神奇纤维,创造奇迹!

访杜邦(中国)研发管理有限公司亚太区技术经理宋涛博士

作者:龚淑娟 商福兰 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:53 发布时间:2017-05-16
作为一家以科学创新为基础的全球性企业,杜邦秉承“创造科学奇迹”的理念,为全球客户提供高性能的织物、纤维和无纺布等材料,并不断开发这些高性能材料的新用途。除了大家耳熟能详的尼龙、涤纶、腈纶和氨纶等纺织纤维外,杜邦还致力于高性能纤维的开发和应用。
神奇纤维,创造奇迹!

作为一家以科学创新为基础的全球性企业,杜邦秉承“创造科学奇迹”的理念,为全球客户提供高性能的织物、纤维和无纺布等材料,并不断开发这些高性能材料的新用途。除了大家耳熟能详的尼龙、涤纶、腈纶和氨纶等纺织纤维外,杜邦还致力于高性能纤维的开发和应用。其中特别值得关注的是,杜邦科学家Stephanie Kwolek女士在1965年发明的神奇纤维材料——Kevlar®(凯芙拉®),这是一种高强度、极耐用、比钢材更坚固的芳香族聚酰胺纤维,经过五十多年的发展和应用,现在,Kevlar®几乎成为了高性能纤维的代名词,上天入地(从航空航天到矿山开采),无所不在,并且深入到我们生活的方方面面。

杜邦™ Kevlar®(黄色)长丝及浆粕、Nomex®长丝(白色)

道不完的卓越性能

Kevlar®(凯芙拉®)的化学成分是聚对苯二甲酰对苯二胺。谈起Kevlar®独特的性能优点,杜邦(中国)研发管理有限公司亚太区技术经理宋涛博士满怀自豪娓娓道来:“首先,Kevlar®最突出的性能是具有非常高的强度和模量,其强度是等重钢丝的5倍,以牌号Kevlar®29纤维材料为例,其强度可达3000MPa;其次,Kevlar®具有非常好的耐高温性能和阻燃性能,可长期在180℃的工作温度中使用,并且高温下的抗疲劳性也非常突出,因此可以延长产品的使用寿命;第三点,Kevlar ®的耐蠕变性能非常突出,杜邦的客户曾用Kevlar ®制成的绳索做了一个持续40年的负载测试,如今那些最初参与实验的工程师早已退休,但是该绳索的尺寸却几乎没有变化;此外,Kevlar®纤维材料与常规合成纤维材料相比,还具有非常好的耐化学腐蚀性,在矿物油、甲醇等有机溶剂中不会发生变化;Kevlar®的抗冲击性能也非常优异,它因此而正在逐渐替代赛车车身和空气抑制器中的玻璃纤维增强型塑料,因为它有助于防止撞击后的车身破碎或在车道上留下危险的碎片…...”

杜邦(中国)研发管理有限公司亚太区技术经理宋涛博士

综合来看,Kevlar ®的卓越性能早已远远超越了普通纤维材料,既具有合成纤维的一些特性,还具有合成纤维不具备的性能,是一种非常优异的神奇高性能纤维。

广泛的应用仍在不断扩展

Kevlar®的应用可以使产品更卓越、更牢固、更安全,并且让人们敢于接受更高的挑战。目前,Kevlar®已被广泛用于防弹材料、防护产品、橡胶制品增强、光缆增强以及航空航天复合材料等很多领域,从人们熟知的防弹衣、防刺衣、轮胎到时尚动感的高性能运动装备和消费电子产品。记得Kevlar ®的发明者Stephanie Kwolek女士曾经说过:“当您以开放的心态接纳新理念,并积极展开行动时,一切皆有可能。”

在汽车行业,Kevlar®有助于汽车部件的增强与隔热,提升产品性能、安全和耐久性,因此已在包括从轿车和轻型载货汽车再到专业赛车的各种不同车辆中得到了广泛的应用。目前,Kevlar®在汽车行业最主要的应用包括:轮胎、刹车片、涡轮增压橡胶软管、发动机进排气歧管、离合器隔离片、传动带、垫圈、垫片以及一些特种车辆的防护装甲等。

汽车行业应用    

如同钢筋在混凝土中的作用一样,轮胎行业已广泛使用Kevlar®帘子线来提高橡胶材料的强度和支撑性,从而给轮胎提供卓越的高速稳定性和操控性,Kevlar®的应用可以减小轮胎滚动阻力,达到有效提高燃油效率的目标,所以这种轮胎也被形象地称为“绿色轮胎”。自1973年Firestone首次采用了加入了Kevlar ®的汽车轮胎后,经过多年的发展,现在杜邦已经与固特异、米其林、佳通和正新等合作,共同致力于开发更加绿色环保的轮胎。

Kevlar ®浆粕在汽车刹车片中的应用是杜邦对节能环保做出积极贡献的又一见证。用Kevlar ®浆粕来替代石棉这种致癌物质的刹车片增强材料有效保护了人类的身体健康,并且这种新型非金属材料类的刹车片较传统的刹车片,具有更好的耐磨性和更高的热稳定性,这不仅有助于延长刹车片的使用寿命,而且具有更好的制动性能,这也是将未来刹车片材料的一个发展方向。

针织或编织的Kevlar®纤维可用于增强散热器软管、变速器和涡轮增压器的橡胶软管,使之坚固而轻盈,这是因为Kevlar®不但比高压软管通常使用的其他材料更加强韧,而且还具有出色的热稳定性和耐化学性。特别值得一提的是,随着近年来汽车涡轮增压技术的不断革新,Kevlar ®开始大量应用于涡轮增压器橡胶软管,强度、耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳性和耐冲击性等Kevlar ®的几乎所有的综合优势都在这一应用中得以充分体现。在更高温度的应用中,Kevlar ®结合Nomex®,会带来更高性能的应用,甚至别无选择。在中国汽车市场,长城哈弗SUV系列和上汽荣威系列使用的的涡轮增压器橡胶软管都已采用Kevlar ®纤维来满足性能要求。

关于Kevlar ®的成熟应用案例举不胜举,杜邦孜孜不倦地致力于开发高性能、安全和绿色环保的优异产品和新用途。宋涛博士介绍说:“现在和将来的研发中,我们还会继续探索Kevlar ®的应用领域,比如在汽车行业,我们已经开展了一些研究项目。一是新型Kevlar ®复合材料使发动机引擎罩在保护驾驶员和乘客安全和汽车轻量化方面发挥更好的作用;二是在新能源汽车领域,Kevlar ®的抗冲击,耐高温和阻燃性能可以使动力电池的外壳更好地保护电池的安全并大大减少电池爆炸起火的风险。”杜邦也希望与更多主机厂或电池厂家一起开创更多可能性。

此外,宋涛博士还补充说道:“Kevlar ®虽然本身的颜色是黄色的,但我们也会根据用户的不同需求来定制不同的颜色,以满足的客户对纤维色彩的需求。”

结语

一直以来,杜邦都积极致力于高性能产品的研究和应用开发,并与其涉及的行业共同成长,不断推出创新的技术和解决方案,帮助客户勇于超越极限、迎接和战胜新的挑战,为我们的汽车和生活带来更多创新和突破!