材料簡介
20世紀60年代,美國杜邦公司使用在芳綸、芳族聚酰胺纖維等複合材料上的注冊商标。由于這種新型材料密度低、強度高、韌性好、耐高溫、易于加工和成型,而受到人們的重視。“凱夫拉”材料堅韌耐磨、剛柔相濟,具有刀搶不入的特殊本領。在軍事上被稱之為“裝甲衛士”。
産生背景
反坦克武器的出現,促使人們改進坦克、裝甲車的裝甲性能。通常要提高坦克、裝甲車的防護性能,就要增加金屬裝甲的厚度,這樣勢必影響它的靈活機動性能。凱夫拉材料的出現使這個問題迎刃而解,坦克、裝甲車的防護性能提高到了一個嶄新的階段。
研制背景
在上世紀60年代,美國杜邦公司研制出一種新型芳綸纖維複合材料----芳綸1414,此芳綸複合材料在1972年正式實現商品化并為該産品注冊商标為Kevlar。型号分為K29,K49,K49AP等。
由于這種新型材料密度低、強度高、韌性好、耐高溫、易于加工和成型,其強度為同等質量鋼鐵的5倍,但密度僅為鋼鐵的五分之一(Kevlar密度為每立方厘米1.44克,鋼鐵密度為每立方厘米7.859克),而受到人們的重視。由于凱夫拉品牌産品材料堅韌耐磨、剛柔相濟,具有刀槍不入的特殊本領。在軍事上被稱之為"裝甲衛士"。
芳綸主要分為兩種,“對位”芳酰胺纖維(PPTA)和“間位”芳酰胺纖維(PMIA)。
杜邦的對位芳綸品牌名為KEVLAR,間位芳綸品牌名為NOMEX。
日本人的對位芳綸名為TWARON,TECHNORA。間位芳綸名為CONEX。
韓國的有Kolon以及Hyosung。
我國有煙台(Tayho)和四川商業化的芳綸産品對位芳綸TAPARAN和間位芳綸TAMETAR。
主要特性
“凱夫拉”的抗張強度極高,是尼龍纖維的2倍多,它的出現使防彈衣的防護性能有了明顯提高。試驗表明,“凱夫拉”吸收彈片動能的能力是尼龍的1.6倍,是鋼的2倍。多層“凱夫拉”織物對槍彈也能收到滿意的防護效果。由于用“凱夫拉”重量輕,防彈性能好,所以它受到了許多國家軍隊和警察的青睐,也用于制造頭盔。我國從二十世紀八十年代開始研制生産“凱夫拉”頭盔。
與玻璃鋼相比,在相同的防護情況下,用“凱夫拉”材料時重量可以減少一半,并且“凱夫拉”層壓薄闆的韌性是鋼的3倍,經得起反複撞擊。“凱夫拉”薄闆與鋼裝甲結合使用更是威力無比。如果采用鋼棗芳綸棗鋼型複合裝甲,能防穿甲厚度為700毫米的反坦克導彈,還可防中子彈。
熱穩定性,Kevlar(R)纖維在熱試驗中(TGA)非常穩定,直至600℃才有明顯的重量喪失。
低侵蝕性,具有高含量的Kevlar(R)纖維試片,表現出比半金屬片低的侵蝕性。
耐磨性,與石棉纖維制成的刹車片比較,在Kevlar(R)纖維開松良好的狀态下,體現出非常低的磨耗性。維持預成型刹車片的強度,保持填充劑的持久性。
主要用途
軍用:
“凱夫拉”層壓薄闆與鋼、鋁闆的複合裝甲,不僅已廣泛應用于坦克、裝甲車,而且用于核動力航空母艦及導彈驅逐艦,使上述兵器的防護性能及機動性能均大為改觀。
“凱夫拉”與碳化硼等陶瓷的複合材料是制造直升飛機駕駛艙和駕駛座的理想材料。據試驗,它抵禦穿甲子彈的能力比玻璃鋼和鋼裝甲好得多。為了提高戰場人員的生存能力,人們對避彈衣的研制越來越重視。"凱夫拉"材料還是制造避彈衣的理想材料。在同樣情況下,其防護能力至少可增加一倍,并且有很好的柔韌性,穿着舒适。用這種材料制作的防彈衣隻有2~3公斤重,穿着行動方便,所以已被許多國家的警察和士兵采用。
在20世紀80年代,中國進口杜邦的産品的時候,美國政府不允許杜邦公司把凱夫拉品牌産品進口到中國,後來才慢慢的放開進口的限制。
