涂覆覆织织物物强强力力和和撕撕裂裂强强度度比比锦锦纶纶和和聚聚酯酯涂涂覆覆织织物物至至少少高高出出2 2倍倍，其其伸伸长长率率更更小小，可可有有效效减减小小产产品品的的质质量量和和厚厚度度，同同时时具具有有较较好好的的耐耐刺刺穿穿、耐耐疲疲劳劳和和耐耐燃燃性性能能。可可用用于于充充气气橡橡胶胶制制品品、系系留留气气球球、贮运容器。贮运容器。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料五五.在电子电气材料领域中的在电子电气材料领域中的应用应用芳芳纶纶纤纤维维具具有有优优异异的的力力学学性性能能，电电绝绝缘缘性性能能、高高低低温温下下尺尺寸寸稳稳定定，较较低低的的介介电电性性能能。在在电电子子领领域域是是替替代代传传统统纤纤维维的的理理想想材材料料。可可用用在在特特种种印印刷刷电电路路基基板板、雷雷达达天天线线罩罩、雷雷达达天天线线功功能能结结构构部部件件以以及及其其它它电电工工材材料领域。料领域。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料六六.在高温过滤材料中的应用在高温过滤材料中的应用间位芳纶主要应用于经彻底脱硫的间位芳纶主要应用于经彻底脱硫的循环流化床锅炉或含硫极低的烟气循环流化床锅炉或含硫极低的烟气过滤场合；过滤场合；对位芳纶是处理高温腐蚀性气体的对位芳纶是处理高温腐蚀性气体的良好材料，国外除在各种工业炉窑良好材料，国外除在各种工业炉窑烟气净化中普遍应用外，在燃煤锅烟气净化中普遍应用外，在燃煤锅炉烟气净化方面也已取得满意效果。炉烟气净化方面也已取得满意效果。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料七七.芳纶绳带芳纶绳带芳芳纶纶可可用用于于制制作作的的绳绳带带具具有有高高强强、防防火火、防防割割、耐耐腐腐蚀蚀功功能能，用用在在消消防防、安安全全、海海洋洋等等方方面面。如如消消防防带带、逃逃生生绳索、降落伞绳，海上油田用的支撑绳等。绳索、降落伞绳，海上油田用的支撑绳等。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料八八.石棉替代品石棉替代品石棉对环境、人体危害严重，在医药、食品加工领域，有关石棉对环境、人体危害严重，在医药、食品加工领域，有关部门早已禁止使用石棉盘根、石棉橡胶板等密封件，而芳纶部门早已禁止使用石棉盘根、石棉橡胶板等密封件，而芳纶性能优秀且环保，可替代石棉用作密封、耐温、隔热材料。性能优秀且环保，可替代石棉用作密封、耐温、隔热材料。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料一一.纺纱技术纺纱技术由于芳纶纤维的模量相对其他合成纤维大，强力高、短纤维由于芳纶纤维的模量相对其他合成纤维大，强力高、短纤维无卷曲及其内在结构的特性、在纺纱过程中纤维摩擦静电较无卷曲及其内在结构的特性、在纺纱过程中纤维摩擦静电较大、在受到机械外力的作用时极易时纤维原纤化，形成大量大、在受到机械外力的作用时极易时纤维原纤化，形成大量的棉结等纱疵，影响纱线质量。的棉结等纱疵，影响纱线质量。3.4 3.4 芳纶应用技术芳纶应用技术高分子材料专业 聚合物复合材料知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维提高纺纱质量的措施提高纺纱质量的措施消除纺纱静电：消除纺纱静电：（1）在纤维中加入防静电油剂对纤维进行防静电前处理。）在纤维中加入防静电油剂对纤维进行防静电前处理。（2）降低设备速度、减少摩擦使生产中尽量少的产生静电）降低设备速度、减少摩擦使生产中尽量少的产生静电（3）采用专用纺纱器材，防止、减少静电的产生。）采用专用纺纱器材，防止、减少静电的产生。（4）提高环境湿度、使纺纱中产生的静电尽快的释放。）提高环境湿度、使纺纱中产生的静电尽快的释放。防止纤维原纤化：防止纤维原纤化：（1）降低车速、减少纤维受到的力度。）降低车速、减少纤维受到的力度。（2）选择合理的器材，防止纤维受到过多的打击次数。）