高性能纤维.docx

高性能纤维•定义：高性能纤维目前尚无明确而统一的定义一般来说， 具有比普通合成纤维高得多的强度和模量，有优异的耐高温性能 和难燃性及突出的化学稳定性•发展：合纤发展的四个阶段：第一阶段（1938〜1950年）主要发展锦纶；第二阶段（1950〜1956年）涤纶和腈纶问世并实现工业化生 产；第三阶段（1956年开始）发展改性纤维，包括差别化纤维；第四阶段（20世纪60年代初）发展高性能纤维・分类：包括有机和无机两大类无机：碳纤维、硼纤维、硅一碳纤维、铝纤维、硅一钛一碳 —氧纤维有机：对位、间位芳族聚酰胺纤维杂环聚合物如PBI纤维聚四氟乙烯纤维超高分子量聚乙烯（PE）纤维超高分子量PVA、PAN纤维•用途：属于特殊用途的纤维，生产量虽不大，但在国民经济 中占有重要的地位如航天、航空工业中飞行器的结构材料，高温、耐腐蚀气体、液体的过滤材料各种复合材料特种防护服等一、碳纤维1 .生产：以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为原丝，通 过加热除去碳以外的其它一切元素制得的一种高强度、高模量纤 维2 .种类：根据炭化温度不同，分为三种类型1） 普通型（A型）碳纤维：在900〜1200°C下炭化得到的 碳纤维。

强度和弹性模量都较低2） 高强度型（II型或C型）碳纤维：在1300〜1700C下炭 化得到的碳纤维强度很高，可达138.4〜166.1cN/tex3） 高模量型（I型或B型）碳纤维：又称石墨纤维在炭 化后再经2500C以上高温石墨化处理得到的碳纤维强度较高， 约为97.8〜122.2cN/tex模量很高，一般可达17107cN/tex以上， 有的甚至可达31786cN/tex3 .性能：•轴向的强度和模量高，而径向的强度和模量相对较低，因而碳 纤维不宜径向受力，打结强度低•具有良好的耐热性和耐高温性能耐温度急变，热膨胀系数小， 耐腐蚀且能导电•化学性能与碳相似，在空气中的使用温度不能太高，一般在360 °C以下，但在隔绝氧的情况下，一般可达1500〜2000°C，且温度 越高，纤维的强度越大除能被强氧化剂氧化外，一般的酸、碱 对它不起作用•具有自润滑性降低复合材料的磨损率•密度比一般纤维大，但远比一般金属轻4.应用：不单独使用，一般加入到树脂、金属或陶瓷等基体 中，作为复合材料的骨架材料构成的复合材料质轻、耐高温、有很高的抗拉强度和弹性模 量，是制造宇宙飞船、火箭、导弹、高速飞机以及大型客机等不 可缺少的组成原料。

其复合材料在原子能、机电、化工、冶金、运输等工业部门 以及容器和体育用品（如网球拍、冰球拍、高尔夫球拍、滑雪板、 赛船、帆船）等方面也有广泛的用途二、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维我国称之为芳纶1313，美国称之为Nomexo 1960年首先由杜 邦公司试制成功，1967年正式工业化生产，是第一种耐高温纤维， 也是目前所有耐高温纤维中产量最大，应用面最广的一种纤维1 .性能：•具有良好的耐热性能，即使在长时间高温作用下也不会丧失在180C下放置3000h之后不会损失其强度；在260C下持续使用 1000h以后，剩余强度仍能保持原强度的65%•属难燃纤维，只在置于明火中才能勉强燃烧，当火焰移开后， 立即停止燃烧•具有良好的尺寸热稳定性在260C的干燥空气中收缩率约为 1.7%，在沸水中达到2%左右•化学稳定性良好，只是不能与氢氧化钠等强碱长期接触•具有良好的抗辐射性能2 .用途•高温下使用的过滤材料、输送带、电绝缘材料等；•防火帘、防燃手套、消防服、耐热工作服、降落伞、飞行服、宇宙航行服、防热辐射和防化学药品的防护服等； •民航客机或某些高级轿车用的阻燃装饰织物•芳纶1313中空纤维还可用于海水和咸水淡化处理。

三、 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维1972年问世，命名为Kevler，我国称之为芳纶1414，是美国 杜邦公司专为增强轮胎和其他橡胶制品而开发的高强、高模量芳 族聚酰胺纤维性能：•耐高温、高强度和高模量弹性模量约为一般锦纶的9〜10倍 ・不熔融，在氮气中从550°C起开始分解，具有金黄色的本色•象无机纤维一样具有优良的尺寸稳定性•具有良好的耐疲劳强度、弯曲性能和韧性•密度不大，与橡胶有良好的粘着力，是一种比较理想的帘子线 纤维应用：• 3/4的产量被用于生产高级轮胎•制作复合增强塑料、特种帆布和绳索等•具有能透过微波的特性，可用以制作雷达等装置的外罩•高压水龙带、三角皮带、运输带中的增强纤维•用以生产电缆(如深海电缆)、腰带和防弹背心等四、 超高分子量聚乙烯纤维•强度高、模量大、耐磨、抗紫外线，所以特别适合于制作绳索 •具有良好的耐挠曲性，有很高的钩接强度和耐磨性，因此其加 工性能良好制成的非织造布可用作过滤织物、防护服或纤维增 强材料•断裂能高和耐紫外线，可制成耐冲击织物、过滤织物、降落伞、 航海用织物等•用于复合材料，可大大减轻材料的重量，提高材料的耐冲击性 和减震，并保持材料的电绝缘性和电磁透析性。

