周晏云等 Kevlar、PBO有机纤维及其复合材料的性能 (Ms4)溶剂和P205(质量分数为40%-50%)中加不同的高模型PBO纤维PBO纤维分别标记为PBOl 热反应制得。这种方法反应时间短、收率高.缩聚反(线密度162.3)、PB02(线密度54.2),基体用环氧树 应如下式所示: 脂 3.2成型工艺 OH a 采用湿法纤维缠绕成型工艺制备 Kevlar纤维和 PBO纤维复合材料实验件。 3.3性能 MSA/P2O5 3.3.1束纱性能 按GB362-82标准测试 Kelar和PBO纤维束纱 2.3纤维的性能比较 力学性能,结果见表2。 与无机和金属材料相比,高性能有机纤维具有 表2束纱性能 质量轻、强度高、耐腐蚀等优点。各种纤维的性能比 纤维种类线密度(Te)强度(MPa)模量(GPa)延伸率(%) 较见表1: 表1各种纤维的性能比较 l6.35408.2276.5 维种类 商品名 仲长模量密度熔点 PHO2 54.2 5907.0281.5 2.21 (GPa) )()(gm-3)(t Kefar 144%0d 3.3.2 Kevlar和PBO纤维复合材料压力容器性能 间位芳 0.5-0.83-506.7-9.8 复合材料压力容器实验结果表明:相同爆破压 芳香族聚酯 2.83.7 力下, Kevlar纤维、PBol纤维、PBO2纤维缠绕成型 芳芳芳 4214201so的压力容器减重效果排列顺序为: 1.5960d PBO2纤维>PBO1纤维> Kevlar纤维 高强聚乙烯 016009810 4结论 高强聚乙烯 与m市a 高强聚乙烯醇Kuan#7912.1 1)PBO纤维具有优异的力学性能,其中PBO2 245d 高强聚丙烯睛 31.1820KdD 纤维(线密度54.2)比PB01纤维(线密度162.3)的 性能更为优异 Taaa3-715-24200-30 2)PBO纤维复合材料制品比Kvar纤维复合 材料制品的减重效果好。 Gewr2-3.52.0-3.570-902.585 3)PBO纤维具有高的比强度和比模量,其在新 2.8207.81600 型高速交通工具以及宇宙空间器材和深层海洋的开 1.21伍4.5 发上有着广泛的应用前景 由表1可看出Kear、PBO纤维的密度都较低, 参考文献 比强度和比模量很高,尤其是PDO纤维,用它作为1吴国梅21世纪超高性能之PBO高分子纤维材料高科技纤维与 结构材料,轻量化特性特别显著,这对宇航器材节省 应用202(3):27 燃料、小型化、高速化带来很多有利条件。 2汪多仁.改性PBO的应用及其合成工艺.高科技纤维与应用, 2001(6226 3 Kevlar、PBO纤维复合材料的性能 3张树均等编著.改性纤维与特种纤维.中国石化出版社.1993 4贾丽霞等.PBO纤维及其复合材料性能研究。纤维复合材料, 3.1材料 200B30(3):15 本研究中纤维采用一种 Kevlar纤维和两种密度 21994-2014ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net(MSA)溶剂和 P2O5(质量分数为 40 %～ 50 %)中加 热反应制得。这种方法反应时间短 、收率高, 缩聚反 应如下式所示: 2 .3 纤维的性能比较 与无机和金属材料相比 , 高性能有机纤维具有 质量轻、强度高 、耐腐蚀等优点 。