选择合理的器材，防止纤维受到过多的打击次数。（3）采用小定量工艺、防止纤维塞堵、相互摩擦。）采用小定量工艺、防止纤维塞堵、相互摩擦。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料二.织造技术芳芳纶纶纤纤维维的的刚刚性性大大、强强力力较较高高在在织织造造中中纱纱线线的的毛毛羽羽将将相相互互交交缠缠、和和综综丝丝、钢钢筘筘交交缠缠严严重重织织造造效效率率，特特别别是是在在芳芳纶纶高高密产品。密产品。另另一一方方面面，新新型型织织机机都都是是分分段段引引纬纬，每每纬纬的的准准确确切切断断对对织织造造非非常常重重要要，而而芳芳纶纶具具有有高高强强高高模模特特性性，普普通通剪剪刀刀不不能能持持续正确的切断芳纶纱线。续正确的切断芳纶纱线。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料减小织造难度的措施减小织造难度的措施纱线毛羽防止：纱线毛羽防止：（1 1）浆纱：）浆纱：芳纶浆纱要使毛羽贴服，必须要有较高的上浆芳纶浆纱要使毛羽贴服，必须要有较高的上浆率，且浆料的耐磨性也要好一些。率，且浆料的耐磨性也要好一些。工艺原则：工艺原则：“高浓、中粘、先高、再低压高浓、中粘、先高、再低压”；浆料成分：浆料成分：PVAPVA、丙烯酸、变性淀粉及其它助剂。、丙烯酸、变性淀粉及其它助剂。（2 2）器材：综丝、钢筘采用和纱线摩擦较小的器材。）器材：综丝、钢筘采用和纱线摩擦较小的器材。纱线的切断：纱线的切断：采用专用（氧化合金）剪纬、边剪剪刀。采用专用（氧化合金）剪纬、边剪剪刀。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料三.芳纶改性v芳纶表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，同时纤维芳纶表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，同时纤维结构中的高结晶度使得纤维表面光滑，影响其与基体间的结构中的高结晶度使得纤维表面光滑，影响其与基体间的粘结性能。粘结性能。v为发挥芳纶优异的增强性能，必须对芳纶进行改性，改善为发挥芳纶优异的增强性能，必须对芳纶进行改性，改善芳纶表面粘结性能，增强与基材界面的结合状况。芳纶表面粘结性能，增强与基材界面的结合状况。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料（一）芳纶与橡胶粘合的处理和加工 目前芳纶与橡胶粘合采用的处理方法：目前芳纶与橡胶粘合采用的处理方法：纤维表面粘合活化；纤维表面粘合活化；直接粘合工艺；直接粘合工艺；改性体系一次浸渍法；改性体系一次浸渍法；两次浸渍工艺。两次浸渍工艺。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料（二）芳纶表面改性方法化学改性法：化学改性法：可可使使纤纤维维表表面面取取向向度度降降低低或或使使纤纤维维表表面面增增加加一一定定数数量量的的活活性性基基团团如如 -COOH、-OH、-NH、C=O 等等，这这些些基基团团可可与与基基体间形成反应性共价键结合，从而提高复合材料的结合强度。体间形成反应性共价键结合，从而提高复合材料的结合强度。常用化学改性法有：常用化学改性法有：偶联剂改性；偶联剂改性；表面刻蚀法改性；表面刻蚀法改性；表面接枝法。表面接枝法。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料物理改性法：物理改性法：利用物理技术，使纤维表面变得更为粗糙，增加纤维表面活性，利用物理技术，使纤维表面变得更为粗糙，增加纤维表面活性，纤维表面积增大，从而增加纤维与聚合物基体间的摩擦力，提纤维表面积增大，从而增加纤维与聚合物基体间的摩擦力，提高界面间粘附性。高界面间粘附性。常用物理改性方法有：常用物理改性方法有：等离子等离子体体改性；改性；超声波改性；超声波改性；高能射线改性。高能射线改性。知识点三知识点三 芳纶纤维芳纶纤维高分子材料专业 聚合物复合材料