纤维新材料及应用-5功能纤维.ppt

功能纤维一 阻燃纤维 一 燃烧的基本知识1 热对纤维的作用 1 物理作用二级转变温度Tg熔融温度Tm热裂解温度Tp燃烧温度Tc 2 化学作用热裂解热氧化裂解 2 燃烧的初期特性闪点和燃点 3 稳定燃烧的条件 1 燃烧热的产生 图 2 燃烧热的散失 图 4 燃烧的分类直接蒸发 蒸发燃烧 酒精 汽油 硫磺 石蜡 热分解 分解燃烧 煤 木材 固体原貌残存 表面燃烧 木炭 焦炭 上述三种称为界面燃烧内部燃烧 与内部含氧源起反应 火药 5 可燃范围 二 纤维燃烧过程纤维 加热 熔融 空气 解聚分解 可燃性气体 空气 可燃混合气体 点火 有焰燃烧 烟气 三 纤维燃烧的特点1 燃烧热大丙纶43 96木材14 64腈纶35 9煤23 01尼龙30 84涤纶23 8氯纶18 05 28 03羊毛20 7棉18 8粘胶16 3 2 火焰温度高 丙纶2120 香烟500 800 腈纶1860 火柴800 900 3 燃烧速度快 4 产生有毒气体5 熔融 滴落现象 四 影响纤维燃烧的因素1化学组成H含量N含量阻燃元素含量CP H C 0 65 F C 1 3 1 1 Cl C 1 3 x Br C 1 3 2 分子结构刚性链结构规正微观缺陷结晶度 3 炭化倾向LOI 17 5 0 4CR 100CR 加热至850 时 以重量百分数表示的炭化残渣量 4 织物结构 5 环境因素压缩空气中 织物燃烧速率增加 湿度会影响燃烧速度 但粘胶例外 温度与纤维LOI关系密切 如棉纤维 初始温度为25 时 LOI 18初始温度为150 时 LOI 14 五 纤维阻燃剂的种类元素周期表中 第 族 氮 磷 锑 铋第 族 硼 铝第 族 硫第 族 氯 溴镁 钡 锌 锡 钛 铁 锆 钼的化合物 类型 反应型阻燃剂 与纤维大分子结合 添加型阻燃剂 分散状态 无机阻燃剂和添加剂有机阻燃剂有机磷系阻燃剂 含卤 不含卤 有机卤系阻燃剂 氯系 溴系 1 无机阻燃剂独效阻燃剂 赤磷 聚磷酸氨 磷酸氨阻燃协效剂 锑系 氧化锑 卤化锑锡系 氧化锡 氢氧化锡辅助阻燃剂 钼系 氧化钼 八钼酸氨锆系 氧化锆 氢氧化锆硼系 硼酸锌 偏硼酸钡阻燃填充剂 氢氧化铝 氢氧化镁 碳酸钙 2 有机阻燃剂含卤有机磷系阻燃剂 三 氯乙基 磷酸酯 磷酸三 2 3 二溴丙基 酯 磷酸三 2 3 二氯丙基 酯不含卤有机磷系阻燃剂 磷酸三辛酯 磷酸丁乙醚酯 辛基磷酸二苯酯有机氯系阻燃剂 氯化石蜡 氯化氯乙烯 全氯环戊癸烷有机溴系阻燃剂 四溴丁烷 四溴双酚A 六溴环十二烷 六溴三丙稀异氰酸酯 六溴苯 五溴甲苯 溴化苯乙烯 十溴二苯醚注 碘化合物不稳定 六 阻燃剂的阻燃机理1 吸热作用具有高热容量的阻燃剂 高温下发生相变 如 硼砂有10个分子结晶水 释放出的结晶水要夺取142KJ mol的热量氢氧化铝的阻燃作用也是如此Al OH 3 Al2O3 H2O 2 覆盖作用高温下生成的稳定覆盖层 或分解生成泡沫状物质覆盖于材料表面 使材料因热分解而生成的可燃性气体难于逸出 并对材料起隔热和隔绝空气作用 如 磷酸酯类化合物和防火发泡涂料等 3 气体稀释作用阻燃剂释放出N2 CO2 SO2 NH3等不燃性气体 使燃烧气体的浓度被稀释到燃烧极限以下 或使火焰中心部分区域的氧气不足 阻止继续燃烧 如 磷酸铵 氯化铵 碳酸铵等加热时就能产生这种不燃气体 阻燃作用的大小顺序是 N2 CO2 SO2 NH3 4 转移效应 凝聚相阻燃 改变热分解的模式 从而抑止可燃气体产生 如利用酸或碱使纤维素产生脱水反应 如氯化铵 碳酸铵的阻燃作用为 C6H10O5 n 6nC 5nH2O 5 抑止作用 气相阻燃 捕捉自由基 能够切断着火燃烧连锁反应的抑止剂 常用的溴类 氯类阻燃剂就有这种抑止效应 6 溶滴作用转移热量 7 微粒的表面效应若在可燃性气体中混有一定量的惰性微粒 它不仅能吸收燃烧热 降低火焰温度 形成壁面效应 8 