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      1. 公司新聞 行業新聞

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        公司新聞

        國防裝備的新寵—芳綸Vs碳纖維?

        來源:     時間:2020-11-20 點擊數:

              芳綸是由芳香族聚酰胺樹脂紡成的纖維,1972年首先由美國杜邦公司研制成功,隨后俄羅斯、荷蘭、日本及我國都研制出

        具有抗彈性能的高性能芳綸纖維。


              一、 應用領域

              芳綸作為一種綜合性能最好的輕質高強材料之一,集優越的抗彈性、輕量化、隱身和結構于一體,廣泛應用于我國新一代武器

        裝備的研發和生產中,滿足戰略武器、航天航空、高端防彈、船舶航海等領域的迫切需求,對增強我軍作戰能力、提高國際競爭力

        有重要戰略意義。


              1、航天航空

              新型芳綸復合材料能適應和滿足嚴酷的空間應用條件和廣闊的設計范圍,是理想的現代宇航新型材料.在航空航天領域,芳綸增

        強復合材料以其質輕而強度高的特性,可廣泛用于飛機、火箭等結構材料。

              在現代航天航空設備中,除安全性外,材料的減重效果被尤為關注,設備中每減輕1kg的質量就能降低100萬美元的成本.因此,芳

        綸復合材料因高比強度、高比模量、耐疲勞性、低密度等優異性能,以及獨特的材料可設計性的優勢,在飛機、宇航以及火箭等結

        構領域得到廣泛的應用,從而使得自身質量得以減輕,設備的有效負荷得以增加,節省了大量的動力燃料。

        目前,芳綸應用于我國固體火箭發動機殼體,較芳綸能大幅度提高容器特性系數(容器特性系數=PV/W,其中P是爆破壓強,V 是殼體

        容積,W 是殼體質量),減輕發動機消極質量,提高發動機質量比。

              芳綸復合材料可用于飛機的殼體、起落架艙門、貨艙、內部裝飾件及座椅等,. 另外,盡管在航天航空領域有來自碳纖維的強有

        力競爭,但芳綸的性能特點與碳纖維有著顯著的差異,它們分別適用于不同的應用要求.碳纖維是脆性材料,抗沖擊力差、不耐磨、

        透波性能差,而芳綸及其復合材料具有抗張強度高、韌性好、耐疲勞、抗沖擊、透波、易加工等優勢使其成為航天航空領域不可

        替代的關鍵材料.此外,芳綸還具有低介電常數、低介質損耗因數、低熱膨脹系數等性能優勢,而這些性能優勢非常有利于促進芳綸

        作為結構隱身復合材料在透波領域的功能化應用.因此,芳綸是集突出的強度、優異的介電性能、良好的耐熱性與耐環境性為一體,

        在航空航天、飛機的減重節能等領域被證實具有突出的應用價值.


              2、 防彈

              芳綸防護材料在防彈性能及輕量化方面具有的突出優勢,對提升軍警防護裝備的品質具有重要而深遠的意義。鑒于此,開展

        了芳綸的應用研發工作,積累了大量的對比實驗數據,為芳綸在防護裝備領域的應用做出了突出的貢獻,奠定了堅實的基礎,并

        成功應用于防護裝備中。

              (一)芳綸軟質防彈衣

              設計高性能防彈衣時,必須綜合考慮防穿透和防鈍傷兩方面的功能,而防彈材料是決定防彈衣性能的關鍵因素,防彈材料的

        性能與纖維本身性能、織物結構、樹脂基體種類以及產品的成型工藝都有很大的關系。

              在減重方面,防彈衣芯片重量約1kg,比采用各種不同品牌的纖維制得的防彈衣輕11%~43%,減重效果明顯;在輕薄程度

        方面,防彈衣2級防彈芯片厚度不足5mm,整體結構輕薄隱蔽,是目前國內同等級防彈衣中最薄的。

              (二)芳綸防彈頭盔

              防彈頭盔是指能夠吸收和耗散彈頭能量,阻止穿透、減輕鈍傷并有效保護人體頭部的裝備。由于UHMWPE纖維復合黏結技

        術難度大,且在耐熱性、剛性等方面比芳綸頭盔稍遜一籌,目前在非金屬防彈頭盔市場上還無法取代芳綸頭盔的主導地位。芳綸

        防彈材料的研發成功,為提升防彈頭盔的防彈等級提供了契機。目前更高防彈等級的芳綸防彈頭盔已經研發成功,其防彈性能好、

        重量輕、綜合防護性能高。

              隨著高性能纖維材料技術的不斷發展,防彈頭盔的性能也得到了不斷提升,防彈頭盔不僅要求有優異的防彈性能和良好的佩

        戴舒適性,同時較小的變形可以避免對頭部形成非貫穿性鈍傷,輕型化更能夠有效提高戰爭中軍隊的快速反應能力、戰斗力和防

        護能力,芳綸防彈頭盔的成功研制具有非常重要的意義。

              (三)芳綸防彈裝甲

              近十幾年來,坦克車輛防護系統發展的一個重要趨勢是輕量化和材料的多功能化。芳綸防彈裝甲滿足裝甲輕量化的需求,能廣

        應用于武裝直升機、武裝運輸機、坦克、戰略導彈、步兵武器、艦艇的彈道倉、指揮倉等裝甲兵器,能有效提高車輛的機動性能。


              3、船舶領域

              芳綸在海洋船舶中應用

              芳綸作為新型功能結構材料,具有質量輕、比強度和比剛度高、耐疲勞、耐蠕變性能、耐化學腐蝕、耐磨性能好、熱膨脹系數低

        以及透波性好等特點,備受造船界的重視,尤其是在制造高質量的船體結構方面有著巨大的優勢:

