Арамидные волокна обладают уникальными свойствами. Среди всех органических волокон они имеют самые высокие значения прочности и модуля упругости. Арамидные волокна устойчивы к пламени и высокотемпературным воздействиям, а также к ор­ганическим растворителям, нефтепродуктам и различным мине­ральным маслам. Они не. столь хрупки как стеклянные и углерод­ные волокна. Наконец, арамидные волокна могут быть перерабо­таны на обычном текстильно-технологическом оборудовании.

Промышленные волокна кевлар-29 и кевлар-49 непрозрачны. Нить линейной плотностью 13,5 текс имеет диаметр одиночного (моно) волокна 11,9 мкм [8]. У волокна кевлар-49 коэффициент преломления варьирует от 2,0 до 1,6 в зависимости от того, изме­рялся ли он вдоль или поперек волокон. Воздействие на волокно кевлар-49 электронами сравнительно высокой энергии не изменяет его свойств. Тепловые, механические и химические свойства во­локон кевлар изучены достаточно хорошо (табл. 12.6) [6, 8, 9]. Для волокон кевлар-49 наблюдается сильная зависимость механи­ческих характеристик волокон при растяжении от базы измерений. В табл. 12.7 [8] сведены данные по влиянию масштабного эффекта.

12.2.5.1. Тепловые свойства

Тепловые свойства волокон кевлар представлены в табл. 12.8. На рис. 12.10 приведен график зависимости механических свойств кевлара-49 от температуры [8]. Рис. 12.11 [8] иллюстрирует за­висимость теплопроводности волокон как функцию температуры. Следовательно, при увеличении температуры предел прочности на растяжение волокна падает, а теплопроводность его возра­стает.

'12.2.5.2. Химические свойства

Кевлар-49 — это очень стабильное в химическом отношении волокно. Оно весьма устойчиво к действию различных химика­лий, в том числе и сильных кислот. В табл. 12.9 [8, 10] приведены

Рис. 12.10. Влияние температуры Т на предел прочности упругости Е (б) при растяжении ав (а) и модуль некрученой неотделанной пряжи кевлар-49 при испытании в атмосфере азота (1), на воздухе (2) образцов волокна, предвари­тельно выдержанных в воде в течение 30 мин

12.6. Свойства волокна кевлар Свойства Кевлар-29 Кевлар 49 [6] [91 [6] [8, 9]

Плотность, кг/м3	1440	1440	1440	1450
Диаметр одиночного волокна ли­нейной плотностью 0,17 текс, мкм	12,0	11,9	12,0	11,9
Равновесная влажность, %		6,0?	4,6»	3,5?
Предел прочности при растяжении ов> МПа	3275	2758	3034	2758
Удлинение прн разрыве, %	3,9	4,0	2,3	2,4
Начальный модуль упругости, ГПа	69,0	62,1	124,1	131,0
Максимальный модуль упругости, ГПа	96,5	—	127,9	—
Модуль упругости прн изгибе, ГПа	53,1	—	105,5	—
Расчетный модуль упругости при осевом сжатии, ГПа	40,7	—	75,8	—
Динамический модуль упругости, ГПа	96,5	—	137,9	—
Доля прочности в петле от пре­дела прочности при растяжении, %	—	—	—	35
Усталостные свойства (число цик­лов изгиба до разрушения N)	—	—	—	200»
Ползучесть при нагружении до 90% ов	—	—	—	0,0011

Коэффициент треиня — — — 0,46 (0,41) 8

Прн 21 °С и влажности 65 %.

При 22 °С н влажности 55 %.

Изгиб по шпильке диаметром 76,2 мкм при 368 МПа.

Первичная и вторичная ползучесть. Б Нить по нити (нить по металлу).

12.7. Прочностные свойства	Исходных	Одиночных	Волокон	Кевлар-49
Длина волокна, мм	Линейная плотность стренги, текс	Число образцов ^Об	"в. МПа (С,	І' %)	% (<?;, %)

3420 (13,9) 2740 (19,0) 3500 (12,1) 2940 (10,8) 4,3 (15,5)

(19,3) 4,00 (12,5)

506,6 506,6 42,2 42,2

25,4 254,0 25,4 254,0

40

Примечание. Св — коэффициент вариации.

