8碳纖維8.1概述8.2碳纖維的分類與制造8.3碳纖維的結構與性能8.4碳纖維的表面處理8碳纖維8.1概述8.2碳纖維的分類與制造8.3碳纖碳纖維概念碳纖維的制作方法以聚丙烯腈(PAN)為原料制造的碳纖維碳纖維的表面處理碳纖維概念碳纖維由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣氛中經高溫(1500oC)碳化而成的纖維狀碳化合物，其碳含量在90%以上。碳纖維由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣氛制造的方法：將有機纖維經過穩定化處理變成耐焰纖維，然后再在惰性氣氛中于高溫下進行焙燒碳化，使有機纖維失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳為主要成分的纖維狀物。此法用于制造連續長纖維。氣相法在惰性氣氛中將小分子有機物(如烴或芳烴等）在高溫下沉積成纖維。此法用于制造晶須或短纖維，不能用于制造長纖維。有機纖維碳化法制造的方法：將有機纖維經過穩定化處理變成耐焰纖以聚丙烯腈（PAN）為原料制造的碳纖維預氧化：200℃～300℃的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進行PAN原絲制備碳纖維的過程分為三個階段：以聚丙烯腈（PAN）為原料制造的碳纖維預氧化：200℃～30PAN的Tg低于100℃，分解前會軟化熔融，不能直接在惰性氣體中進行碳化。先在空氣中進行預氧化處理，使PAN的結構轉化為穩定的梯形六元環結構，就不易熔融。另外，當加熱足夠長的時間，將產生纖維吸氧作用，形成PAN纖維分子間的化學鍵合。進行預氧化處理的原因：PAN的Tg低于100℃，分解前會軟化熔融，在400℃～1900℃的惰性氣氛中進行，碳纖維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等非碳元素，改變了原PAN纖維的結構，形成了碳纖維。碳化收率40％~45％，含碳量95%左右。碳化：在400℃～1900℃的惰性氣氛中進行，碳纖碳纖維的制作過程課件碳纖維的制作過程課件在2500℃～3000℃的溫度下，密封裝置，施加壓力，保護氣體中進行。目的是使纖維中的結晶碳向石墨晶體取向，使之與纖維軸方向的夾角進一步減小以提高碳纖維的彈性模量。石墨化在2500℃～3000℃的溫度下，密封裝置，施碳纖維的表面處理表面處理目的：提高碳纖維增強復合材料中碳纖維與基體的結合強度。途徑：

清除表面雜質；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，從類石墨層面改性成碳狀結構以增加表面能；引進具有極性或反應性官能團；形成能與樹脂起作用的中間層。碳纖維的表面處理表面處理目的：提高碳纖維增強復1.表面清潔法2.氣相氧化法3.液相氧化法4.表面涂層法1.表面清潔法2.氣相氧化法3.液相氧化法4.表面涂原因：液相時只氧化纖維表面，而氣相氧化劑可能滲透較深，尤其在表面有微裂和缺陷處。但液相氧化多為間歇操作，處理時間長，操作繁雜，難以和碳纖維生產線直接相連接。液相氧化法與氣相氧化法比較：液相氧化的效果比氣相氧化法好，條件適當時，復合材料的剪切強度可增加1倍以上，而纖維的強度僅略有下降。原因：液相時只氧化纖維表面，而氣相氧化劑可能滲透較深，尤其在10芳綸纖維10.1概述10.2芳綸纖維的結構與特性10.3芳綸纖維的制造10.4凱芙拉纖維的制品10.5

