1、第四章 合成纖維,高性能合成纖維,1,芳香族聚酰胺纖維 芳香族聚酯纖維 芳雜環(huán)纖維 超高分子量聚乙烯,2,一、簡介 1962年：發(fā)現(xiàn) Nomex； 1966年：發(fā)現(xiàn) Kevlar； Kevlar纖維的問世，代表著合成纖維向高強度、高模量和耐高溫等高性能化方向發(fā)展達到一個新的里程碑。,1、芳香族聚酰胺纖維,3,1,4,1,3,1、芳香族聚酰胺纖維,一、簡介,芳綸1313,芳綸1414,Nomex,Kevlar,4,酰胺鍵與苯環(huán)間位連接,內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能低，可旋轉(zhuǎn)角度大,大分子是柔性鏈結(jié)構(gòu)，在力學性能上接近普通的柔性鏈纖維,但苯環(huán)含量高，耐熱性能遠大于脂肪族纖維,二、結(jié)構(gòu)與性能的差異,芳綸1313,5,

2、對位連接，共軛結(jié)構(gòu),內(nèi)旋位能相當高，呈剛性直鏈結(jié)構(gòu)，分子排列規(guī)整，結(jié)晶和取向極高,纖維的強度和模量相當高,二、結(jié)構(gòu)與性能的差異,芳綸1414,6,航空、航天領(lǐng)域：發(fā)動機殼體及零部件； 防彈領(lǐng)域：頭盔、背心、運鈔車等；,三、芳綸1414的應(yīng)用,7,建筑領(lǐng)域：替代鋼筋（芳綸辮繩的強度通常是鋼筋的5倍，而密度只有它的1/5）；,三、芳綸1414的應(yīng)用,8,輪胎簾子線：與常規(guī)輪胎相比，采用芳綸簾子線的輪胎質(zhì)量可減輕3kg，而價格只高10%； 各種高壓氣罐； 高速列車的天花板和內(nèi)部隔板。,三、芳綸1414的應(yīng)用,9,2、芳香族聚酯纖維,芳香族聚酰胺纖維具有高強度、高模量、高耐熱性，但其液晶紡絲技術(shù)復(fù)雜、

3、價格太高 !,提出設(shè)想： 采用酯基取代酰胺基，制備芳香族聚酯結(jié)構(gòu)，采用熔體紡絲取代液晶紡絲？,一、簡介,10,2、芳香族聚酯纖維,聚對羥基苯甲酸 聚對苯酚對苯二甲酸酯,最簡單的芳香聚酯結(jié)構(gòu)：,但化學結(jié)構(gòu)剛性太強，不僅熔融溫度比分解溫度高，而且也不溶解于強酸之類溶劑中，只能燒結(jié)成形。,11,解決辦法： 降低剛性 導(dǎo)入不規(guī)整分子基團或柔性基團 ？,2、芳香族聚酯纖維,一、簡介,12,2、芳香族聚酯纖維,一、簡介,DuPont公司：提出PET與對羥基苯甲酸共聚，得到X-7G纖維，熔點顯著降低，但其強度和模量不太高。,13,現(xiàn)已實現(xiàn)工業(yè)化產(chǎn)品：美國塞拉尼斯和日本可樂麗公司合作開發(fā)的Vectran纖維。

4、,2、芳香族聚酯纖維,一、簡介,14,高性能船用纜繩、遠洋捕魚網(wǎng)、傳送帶及電纜； 增強纖維：在光纜、特種電線中起支撐保護作用，與橡膠復(fù)合制造高壓軟管； 體育器材：如網(wǎng)球拍、頭盔及雪橇等也在開始使用。,2、芳香族聚酯纖維,二、芳香族聚酯纖維的用途,15,3、芳雜環(huán)纖維,聚苯并咪唑纖維 (PBI)：美國塞拉尼斯公司研制開發(fā)并工業(yè)化的一種高科技纖維。,一、聚苯并咪唑(PBI)纖維,16,3、芳雜環(huán)纖維,一、聚苯并咪唑(PBI)纖維,優(yōu)點：耐高溫性、阻燃性、尺寸穩(wěn)定性和耐化學腐蝕性，還有穿著舒適性等。 缺點：力學性能不太高。,17,3、芳雜環(huán)纖維,一、聚苯并咪唑(PBI)纖維,用途： 特殊紡織制品：如

