凱夫拉
關注創建者：diang 創建時間：2018-08-30
凱夫拉的實例教程
材料人和軍事迷肯定聽說過凱夫拉和碳纖維這兩種材料。
凱夫拉的強度為同等質量鋼鐵的5倍,密度僅為其五分之一，還具備韌性好、耐高溫、易于加工和成型的優點。它刀槍不入，其復合材料廣泛應用在坦克、裝甲車、防彈衣等軍用物資上，被稱為“裝甲衛士”。
碳纖維則被譽為“黑色黃金”?！巴馊醿葎偂钡奶祭w維質量比金屬鋁輕，強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。
二者都屬于軍用材料，那如果應用在手機上，會怎樣？
東莞市四維復合材料制品有限公司（以下簡稱“四維復材”）就正在做這件事?！皬秃喜牧显诤娇蘸教臁④娛?、能源、汽車、機械等很多領域都有著廣泛的應用，四維自成立起就致力于將凱夫拉、碳纖維等航天、軍工材料與天然竹木皮、貝殼等材料復合、成型，將技術轉為民用。我們也是國內第一批做軍轉民技術的企業之一?！彼木S復材總經理李勇在接受新材料在線?專訪時介紹道。
復材輕便堅韌 可優化產品結構
在外殼上，大多數手機廠商采用金屬、玻璃、陶瓷等主流材料。
在李勇看來，3D玻璃雖然比較火熱，但確實存在著容易摔裂、摔碎的問題，成本也較高。如果將復合材料運用在手機上，可以兼容各種材料的優點于一身，如使用凱夫拉或碳纖維等制成蓋板，一是可以讓手機重量下降，更利于使用者隨身攜帶；二是強度大，能更好地保護手機；三則是這些復材都屬于環保材料，符合國家各類生產要求。
“玻璃、陶瓷等被新材料、復合材料漸漸取代，是各行各業的未來趨勢?！崩钣卤硎尽?之前，摩托羅拉曾使用凱夫拉制造手機電池后蓋。對于CMF和設計師而言，碳纖維和凱夫拉等材料可以更大程度地優化產品的結構，讓產品具備更大的創造空間。
展開 凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用該纖維增強的樹脂復合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的復合材料頭盔的替代品。
展開 凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。
展開 凱夫拉(Kevlar)
70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防彈領域得到了應用。
這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣，并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣，重量減輕50%；在單位面積質量相同的情況下，其防護力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。
“Kevlar”（凱夫拉）是商標名，實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺，它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構，可以在濃溶液中形成高度有序的相疇，在紡絲定向拉伸時，相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向，而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。
超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE
超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維，是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維，其強度比鋼絲高15倍，但是很輕，最多可比芳綸等材料輕40%。
在國防軍需裝備方面，由于該纖維的耐沖擊性能好，比能量吸收大，在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料，如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等，其中以防彈衣的應用最為引人注目。
它具有輕柔的優點，現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍，是玻璃纖維和芳綸的2倍多。
