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1、Advance material chemistry PKU,KEVLAR纤维,2021/5/3,1,Kevlar纤维的开发 Kevlar纤维的性能 Kevlar纤维的应用,Outline,Kevlar纤维的力学性能 Kevlar纤维的热性能 Kevlar纤维的化学稳定性,2021/5/3,2,1960年代，尼龙和聚酯代表合成纤维的先进水平 为达到最大韧性（断裂强度），聚合物分子需呈伸展链结构 柔性分子链尼龙和聚酯只能在熔融纺丝之后通过机械拉伸来达到次效果 并非分子链在固相解缠并取向，韧性远达不到理论水平,Kevlar纤维的开发,聚对苯二甲酸乙二酯,尼龙66,2021/5/3,3,1965年，
2、Stephanie Kwolek与众人开发了一种新的生产方法 聚合物链几乎完整的伸展性 聚对苯甲酰胺分子主链具有简单的重复性能形成液晶溶液 主链是苯环的对位形成棒状分子结构 发展成Kevlar（聚对苯二甲酰对苯二胺，PPTA）,Kevlar纤维的开发,Kevlar 的发明者：Stephanie Kwolek,Kevlar分子结构,2021/5/3,4,对苯二甲酰氯 对苯二甲胺,液晶态棒状聚合物与柔性可熔融聚合物之间的区别 柔性链：无规卷曲构型，溶液浓度增加，无序性不会提高 刚性链：浓度增加，形成平行的排列结构；内部聚合物分子链高度有序相畴出现（相畴之间无规律排列） 溶液经过喷丝头时，剪切力作用
3、下，相畴完全沿着剪切方向，几乎完美分子取向,Kevlar纤维的开发,柔性聚合物物和刚性聚合物在纺丝过程中的差别,2021/5/3,5,Kevlar纤维的化学结构是长链状聚酰胺，刚硬的直线状分子链纤维 沿纤维方向是强共价键，横向是弱的氢键 纤维性能各向异性，轴向强度及刚度高而横向强度低 芳环，高的刚度，并使聚合物链呈伸展态，形成棒状结构，因而纤维具有高的模量（应力与应变之比） 线性,具有高的填充能力,高密度高强度，同时芳环结构也使得纤维具有好的化学稳定性,Kevlar纤维的性能,氢键共平面辐射状排列堆砌形成的氢键面重叠体,2021/5/3,6,几种常见纤维的力学性能比较 Kevlar纤维具有强度
4、高、弹性模量高、韧性好和比重小等的优点,Kevlar纤维的力学性能,2021/5/3,7,Kevlar不会融化 空气中分解温度约427C至482C （分解温度随不同升温速率和暴露时间而不同） 温度升高，重量会立即下降，由于水挥发的原因,Kevlar纤维的热性能,10C/min升温速率时，Kevlar 49在空气中的热失重分析曲线（TGA）,2021/5/3,8,Kevlar纤维有一定的化学稳定性，但强水溶性酸、碱以及次氯酸钠中，尤其是高温下长期作用会分解,Kevlar纤维的化学稳定性,2021/5/3,9,同等PH值下，酸性比碱性造成降解更严重 PH6、7最大,Kevlar纤维的化学稳定性,高
5、温强度损失,Kevlar 在154C的不同PH值水蒸气中的水解稳定性,Kevlar 29在138C的饱和水蒸气中不同暴露时间的水解稳定性,2021/5/3,10,工业安全防护 Kevlar 提供热防护、切割防护和磨损防护 高温下依然有很好的强度，因此适用于在高温应用中使用的手套和连指手套 具有固有阻燃性，并且不会熔融，这一点不同于尼龙、聚酯材料和聚乙烯材料,Kevlar纤维的应用,2021/5/3,11,执法人员防弹衣 Kevlar纤维呈韧性断裂，断裂前纤维有明显的缩颈 其防弹背心的工作原理是织物形成的多层网“抓住”子弹 不同的Kevlar织物将针对特定的威胁，织物中的不同层面也将具有不同的作
6、用。不管是抵挡飞速的子弹，还是用于阻止利器的戳刺。,Kevlar纤维的应用,2021/5/3,12,飞行器减重中的应用 杜邦 Nomex和Kevlar制成的蜂窝复合材料 出色的强度重量比，帮助实现至关重要的成本效益提升，比如节约能源，增加有效载荷 常与碳纤维混杂，提高复合材料的冲击韧性,Kevlar纤维的应用,2021/5/3,13,体育用品 Kevlar纤维强度和轻质只是最基本的优势，其韧性使得织物能经受起反复的损伤 减少振动传递，并可维持变形而不断裂 由于其延展性有助于预防破碎，以致常见于碳复合材料和玻璃纤维中，因而在高冲击情形中更加可靠,Kevlar纤维的应用,Adidas Freak
7、x Kevlar STAND Cleat 为黑人历史月所推出的橄榄球鞋,Kevlar纤维使拍弦不易被拉长，可减少断弦,2021/5/3,14,耐用的个人电子设备 防弹材料、耐热阻燃、抗静电、耐侵蚀 线材更轻、更细、柔软、强韧,Kevlar纤维的应用,2021/5/3,15,Kevlar纤维的应用,2021/5/3,16,conclusion,2021/5/3,17,Thank you for attention,参考资料：1.Kevlar 产品技术手册 2. nonwovens/fibers/brands/kevlar.html,感谢孟老师给予的机会 感谢小组成员的交流指导,2021/5/3,18,