芳綸纖維及其復合材料的應用10芳綸纖維10.1概述10.2芳綸纖維的結構與特性1高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度芳綸纖維：芳香族聚酰胺類纖維的通稱，國外商品牌號為凱芙拉(Kevlar)纖維(美國杜邦公司1968年開始研究，1973年研制成功)，我國命名為芳綸纖維。特點：10.1概述高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度芳綸纖維：芳綸纖維的歷史很短，發展很快。1968年美國杜邦公司開始研制。1972年以B纖維為名發表了專利并提供產品。1972年又研制了以PRD--49命名的纖維。1973年正式登記的商品名稱為ARAMID纖維。ARAMID纖維包括三種牌號的產品，并重改名稱。PRD--49--IV改稱為芳綸--29；PRD--49--III改稱為芳綸--49；B纖維改稱為芳綸。主要用于繩索、電纜、涂漆織物、帶和帶狀物，以及防彈背心等。用于航空、宇航、造船工業的復合材料制件。主要用于橡膠增強，制造輪胎、三角皮帶、同步帶等芳綸纖維的歷史很短，發展很快。ARAMID纖維包括三種牌號的優點（1）不熔融（2）高溫能保持高強度與高彈性模量（3）耐熱、不易燃燒（4）尺寸穩定、幾乎不發生蠕變（5）耐藥性好，在有機溶劑及油中性能不下降（6）耐疲勞性，耐磨性好（7）對放射性線的抵抗性大（8）非導電、且誘電性能優越（9）與無機纖維相比振動吸收性好、減衰速度快優點（1）不熔融缺點(1)壓縮性差，壓縮強度僅有不到拉伸強度的1/5。(2)紫外線照射時強度大幅下降。缺點(1)壓縮性差，壓縮強度僅有不到拉伸強度的1/5。10.2芳綸纖維的結構與特性10.2.1芳綸纖維的結構對位芳香族聚酰胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維芳香族聚酰胺共聚纖維10.2芳綸纖維的結構與特性10.2.1芳綸纖維的結構對(1)聚對苯甲酰胺(聚對胺基苯甲酰)纖維Poly(P-benzamide)簡稱PBA纖維。對位芳香族聚酰胺纖維(1)聚對苯甲酰胺(聚對胺基苯甲酰)纖維Poly(P(2)聚對苯二甲酰對苯二胺纖維Poly(P-Phenleneterephthalamide)簡稱PPTA纖維(2)聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(1)聚間苯二甲酰間苯二胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維(1)聚間苯二甲酰間苯二胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維用途：主要用于易燃易爆環境的工作服，耐高溫絕緣材料，耐高溫的蜂窩結構。特點高溫性能好，高溫下的強度保持率好，以及尺寸穩定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃燒，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化學試劑，絕熱性能也較好。缺點強度和模量低，耐光性較差。用途：主要用于易燃易爆環境的工作服，耐高溫絕緣材料，耐高溫的(2)聚N,N-間苯雙-(間苯甲酰胺)對苯二甲酰胺纖維主要用作抗燃纖維及耐高溫絕緣材料(2)聚N,N-間苯雙-(間苯甲酰胺)對苯二甲酰胺纖維主芳香族聚酰胺共聚纖維為制得更高強度和模量的纖維，改進纖維的耐疲勞性能，采用各種芳環和雜環的二胺和二酰氯，與對苯二酰氯和對苯二胺共聚。尚處于研制和試生產階段。芳香族聚酰胺共聚纖維為制得更高強度和模量的纖芳綸纖維的分子結構芳綸纖維是苯二甲酰與苯二胺的聚合體，經溶解轉為液晶紡絲而成。芳綸纖維的分子結構芳綸纖維是苯二甲酰與苯二胺的聚合體，經分子鏈由苯環和酰胺基按一定規律排列而成，具有良好的規整性。致使芳綸纖維具有高度的結晶性。鍵合在芳香環上剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向是高度定向的，各聚合物鏈是由氫鍵作橫向連結。