可制作头盔、装 甲板、防尘板及冲击板，也可用于运动器材如弓弦等五、 聚苯硫醚纤维(PPS)PPS短纤维直至1983年才批量生产• PPS纤维的化学结构由硫原子和对位被取代的苯环交替排列组 成，适合在恶劣的工业环境下应用，是兼具优异的热稳定性、化 学稳定性和纺织加工性能的新型高性能纤维•PPS短纤维的性能与多数纺织纤维相仿，具有良好的纺纱性能和 用传统针刺技术加工非织造布的性能，所得纱线和织物的主要物 理性能和多数纺织纤维相似•具有特殊的阻燃性能，能耐大多数化学试剂，有罕见的热稳定 性，是工业上过滤烟道气的极佳纤维材料•具有较高的熔点和在苛刻的化学和热环境中的优异稳定性，可 以针刺成毡带的形式用于造纸工业的烘干机•、利用PPS短纤维的耐热性和低含湿率，用于制作电子工业的特 种用纸•PPS纤维的针刺非织造布或机织物均可用作特种过滤材料，可用 于热的腐蚀性化学试剂的过滤材料°PPS单丝或复丝织物还可用作 除雾材料•PPS纤维引人注目的并不是它的常规物理性能，而是在极其恶劣 的条件下，他仍能保持这些性能六、 聚苯并咪唑纤维（PBI）-PBI纤维是美国在20世纪60年代中期研制成功并投放市场的 该纤维本色金黄，具有耐高温、抗化学腐蚀、优异的纺织加工性 能和手感等综合特性，耐高温性能比芳纶1313更为优越，其独特 的性能之间的平衡在同类其它纤维中没有见到过。

•具有抗有机化学试剂作用的特性，在86°C的各种有机溶剂中浸 渍168h，纤维强度不受影响PBI的耐热性能使它在特殊应用中成为取代石棉的一种良好材 料由PBI制作的耐高温手套在温度高达815C时的使用寿命是石 棉的2〜9倍含有PBI纤维的输送带在425C时的使用寿命是石 棉的两倍，而且输送带表面有弹性，不会擦伤所输送的物品•具有高吸湿性、热稳定性和难燃性，可作为防护服如飞行员 和消防队员的工作服PBI曾经用于制作阿波罗号和空间试验室中 宇航员的航天服和内衣•以PBI为基础的材料可以作为燃煤锅炉中燃料气的过滤材料•具有良好的重复使用性能，可用于制造反渗透膜用PBI制成 的平面膜和中空纤维可用于海水淡化处理七、 聚四氟乙烯纤维（PTFE）1954年开始工业化生产，具有许多优良的性能这种纤维有 单丝、复丝、短纤维和膜裂纤维等，我国简称氟纶，美国和日本 的商品名为特氟纶（Teflon）性能：•PTFE是一种高度对称和不带有极性、不含有任何支链的线型高 分子化合物，具有非常优异的化学稳定性•具有十分良好的耐气候性，是现有各种化学纤维中耐气候性最 优良的一个品种，在室外暴露达15年之久，其机械性能仍不发生 明显的变化。

•纤维既能在较高的温度下使用，也能在很低的温度下使用其 使用温度范围是-180〜260°C•是最难燃的有机纤维之一，在空气中不燃烧，其极限氧指数高 达 95%•具有良好的电绝缘性能和抗辐射性能•摩擦系数(0.01〜0.05 )在现有合成纤维中最小，而且可以在广 泛的温度和荷重范围内保持不变•表面张力极小，不能被表面张力在0.02N/m以上的液体所润湿•纤维本身没有任何毒性，但是在200C以上使用时，可能有少量 的有毒气体HF释放出来，因此应采取必要的劳动保护措施用途：聚四氟乙烯纤维在一系列尖端科学领域、国防工业以 及在化工、冶金、机电等工业部门都有广泛的应用•用这种纤维加工制成的增强塑料，是制作飞机和其它飞行器的 结构材料，也可以制作火箭发射台等的屏蔽物•其织物可用于制作宇宙航行服•由于它有极佳的化学稳定性且摩擦系数小，故宜于制作各种耐 腐蚀和耐高温的密封材料，作高温下腐蚀性气体、液体、酸、碱 雾滴的过滤待，作腐蚀性物质的传送带，作飞机和导弹用的无油 轴承等•在医疗上也有独特用途，如用以制作各种人造血管、人造气管、 修补内脏以及非吸收性组织的缝合线等。