协同作用不同类型的阻燃剂混合使用 有时会获得很好的阻燃效果 机理尚不清楚 七 阻燃方法单体 聚合 聚合物 纺丝 纤维 纺织 织物 1 提高成纤高聚物的热稳定性 1 在大分子链中引入芳环或芳杂环 2 交联反应 3 氧 氮原子与金属离子螯合交联形成立体网状结构 2 原丝改性共聚法共混法 3 接枝改性用放射线 高能的电子束或化学引发剂 使纤维与乙烯基型的阻燃单体发生接枝共聚 芯部接枝表面接枝均匀接枝 4 后处理改性将湿法纺丝的初生纤维 用含有添加剂型阻燃剂 或金属离子 的溶液处理 使阻燃剂或金属离子渗入到纤维内部而获得阻燃性 适用于粘胶纤维 腈纶纤维 维伦纤维的阻燃 5 织物的阻燃处理浸扎焙烘法 浸扎 予烘 焙烘 后处理 浸渍烘燥法 又称吸进法有机溶剂法 非水溶性的阻燃剂涂布法 喷雾法 八 常用纤维的阻燃处理1 羊毛纤维无机化合物 硼酸盐 磷酸盐 氧化钛 锆盐 有机化合物 二甲基甲醛 含卤有机酸 在有机酸酐共存下处理 硫代尿素 磺酸铵 磷酸盐处理 典型处理方法 置于二甲基甲酰胺中 吸附氯菌酸酐 有较好的阻燃性 耐洗涤性高 2 纤维素纤维磷酸氢二铵和磷酸二氢铵 最早的方法 不耐水洗 APO阻燃处理和交联 耐久性好 价格高 有害 THPC和THPOH以及N 羟甲基 二甲基膦基 丙酰亚胺 目前广泛使用 3 腈纶共聚法 丙烯腈单体与氯乙烯 偏二氯乙烯 偏二溴乙烯及溴乙烯等进行共聚 一般含量达到1 3 具有较好的阻燃性 如腈氯纶 含量40 60 LOI 27 28 偏氯腈纶 含量20 60 染色性较好 共混 在纺丝原液中混入阻燃剂 主要有 无机金属化合物 氧化锑 氯化锑 钛酸钡 草酸锌 磷酸钙 硼酸钙 有机低分子物 卤代磷酸酯类 四溴邻苯二酸酐及有机锡化合物 高分子物 聚氯乙烯 氯乙烯和偏二氯乙烯共聚物等 后处理阻燃改性 在纺丝成型过程中 对初生纤维用阻燃剂处理 例如 在凝固浴中添加六溴苯 六氯苯或三氯乙酐 用金属盐 氯化锗 氯化钴 碳酸钴 硫酸铜 进行处理 用磷酸进行交联处理 热氧化法 在一定张力下连续通过200 300 C的空气氧化炉 停留数十分钟至数小时 LOI 55 62 火焰中不熔融 不软化 不收缩 4 锦纶共混 以该法为主 添加含卤芳香族化合物 五溴苯 六溴苯 五溴乙苯等 和某种有机酸 强度较高添加量较少 1 7 力学性能和染色性与常规锦纶类似 另一种方法是与三聚氰胺及三聚氰酸共混 具有较好的机械和阻燃性能 阻燃剂加热量3 15 共聚 主要与含磷单体共聚 纤维中含有35 左右的磷 即可获得自熄性 非常稳定 5 涤纶共混 要求阻燃剂在纺丝温度下不发生分解与升华 粒径小于1微米 主要有氯化叔膦 磷酸酯 联苯 二苯醚及二苯胺类多溴代化合物 限氧指数可达30 共聚 对共聚单体的要求较高 有磷酸酯和苯基磷酸衍生物 四溴双酚A及其羟烷基衍生物 溴代芳香族二元酸等 耐久性极好 辐照接枝 纤维置于氯气中 室温下用 射线照射 引起氯化反应 引入12 的Cl 氯 后 即具有阻燃性 15 时 有自熄性 辐照接枝溴乙烯可将溴引入 5 丙纶非极性化合物 阻燃处理最佳方法为添加型改性 采用阻燃母粒纺丝最为有效 阻燃母粒主要成分 六溴环十二烷极限氧指数可达31 5 氧化锑作为协效剂添加1 5 7 维纶共聚阻燃改性 用85 88 氯乙烯和12 15 醋酸乙烯共聚制成氯醋纶 9倍牵伸 强度3 0cN dtex 但耐酸性差 共混阻燃改性 20 90 PVA和80 10 PVC共混制取水溶性纺丝原液 加入0 1 7 微细粉末状阻燃剂锡化物 氧化锡 氯化锡 经湿法纺丝制得 其极限氧指数可达35 9 手感性能优良 还可以采用添加型阻燃剂 如十溴二苯醚 氧化锑与PVA共混 加入量为12 20 化学交联法 在PVA中加入25 80的PVC和硼酸 或硼酸盐 配成纺丝液 在碱性凝固浴中湿纺 由于硼的引入 PVA分子间发生少量交联 可制得耐水溶性较好的维纶 8 粘胶纤维共混改性 在粘胶原液中混入添加型阻燃剂 