有机增强纤维---有机纤维

  近年来在纤维增强材料领域中,有机纤维越来越受到重视。例如芳纶纤维就是一种有机纤维,其商品名为开夫拉(Kevlar), 70年代初由美国杜邦公司先推出“ Kevlar29”芳纶纤维。因为它具有高度的取向梯形结构,纤维弹性模量高,断裂伸长大,即成为复合材料的重要增强材料而得到广泛应用。
芳纶纤维的主要原料是芳族聚酰胺,通常采用熔融纺丝法进行生产。根据芳族聚酰胺聚
  合体的形状不同分为切片纺丝及熔体直接纺丝,常用的纺丝设备是炉栅和挤压机纺丝法。
  炉栅纺丝是将芳族聚酰胺切片放在一加热螺旋形蛇管―――炉栅上熔融形成熔体,然后把这种熔体引入放在炉栅下面的齿轮泵压出喷丝板,即形成无限的长丝。从喷丝板出来的丝通过纺丝套筒在空气中凝固,然后绕在一个筒子上。
  挤压纺丝法,分为加料、熔融、压缩、计量、成型等工序,其工作原理类似塑料成型用螺杆挤
压机。每台挤压纺丝机可供6-8个纺丝位,料在挤压机中停留时间短,再生低分子物少,不需要水洗,产量大成本低,这种方法目前认为比较先进。
  复合材料中用的多的芳纶纤维是Kevlar49。但在复合材料使用中发现,其吸水性较强,用其增强的复合材料制件的力学性能和尺寸稳定性都受到明显的影响。近杜帮公司又推出一种牌号为Kevlar149的新型芳纶纤维,其大特点是弹性模量高,吸水率低。其性能见下表:


  从分子结构看: Kevlar49和Kevlar149都是对位芳族聚酰胺, X射线分析表明,尽管Kevlar49中的分子已高度取向结晶,但仍有一些有规律的分子无秩序排列,称为轴向皱折。而Kevlar149中的结晶有序程度又有提高,横向缺陷也明显减少。用扫描电镜观察了Kevlar149的断口,可以观察到微细晶粒的径向结构,无明显的微纤和皱折,也不存在明显的皮芯结构层次。Kevlar较高的密度值也证明了其内部排列有序性大大提高。从理论上分析,如果所有芳族聚
酰胺分子都理想地取向结晶,则纤维模量可达220GPa,目前Kevlar149的某些样品中,测得的模量值已达207GPa。
  芳纶Kevlar149/环氧单向复合材料的力学性能见下表:

  从表中数据可以看到Kevlar149增强复合材料的拉伸模量、压缩模量和弯曲模量均比相应的Kevlar49增强材料的高。
  由于芳纶纤维具有优良的性能,特别适合和碳纤维混杂使用,用来提高构件的冲击性能这种新材料将会在航天、宇宙飞船、交通运输、压力容器和文娱、体育用品等复合材料中得到广泛应用。