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1、关于Kevlar和碳纤维材料的分析报告,赵周星 制,前言,报告流程,1.碳纤维CF（简介）,3. 结构特性,4.功能特性,报告主要内容,2.Kevlar材料(重点）,1.碳纤维CF（简介）,（1）碳纤维（carbon fiber，简称CF）：一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料 。,(2) 综述： 质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。 它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。 （3) 结构特性： 碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变。 碳纤维与传统的玻璃纤维相
2、比，杨氏模量是其3倍多 。,1.碳纤维CF（简介）,(材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度越好） 碳纤维比重不到钢的1/4，碳纤维树脂 抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的79倍，抗拉弹性模量为230430Gpa，CF的比强度可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。,1.碳纤维CF（简介）,（4）功能特性： 优点： 碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有 良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性 。 缺点： 其耐冲击性较
3、差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化、金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。,1.碳纤维CF（简介）,（5）材料应用： 碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、 汽车、 电子、 机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。 碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧、驱动轴、球棒等体育领域。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。,2.Kevlar材料（重点）,背景介绍（讲故事） 凯夫拉是什么？ 凯夫拉尔:保镖的“ 护身符”,2.Kevlar材料
4、（重点）,(1) 凯夫拉纤维： （2）综述：凯夫拉（Kevlar）是属于一种液态结晶性棒状 分子，它具有非常好的热稳定性，抗火性，抗化学性，绝缘性，以及高强度及模数。（三高二耐一低）,芳香族聚酰胺类纤维的通称，国外商品牌号为凯芙拉 (Kevlar) 纤维 (美国杜邦公司1968年开始研究，1973年研制成功)，我国命名为芳纶纤维。,高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、低密度,特点：,2.Kevlar材料（重点）,（3）结构特性 a.物理性能 （1）有光，黄色，Kevlar49为深黄色 (2) 线密度：大部分13.7，直径0.012mm (3) 密度：大部分1.43-1.44g/cm3,2.Kevl
5、ar材料（重点）,b.力学性能 （1）强度高、质量轻 大部分短纤维产品其密度为1. 43-1. 44 g/cm3。而凯夫拉49为1. 44-1. 45 g/cm3，凯夫拉149为1. 47 g/cm3，与常规合纤相比，锦纶为1. 14 g/cm3，聚酯为1.38 g/cm3，碳纤维为1. 8 g/cm3，玻璃纤维为2. 25 g/cm3，钢丝为7. 9 /cm3。因此凯夫拉纤维密度比锦纶、聚酯大，而比碳纤维、玻璃纤维和钢丝小，在基本相同强度下，凯夫拉具有较轻的特点。,2.Kevlar材料（重点）,（2）压缩性能 在轴向和径向具有较低的压缩性能，这主要由于它的高结晶和高取向。 （3）剪切性能 凯
6、夫拉纤维具有较低的剪切性能，因为它具有较高的各向异性。 （4）耐磨性能 由于凯夫拉纤维较弱的横向结合力，因此具有较低的耐磨性能，当纤维之间摩擦或与金属表面摩擦，易原纤化。这种情况在纤维表面区域，易纤维劈裂或原纤化，以致形成断裂。为了保护其表面，大部分凯夫拉纤维制品上油剂，增加耐磨性。,2.Kevlar材料（重点）,具体力学性能参数 强度：3.6 GPa 伸长模量：131 GPa 断裂伸长率：2.8 % 长期使用温度：180 轴向热胀系数：-2 10 -6/ K,2.Kevlar材料（重点）,4）功能特性 a.热稳定性: Kevlar品牌纤维在热试验中（TGA）非常稳定，直至600才有明显的重量
7、丧失。 b.低腐蚀性：具有高含量的Kevlar品牌纤维试片，表现出比半金属片低的侵蚀性。 C.降解温度:凯夫拉纤维具有极好的热稳定性，这是芳香族聚酞胺固有的特性。在500以上产生急剧的降解。 d .其他性质：有良好的耐碱性，耐酸性好于锦纶，具有良好的耐有机溶剂、漂白剂以及抗虫蛀和霉变，对橡胶有良好的粘附性，但耐日晒和抗紫外线能力差。,2.Kevlar材料（重点）,（5）材料分类应用,ARAMID纤维包括三种牌号的产品，并重改名称。 PRD-49-IV改称为芳纶-29； PRD-49-III改称为芳纶-49； B纤维改称为芳纶。,主要用于绳索、电缆、涂漆织物、带和带状物，以及防弹背心等。,用于航
8、空、宇航、造船工业的复合材料制件。,主要用于橡胶增强，制造轮胎、三角皮带、同步带等,2.Kevlar材料（重点）,（5）材料应用 a.目前，“凯夫拉”层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。 b.“凯夫拉”与碳化硼等陶瓷的复合材料是制造直升飞机驾驶舱和驾驶座的理想材料。据试验，它抵御穿甲子弹的能力比玻璃钢和钢装甲好得多。 c.为了提高战场人员的生存能力，人们对避弹衣的研制越来越重视。“凯夫拉”材料还是制造避弹衣的理想材料。据报道，用“凯夫拉”材料代替尼龙和玻璃纤维，在同样情况下，其防护能力至少可增
9、加一倍，并且有很好的柔韧性，穿着舒适。用这种材料制作的防弹衣只有23公斤重，穿着行动方便，所以已被许多国家的警察和士兵采用 。,2.Kevlar材料（重点）,（5）材料应用,凯夫拉产品,2.Kevlar材料（重点）,（5）材料应用（军品）,防护头盔,防弹背心,2.Kevlar材料（重点）,（5）材料应（民品),Kevlar和碳纤维的性能比较 ?,芳纶纤维全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”,英文为Aramid fiber(杜邦公司的商品名为Kevlar)，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 56倍 ，模量为钢丝或玻璃纤维的23倍，韧性是
10、钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。芳纶的发现，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。 碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型 。通用型碳纤维强度为1000兆帕(MPa)、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa的称为超高模型。 现在，流行一种二者的结合碳纤维-凯夫拉纤维混合复合材料。,谢谢观看,