沿纖維方向的強共價鍵和橫向弱的氫鍵，造成芳綸纖維力學性能各向異性，即纖維的縱向強度高，而橫向強度低。分子鏈由苯環和酰胺基按一定規律排列而成，具有良好的規整性。致纖維的苯環結構，使它的分子鏈難于旋轉。高聚物分子不能折疊，又呈伸展狀態．形成棒狀結構，從而使纖維具有很高的模量。聚合物的線性結構使分子間排列得十分緊密，在單位體積內可容納很多聚合物分子。這種高的密實性使纖維具有較高的強度。高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度高模量高強度纖維的苯環結構，使它的分子鏈難于旋轉。高聚物苯環結構由于環內電子的共軛作用，使纖維具有化學穩定性，不發生高溫分解。又由于苯環結構的剛性，使高聚物具有晶體的本質，使纖維具有高溫尺寸的穩定性。耐高溫苯環結構由于環內電子的共軛作用，使纖維具有化學10.2.2芳綸纖維的基本性能A、芳綸纖維的力學性能；Ｂ、芳綸纖維的熱穩定性；Ｃ、芳綸纖維的化學性能。10.2.2芳綸纖維的基本性能A、芳綸纖維的力學性能；

芳綸纖維的特點是拉伸強度高，初始模量很高，而延伸率較低。

單絲強度可達3773MPa；254mm長的纖維束的拉伸強度為2744MPa，大約為鋁的5倍。芳綸纖維的拉伸強度約為E玻璃纖維的1.5倍，與碳纖維相當或略高。拉伸模量僅次于碳纖維和硼纖維。A、芳綸纖維的力學性能芳綸纖維的沖擊性能好，大約為石墨纖維的6倍，為硼纖維的3倍，為玻璃纖維0.8倍。芳綸纖維的特點是拉伸強度高，初始模量很高，而延伸率較低。

芳綸纖維的彈性模量高，可達1.27~1.577MPa，比玻璃纖維高一倍，為碳纖維0.8倍。

芳綸纖維的斷裂伸長在3％左右，接近玻璃纖維，高于其他纖維。芳綸纖維的彈性模量高，可達1.27~1.577MP芳綸與各種纖維性能比較芳綸與各種纖維性能比較芳綸纖維的強度和模量高，密度低，因而此種增強纖維有很高的比強度和比模量。各類增強纖維比強度比模量芳綸纖維的強度和模量高，密度低，因而此種增強纖維有很高的比強芳綸細紗在水中浸泡5min，而后在21℃水中測定其拉伸性能，幾乎沒有影響。在88℃水中的強度有所下降，強度保留率為21℃水中的85%。水中的強度保留率高：收縮率和膨脹率小具有良好的耐應力開裂性能，能在很長的時間內保留很大的極限抗拉強度。芳綸細紗在水中浸泡5min，而后在21℃水中測由于芳綸不熔融也不助燃，短時間內暴露在300℃以上，對于強度幾乎沒有影響。在-170℃的低溫下也不會變脆，仍能保持其性能。Ｂ、芳綸纖維的熱穩定性

芳綸纖維有良好的熱穩定性，耐火而不熔，在180℃的溫度下，仍能很好的保持其性能，當溫度達487℃時尚不熔化，但開始碳化。由于芳綸不熔融也不助燃，短時間內暴露在300芳綸細紗和粗紗的熱性能芳綸細紗和粗紗的熱性能和碳纖維一樣，芳綸纖維的熱膨脹系數具有各向異性的特點。如，芳綸纖維的縱向熱膨脹系數在0~100℃時為-2

×

10-6/℃；在100~200℃時為-4×10–6/℃。橫向熱膨脹系數為59×10-6/℃和碳纖維一樣，芳綸纖維的熱膨脹系數具有各向異性的特點。芳綸的濕強度幾乎與干強度相等。對飽和水蒸氣的穩定性，比其它有機纖維好。芳綸對紫外線是比較敏感的。若長期裸露在陽光下，其強度損失很大，因此應加能阻擋紫外光的保護層。Ｃ、芳綸纖維的化學性能

