芳纶纤维复合材料的性能及其应用

芳纶纤维是芳香聚酰胺纤维的简称，这是一类具有高强度、高模量、耐高温、耐磨等优异性能的新型材料。Kevlar-49纤维主要用于航空、航天、造船、医疗器械和体育用品等复合材料制件。由于其优异性能和应用范围的特殊性，应用领域将会不断推广。

芳纶纤维力学性能与其它有机纤维不同，其拉伸强度和初始模量很高，而延伸率较低。芳纶纤维在有机纤维中它力学性能是很优异的。芳纶的分子链是由苯环和酰胺基按一定规律排列而成。酰胺基团的位置又都在苯环的直位上，故而这种聚合物具有良好的规整性，致使芳纶纤维具有高度的结晶性。这种刚性的集聚状分子链，在纤维轴向是高度定向的，分子链上的氢原子将和其它分子链上的酰胺对的羰基结合成氢键，成为高聚物分子间的横向联结。

还可以看出，Kevlar-49和芳纶1414复合材料在密度和强度方面，比起玻璃纤维增强复合材料具有更显著的优点。此外，在张力下试验Kevlar-49和芳纶1414单向复合材料时，得到的断裂前的应力一应变曲线是一直线，但在压缩试验时，它们在低应力下具有弹性，在高应力下则为塑性，Kevlar-49和芳纶1414复合材料这种独特的压缩性能，十分类似金属的韧性，在特定的条件下具有一定的应用意义。

芳纶纤维和其它有机纤维与玻璃纤维一样，很容易织成各种织物。使用这些织物给复合材料成型工艺带来很大方便，芳纶短纤维主要用于增强热塑性复合材料，以提高热塑性复合材料的断裂强度。短纤维增强热塑性复合材料，主要由于短纤维从基体材料中拔出。当纤维含量相当少时，延性的基体可制成韧性的复合材料。当纤维含量增加，复合材料的韧性就随之增大。据资料报道，当基体材料中含有20%的芳纶纤维，可显著提高复合材料的力学性能。

芳纶复合材料的抗压性能差，约为玻璃纤维复合材料的一半。若加入另一种纤维，制成混杂复合材料，即可显著提高它的抗压性能。由于芳纶纤维与碳纤维的热膨胀系数很接近这两种纤维特别适宜于按不同比例混杂使用。而芳纶与石墨混杂使用的复合材料，能克服石墨复合材料价格昂贵，以及由于韧性差而发生突然断裂的主要弊端。芳纶与玻璃纤维混合使用，可克服玻璃纤维复合材料刚性差的缺点。遇到特殊用途时，采取混合使用复合材料的方式极多，可根据使用的要求进行合理的搭配。

另外芳纶与碳、硼等高模量纤维的混合，可得到应用结构上需要的压缩强度，其独特的性能是其它纤维的增强材料所不可比拟的。例如，由50%芳纶纤维和50%高强碳纤维与环氧树脂组成的混合材料，弯曲强度超过620MPa。混杂后复合材料的抗冲击强度，是单独使用的高强度碳纤维时约2倍，若使用高模量石墨纤维混合使用，则抗冲击强度将有更大幅度的提高。