5、宇航服、飛行服，太空飛船中密封墊、救生衣； 金屬鑄造、玻璃行業(yè)：隔熱防護材料，如手套，工作服，輸送帶。,18,Stanford研究所擁有此聚合物合成技術(shù)專利，Dow化學公司授權(quán)對其進行開發(fā)，1995年開始小批量生產(chǎn)。,二、聚亞苯基苯并二惡唑(PBO)纖維,3、芳雜環(huán)纖維,19,優(yōu)點： 高模量：比芳綸高一倍以上； 熱分解溫度達到650，比耐熱性好的PBl要高出許多，它在火焰中不燃燒不收縮且仍然非常柔軟，因此是十分優(yōu)異的耐熱紡織面料。,二、聚亞苯基苯并二惡唑(PBO)纖維,3、芳雜環(huán)纖維,20,用途：防彈、阻燃材料。,二、聚亞苯基苯并二惡唑(PBO)纖維,3、芳雜環(huán)纖維,21,4、超高分子量聚乙烯

6、纖維,設(shè)想： 既然柔性聚酯、聚酰胺能夠開發(fā)成高強高模纖維，那么聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚烯烴等常規(guī)纖維也能否開發(fā)成高強高模纖維 ？,一、簡介,22,4、超高分子量聚乙烯纖維,近20多年來，各國科學家從理論和實踐兩個方面進行了大量、深入細致的研究工作，終于促使超高強聚乙烯纖維、超高強聚乙烯醇纖維、超高強聚丙烯脂纖維相繼誕生，并開始了工業(yè)化生產(chǎn)，其中、超高強高模聚乙烯纖維的發(fā)展尤為迅速。,一、簡介,23,二、性能,強度達到2.23.5GPa，而芳綸1414強度為2.152.58GPa； 具有很好的耐疲勞性和耐磨擦性； 耐沖擊性能強于芳綸、碳纖維、聚酯，僅小于尼龍；在高強纖維中，它是最高的；,4、超高分

7、子量聚乙烯纖維,24,二、性能,耐光性是所有纖維中最好的； 優(yōu)良的耐化學腐蝕性：經(jīng)強酸、強堿2000h浸泡，高強PE纖維的強度能保持在90%以上，而芳綸只有原來的20%； 熱性能：熔點144。,在低溫和常溫的領(lǐng)域內(nèi)有著極其廣闊的應(yīng)用前景。,25,三、應(yīng)用,繩索類：由于聚乙烯強度高、模量高、密度小、耐腐蝕性好，因此特別適合用作海洋航行用繩索，降落傘用繩。,4、超高分子量聚乙烯纖維,26,三、應(yīng)用,防彈材料：優(yōu)良的吸收沖擊能量的本領(lǐng)、纖維的可加工性及特別小的密度，都使它在作防彈或防切割衣服方面具有其他纖維無法比擬的優(yōu)點。,4、超高分子量聚乙烯纖維,27,三、應(yīng)用,用作復(fù)合材料的增強材料：優(yōu)良的力學

8、性能賦予其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如軍用及民用頭盔、比賽用帆船、賽艇。,4、超高分子量聚乙烯,28,第四章 合成纖維,功能合成纖維,29,時代發(fā)展的產(chǎn)物： 保證：社會的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的積累； 動力：人們對美好和舒適生活的追求； 目標：賦予真絲般柔軟感和纖細感，光澤優(yōu)雅，并賦予防水透濕、親水、防靜電、抗紫外、抗菌、可生物降解等功能。,1、概 述,30,纖維材料的功能： 聚合物的化學結(jié)構(gòu)和基團組成的特異性； 高分子聚集態(tài)的物理形態(tài)特異性； 纖維的成型技術(shù)（采用異型截面、中空、復(fù)合等紡絲工藝）。,1、概 述,31,2、高彈性纖維,一、氨綸（聚氨酯纖維）,分子鏈上由軟鏈段和硬鏈段兩部分組成；低熔點

9、、無定形的軟鏈段作為母體，高熔點、結(jié)晶的硬鏈段嵌在其中。,32,其中軟鏈段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚組成，Tg：-70-50 ，常溫下為高彈態(tài)； 硬鏈段由結(jié)晶性的芳香族二異氰酸酯等組成，在應(yīng)力作用下不變形； 氨綸具有500800%的伸長，回復(fù)性也非常出眾；,2、高彈性纖維,一、氨綸（聚氨酯纖維）,33,紐士達：煙臺泰和新材料股份有限公司,34,美國杜邦公司（1959年），聚氨酯溶液進行干法紡絲制得的萊卡纖維，與橡膠相比，彈性更長更持久，而且重量輕1/3 。,2、高彈性纖維,二、萊卡,35,第一代氯綸：無規(guī)立構(gòu)，Tg = 75 ，具有耐腐蝕性好、抗靜電和保暖功效； 第二代氯綸：低溫聚合產(chǎn)物，高間規(guī)