芳綸纖維具有良好的耐介質性能，對中性化學藥品的抵抗力一般是很強的，但易受各種酸堿的侵蝕，尤其是強酸的侵蝕。芳綸的濕強度幾乎與干強度相等。對飽和水蒸氣的KevIar纖維表面缺少化學活性基團，用等離子體空氣或氯氣處理纖維表面，可使Kevlar纖維表面形成一些含氧或含氮的官能團，提高表面活性及表面能，顯著地改善對樹脂的浸潤性和反應性，增加界面粘結強度。KevIar纖維表面缺少化學活性基團，用等芳綸在各種化學藥品中的穩定性芳綸在各種化學藥品中的穩定性碳纖維的制作過程課件10.3芳綸纖維的制造兩個階段第一階段對苯二胺與對苯二甲酸酰氯縮聚成對苯撐對苯二甲酰胺的聚合體。1.聚對苯撐對苯二甲酰胺的聚合10.3芳綸纖維的制造兩個階段第一階段對苯二第二階段聚合體溶解在溶劑中再進行紡絲，制得所需要的纖維材料。第二階段聚合體溶解在溶劑中再進行紡絲，制得所簡單流程圖常選用溶劑：六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基乙酰胺等。為防止對苯二甲酰的水解，反應體系及溶劑中的含水量要嚴格控制。低溫溶液縮聚法，不能用熔融縮聚法原因：聚對苯撐對苯二甲酰胺是剛性鏈分子，分子鏈段的自由旋轉受到阻礙，玻璃化溫度與熔點溫度較高。簡單流程圖常選用溶劑：六甲基磷酰胺、N-甲基吡低溫溶液縮聚法可得到特性粘度大于5的聚合體，但生產效率低。溶劑（HMPA)有毒，因此又發展了氣相縮聚方法。將對苯二胺與對苯酰氯蒸汽保持在325℃，與加熱到200℃的氯氣混合，反應器的溫度保持在202℃到250℃之間，反應后進行冷卻，然后分離可得到聚合物，其特性粘度為3.1。低溫溶液縮聚法可得到特性粘度大于5的聚合體，但生產效率低。溶2.紡絲工藝液晶從宏觀性能上看屬于液體，但從微觀角度或光學角度來研究，又有晶體的性質。液晶是介于固體和液體之間的中間相物質。液晶紡絲工藝液晶分類近晶型向列型膽甾型2.紡絲工藝液晶從宏觀性能上看屬于液體，但近晶型近晶型棒狀分子通過垂直于分子長軸方向的強相互作用，互相平行排列成層狀結構，分子軸垂直于層面。棒狀分子只能在層內活動。近晶型近晶型棒狀分子通過垂直于分子長軸方向的向列型向列型