经纺丝凝固成型 服用性能优异 阻燃剂以磷系为主 如环状硫代焦磷酸酯 丙氧基磷腈齐聚物 聚氯代磷酸酯 磷酸三卤烷基酯等 含磷量3 左右 阻燃纤维用途 民用服装 儿童装 老年服家居及床上用品 窗帘 幕布 床单公共场所 地毯 墙布产业用 消防服 电焊服 绳索 过滤布交通工具用 座椅内饰 保温层儿童玩具 二 芳香纤维是指带有芳香气味的纤维 一 芳香物质的分类芳香 是通过嗅觉器官刺激中枢神经系统所形成的一种物理感觉 价值 炫耀个人身分和环境气氛具有心理上 生理上的医疗保健功能 历程 古代祭祀 达官贵人 医疗功效 世界上的有味物质40万种 芳香气味的物质仅有5000种 常用芳香物质1500种 目前香型分类尚无定论 大致分为柑桔香 青草香 花香 林木香 东洋香及各种混合香 1 植物香料各类具有芳香气味的植物 涉及花 叶 茎 果实 根各个部分 提取方法 水溶解水蒸汽蒸馏溶剂萃取 可以提取植物精油的植物 品种繁多 但需要大量资源才能提取少量香料 如用3吨玫瑰花才能制成1kg香料 2 动物香料数量极少 世界上仅有麝香 龙诞香等4种 麝香最为著名 我国西南 尼泊尔一带 约20 40克 每千克10万美元 1939年 鲁奇因分析出麝香的化学成分而获得诺贝尔奖 香气浓郁 3 合成香料19世纪末期 合成香料问世 开始广泛应用 打开了市场的大门 各种芳香气味的心理医疗效果 醒神 薄荷 桉树 柠檬 马鞭草 香茅 麝香草 玫瑰 迷失香 各种芳香气味的心理医疗效果 催眠 檀香 橙花油 熏衣草 各种芳香气味的心理医疗效果 抑制食欲 艾蒿精油 迷失香精油 桉树精油 松藻精油 各种芳香气味的心理医疗效果 促进食欲 麝香草 月桂叶 柠檬 肉豆蔻 香精花 洋葱 大蒜 各种芳香气味的心理医疗效果 抗偏头痛 橙香 柠檬 佛手柑 熏衣草 迷失香 欧薄 各种芳香气味的心理医疗效果 厌烟 橙香 柠檬 佛手柑 肉桂 肉豆蔻 香姜花 各种芳香气味的心理医疗效果 催淫 檀香木精油 土香根精油 劳丹胶精油 琥珀 麝香 各种芳香气味的心理医疗效果 清心镇静 熏衣草 佛手柑 柠檬 迷失香 欧薄荷 玫瑰 肉桂 肉豆蔻 二 芳香纤维的技术类型芳香与纺织品的结合由来已久 最初的办法很简单 喷洒或缝缀 熏香 活性炭吸附 涂香和浸香 水溶液中浸渍 粘合剂涂层 微胶囊整理 1 共混型纤维基材 常规聚酯和聚酰胺类 分散剂 分子量2000 4000的聚酯多元醇 增粘剂 香料 缺点 芳香物质的沸点在250 以上 否则挥发 2 包芯型直接借用芯鞘复合纤维技术 鞘层 聚酯 聚酰胺 芯层 熔点特别低的聚合物如聚乙烯共聚物或均聚物 芳香物质加入到芯层 香味只能沿纤维纵向从端面逸出 改进 中空包芯型 3 吸入型解决低沸点问题 乙烯 醋酸乙烯共聚物以共混方式纺入 浸入油性芳香剂中 加压或常压下保持一定时间 吸收足够的芳香剂 优点 对芳香物质的沸点没有限制挥发缓慢 不溶于水改善作业环境 提高纺丝工艺性能 三 芳香纤维举例1 花之精 芳香纤维采用微胶囊技术 以聚氨酯为微胶囊壁材 用硅系特殊粘合剂进行涂敷加工 有15种香型 2 森林浴纤维复合包芯纤维 鞘部 聚酯 芯部 刺柏天然精油的复合聚合物 有一种漫步在森林中的感觉 使人神清气爽 忘记疲劳 3 共混型芳香纤维沸点250 以上的芳香物质 平均分子量2000 4000的脂肪族聚酯多元醇 平均粒子直径0 1 0 5微米的TrO2微粒 混合后 掺入聚酯纺丝液中 获得内部物质均匀分散的聚酯短纤维 其他各种类型 4 微胶囊共混型芳香纤维5 包芯中空型芳香纤维6 中空型多芯芯鞘芳香纤维7 吸入型共混芳香纤维8 吸入型非完全包芯芳香纤维 三 抗菌纤维是指在织物形成之前就赋予抗菌性的纤维 一 抗菌的价值微生物广泛存在 包括细菌 霉菌 放线菌 酵母等菌类达数千种 人类处于细菌的包围之中 纤维上也附着很多微生物 一般在103 108个 cm2之间 条件适宜就会迅速繁殖 产生危害 1 