              ①芳綸在船體輕量化材料上優勢明顯,相較于其他材料,其強度更高,與樹脂浸潤性更好,因此制造的復合材料能更大程度地降低

        船艇重量,在相同動力下能獲得更高的有效載荷,并節約燃料、降低成本;

              ②芳綸具有低介電常數,微波穿透性好等特征,能透過電磁波且幾乎不改變電磁波的性質,非常適用于軍用艦艇隱身材料;

              ③ 芳綸具有良好的耐候性、耐水性、耐腐蝕性,抗海生物附著,更適合在海洋環境中使用;

              ④較碳纖維而言,芳綸能吸收更高能量,抗沖擊韌性好,故由其制造的船舶不易因碰撞、擠壓而損壞,同時還可以賦予船艇結構防彈、

        阻燃、耐沖擊和耐損傷的性能,使船體能有效吸收振動及承受連續沖擊的能力,保障船航行平穩和安全。

              因此,芳綸集強度高、耐磨、韌性好、耐高溫和低溫、耐海水和酸堿等性能優點為一體,以其優異的綜合性能成為現代造船業的理

        想材料.此外,芳綸還可用于深水水雷外殼、防彈裝甲、救生艇、高壓容器及螺旋槳制造等,能滿足艦船輕量化需求,對提高軍事水平,展

        現綜合國力,有著重要的社會和經濟意義。


              4、 特種繩纜

              芳綸及其復合材料是目前最好的繩纜材料之一,比其他高性能纖維玻璃纖維、超高相對分子質量聚乙烯、碳纖維等更具優勢.因其

        具有強度大、耐腐蝕、耐磨損、密度小、彈性適中、質地柔軟、使用方便等特點,在光纜、高強繩索領域有著廣泛的應用.例如:芳綸對

        光纖(光纜)增強效果顯著,尤其適用于遠距離、大張力光纖(光纜).此外,芳綸纜繩可代替鋼絲,用作深海固定繩、吊裝繩、拋錨繩和直升

        機的吊繩以及船舶系泊或拖帶時的柔韌繩索,其能極大地增強繩索的負載強度和耐用性。



             


              二、 芳綸優異性能

              芳綸目前已廣泛應用于各種武器裝備上,其對促進武器裝備的輕量化、小型化、隱身化、增強防護性能起到了至關重要的作用,己

        發展成為現代國防軍工關鍵性的支撐材料.而芳綸是集結構承載和功能于一身的高性能特種材料,自身具有輕質高強、抗沖擊、耐高溫、

        柔韌、耐磨等優異性能。

              1、 力學性能

              芳綸力學性能居批產有機纖維之首.其抗拉強度范圍為4400~5500 MPa,超過高強型碳纖維T700水平;動態模量的范圍是150~180

         GPa,僅次于鋼絲和碳纖維;密度僅為1.43~1.45g/cm3,屬輕質高強材料,其復合材料減重效果明顯。

              1.2 耐熱和耐熱老化性

              芳綸具有突出的耐熱性和耐熱老化性,在氮氣環境中溫度達到538 ℃或在空氣環境中溫度達到520 ℃時才會分解.當芳綸被加熱到

        900 ℃時質量殘余量還有58%,且只發生了碳化而不熔融,具有非常好的熱穩定性。

              1.3 阻燃性

              芳綸具有優異的阻燃特性,其極限氧指數高達42%,因此當它離開火焰時不會繼續燃燒.其抗燃性能好,不產生后燃燒,不幫助燃燒。

              1.4 穩定性

              芳綸可以長時間使用而不改變屬性,耐濕性好,具有良好的生物穩定性.相比之下,普通芳綸的耐濕性較差,濕的芳綸會迅速失去其性能.

        如果將芳綸在熱水中放置一個月,其強度損失較小(強度保留率高于其他芳綸50%~70%).此外,芳綸尺寸穩定性好,具有非常低的熱收縮

        率,當在300~350 ℃使用時,芳綸纖維幾乎沒有收縮,在400~450 ℃的溫度下使用時收縮不超過4%.同時芳綸具有非常高的熱穩定性,在

        高溫下使用不會喪失其特性.

              1.5 耐化學性

              芳綸能耐絕大多數的化學物質,具有優異的耐酸堿性,而且耐有機溶劑、漂白劑以及抗蟲蛀和霉變,對橡膠有良好的黏附性.例如,在高

        溫酸溶液處理后,芳綸的斷裂強度可以保持在處理前的80%以上,斷裂伸長率可保持在處理前的90%以上;在高溫堿溶液處理后,芳綸的斷

        裂強度能保持在處理前的94.5%以上.因此在芳綸家族中,芳綸的耐高溫酸堿性為最優。


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