棒狀分子雖然也平行排列，但長短不一，不分層次，只有一維有序性，在外力作用下發生流動時，棒狀分子易沿流動方向取向，并可流動取向中互相穿越。向列型向列型棒狀分子雖然也平行排列，但長短不膽甾型膽甾型棒狀分子分層平行排列，每個單層內分子排列與向列型相似，相鄰兩層中分子長軸依次有規則地扭轉一定角度，分子長軸在旋轉360o后復原。膽甾型膽甾型棒狀分子分層平行排列，每個單層內分子排列與向列型對于紡絲來說，應用向列態液晶。此種液晶分子溶液在流動取向相中相互穿越，且其粘度比各向同性液體低。聚合物PPTA在溶液中呈一定取向狀態，為一維有序緊密排列，也就是纖維中所希望得到的分子排列。在外界作用下，分子很容易沿作用力方向取向，這就是具有液晶性質的大分子有利于成纖的原因。對于紡絲來說，應用向列態液晶。聚對苯撐對苯二甲酰胺(PPTA)溶于100%的硫酸中，顯示液晶特性PPTA濃硫酸溶液粘度-濃度示意圖濃度增加，溶液粘度增大，達到極大值，超過此極值，濃度再增加，粘度降低，且溶液從各向同性向各向異性轉變(臨近濃度)；達到液晶最大濃度后，濃度再增加，溶液的粘度重又上升。PPTA溶液具有高濃度低粘度的特點與濃度的關系：聚對苯撐對苯二甲酰胺(PPTA)溶于100%的硫酸中，顯示液溫度上升時，液晶溶液的粘度下降，但當粘度降到一個最低值后，溫度再上升，則粘度將大幅度增加，同時溶液由各向異性狀態向各向同性狀態轉變。紡織時要選擇適當的濃度和溫度范圍。可紡區的溫度范圍比較窄與溫度的關系：溫度上升時，液晶溶液的粘度下降，但當粘度降到兩種干噴混紡裝置示意圖高濃度、高溫度的PPTA液晶溶液在較高的噴絲速度下噴絲，噴絲進入溫度低的凝固液浴，在凝固液浴中，經過一個紡絲管，在凝固液的作用下形成絲束，繞到繞絲輥上，再經洗滌，在張力下熱輥上干燥。最后在惰性氣體中于較高的溫度下進行熱處理。干噴濕紡工藝兩種干噴混紡裝置示意圖高濃度、高溫度的PPT10.5芳綸纖維及其復合材料的應用目前，芳綸纖維的總產量43％用于輪胎的簾子線(芳綸--29)，31％用于復合材料，17.5％用于繩索類和防彈衣，8.5％用于其他。以樹脂作為基體，芳綸纖維作為增強相所形成的增強塑料，簡稱KFRP，它在航空航天方面的應用，僅次于碳纖維，成為必不可少的材料。10.5芳綸纖維及其復合材料的應用目前，芳綸纖維的總產作業畫出kevlar纖維的分子結構，解釋芳綸纖維特性與結構之間的關系。作業畫出kevlar纖維的分子結構，解釋芳綸纖維特性與結構之碳纖維的制作過程課件8碳纖維8.1概述8.2碳纖維的分類與制造8.3碳纖維的結構與性能8.4碳纖維的表面處理8碳纖維8.1概述8.2碳纖維的分類與制造8.3碳纖碳纖維概念碳纖維的制作方法以聚丙烯腈(PAN)為原料制造的碳纖維碳纖維的表面處理碳纖維概念碳纖維由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣氛中經高溫(1500oC)碳化而成的纖維狀碳化合物，其碳含量在90%以上。碳纖維由有機纖維或低分子烴氣體原料在惰性氣氛制造的方法：將有機纖維經過穩定化處理變成耐焰纖維，然后再在惰性氣氛中于高溫下進行焙燒碳化，使有機纖維失去部分碳和其他非碳原子，形成以碳為主要成分的纖維狀物。此法用于制造連續長纖維。氣相法在惰性氣氛中將小分子有機物(如烴或芳烴等）在高溫下沉積成纖維。此法用于制造晶須或短纖維，不能用于制造長纖維。有機纖維碳化法制造的方法：將有機纖維經過穩定化處理變成耐焰纖以聚丙烯腈（PAN）為原料制造的碳纖維預氧化：200℃～300℃的氧化氣氛中，原絲受張力情況下進行PAN原絲制備碳纖維的過程分為三個階段：以聚丙烯腈（PAN）為原料制造的碳纖維預氧化：200℃～30PAN的Tg低于100℃，分解前會軟化熔融，不能直接在惰性氣體中進行碳化。先在空氣中進行預氧化處理，使PAN的結構轉化為穩定的梯形六元環結構，就不易熔融。另外，當加熱足夠長的時間，將產生纖維吸氧作用，形成PAN纖維分子間的化學鍵合。進行預氧化處理的原因：PAN的Tg低于100℃，分解前會軟化熔融，在400℃～1900℃的惰性氣氛中進行，碳纖維生成的主要階段。除去大量的氮、氫、氧等非碳元素，改變了原PAN纖維的結構，形成了碳纖維。碳化收率40％~45％，含碳量95%左右。碳化：在400℃～1900℃的惰性氣氛中進行，碳纖碳纖維的制作過程課件碳纖維的制作過程課件在2500℃～3000℃的溫度下，密封裝置，施加壓力，保護氣體中進行。目的是使纖維中的結晶碳向石墨晶體取向，使之與纖維軸方向的夾角進一步減小以提高碳纖維的彈性模量。石墨化在2500℃～3000℃的溫度下，密封裝置，施碳纖維的表面處理表面處理目的：提高碳纖維增強復合材料中碳纖維與基體的結合強度。途徑：