医护用品的主要性能要求医院的服装 被单 窗帘 地毯等纺织品 2 食品卫生的主要措施工作服 围裙 抹布 食品包装布等必须要考虑抗菌功能 3 舒适生活环境的有效途径服装内气候构成微生物滋生繁殖的条件 如金色葡萄球菌 假白喉杆菌 大肠杆菌 黑曲霉菌等 也会产生一定的病理刺激 即使这些细菌是非致病性细菌 此外 人体分泌产生的汗液 皮脂受到细菌的分解作用 产生氨气等恶臭气体 不仅使服装沾带体臭 还会使人穿着不舒适 4 对纤维本身性能的保护高温高湿气候 造成微生物大量繁殖 使衣料变色 材料变脆 甚至会危及皮肤 抗菌纤维的发展过程 第一次世界大战 丹麦科学家发现毒气受害者的伤口不会化脓 第二次世界大战部分德军的军服进行抗菌整理 1955 1965第一阶段 酝酿时期 Sanitary整理 引起了人们的兴趣 1965 1975第二阶段 前半期追求抗菌效果 有机汞 有机锡 有机铜 有机锌 酯系列化合物及含硫有机物 后半期安全性引起了争议 1973年 日本 停止使用有机汞 美国道康宁公司开发了DC 5700抗菌剂 1975年开始商品化生产 80年代末 出现了抗菌纤维 二 抗菌纤维使用的抗菌剂要求 安全性耐水洗 干洗无色 无味不损伤纤维与助剂相溶成本低 1 金属化合物机理 细菌体内的一些酶因硫氢基的存在得以保持活性 金属离子能与这些水解酶中的硫氢基结合使之钝化 使硫氢基失去活性并导致硫氢基团的消失 细菌失去这种重要的代谢物质则不能繁殖 有机金属化合物 有机汞 锡 锌 银 钛无机金属化合物 硝酸银 硫酸铜 氯化锌 具有很高的抗菌性 与硫氢基结合性强 对金黄色葡萄球菌 白癣菌 大肠杆菌显示很好的杀灭作用 很多不受温度 湿度条件的影响 而且不易溶出 提高了安全性 2 苯酚类抗菌剂机理 能进入细菌细胞的内部 破坏细胞壁 影响其脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA 抑止与合成核酸和蛋白质相关的酶的功能 最重要的是二苯基醚类抗菌剂 GG 1型抗菌剂 我国开发 有优异抗菌性 毒性低 3 有机硅季胺盐类抗菌剂机理 细菌一般带有负电荷 而季胺盐中的N 带正电荷 造成相互吸引 这将导致细菌细胞中酶的代谢功能障碍 使其丧失呼吸功能而失去活性 这种抗菌机理称为 接触杀死 一般季胺盐处理织物易于从织物上溶出 不仅杀死有害细菌 也使耐洗性能降低 为此采用与有机硅共用的办法 DC 5700抗菌剂有效成分 是3 三甲氧基硅烷基 丙基二甲基十八烷基氯化铵 SAQ 1 上海 和STU AM10与之类似 4 其它抗菌剂脲类 胍类 含氮杂环类以及硫和含硫化合物等许多抗菌剂 此外一些医用抗菌和抗菌剂如庆大霉素 卡那霉素 四环素以及洗比泰 碘化物等 三 抗菌纤维的生产方法历经十数年的发展 技术上呈现多样化 1 对纤维进行接枝改性通过化学反应在纤维上接上特定的离子基团 还可以通过交联剂来实现 许多抗菌纤维就是通过纤维素纤维上的羟基 尼龙纤维上的氨基以及羊毛的氨基和羧基先与交联剂结合 再与抗菌基团结合 如乙酰甲壳素醋酸盐就是常用抗菌基团中的一种 2 纺丝后加工研制一种微多孔纤维 经不同抗菌剂浸泡 使之附着其上 形成具有可控释放速度的Actipore系列抗菌纤维 在纺丝油剂中加入抗菌剂 随冷却 牵伸工序的进行 抗菌剂不仅附于纤维外部 而且由于冷凝收缩和牵伸收缩 抗菌剂还融入纤维表层以下 形成浅层包容 获得持久抗菌性 3 共混纺丝熔融纺丝法 无机抗菌剂 聚酯 尼龙纺丝液中加入氧化锌 氧化铜 氯化锌 硝酸银等物质 溶液纺丝法 有机抗菌剂 对于特定含量的抗菌剂要制成粉体 纤维越细 对微粉粒径的要求越细 比如纺制1D左右的纤维 抗菌微粉的粒径要小于1微米 同时要添加助剂 4 其他方法 芯鞘复合技术和并列复合技术 以普通纤维为芯 以混入抗菌泡佛石的聚合物为鞘 四 抗菌纤维种类1 抗菌性纺丝油剂制取抗菌纤维5 的2 4 4 二氯 2 羟基二苯醚分散于纺丝油剂中 