高性能纖維材料

序：高性能纖維的定義、特點、分類及性能

一、對位和間位芳綸

二、聚苯并噁唑(PBO)纖維

三、PEEK

四、聚四氟乙烯纖維

五、碳纖維

六、玻璃纖維

七、蜘蛛絲

 

高性能纖維的定義及特點

1、定義：強度>17.6cN/dtex，模量>440cN/dtex

2、特點：高強、高模、耐高溫（熱收縮率低、阻燃）、耐化學(xué)作用、高承載能力、高耐久性

 

高性能纖維的基本分類、構(gòu)成與特性

 

 

 

高性能纖維所需分子結(jié)構(gòu)條件

1、構(gòu)成高分子主鏈的共價鍵，鍵能越大越好；

2、高分子鏈的構(gòu)象越近似直線形越好；

3、高分子鏈的橫截面積越小越好；

4、高分子鏈的鍵角形變和鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到的阻力越大越好；

5、高分子的相對分子質(zhì)量盡量的大，減少大分子鏈中的末端數(shù)。

 

一、對位和間位芳綸

對位芳綸（芳綸1414）

1、結(jié)構(gòu):

2、特點：強度高、模量小、密度小、柔性且化學(xué)性能穩(wěn)定、除無機強酸、強堿外，能耐多種酸、堿及有機溶劑的侵蝕。

3、應(yīng)用：主要用作高速飛機輪胎的窗子線。用作增強材料，用于高壓容器、火箭發(fā)動機外殼和雷達天線罩等。

4、制備或來源：由聚合物經(jīng)干噴濕紡法或濕法紡絲制得。

 

間位芳綸（芳綸1313）

1、結(jié)構(gòu)：

2、特點：耐熱性、阻燃性、耐酸性好，除不能與強堿長期接觸外，對堿的穩(wěn)定性也很好。對漂白劑、還原劑、有機溶劑等非常穩(wěn)定。還有良好的抗輻射能力。缺點是耐光性差。

3、應(yīng)用：主要用于防原子能輻射、高空高速飛行材料等方面。也可用于特殊要求的輪胎窗子線。主要用于制防輻射衣料、航天衣料，也用于制耐高溫衣料、蜂窩制件、高溫線管、飛機油箱、防火墻、反滲透膜或中空纖維等。
4、制備或來源：由間苯二甲酸間苯二胺縮聚后經(jīng)溶液紡絲而成。

 

二、聚苯并噁唑(PBO)纖維

1、結(jié)構(gòu)：

2、特點：高耐燃性，熱穩(wěn)定性>芳綸，抗蠕變、耐化學(xué)、耐磨性和耐壓縮性好，不會出現(xiàn)無機纖維的脆性破壞。但耐光性差。

3、應(yīng)用：在消防服方面, 可以制造性能更優(yōu)異的防護服、熱氣體過濾介質(zhì)。在抗震水泥構(gòu)件中做增強纖維、 高強度繩索及摩擦減震材料、在宇航領(lǐng)域中, 可做飛機或飛行器的防護殼體及熱屏障層。

4、制備或來源：制法主要是將二氨基間苯二酚與對苯二甲酸或3-氨基4-羥基苯甲酸單獨在多磷酸中縮聚并直接干噴濕紡，或溶液縮聚后將聚合物溶于濃硫酸中干噴濕紡，高模量型還要進行高溫?zé)崽幚怼?/span>

 

三、PEEK纖維

1、結(jié)構(gòu)

2、特點：耐輻照性好、絕緣性穩(wěn)定、耐水解，抗壓，耐腐蝕，耐溫、熱穩(wěn)定性佳、超高耐熱性。其材料制作成的機械零件具有自潤滑效果。在航空航天、汽車制造、電子電氣、醫(yī)療和食品加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

3、應(yīng)用：應(yīng)用于各種腐蝕和熱作用場合的傳送帶和連接器件，壓濾和過濾材料，防護帶及服裝，洗刷用工業(yè)鬃毛絲，電纜、開關(guān)的防護絕緣層，熱塑性復(fù)合材料的增強體，土木膜和土木材料，以及樂器的弦線和網(wǎng)球拍用線。

4、制備或來源：制備可采用高溫 370℃ 以上熔紡成形、冷卻、拉伸并使纖維適當(dāng)松弛。

 

四、聚四氟乙烯纖維

1、結(jié)構(gòu)