清除表面雜質；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，從類石墨層面改性成碳狀結構以增加表面能；引進具有極性或反應性官能團；形成能與樹脂起作用的中間層。碳纖維的表面處理表面處理目的：提高碳纖維增強復1.表面清潔法2.氣相氧化法3.液相氧化法4.表面涂層法1.表面清潔法2.氣相氧化法3.液相氧化法4.表面涂原因：液相時只氧化纖維表面，而氣相氧化劑可能滲透較深，尤其在表面有微裂和缺陷處。但液相氧化多為間歇操作，處理時間長，操作繁雜，難以和碳纖維生產線直接相連接。液相氧化法與氣相氧化法比較：液相氧化的效果比氣相氧化法好，條件適當時，復合材料的剪切強度可增加1倍以上，而纖維的強度僅略有下降。原因：液相時只氧化纖維表面，而氣相氧化劑可能滲透較深，尤其在10芳綸纖維10.1概述10.2芳綸纖維的結構與特性10.3芳綸纖維的制造10.4凱芙拉纖維的制品10.5

芳綸纖維及其復合材料的應用10芳綸纖維10.1概述10.2芳綸纖維的結構與特性1高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度芳綸纖維：芳香族聚酰胺類纖維的通稱，國外商品牌號為凱芙拉(Kevlar)纖維(美國杜邦公司1968年開始研究，1973年研制成功)，我國命名為芳綸纖維。特點：10.1概述高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度芳綸纖維：芳綸纖維的歷史很短，發展很快。1968年美國杜邦公司開始研制。1972年以B纖維為名發表了專利并提供產品。1972年又研制了以PRD--49命名的纖維。1973年正式登記的商品名稱為ARAMID纖維。ARAMID纖維包括三種牌號的產品，并重改名稱。PRD--49--IV改稱為芳綸--29；PRD--49--III改稱為芳綸--49；B纖維改稱為芳綸。主要用于繩索、電纜、涂漆織物、帶和帶狀物，以及防彈背心等。用于航空、宇航、造船工業的復合材料制件。主要用于橡膠增強，制造輪胎、三角皮帶、同步帶等芳綸纖維的歷史很短，發展很快。ARAMID纖維包括三種牌號的優點（1）不熔融（2）高溫能保持高強度與高彈性模量（3）耐熱、不易燃燒（4）尺寸穩定、幾乎不發生蠕變（5）耐藥性好，在有機溶劑及油中性能不下降（6）耐疲勞性，耐磨性好（7）對放射性線的抵抗性大（8）非導電、且誘電性能優越（9）與無機纖維相比振動吸收性好、減衰速度快優點（1）不熔融缺點(1)壓縮性差，壓縮強度僅有不到拉伸強度的1/5。(2)紫外線照射時強度大幅下降。缺點(1)壓縮性差，壓縮強度僅有不到拉伸強度的1/5。10.2芳綸纖維的結構與特性10.2.1芳綸纖維的結構對位芳香族聚酰胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維芳香族聚酰胺共聚纖維10.2芳綸纖維的結構與特性10.2.1芳綸纖維的結構對(1)聚對苯甲酰胺(聚對胺基苯甲酰)纖維Poly(P-benzamide)簡稱PBA纖維。對位芳香族聚酰胺纖維(1)聚對苯甲酰胺(聚對胺基苯甲酰)纖維Poly(P(2)聚對苯二甲酰對苯二胺纖維Poly(P-Phenleneterephthalamide)簡稱PPTA纖維(2)聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(1)聚間苯二甲酰間苯二胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維(1)聚間苯二甲酰間苯二胺纖維間位芳香族聚酰胺纖維用途：主要用于易燃易爆環境的工作服，耐高溫絕緣材料，耐高溫的蜂窩結構。特點高溫性能好，高溫下的強度保持率好，以及尺寸穩定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃燒，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化學試劑，絕熱性能也較好。缺點強度和模量低，耐光性較差。用途：主要用于易燃易爆環境的工作服，耐高溫絕緣材料，耐高溫的(2)聚N,N-間苯雙-(間苯甲酰胺)對苯二甲酰胺纖維主要用作抗燃纖維及耐高溫絕緣材料(2)聚N,N-間苯雙-(間苯甲酰胺)對苯二甲酰胺纖維主芳香族聚酰胺共聚纖維為制得更高強度和模量的纖維，改進纖維的耐疲勞性能，采用各種芳環和雜環的二胺和二酰氯，與對苯二酰氯和對苯二胺共聚。尚處于研制和試生產階段。芳香族聚酰胺共聚纖維為制得更高強度和模量的纖芳綸纖維的分子結構芳綸纖維是苯二甲酰與苯二胺的聚合體，經溶解轉為液晶紡絲而成。芳綸纖維的分子結構芳綸纖維是苯二甲酰與苯二胺的聚合體，經分子鏈由苯環和酰胺基按一定規律排列而成，具有良好的規整性。致使芳綸纖維具有高度的結晶性。鍵合在芳香環上剛硬的直線狀分子鍵在纖維軸向是高度定向的，各聚合物鏈是由氫鍵作橫向連結。