用于傳輸的光纖也是用凱夫拉來形成一層保護膜,凱夫拉層有很好的柔韌性,保護光纖不受損害。凱夫拉層一般稱為緩沖層或塗覆層,在光纖以外,外表皮以内。
防磨襪子:
2012年10月,有過美國空軍學院學習經曆的卡梅隆·卡特所創辦的公司緻力于制造出永遠不會磨出洞的襪子,而卡特要實現這個目标的獨門訣竅就是采用制造防彈背心的軍用材料——凱夫拉,從而大幅提高襪子的耐磨性。該公司宣稱這種襪子永遠不會出現磨損的情況,襪子主要是由萊卡面料織成,腳趾頭、腳後跟和腳底等比較容易磨損的部位都使用了凱夫拉纖維。這款襪子在該公司網站上售價為兩雙25美元,已經有超過700人預訂了該産品,公司還計劃在正式投産後陸續推出不同的款式和女式襪子。
制作機密
凱夫拉的制作技術屬商業機密,科隆公司2005年推出名為“Heracron”的芳綸纖維後,杜邦公司以盜取商業機密的嫌疑對科隆公司提起了訴訟。美國法院2011年11月判決科隆公司應向杜邦公司賠償9.1990億美元,對此科隆公司提起了上訴。
根據起訴書,科隆以雇傭杜邦公司的現任和前員工擔任“顧問”為誘餌,讓他們提供有關凱夫拉的機密信息,2012年8月底,該法院又判決禁止科隆今後20年在全球生産和銷售“Heracron”品牌。
相關資料
反坦克武器的出現,又促使人們改進坦克、裝甲車的裝甲性能。通常要提高坦克、裝甲車的防護性能,就要增加金屬裝甲的厚度,這樣勢必影響它的靈活機動性能。"凱夫拉"材料的出現使這個問題迎刃而解,坦克、裝甲車的防護性能提高到了一個嶄新的階段。與玻璃鋼相比,在相同的防護情況下,用"凱夫拉"材料時重量可以減少一半,并且"凱夫拉"層壓薄闆的韌性是鋼的3倍,經得起反複撞擊。"凱夫拉"薄闆與鋼裝甲結合使用更是威力無比。如果采用"鋼棗芳綸棗鋼"型複合裝甲,能防穿甲厚度為700毫米的反坦克導彈,還可防中子彈。
應用領域:
21世紀,“凱夫拉”層壓薄闆與鋼、鋁闆的複合裝甲,不僅已廣泛應用于坦克、裝甲車,防彈衣,而且用于核動力航空母艦及導彈驅逐艦,使上述兵器的防護性能及機動性能均大為改觀。"凱夫拉"與碳化硼等陶瓷的複合材料是制造直升飛機駕駛艙和駕駛座的理想材料。據試驗,它抵禦穿甲子彈的能力比玻璃鋼和鋼裝甲好得多。為了提高戰場人員的生存能力,人們對避彈衣的研制越來越重視。
"凱夫拉"材料還是制造避彈衣的理想材料。據報道,用"凱夫拉"材料代替尼龍和玻璃纖維,在同樣情況下,其防護能力至少可增加一倍,并且有很好的柔韌性,穿着舒适。用這種材料制作的防彈衣隻有2~3公斤重,穿着行動方便,所以已被許多國家的警察和士兵采用。
在20世紀80年代,中國進口杜邦的産品的時候,美國政府不允許杜邦公司把凱夫拉品牌産品進口到中國,後來才慢慢的放開進口的限制。
現今用于傳輸的光纖也是用凱夫拉來形成一層保護膜,凱夫拉層有很好的柔韌性,保護光纖不受損害。凱夫拉層一般稱為緩沖層或塗覆層,在光纖以外,外表皮以内。
7.1mm雙核摩托RAZR手機(摩托羅拉将凱夫拉品牌産品材質引入到Andorid手機當中,成為超薄材質當中的佼佼者,隻有0.3毫米厚度)
性能參數
力學性能:
強度:3.6GPa
伸長模量:131GPa
斷裂伸長率:2.8%
熱學性能:
長期使用溫度:180℃
軸向熱脹系數:-2×10^(-6)/K
熱導率:0.048W(m·K)
凱夫拉纖維特性:
1、永久的耐熱阻燃性,極限氧指數Loi大于28。
2、永久的抗靜電性。
3、永久的耐酸堿和有機溶劑的侵蝕。
4、高強度、高耐磨、高抗撕裂性。
5、遇火無熔滴産生,不産生有毒氣體。
6、火燒布面時布面增厚,增強密封性,不破裂。