展開 首先，利用正溴丁烷/乙醇混合溶劑作為濕法紡絲的凝固浴，對 Kevlar 納米纖維 (KNF)質子化同時進行疏水功能化，再通過超臨界干燥，制備出疏水的凱夫拉氣凝膠纖維（H-KAFs）。其次，以H-KAFs為載體，使有機相變材料石蠟（（PW）限域于載體內，獲得有機相變纖維（PW@H-KAF）。此PW@H-KAFs具有高相變潛熱（135.1-172 J/g）、出色的熱循環穩定性和優異的機械性能（拉伸強度達到 30 MPa，拉伸應變達到30%）。當PW@H-KAFs彎曲剛度低于臨界值（1.22×10-9 N·m2）時，其在智能調溫織物領域顯示出巨大應用潛力；當PW@H-KAFs彎曲剛度高于此臨界值，其可用作形狀記憶材料，并進一步設計成動態抓手，用于特殊物體輸運。
圖1、PW@H-KAF制備及應用示意圖
中科院蘇州納米所氣凝膠團隊曾經報道過疏水凱夫拉氣凝膠纖維的制備方法（ACS Nano 2019, 13(5), 5703-5711），但該疏水凱夫拉氣凝膠纖維是通過在親水氣凝膠纖維表面涂覆氟碳樹脂獲得。氟碳樹脂在長期使用過程中會脫落，易導致疏水功能失效。此次研究發現，使用正溴丁烷/乙醇混合溶劑作為凝固浴可以有效地疏水功能化KNFs，烷烴可通過競爭反應接枝到KNF的N-位點上，賦予KNF良好的疏水性，反應過程如圖2所示。通過控制烷烴接枝取代度，可調控疏水角。當取代度為8%時，疏水角可達140°?；谠摲椒ǐ@得的疏水凱夫拉氣凝膠纖維編織成面積為25×20 cm2的織物，能對普通液體如茶、咖啡、可樂、紅酒、水、果汁和牛奶等表現出不粘附特點，顯示出優異的抗污能力。
圖 2、疏水H-KAFs表征和性能。
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凱夫拉的最新內容
但是，剛性主鏈并非一定產生高導熱，例如，眾所周知的凱夫拉纖維的剛性明顯高于 PE纖維，但其導熱（1~2 Ｗ/(m·K)）卻低于 PE纖維（3~6 Ｗ/(m·K)），源自凱夫拉的鏈段存在一個能量非常低的二面角旋轉模式，鏈段很容易克服低能量壁壘而發生旋轉，引發顯著聲子散射而降低導熱。
凱夫拉納米纖維(Kevlar nanofiber, KNF)是一種具有優良機械性能的理想紡織纖維。鑒于其優勢，通過濕紡和PEG真空浸漬工藝制備仿生KNF基相變纖維(圖8c,d)。綜上所述，蛛網狀結構纖維約束是近十年來最具吸引力的PCMs包封技術。
Zhang等人從自然界的發現中獲得靈感，通過將PEG浸漬到凱夫拉納米纖維氣凝膠(KNA)中，制備了具有三維網絡結構的KNA/PCMs紅外隱身膜(圖13c)。如圖13d所示，網狀結構的凱夫拉爾氣凝膠KNA/PCMs復合薄膜在填充PEG后具有較高的熱管理能力(179.1Jg-1)和與背景相當的紅外發射率(0.94)。
在結構中使用的一些材料包括鋁合金、鎂、鈦、鈹、凱夫拉（Kevlar）纖維，更通常的是復合材料。所有這些材料的特征在于高強度和剛度，并且還具有低重量和低密度。除了結構的輕盈性之外，材料的選擇也由許多其他材料性質決定。結構子系統的設計主要依賴于大量計算機模擬的結果，其中結構設計受到類似于在執行任務期間衛星可能遇到的應力和應變的約束。
我們熟悉的“凱夫拉”（Kevlar）就是一種芳綸纖維。作為高性能纖維，芳綸在航天、軍事、高溫過濾、電力、電學及建筑等領域均有廣泛應用。
典型應用有：防彈衣、傳送帶、工業過濾布、防火材料、絕緣紙、蜂窩減震型材、繩索、運動器材等。
本文主要介紹芳綸纖維在輸送帶中的應用。
如果它被用作纖維，應該能夠像凱夫拉纖維一樣可以重紡或者化成漿狀，而其他形態的2DPA-1 或許像尼龍一樣，可以進行化學回收。
目前，79% 的塑料被傾倒在垃圾填埋場，或者被丟棄在自然環境中，甚至需要數千年才能分解。
文章來源：Dezeen
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NO.5 凱夫拉
發明時間：1965年
發明人/公司/國家：Stephanie Kwolek/杜邦
意義：刀不入的特殊本領，解決了坦克、裝甲車應對反坦克武器的靈活機動性能在軍事上被稱之為"裝甲衛士 "。
應用：防彈裝甲，防彈衣，防彈頭盔，防割手套，運動器材，輪胎簾子線，輸送帶，建筑補強等。
這款機器能夠實現復雜的幾何形狀，可以作為玻璃纖維、碳纖維和凱夫拉纖維制成的復合船舶部件的核心，已被證明能夠承受一系列船舶部件所需的最低負荷。
這項新技術的開發是為了按照工業4.0的要求，將陳舊的制造工作流程數字化。
圖1、PW@H-KAF制備及應用示意圖
中科院蘇州納米所氣凝膠團隊曾經報道過疏水凱夫拉氣凝膠纖維的制備方法（ACS Nano 2019, 13(5), 5703-5711），但該疏水凱夫拉氣凝膠纖維是通過在親水氣凝膠纖維表面涂覆氟碳樹脂獲得。氟碳樹脂在長期使用過程中會脫落，易導致疏水功能失效。
這款賽車由碳纖維、鋁和凱夫拉纖維制成，包括電池和驅動器在內的重量僅為800 公斤。而其中的關鍵技術是逆變器——采用了碳化硅電力電子器件。
據安森美半導體介紹，2018年11月，他們成為了梅賽德斯EQ車隊的供應商，雙方合作開發配備SiC逆變器的動力系統，2019/2020賽季兩輛EQ賽車開始投入賽道。
