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芳纶纤维:多功能聚合物增强纤维基础知识

芳纶纤维:多功能聚合物增强纤维基础知识

芳纶纤维是一组合成纤维的总称。这些纤维提供了一组特性,使其特别适用于盔甲、服装和广泛的其他应用。最常见的商业品牌是 Kevlar™,但在同一个大家族中还有其他品牌,例如 Twaron™ 和 Nomex™。

历史

芳纶的发展源于对尼龙和聚酯的研究。该家族被称为芳香族聚酰胺。Nomex 是在 1960 年代初期开发的,其特性导致广泛用于防护服、绝缘材料和石棉的替代品。对这种间位芳纶的进一步研究产生了我们现在所知的Kevlar 纤维。Kevlar 和 Twaron 是对位芳纶。Kevlar 由杜邦公司开发并注册商标,并于 1973 年上市。

2011年全球芳纶产量远超6万吨,随着生产规模扩大、成本下降和应用范围扩大,需求稳步增长。

特性

链分子的化学结构使得键(大部分)沿纤维轴排列,赋予它们出色的强度、柔韧性和耐磨性。由于具有出色的耐热性和低可燃性,它们的不同寻常之处在于它们不会熔化——它们只是开始降解(大约 500 摄氏度)。它们还具有非常低的电导率,使其成为理想的电绝缘体。

凭借对有机溶剂的高耐受性,这些材料的全方位“惰性”方面为广泛的应用提供了出色的多功能性。它们视野中唯一的污点是它们对紫外线、酸和盐很敏感。除非经过特殊处理,否则它们也会产生静电。

这些纤维所具有的卓越性能提供了使它们成为广泛应用的理想选择的优势。但是,对于任何复合材料,在处理和加工时要小心谨慎。建议使用手套、口罩等。

应用

Kevlar 最初用于汽车轮胎加固,该技术仍然占主导地位,但在运输中,纤维被用作石棉的替代品——例如用于刹车片。最广为人知的应用可能是防弹衣,但其他保护用途包括消防员的防火服、头盔和手套。

它们的高强度/重量比使其在用作增强材料方面具有吸引力(例如在复合材料中,特别是在弯曲公差很重要的地方,例如飞机机翼)。在建筑方面,我们有纤维增强混凝土和热塑性管道。腐蚀是石油工业中昂贵的海底管道的主要问题,因此开发了热塑性管道技术以延长管道寿命并降低维护成本。

芳纶纤维的低拉伸性能(断裂时通常为 3.5%)、高强度和耐磨性使芳纶纤维成为绳索和电缆的理想选择,甚至用于系泊船舶。

在运动场上,弓弦、网球拍弦、曲棍球棒、滑雪板和跑鞋是这些出色纤维的一些应用领域,水手们享受芳纶增强船体、芳纶线和肘部凯夫拉尔耐磨补丁的好处,膝盖和后部!

即使在音乐世界中,芳纶纤维也被用作乐器簧片和鼓面,声音通过芳纶扬声器音盆传递。

未来

新的应用定期发布,例如,用于恶劣环境的高性能保护涂层,将 Kevlar 纤维嵌入酯中。这对于涂覆新的钢管来说是理想的——例如在水管可能埋在地下并且预算不允许使用更昂贵的热塑性塑料替代品的公用事业中。

随着改进型环氧树脂和其他树脂的定期推出,以及全球范围内多种形式(纤维、纸浆、粉末、短切纤维和编织垫)芳纶生产规模的不断扩大,这种材料的使用增加得到了保证原始形式和复合材料。

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