聚酯 聚烯烃 聚丙烯腈等均可以用这种方法赋予抗菌性 2 含银胶体纤维3 含胺离子抗菌合纤4 含吡唑酮类抗菌合纤5 含硫磺抗菌纤维 6 含有机硅季胺盐的粘胶纤维7 含氯抗菌纤维8 含有活性沸石的抗菌纤维9 含金属及其化合物微粉的化纤 四 消臭纤维消臭是指消除已经产生的臭气 这类臭气不止是由于细菌繁殖所造成的 而往往是一些物质 如人粪尿 化学产品等物质所固有的气味 四 消臭纤维消臭是指消除已经产生的臭气 这类臭气不止是由于细菌繁殖所造成的 而往往是一些物质 如人粪尿 化学产品等物质所固有的气味 一 恶臭物质种类与危害地球上约有200万种化合物 估计1万种化合物是属于恶臭物质包括的种类有 醛R CH O酮R CR O酸 COOH氨RNH2硫化氢R SH甲基 乙基硫化物R S R 醇R OH酚 天然恶臭物质是蛋白质 多糖等生物分子经需氧菌和厌氧菌分解而成 典型的是粪尿 其组成物质已经分析出27种 恶臭物质的危害 即使数量极少 也会使人感到臭气难闻 产生不快感觉 而一旦溶入血液还会引起神经中毒 其他生理作用如血压升高 呼吸急促 恶心眩晕 刺激粘膜等 二 消臭途径和消臭剂消臭剂不断问世 已经达到数百种 作为消臭剂有效成分的物质重要有 活性炭 硅酸 氯化物 氧化物 碘化物 氨络物 有机酸 苯酸类金属硬脂酸盐 芳香物质 植物精油和酶类物质 其形态有 溶液型凝胶型固体型粉末型 1 感觉消臭从嗅觉上感到臭气消失 其机理包括 掩盖作用中和作用 2 物理消臭以不改变恶臭物质的分子结构为特点吸附作用 活性炭 泡沸石 硅胶等表面多微孔物质对恶臭分子进行吸附或极性吸附 吸收作用 通过表面活性剂等物质将臭气分子融解吸入其内部 实际中多以此方法着眼 3 化学消臭是使恶臭分子与消臭剂发生化学反应生成没有恶臭气味的物质 脱硫反应 硫酸亚铁等铁盐 生成硫化物氧化 还原反应 用氧化剂或还原剂离子交换反应 用金属离子 络合反应加聚反应 有机酸类物质 与氨臭 4 生物消臭通过各种生物作用消除恶臭的方法所用生物包括细菌 酵母 多种生体酶 细菌对恶臭物质分解 生体酶对恶臭物质的氧化起到催化作用 三 制作方法1 纺丝与后加工相结合在纺丝液中加入特定成分获得多微孔纤维 然后在微孔中加入消臭剂 如聚丙烯腈进行湿法纺丝 呈现凝胶状态时 附以一种硫酸盐乳浊液 120 湿热处理后 消臭剂成分溶入表层 2 共混纺丝掺入消臭剂 活性炭微粉 活性氧化铝 铁钛菁羧酸 硅酸锌微粉 3 复合纺丝芯鞘结构并列结构海岛结构镶嵌结构 4 后整理浸渍喷雾涂层浸轧以天然植物消臭剂为主 四 消臭纤维举例1 活性炭纤维聚丙烯腈纤维 予氧化丝 碳纤维 活化炉中进行高温水蒸气处理制成活性炭纤维 2 消臭人造丝是专供病卧不起的患者应用 用特殊方法把活性炭微粒均匀掺入粘胶纺丝液中 添加量可达到1 1以上 纤维化之后再进行复合 3 消臭聚丙烯腈纤维利用配位吸附而实现消臭功能 具有持续的消臭功能 没有臭气再释放的问题和生成有害物质的问题 消臭机理尚不清楚 4 消臭絮棉使用天然消臭剂 从茶 山茶 椿树 杨桐等山茶科植物的叶子中提取分离的液态蒸馏产物 这种消臭剂最大的特点是能将花香及香水等好闻的气味保留下来 只除去令人不快的恶臭 主要成分是黄烷醇 黄酮醇 丹宁酸等有机高分子物质 该消臭剂能溶于水 也能溶于亲水性有机溶剂 5 消臭羊毛氧化剂进行树脂防缩加工处理 使纤维改性 表面带负电荷 将含有消臭剂的环化糊精掺入阳离子性聚酯胺氯甲代氧环丙树脂中 并使之附着再羊毛纤维表面 五 高吸水纤维 一 高吸水纤维的概念吸湿性材料 医用脱脂棉 餐巾 卫生纸 吸收低于自重数倍的水 稍加压力 水会反湿出来 高吸水性聚合物能够吸收自重数十倍 数百倍乃至千倍的水 不但吸速快 而且吸水后成为一种被水高度溶涨的无色透明凝胶 施加压力 难于将水挤出 但当外界温度较低时 吸收的水可自行扩散出来 美国农业部北部研究所于1974年开发 主要由丙烯腈接枝聚合到糊状淀粉上 