2、特點：化學(xué)穩(wěn)定性極好，耐腐蝕性優(yōu)于其他合成纖維品種；纖維表面有蠟感，摩擦系數(shù)小；實際使用溫度120～180℃；還具有較好的耐氣候性和抗撓曲性,但染色性與導(dǎo)熱性差，耐磨性也不好,熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生靜電。

3、應(yīng)用：作高溫粉塵濾袋、耐強腐蝕性的過濾氣體或液體的濾材、泵和閥的填料、密封帶、自潤滑軸承、制堿用全氟離子交換膜的增強材料以及火箭發(fā)射臺的苫布等。

制備或來源：①乳液紡絲法。工業(yè)上采用的主要方法，聚四氟乙烯乳液（濃度60％）與粘膠絲或聚乙烯醇等成纖性載體混合后，制成紡絲液，紡絲后將載體在高溫下碳化除掉，聚合物被燒結(jié)而連續(xù)形成纖維。②糊料擠出紡絲法。將聚四氟乙烯粉末與易揮發(fā)物調(diào)成糊料，經(jīng)螺桿擠出后通過窄縫式噴絲孔紡成條帶狀纖維,然后用針輥作原纖化處理,可制得強度較高、纖度較大的纖維。③膜裂紡絲法。將聚四氟乙烯粉末燒結(jié)制得圓柱體，經(jīng)切割或切削后,進行熱拉伸等處理,制得白色纖維，強度較低。④熔體紡絲法。以四氟乙烯與4％～5％全氟乙烯、全氟丙基醚的共聚物熔融后進行紡絲，制得強度較高的纖維。

 

五、碳纖維

1、定義：化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量 90%以上的纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。

分類：

2、特點：碳纖維的軸向強度和模量高，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性。無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復(fù)合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

3、應(yīng)用：碳纖維增強的復(fù)合材料可用作飛機結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。

4、制備或來源：目前應(yīng)用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學(xué)變化包括，脫氫、環(huán)化、預(yù)氧化、氧化及脫氧等。

 

六、玻璃纖維

基本介紹：玻璃一般人的觀念為質(zhì)硬易碎物體，并不適于作為結(jié)構(gòu)用材，但若抽成絲后，則其強度大為增加且具有柔軟性，故配合樹脂賦予形狀以后終于可以成為優(yōu)良之結(jié)構(gòu)用材。玻璃纖維隨其直徑變小其強度增高。

1、結(jié)構(gòu)：

2、特點：玻璃纖維比有機纖維耐溫高，不燃，抗腐，隔熱、隔音性好，抗拉強度高，電絕緣性好。但性脆，耐磨性較差。

3、應(yīng)用：玻璃纖維主要用作電絕緣材料，工業(yè)過濾材料，防腐、防潮、隔熱、隔音、減震材料。還可作為增強材料，用來制造增強塑料或增強橡膠、增強石膏和增強水泥等制品。用有機材料被覆玻璃纖維可提高其柔韌性，用以制成包裝布、窗紗、貼墻布、覆蓋布、防護服和絕電、隔音材料。

4、制備或來源：可將熔融玻璃直接制成纖維；或?qū)⑷廴诓Ａ戎瞥芍睆?0mm的玻璃球或棒，再以多種方式加熱重熔后制成直徑為 3～80μm的甚細纖維。

 

七、蜘蛛絲

 

 

1、成分：甘氨酸（NH2-CH2-COOH）、丙氨酸（NH2-CH[CH3]-COOH）及小部分的絲氨酸（NH2-CH[CH2OH]-COOH）及其它氨基酸單體蛋白質(zhì)分子鏈。

2、特點：具有其他纖維不可比擬的強度大、 彈性好、柔軟、質(zhì)輕、抗斷裂、耐紫外線等優(yōu)點，并且可生物降解和回收，不會對環(huán)境造成污染，是生產(chǎn)綠色織物優(yōu)異的紡織材料。但產(chǎn)量非常低。

3、應(yīng)用：因其透氣性好，可用于防彈衣的制造。也可以用于制造坦克和飛機的裝甲， 以及軍事建筑物的 “防彈衣” 等。但若將蜘蛛絲應(yīng)用于制造防彈衣， 須與其它防彈材料復(fù)合使用。

4、來源：自然界。蜘蛛的肚子里有許多絲漿，它的尾端有很小的孔眼。結(jié)網(wǎng)的時候，蜘蛛便將這些絲漿噴出去。絲漿一遇到空氣，就凝結(jié)成有粘性的蜘蛛絲。