有機增強纖維---有機纖維

  近年來在纖維增強材料領域中,有機纖維越來越受到重視。例如芳綸纖維就是一種有機纖維,其商品名為開夫拉(Kevlar), 70年代初由美國杜邦公司先推出“ Kevlar29”芳綸纖維。因為它具有高度的取向梯形結構,纖維彈性模量高,斷裂伸長大,即成為復合材料的重要增強材料而得到廣泛應用。
芳綸纖維的主要原料是芳族聚酰胺,通常采用熔融紡絲法進行生產。根據芳族聚酰胺聚
  合體的形狀不同分為切片紡絲及熔體直接紡絲,常用的紡絲設備是爐柵和擠壓機紡絲法。
  爐柵紡絲是將芳族聚酰胺切片放在一加熱螺旋形蛇管―――爐柵上熔融形成熔體,然后把這種熔體引入放在爐柵下面的齒輪泵壓出噴絲板,即形成無限的長絲。從噴絲板出來的絲通過紡絲套筒在空氣中凝固,然后繞在一個筒子上。
  擠壓紡絲法,分為加料、熔融、壓縮、計量、成型等工序,其工作原理類似塑料成型用螺桿擠
壓機。每臺擠壓紡絲機可供6-8個紡絲位,料在擠壓機中停留時間短,再生低分子物少,不需要水洗,產量大成本低,這種方法目前認為比較先進。
  復合材料中用的多的芳綸纖維是Kevlar49。但在復合材料使用中發現,其吸水性較強,用其增強的復合材料制件的力學性能和尺寸穩定性都受到明顯的影響。近杜幫公司又推出一種牌號為Kevlar149的新型芳綸纖維,其大特點是彈性模量高,吸水率低。其性能見下表:


  從分子結構看: Kevlar49和Kevlar149都是對位芳族聚酰胺, X射線分析表明,盡管Kevlar49中的分子已高度取向結晶,但仍有一些有規律的分子無秩序排列,稱為軸向皺折。而Kevlar149中的結晶有序程度又有提高,橫向缺陷也明顯減少。用掃描電鏡觀察了Kevlar149的斷口,可以觀察到微細晶粒的徑向結構,無明顯的微纖和皺折,也不存在明顯的皮芯結構層次。Kevlar較高的密度值也證明了其內部排列有序性大大提高。從理論上分析,如果所有芳族聚
酰胺分子都理想地取向結晶,則纖維模量可達220GPa,目前Kevlar149的某些樣品中,測得的模量值已達207GPa。
  芳綸Kevlar149/環氧單向復合材料的力學性能見下表:

  從表中數據可以看到Kevlar149增強復合材料的拉伸模量、壓縮模量和彎曲模量均比相應的Kevlar49增強材料的高。
  由于芳綸纖維具有優良的性能,特別適合和碳纖維混雜使用,用來提高構件的沖擊性能這種新材料將會在航天、宇宙飛船、交通運輸、壓力容器和文娛、體育用品等復合材料中得到廣泛應用。