再进行水解而成 高吸水聚合物制品形状共分为4种 粉末状 颗粒状 膜状 纤维 二 高吸水纤维的种类1 纤维素类 是最早开发的吸湿性纤维之一 包括物理改性和化学改性 物理改性 从纤维截面 形状 平直度 容积等增加纤维的内外比表面积来提高吸收量 主要有 中空型 充气型 化学改性 纤维素与尿素反应生成纤维素氨基酸酯 将醚基引入纤维素链 即羟甲基化纤维素 在纤维素纤维未挤压成型之前 加入淀粉 聚乙烯吡咯烷酮 聚丙烯酸酯这样的物质于纺丝液中 然后共同纺丝成型 2 聚羧酸类丙烯酸 甲基丙烯酸 丁烯酸中添加适量的多羟基醇作为交联剂 共同制成纺丝液 极性基团的数量对吸水能力有很大的影响 3 聚丙烯腈类丙稀腈 甲基丙烯酸 N羟甲基丙稀酰胺共聚纺丝 浸渍于浓硫酸中干燥后 即得到高吸水纤维 4 改性聚乙烯醇类并不具有短时间内吸收大量水份的高吸水型 但引入羧基后 经干法或湿法纺丝后得到的纤维 吸水能力可达到自重100倍以上 在40度的温水中基本不溶 三 高吸水纤维的吸水机理1 水分子进入网状结构后 与离子基团形成化学键 网状结构具有弹性 可以容纳许多分子 外观呈现一种透明凝胶状态 2 高吸水聚合物是一种高分子电解质 能在水或溶剂中电离 高吸水聚合物能的计算公式 Q5 3 i 2VVS1 2 2 1 2 X1 V1 Ve V0 式中 Q 吸水能力Ve V0 聚合物交联密度 1 2 X1 聚合物亲水性i 2VV 聚合物中固定电荷密度S 外部电解质的离子强度 四 高吸水纤维的开发应用日本的Exlan公司的 兰西尔 F 能吸收120ml g 150ml g的纯水 40ml g 50ml g的0 9 盐溶液 美国Arco多公司研制的Fibersorb纤维是以丙烯酸类化合物作芯的高吸水纤维 能吸收自重200 300倍 英国考陶尔的ST高吸湿粘胶连续长丝 美国杜邦的聚酯Aquasorb是一种羧甲基纤维素钠 卫生用品材料 尿布 卫生巾 高效吸血纱布 绷带 快速吸收体液 不沾伤口 农业 林业 园艺 与其他纤维混用制成的膜 作为土壤保水剂 透水透气性好 所吸收的水份95 可被植物利用 用它制成的 水合土 可在沙漠中种植庄稼 六 生体吸收性纤维 一 生体吸收性纤维的分类天然材料 羊肠线 纤维素 甲壳素 胶原质 海藻酸盐 合成材料 聚乙交酯类 PGA 聚二氧杂环己酮 PDS 草酸酯共聚物 琥珀酸共聚物 聚酰胺酯 玻璃质 混合材料 明胶 聚乙烯醇 二 应用1 缝合线最大的应用领域 30 80天后 吸收作用完成 2 内脏修补织物及固定材料腹壁修补 胸隔膜修补 疝修补作为暂时支撑材料 器官修复 脾脏 肝脏 肾脏 的包复物体内定位材料 3 人工假肢和其他纤维一起混合制作人工骨的强化纤维 4 人工皮肤创面敷布 不仅保证创面纤维芽细胞很好生长 而且与生体亲和性好 能被创面吸收 愈后皮肤光滑 此外还开发了许多止血纤维 其他载体性纤维 七 防辐射纤维各种高能射线 X射线广泛应用 称为无形杀手 中子辐射 紫外线辐射也有一定危害 电磁波辐射 会造成脱发 1 抗紫外线纤维有机紫外线吸收剂 水杨酸系 有效吸收波长 290 330nm 二甲苯酮系 有效吸收波长 270 380nm 苯并三唑系 有效吸收波长 270 380nm 氰基丙烯酸酯系 有效吸收波长 270 350nm 无机紫外线散射剂 氧化硅 三氧化二铝 氧化镁 氧化锌 二氧化钛 石墨 高岭土 防紫外线纤维的织物对紫外线的反射率可以达到97 以上 制作方法 将紫外线吸收剂或屏蔽剂以共聚 共混 复合和后整理的方式加入到纤维中 用途 防紫外线伞 帐篷 T恤衫 遮阳帽 交警及野外作业工作服 高山及紫外线辐射强度较大地区的防护服 2 防中子辐射纤维含硼陶瓷纤维 防中子添加剂 普通高聚物 中子吸收剂主要含硼 锂等化合物 如碳化硼 氮化硼 氟化硼 氟化锂等 纤维基体一般是聚乙烯 聚丙烯 聚酯 聚酰胺等 制造方法 1 离子交换纤维吸附法 普通阴离子交换纤维置于硼元素的化合物 