12.8. Теплофизические свойства пряжи и ровницы кевлар-49

Зиачеиие

Температура длительного пребывания на воздухе без изменении 160 свойств, С

Температура разложения, °С 500 Предел прочности при растяжении, МПа:

TOC o "1-3" h z прн комнатной температуре через 16 мес НС 2

При 50 °С на воздухе через 2 мес НС

При 100 °С на воздухе 3170

При 200 °С на воздухе 2720 Модуль упругости, ГПа:

При комнатной температуре через 16 мес НС

При 50 °С на воздухе через 2 мес НС

При 100 °С на воздухе 113,8

При 200 °С на воздухе 110,3

Усадка, %/К 4-Ю"4 Коэффициент линейного расширения в диапазоне 0—100 °С, 10"в К"1:

Продольный —2

Радиальный +59

Теплоемкость при комнатной температуре, Дж/(г• °С) 1,42 Теплопроводность при комнатной температуре1, Дж/(см-К)-.

Поперек волокна 411,0

Свойства

Вдоль волокна 481,6

Теплота разложения, кДж/г 34,8

1 Здесь р = 190 кг/м3.

I НС — не снижается первоначальное значение.

12.9. Устойчивость волокон кевлар-29 и кевлар-49 к действию различных химикалий

Реагент	Концен­трация,	Темпера­тура, °С	Время, ч	Потеря прочности волокна, %
	%		Кевлар-29	Кевлар-49

Уксусная кислота	99,7	21	24	—	0
Бензойная кислота	3	99	100	—	26
Муравьиная кислота	90	21	100	—	7
Соляная кислота	37	21	24	—	0
	37	21	1000	83	______
Плавиковая кислота	5	21	24	—	0
	10	21	10	12	8
	48	21	24	—	10
Бромистоводородная ки­	10	21	1000	—	60
Слота
Азотная кислота	1	21	100	18	5
	70	21	24	—	60
Фосфорная кислота	10	21	100	—	1
Салициловая кислота	3	99	1000	—	0
Реагент	Концен­трация, %	Темпера­тура, °С	Время, ч	Потери прочиоста волокна, %
		Кевлар-29	Кевлар-49

Серная кислота	1	21	1000	—	5
10	21	100	14	—
	10	21	1000	—	31
	70	21	1000	—	59
	96	21	24	—	100
Гидроокись натрия	50	21	24	—	10
Гидроокись аммония	28	21	1000	10	—
Ацетон	100	21	24	0	0
Бензол	100	21	24	—	0
Четыреххлористый углерод	100	21	24	—	0
Диметил формамид	100	21	24	—	0
Метиленхлорид	100	21	24	—	0
Метил этилкетон	100	21	24	—	0
Трихлорэтилен	100	21	24	—	1,ь
	100	88	387	7	—
Толуол	100	21	24	—	0
Бензиловый спирт	100	21	24	—	0
Этиловый спирт	100	21	24	0	0
Метиловый спирт	100	21	24	—	1
Реактивное топливо (ИП-4)	100	21	300	0	4,5
100	199	100	4	.....
Тормозная жидкость	100	21	312	2	—
	100	163	100	33
Трансформаторное масло	100	60	500	4,6	0
(Texaco № 55)
Керосин	100	60	500	9,9	0
Формалин	100	21	24	—	1,6
«Фреон-11»	100	60	500	0	2,7
«Фреон-22»	100	60	500	0	36
Вода:
Водопроводная	100	100	100	0	2
Морская (у побережья шт.	100	21	3 мес	—	0
Нью-Джерси, г. Ошен-	100	—	1 год	1,5	1,6
Сити)
Под давлением 6,9 МПа	100	21	720	0
Сверхочищенная вода	100	138	40	9,3	—
Насыщенный пар	100	149	48	28	--

Характеристики химической стабильности волокон кевлар. Дан­ные по воздействию на волокно кевлар ультрафиолетового из­лучения приведены в табл. 12.10 [8, 101.