沿纖維方向的強共價鍵和橫向弱的氫鍵，造成芳綸纖維力學性能各向異性，即纖維的縱向強度高，而橫向強度低。分子鏈由苯環和酰胺基按一定規律排列而成，具有良好的規整性。致纖維的苯環結構，使它的分子鏈難于旋轉。高聚物分子不能折疊，又呈伸展狀態．形成棒狀結構，從而使纖維具有很高的模量。聚合物的線性結構使分子間排列得十分緊密，在單位體積內可容納很多聚合物分子。這種高的密實性使纖維具有較高的強度。高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、低密度高模量高強度纖維的苯環結構，使它的分子鏈難于旋轉。高聚物苯環結構由于環內電子的共軛作用，使纖維具有化學穩定性，不發生高溫分解。又由于苯環結構的剛性，使高聚物具有晶體的本質，使纖維具有高溫尺寸的穩定性。耐高溫苯環結構由于環內電子的共軛作用，使纖維具有化學10.2.2芳綸纖維的基本性能A、芳綸纖維的力學性能；Ｂ、芳綸纖維的熱穩定性；Ｃ、芳綸纖維的化學性能。10.2.2芳綸纖維的基本性能A、芳綸纖維的力學性能；

芳綸纖維的特點是拉伸強度高，初始模量很高，而延伸率較低。

單絲強度可達3773MPa；254mm長的纖維束的拉伸強度為2744MPa，大約為鋁的5倍。芳綸纖維的拉伸強度約為E玻璃纖維的1.5倍，與碳纖維相當或略高。拉伸模量僅次于碳纖維和硼纖維。A、芳綸纖維的力學性能芳綸纖維的沖擊性能好，大約為石墨纖維的6倍，為硼纖維的3倍，為玻璃纖維0.8倍。芳綸纖維的特點是拉伸強度高，初始模量很高，而延伸率較低。