硼砂 硼酸 中浸泡 或阳离子交换纤维在锂的化合物 氢氧化锂 卤化锂 碳酸锂 浸泡一定时间 水洗 脱水 干燥 制造方法 2 纺丝法 聚酯 聚烯烃等作基体 添加锂 6 硼 10或其他化合物作吸收中子的微粒 1微米以下 进行共混或复合纺丝 复合纺丝制取防中子纤维芯材 70 聚丙烯 30 B4C 芯皮质量比 10 90 制造方法 3 熔喷纺丝法 将中子吸收剂与聚合物 溶剂混合液在熔喷纺丝机经高压喷出散纤维 直接制成非织造布 制造方法 4 含硼陶瓷纤维直接成形法 用转化法可制成碳化硼 氮化硼 氧化硼纤维 织物的热中子屏蔽率 织物层数14610厚度 mm1 305 207 8013 00屏蔽率 368595 298 6 用途 医疗 宇航 核能工业 军事航空领域等辐射场合的防护用品 3 防X射线辐射纤维将重金属化合物加入普通纤维中 获得较高的抗X射线辐射功能 制造方法 1 离子交换纤维吸附法 将常规制成的阳离子交换纤维 浸泡在铅盐或其他重金属离子的溶液中 调整溶液的浓度和pH值 使纤维充分吸附 冲洗干燥 制造方法 2 共混纺丝法 将氧化铅或硫酸钡微粉与聚合物共混 通过熔融纺丝或溶液纺丝 重金属化合物含量可达30 60 制造方法 3 复合纺丝法 芯层中加入重金属微粉 外包不含重金属的高聚物 可避免重金属直接接触人体 用途 核电站消防服 医院放射科防护服 工业射线防护用品 八 光导纤维导光纤维 光学纤维 把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维 由两种或两种以上折射率不同的透明材料制成 基本类型 有起导光作用的芯材和能将光能闭合于芯材之中的皮层构成的 可分为 无机 玻璃 石英 和有机 塑料 可挠性和不可挠性 皮芯型和自聚型 传光和传像 可见光 红外光 紫外光和激光 1 塑料光导纤维聚合物光纤 有机光导纤维 有机光纤 塑料光纤 POF主要由皮芯结构 芯丝直径为0 005 0 1mm 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 聚苯乙烯 PS 聚碳酸酯 PC 外层为低折射率的薄膜皮层 用途通讯 传输 医学 交通 装饰等领域 如网络宽带 数码传输 照明 标示 光学计量测试 复印 医疗器械 光导向器 数字显示 光传感器 广告 工艺品等 2 皮芯型玻璃光导纤维由两种或两种以上折射率不同的玻璃以皮芯形式复合而成 芯材 折射率和透明度高的玻璃 以镧系或铅系玻璃为主 直径小于100微米 粗者易断 从可见光到红外线波段内 都有较好的透光性 不能单独使用 制成传光束 传像束 纤维板 光缆等 用于胃镜等医用纤维内窥镜 工业用内窥镜及精密传感器的图像传送元件 也可用于光通讯 3 渐变型玻璃光导纤维又称聚光纤维 类透镜纤维折射率从纤维的轴心沿径向递减 光在纤维内通过反复聚焦 散射而向前传递 每根纤维相当于众多微型透镜的组合 可传递物体的图像 具有光程短 无全反射损失 透过率极高的特点 主要用于激光通讯 制造方法 离子交换法 使玻璃纤维内 外的某些离子发生置换 离子的浓度由纤维内向外逐渐减小 离子浓度的梯度变化使纤维的折射率发生递变 套管法 几种不同折射率的光学玻璃制成管材 按折射率高低由里向外层层相套 在加热炉内拉制成多层次的纤维复合体 经一定温度下热处理后 使各层间发生离子交换而成 水分扩散法 根据玻璃中水分影响折射率的原理 先制成含有一定水分的玻璃纤维 再使水分向外扩散形成梯度分布 4 耐热光导纤维耐热温度在120 C以上的有机光导纤维 最高可耐温度为180 C 芯材大多采用改性聚碳酸酯 其耐热寿命为普通聚碳酸酯的4倍 也可采用降冰片烯树脂和甲基丙烯酸甲酯与异丙基马来酰亚胺共聚体 皮层为折射率低于芯材的耐热氟树脂 用于汽车和要求耐热性的电器内部配线 八 医用纤维医疗用纤维材料 包括人体代用材料和医疗卫生材料等 要求纤维无毒 