12.2.5.3. Механические свойства

Механические свойства волокна кевлар существенно отли­чаются от аналогичных свойств обычных органических волокон. Волокна кевлар имеют очень большой модуль упругости и высо­кую прочность при малой деформации при разрыве. Кривые за­висимости напряжение — деформация при испытании по стан-

12 П/р Дж. Любииа 353 12.10. Устойчивость волокон и пряжи кевлар-29 и кевлар-49 к ультрафиолетовому излучению

Марка волокна кевлар	Линейная плотность, теко	Т[37]S О Га М Н >> О. «	Экспозиция	Разрывная нагрузка, ДаН	Потеря прочно­сти, %
Вид	Время, ч	Перед экспо­зицией	После экспо­зиции
29	166,6 (БО)	0,83	УКК, с	200	33,1	24,3	27
49	157,7 (БО)	0,71	УКК, ВС	200	32,4	24,3	25
			500	32,4	20,4	37
49	788,8 (БО)	0,35	УКК, ВС	200	150	117	32
			500	150	100	34
49	788,8 (ПУП)	0	УКК, ВС	200	156	103	34
			500	156	84	46
49	788,8 (ПУП)	0,35	УКК, ВС	200	161	129	20
			500	161	107	34
29+25 %	Веревка, 3		Ф, с	200	5171	4808	7
Дакрона	Пряди,		С	6 мес	5171	4717	9
	D = 12,7 мм			12 жес	5171	4309	17
				24 мес	5171	4309	17
29	Веревка, 3		Ф, с	6 мес	6532	5897	10
	Пряди,			12 мес	6532	5262	19
	D = 12,7 мм			24 мес	6532	4509	31
49	7,7 мм крученый	—	Контроль	—	____	17,2	—
	Корд (530 оди­		КЛФ, с	100	—	10,1	41
	Ночных нитей)			200	—	9,1	47
		КК, с	100	—	9,7	44
			КК, в	100	____	10,1	41
			КК, с	200	____	8,2	52
			КК, в	200	—	8,3	51
49	Плетеная верев­	—	Контроль	—	____	600	___
	Ка1, d = 3,2 мм		Климати­
			Ческая
			Камера
			УКК, с	100	—	467	22
49	Крученая верев­	—	Контроль	—	—	5171	—
	Ка, 3 пряди		УКК, С	200	—	4808	7
	D — 12,7 мм		Ф, С	6 мес	—	4654	10
				12 мес	—	4191	19

Дарту ASTM D-2343-67 оказыва­ются практически линейными вплоть до разрушения. Продольные меха­нические свойства кевлара-49 уни­кальны даже по сравнению с нео­рганическими армирующими волок­нами (рис. 12.12) [8]. В работе [61 проанализированы результаты ис­следований механических свойств волокна кевлар. Сведения из этой работы изложены ниже.

Свойства при растяжении. Диа­граммы зависимости напряжение — деформация сухих волокон кевлар-29 и кевлар-49 при различных темпера­турах и соответствующие значения разрывных напряжений приведены на рис. 12.13 [6]. При увеличении скорости нагружения с 0,167 до 8000 %/с прочность сухого во­локна снижается в среднем на 14 %, однако характер разрушения остается неизменным. Как следует из приведенных графиков, влияние температуры на продольные прочностные характеристики

Невелико.

Л

Л*'См ' с-нг-'С

Рис. 12.11.' Влияние темпера­туры Т на теплопроводность X пряжи кевлар-49 при тепловом потоке, параллельном (1) и пер­пендикулярном (2) волокну

С, МПа

М7

2758

2068

Г,%

Рис. 12.12. Зависимости растягива­ющее напряжение а — деформация е различных армирующих волокон:

1 — ВМ-пряжа нз УВ с модулем упру­гости Е = 414 ГПа; 2 — бороволокна с Е = 379 ГПа; 3 — ВП-пряжа нз УВ с Е = 262 ГПа; 4 — ровинг из волокиа кевлар-49 (пряжа дополнительно кру­ченая) с Е — 131 ГПа; б — ровинг из (С,(-стекловолокна с Е — 82,7 ГПа; — ровннг из £-стекловолокиа с Е =68,9 ГПа; 7 .— волокно иомекс