芳綸纖維的彈性模量高，可達1.27~1.577MPa，比玻璃纖維高一倍，為碳纖維0.8倍。

芳綸纖維的斷裂伸長在3％左右，接近玻璃纖維，高于其他纖維。芳綸纖維的彈性模量高，可達1.27~1.577MP芳綸與各種纖維性能比較芳綸與各種纖維性能比較芳綸纖維的強度和模量高，密度低，因而此種增強纖維有很高的比強度和比模量。各類增強纖維比強度比模量芳綸纖維的強度和模量高，密度低，因而此種增強纖維有很高的比強芳綸細紗在水中浸泡5min，而后在21℃水中測定其拉伸性能，幾乎沒有影響。在88℃水中的強度有所下降，強度保留率為21℃水中的85%。水中的強度保留率高：收縮率和膨脹率小具有良好的耐應力開裂性能，能在很長的時間內保留很大的極限抗拉強度。芳綸細紗在水中浸泡5min，而后在21℃水中測由于芳綸不熔融也不助燃，短時間內暴露在300℃以上，對于強度幾乎沒有影響。在-170℃的低溫下也不會變脆，仍能保持其性能。Ｂ、芳綸纖維的熱穩定性

芳綸纖維有良好的熱穩定性，耐火而不熔，在180℃的溫度下，仍能很好的保持其性能，當溫度達487℃時尚不熔化，但開始碳化。由于芳綸不熔融也不助燃，短時間內暴露在300芳綸細紗和粗紗的熱性能芳綸細紗和粗紗的熱性能和碳纖維一樣，芳綸纖維的熱膨脹系數具有各向異性的特點。如，芳綸纖維的縱向熱膨脹系數在0~100℃時為-2

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10-6/℃；在100~200℃時為-4×10–6/℃。橫向熱膨脹系數為59×10-6/℃和碳纖維一樣，芳綸纖維的熱膨脹系數具有各向異性的特點。芳綸的濕強度幾乎與干強度相等。對飽和水蒸氣的穩定性，比其它有機纖維好。芳綸對紫外線是比較敏感的。若長期裸露在陽光下，其強度損失很大，因此應加能阻擋紫外光的保護層。Ｃ、芳綸纖維的化學性能

芳綸纖維具有良好的耐介質性能，對中性化學藥品的抵抗力一般是很強的，但易受各種酸堿的侵蝕，尤其是強酸的侵蝕。芳綸的濕強度幾乎與干強度相等。對飽和水蒸氣的KevIar纖維表面缺少化學活性基團，用等離子體空氣或氯氣處理纖維表面，可使Kevlar纖維表面形成一些含氧或含氮的官能團，提高表面活性及表面能，顯著地改善對樹脂的浸潤性和反應性，增加界面粘結強度。KevIar纖維表面缺少化學活性基團，用等芳綸在各種化學藥品中的穩定性芳綸在各種化學藥品中的穩定性碳纖維的制作過程課件10.3芳綸纖維的制造兩個階段第一階段對苯二胺與對苯二甲酸酰氯縮聚成對苯撐對苯二甲酰胺的聚合體。1.聚對苯撐對苯二甲酰胺的聚合10.3芳綸纖維的制造兩個階段第一階段對苯二第二階段聚合體溶解在溶劑中再進行紡絲，制得所需要的纖維材料。第二階段聚合體溶解在溶劑中再進行紡絲，制得所簡單流程圖常選用溶劑：六甲基磷酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基乙酰胺等。為防止對苯二甲酰的水解，反應體系及溶劑中的含水量要嚴格控制。低溫溶液縮聚法，不能用熔融縮聚法原因：聚對苯撐對苯二甲酰胺是剛性鏈分子，分子鏈段的自由旋轉受到阻礙，玻璃化溫度與熔點溫度較高。簡單流程圖常選用溶劑：六甲基磷酰胺、N-甲基吡低溫溶液縮聚法可得到特性粘度大于5的聚合體，但生產效率低。溶劑（HMPA)有毒，因此又發展了氣相縮聚方法。將對苯二胺與對苯酰氯蒸汽保持在325℃，與加熱到200℃的氯氣混合，反應器的溫度保持在202℃到250℃之間，反應后進行冷卻，然后分離可得到聚合物，其特性粘度為3.1。低溫溶液縮聚法可得到特性粘度大于5的聚合體，但生產效率低。溶2.紡絲工藝