纯净 无过敏反应 无致癌性 不产生血栓 不破坏血细胞 不改变血浆蛋白成分等 对周围组织不引起炎症和异物反应 长期埋植在体内或作为内脏的组成部分不会丧失抗张强度和弹性等物理机械性能 能经受必要的消毒措施而不产生变性以及易于加工成复杂的形态等 1 多肽纤维缩多氨酸纤维一种含有重复肽键或缩氨酸键 CO NH 的聚氨基酸类纤维 主要指标 线密度 5 6 105dtex强度 0 9 26cN tex伸长率 2 1 45 初始模量 13 645cN tex 制法 将分子量为8 104 35 104的多肽 与少量尿素溶于六氟异丙醇溶剂中 经湿纺 干纺或干喷 湿纺后 再进行拉伸处理 用途 用于合成或模拟食物 纺织品 人体软组织置换 人造线带和韧性复合材料 2 生物活性纤维一种能保护人体不受微生物侵害或具有某种疗效的纤维 有抗微生物 消炎 止血 麻醉 抗凝血 抗肿瘤 抗烫伤 含酶纤维等 制法 化学改性法 将药物接枝到聚合物上 药物与纤维进行化学结合 物理方法 将药物固定在纤维的微结构内 用途 包扎材料 药棉 疗巾 消炎材料 伤口消炎 麻醉功能 伤口麻醉 减轻痛觉 抗肿瘤 手术后阻缓肿瘤转移 免疫 皮肤移植和内脏移植的免疫 3 生物相容性纤维多种纤维经过改性后都可具有生物相容性 要求与人体相互适应 并满足以下条件 无毒无害 不干扰免疫功能 耐生物老化 足够的化学稳定性抗凝血性 不破坏血液有效成分足够的机械性能 满足人体要求能承受高温 辐射 消毒等处理 制法 改性聚丙烯纤维 物理改性可采用单孔或多孔空心聚丙烯单丝 孔型可是圆形或异形 内孔面积为纤维截面的5 12 具有较好的柔顺性和结节防滑性 聚四氟乙烯 用聚四氟乙烯直接纺丝 聚氨酯纤维 将含有85 以上的聚醚型嵌段聚氨酯溶于溶液 浓度为36 再把小于1微米的硫酸钡微粉掺入二甲基乙酰溶剂中 制成浆状物 制成纺丝液 进行纺丝 可做人工韧带 羟基磷灰石纤维 水25 羟基磷灰石35 磷酸钙30 粘合剂10 适量有机酸或多元醇的增塑剂制成纺丝液 纺丝后加热 焙烧可以和生物吸收材料结合制成人工骨 阴离子改性超细纤维 可以是多种原料 如聚酯 聚酰胺 聚四氟乙烯 聚烯烃 聚氨酯等 按常规方法制成超细纤维 再进行阴离子改性 获得亲水性 体内导电纤维 在普通纤维表面度一层金属导电层 用于电刺激治疗某些疾病 人工肌肉纤维 在聚乙烯溶液中掺加高分子电解质纺丝而成 电解质是指高分子链中含有解离基 一旦溶于水就会发生解离 形成高分子离子 这种纤维通电后变形 弯曲 断电后恢复原状 主要用于医疗器件的传感器 药物缓释系统 电子开关 检测仪器等 将来可能用于人体假肢和人体修复 4 药物纤维 在普通纤维中加入某种药物 九 其他功能纤维1 负离子纤维电气石纤维在常规纤维中加入可产生负离子的矿石物质制成 可释放负离子的矿石较多 奇冰石 含硼 少量铝 镁铁 锂的环状结构的硅酸盐 电气石 三方晶系硅酸盐 蛋白石 含水非晶质或胶质的活性二氧化硅 古代海底矿物层 硅酸盐为主要成分的无机多孔物质 奇才石 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 制造方法 粉碎成微米或纳米级粉末进行共混纺丝 微粉与粘合剂制成负离子浆 将纤维浸入烘干 将带有活性反应基团的负离子材料与纤维上的羟基 氨基形成共价键 制成耐久的负离子纤维 有粘胶型 涤纶型 丙纶型 用途 装饰用品 窗帘 床单 地毯等交通工具 汽车 轮船火车座椅服装玩具 内衣 外衣 毛绒玩具 2 磁性纤维磁保健纤维在纤维中添加磁性物质 磁粉的类型 铁 钴 镍的金属或合金 氧化铁 铁氧体为主的金属氧化物 稀土类元素化合物 聚合物 聚酯 聚酰胺 聚烯烃 聚氨酯等 制法 共混纺丝法复合纺丝法浸泡填充法表面涂层法定位合成法 用途 仪器仪表 电子 宇航 医疗 保健 环保等领域 如保健用品中的护膝等对关节疼痛 滑膜炎 偏头痛 搓伤 剑鞘炎 骨内寒冷感有一定改善或减