Механические свойства мокрой пряжи кевлар-29 и кевлар-49 (после выдерживания в воде в те­чение 5 мин с последующим ис­пытанием в воде) при температуре 21 °С практически стабильны. Однако если для волокна кев­лар-29 при температуре 21 °С та­кие изменения просто отсутст­вуют, то для волокон кевлар-49 эти изменения весьма малы, но все же конечны. Потеря механиче­ских свойств пряжи кевлар-49 в воде при 88 °С почти вдвое пре­восходит аналогичные потери при 93 °С на воздухе (табл. 12.11). На рис. 12.14 представлены диа­граммы зависимости нагрузка — деформация для пряжи кевлар-49 в зависимости от крутки. Влия­ние крутки на прочностные свой­ства арамидных волокон оказы­вается существенно большим, не­жели для любых традиционных текстильных волокон. В работе 12* 355
а-. 1 54; 2 — 21; 3 — 93; 4 — 204; 5 — 316 "С; б: 1 — 77; 2 54; 3 — 21; 4 —

188; 5 — 299; S — 399 °С; в; 1------------------ 54; 2 — 21; 3 — 93; 4 — 204; 5 — 316; 6 — 427 °С;

Г; / — 77; г — 21; 3----------------- 54; 4 — 188; б — 299; 6 — 399 °С

Б, сН/гпекс

A) S)

Рис. 12.14. Типичные диаграммы зависимости напряжение а—удлинение е крученой пряжи с различными числами круток:

Рис. 12.13. Зависимости напряжение а — деформация є пряжи кевлар-29 (крутка —0,9 см"1 (о, б) и кевлар-49 (крутка 0,8 см""1 (в, г) при скоростях растяжения 0,167 (а) и 8000 %/с"1 при температуре:

A) S) в) г)

А — кевлар-29; 1 — 0; 2 — 1,4; 3 — 3,2; 4 ~ 5,5; см"1; б — кевлар-49; / — 0; 2 — 2,6; 3 — 5,4; 4 — 8,8 см""1

Воздух, 21 °С	3730	—	3,6	152,3	—
Вода, 21 °С	3754	0	3,6	154,6	100
Воздух, 93 °С	3323	—11	3,4	140,7	92
Вода, 93 °С	2908	—22	3,4	130,7	86
Воздух, 21 °С	6953	—	2,2	156,2	—
Вода, 21 °С	6862	—1	2,1	148,5	95
Воздух, 93 °С	6238	—10	2,0	135,4	87
Вода, 93 °С	5585	—2	1,9	121,5	78

Кевлар-49

Каждое значение получено на основании испытаний пяти образцов.

[6] показано, что большое падение прочности в зависимости от крутки для пряжи кевлар не может быть объяснено только влия­нием геометрических факторов. По всей видимости, это явление обусловлено суммарным эффектом геометрии текстильной струк­туры и повреждений волокна, возникающих при крутке.

На малых скоростях нагружения (~10 %/мин) волокно кев­лар-29 может хорошо выдерживать многоцикловые нагрузки при достаточно больших деформациях, если его поверхность не испы­тывает трения 16].

На рис. 12.15 приведено «время жизни» (долговечность) во­локна кевлар-29 толщиной 44,4 текс при многоцикловых испыта­ниях при 21 и 204 °С. Испытуемые волокна выдерживали весьма ограниченное число циклов до разрушения N в результате исти­рания о стальную поверхность.

Устойчивость к изгибу. После приложения изгибающей на­грузки в течение короткого времени при 21 °С волокно возвра­щается в исходное состояние сразу же после снятия нагрузки. При увеличении времени приложения нагрузки, а также при по­вышении температуры испытания восстановление замедляется (рис. 12.16, 12.17). Волокна кевлар могут быть подвергнуты термо­фиксации. Результаты изучения влияния термофиксационных