
提到凯夫拉可能很多人并不陌生,它被大量的用于防弹衣和防弹头盔。其实用于防弹材料只是凯夫拉众多用途中的一小部分。

20世纪以来,由于航空、宇宙航行等行业的飞速发展,高速超重 负载轮胎复合材料的需求与日俱增。人们迫切需要一种低密度、强度高、韧性好、耐高温的新材料。凯夫拉在这种情况下应运而生。
20世纪60年代,美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料——芳纶1414。杜邦将这种材料在1972年实现商品化并注册商标为Kevlar也就是卡夫拉。

凯夫拉纤维具有十分优异的物理机械性能、热稳定性、阻燃性及优良的电绝缘性。凯夫拉的强度是优质钢材的5~6倍,模量是钢材的2~3倍,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。凯夫拉的强度超过碳纤维,而质量比碳纤维还轻。凯夫拉材料的连续使用范围极宽。在-196℃~204℃范围内可长期正常工作,在150℃以下的收缩率为0,在560℃的高温下不分解、不融化,具有优良的抗腐蚀性能,使用周期长具有“合成钢丝”、“全能纤维”的美誉。
凯夫拉纤维主要分为两种:对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。

对苯二胺

对苯二甲酰胺
以凯夫拉-49纤维为例:它以对苯二胺和对苯二甲酰胺为原料,在有机溶液中进行低温缩聚,得到高特性粘度、高结晶度的树脂,采用液晶纺丝新技术,溶于浓硫酸或六甲基磷酸酰胺等一些溶剂中配成纺丝原液,然后进行干湿法纺丝制造。

凯夫拉的化学结构
凯夫拉拥有众多优异性能,但也有缺陷,它的抗压性能差,约为玻璃纤维复合材料的一半。在应用中往往加入其它纤维制成混杂复合材料来提高抗压性能。如50%凯夫拉纤维和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,抗冲击强度是单独使用高强度碳纤维的2倍。

20世纪70年代荷兰Deft技术大学的研究者曾采用铝合金和钛合金薄板与凯夫拉纤维制成凯夫拉纤维增强金属层合板,从而开发出一种新型的超混杂复合材料。这种材料具有优良的耐疲劳性能和抗冲击性能,并且具有良好的加工性能和吸湿性能,适用于航空航天和其他领域特殊性能的要求。

事实上凯夫拉用于防弹衣、防弹头盔的比例只占7~8%,它还广泛应用于航空航天、国防工业、电子通讯、汽车工业、油气田的勘探和生产、体育休闲用品等产业。

S-76商用直升机
为了减重和提高经济效率,在商用飞机和直升机上都大量的采用了凯夫拉纤维增强复合材料。例如L-1011三星式客机总用量已达到1135公斤,使飞机减轻365kg。S-76商用直升机的外表面使用凯夫拉纤维复合材料高达50%。航天方面凯夫拉主要用于运载火箭发动机壳体和压力容器、人造卫星、太阳能电池阵基板、抛物面天线反射器、SAR天线电气板等,它还用于宇宙飞船的驾驶舱、氧气、氮气和氦气容器。

反坦克*器武**的出现促使人们在坦克、装甲车灵活机动性能的前提下提高其防护性能。凯夫拉材料使这一问题迎刃而解,它将坦克、装甲车防护性能提高到一个崭新的高度。与玻璃钢相比,相同的防护情况下用凯夫拉材料重量可减轻一半,并可经得起反复撞击。如采用 钢-芳纶-钢复合型装甲能防穿甲厚度为700毫米的反坦克导弹,还可防中*弹子**。凯夫拉复合装甲不仅广泛应用于坦克、装甲车而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰。

凯夫拉纤维可大幅减轻制品的质量。如造船工业采用凯夫拉复合材料后船体可减重28~40%,燃料节省35%,航程可延长35%。用作汽车和舢板材料可大幅减轻重量。

在体育用品中也广泛地应用凯夫拉材料,在曲棍球棒中以凯夫拉和木材混合使用,可以改进耐用性及刚性,在高尔夫球棒、网球拍、标枪、弓、钓鱼竿与其他体育用品中都可见到凯夫拉纤维的身影。

在过去的几十年中,世界上只有美国、日本、韩国及俄罗斯拥有对位芳纶纤维的生产技术,在某种程度上能否生产对位芳纶成为一个国家实力的象征之一。由于凯夫拉纤维在航天航空及国防工业的独特作用,国外长期对我国进行技术*锁封**,制约我国在相关领域的和应用和开发。直至2011年千吨对位芳纶纤维生产线投产我国才实现了近40年对位芳纶产业化的梦想。通过对生产工业一系列的创新优化,目前我国的凯夫拉纤维产品性能已达到国际先进水平,相信凯夫拉纤维会在中国制造的路上越走越远。