各种纤维的性能比 较见表1 : 表 1 各种纤维的性能比较 纤维种类 商品名 强度 (GPa) 伸长 (%) 模量 (GPa) 密度 (g·cm -3) 熔点 (℃) 对位芳香族聚酰胺 Kevlar 2 .8 2 .4 132 1 .44 560(d) 间位芳香族聚酰胺 Metamax 0 .5 ～ 0 .8 35 ～ 50 6 .7～ 9 .8 1 .38 430(d) 芳香族聚酯 Ekonol 4 .1 3 .1 134 1 .40 380 芳香族聚酯 Vectran 2 .8 3 .7 69 1 .40 270 芳杂环类纤维 PBZT 4 .2 1 .4 250 1 .58 600(d) 芳杂环类纤维 PBO 5 .5 2 .5 280 1 .59 650(d) 芳杂环类纤维 PBI 0.38 25 ～ 30 5 .7 1 .43 450(d) 高强聚乙烯 Dyneema 3 .4 2 .0 160 0 .98 140 高强聚乙烯 Spectya 3 .5 2 .5 156 0 .97 140 高强聚乙烯醇 Kuraion#7901 2 .1 4 .9 46 1 .32 245(d) 高强聚丙烯腈 2 .4 7 .8 28 1 .18 230(d) 碳纤维 Pyrofil 1 .9 ～ 3 .5 0 .4 ～ 1 .2 300～ 500 1 .80 碳纤维 Torayca 3 ～ 7 1 .5 ～ 2 .4 200～ 300 1 .80 氧化铝纤维 1 .5 ～ 2 .9 1 .5 250 4 .0 玻璃纤维 Gevetex 2～ 3 .5 2 .0 ～ 3 .5 70～ 90 2 .5 825 钢纤维 2 .8 200 7 .8 1600 钛合金纤维 1 .2 106 4 .5 铝合金纤维 0 .6 71 2 .7 注 :d 为分解温度 由表 1 可看出 Kevlar 、PBO 纤维的密度都较低 , 比强度和比模量很高 , 尤其是 PBO 纤维 ,用它作为 结构材料 ,轻量化特性特别显著,这对宇航器材节省 燃料 、小型化、高速化带来很多有利条件 。 3 Kevlar 、PBO 纤维复合材料的性能 3 .1 材料 本研究中纤维采用一种Kevlar 纤维和两种密度 不同的高模型 PBO 纤维, PBO 纤维分别标记为 PB01 (线密度 162 .3)、PB02(线密度 54 .2),基体用环氧树 脂 。 3 .2 成型工艺 采用湿法纤维缠绕成型工艺制备 Kevlar 纤维和 PBO 纤维复合材料实验件。 3 .3 性能 3 .3 .1 束纱性能 按GB3362-82 标准测试Kevlar 和 PBO 纤维束纱 力学性能,结果见表2 。 表 2 束纱性能 纤维种类 线密度(Tex)强度(MPa)模量(GPa)延伸率(%) Kevlar 101.7 4419.0 146.07 3.17 PB01 162.3 5408.2 276.5 2.29 PB02 54.2 5907.0 281.5 2.21 3 .3 .2 Kevlar 和PBO 纤维复合材料压力容器性能 复合材料压力容器实验结果表明:相同爆破压 力下 , Kevlar 纤维 、PB01 纤维、PB02 纤维缠绕成型 的压力容器减重效果排列顺序为 : PB02 纤维 >PB01 纤维>Kevlar 纤维 4 结 论 1)PBO 纤维具有优异的力学性能, 其中 PB02 纤维(线密度 54 .2)比 PB01 纤维(线密度 162 .3)的 性能更为优异。 2)PBO 纤维复合材料制品比 Kevlar 纤维复合 材料制品的减重效果好 。 3)PBO 纤维具有高的比强度和比模量, 其在新 型高速交通工具以及宇宙空间器材和深层海洋的开 发上有着广泛的应用前景。 参 考 文 献 1 吴国梅.21 世纪超高性能之 PBO 高分子纤维材料.高科技纤维与 应用, 2002(3):27 2 汪多仁.改性 PBO 的应用及其合成工艺.高科技纤维与应用, 2001(6):26 3 张树均等编著.改性纤维与特种纤维.中国石化出版社,1993 4 贾丽霞等.PBO 纤维及其复合材料性能研究.纤维复合材料, 2003 , 20(3):15 4 期 周晏云等:Kevlar 、PBO 有机纤维及其复合材料的性能 19