10、度，Tg = 100 ，溶液紡絲。,3、耐腐蝕性纖維,一、氯綸（聚氯乙烯纖維）,36,3、耐腐蝕性纖維,乳液紡絲； 耐腐蝕、耐酸堿。,二、氟綸（聚四氟乙烯纖維）,37,4、阻燃纖維,極限氧指數(shù)：,LOI21%即為阻燃纖維,38,4、阻燃纖維,阻燃纖維 氟綸：90 酚醛纖維：3234 氯綸：3537 芳綸：3334 PBI：41 腈氯綸：2631 維氯綸：3033,39,5、醫(yī)用合成纖維,醫(yī)用合成纖維的要求：生物相容性（血液和組織）,生物可降解性合成纖維,生物不可降解合成纖維,主要為聚酯類纖維：聚羥基乙酸、聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基丁酸酯及其共聚物纖維。,PA、滌綸、腈綸、丙綸等。,40,可降解聚

11、酯類纖維：醫(yī)學可吸收縫線、自增強人造骨復(fù)合材料等； 不可降解類纖維：PA、滌綸、丙綸可用作非吸收性縫合線，滌綸和氟綸用于制造人工血管，PAN中空纖維用于人工腎，PP中空纖維用于人工心臟。,用途：,5、醫(yī)用合成纖維,41,6、導(dǎo)電纖維,產(chǎn)量最大導(dǎo)電纖維品種；,聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，直接紡絲或后處理法。,銅、鋁、不銹鋼纖維，細絲難以加工,徑向強度低,銅、銀、鎳、鉻的硫化物和碘化物；,42,應(yīng)用,在纖維中混入0.055的導(dǎo)電纖維，可解決織物的帶靜電問題，防止靜電性能遠高于抗靜電纖維。,6、導(dǎo)電纖維,43,由導(dǎo)電纖維制成的導(dǎo)電織物具有導(dǎo)電、電熱及屏蔽和吸收電磁波的功能，可用來制成導(dǎo)電工作服

12、；或制造電熱毯、電熱服、睡袋及電熱繃帶等面狀發(fā)熱體；,應(yīng)用,6、導(dǎo)電纖維,44,利用導(dǎo)電纖維對電磁波的屏蔽特性，可用作精密電子元件、電子儀器、高頻焊接機等電磁波屏蔽罩，或航空和航天部門的電磁波屏蔽材料。,應(yīng)用,6、導(dǎo)電纖維,45,7、光導(dǎo)纖維,光導(dǎo)纖維（光纖) ：是一種把光能閉合在纖維中，產(chǎn)生導(dǎo)光作用的光學復(fù)合材料。,46,由兩種或兩種以上折射率不同的材料復(fù)合而成： 芯材：起導(dǎo)光作用 皮材：折射率低于芯材而能將光能閉合于芯材之中 芯材和皮材的折射率相差越大越好。,47,7、光導(dǎo)纖維,48,60年代推出,70年代推出，損耗小，傳導(dǎo)距離長， 但價格昂貴、不易彎曲、加工困難,70年代開始出現(xiàn)，損耗較

13、大，傳導(dǎo)距離短，但加工容易、輕而柔軟、繞曲性好,7、光導(dǎo)纖維,49,有機光纖特點： 是一種很細的皮芯型光學合成纖維，其芯絲是高光學純的有機高聚物，直徑在0.0050.1mm，在它外面包裹著一層低光折率的有機高聚物薄膜皮層。,8、光導(dǎo)纖維,50,有機光纖特點： 光在纖維界面上全反射而使光在纖維內(nèi)曲折反復(fù)傳播并把光約束在纖維內(nèi)進行導(dǎo)光。,7、光導(dǎo)纖維,51,芯用材料：透光性好，又易纖維化，如PMMA和PS； 皮層材料：選用比芯材折射率低的透明性高聚物；,有機光纖,7、光導(dǎo)纖維,52,有機光纖,例如：,芯材,皮材,氟化偏氯乙烯四氟乙烯共聚物,PMMA,（折射率在1.40左右）,（折射率為l.49）,

14、PS,（折射率為1.59）,PMMA,53,Gore面料（1976，美國）：該面料中復(fù)貼而成的PTFE防水透濕薄膜，該薄膜擁有原纖維狀的微孔結(jié)構(gòu)，使汗氣可以通過，液態(tài)水不能通過；,9、纖維的其他功能,防水透濕功能“可呼吸” ：,54,如在合成纖維制造過程中，在聚合階段用共聚方法引入抗靜電劑，如加入0.10.5%的納米TiO2、Cr2O3、ZnO、Fe2O3等，通過紡絲制成具有抗靜電效果的纖維；或者直接加入導(dǎo)電纖維進行混紡。,防靜電功能：,靜電的危害：放電，吸塵,55,加入無機抗菌、防臭劑，如納米TiO2 。TiO2陽光下尤其在紫外線照射下，自行分解出自由移動的電子和空穴，它們分別與吸附在TiO2表面的氧和H2O作用形成O2- 和HO，其具有很強的化學活性，能與細菌內(nèi)的有機物反應(yīng)生成CO2和H2O，從而在短時間內(nèi)就能殺死細菌，消除惡臭。,抗菌、防臭功能：,56,