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高性能纤维材料介绍 高性能纤维材料 序 高性能纤维的定义 特点 分类及性能一 对位和间位芳纶二 聚苯并噁唑 PBO 纤维三 PEEK四 聚四氟乙烯纤维五 碳纤维六 玻璃纤维七 蜘蛛丝 高性能纤维的定义及特点 定义 强度 17 6cN dtex 模量 440cN dtex特点 高强 高模耐高温 热收缩率低 阻燃 耐化学作用高承载能力 高耐久性 高性能纤维的基本分类 构成与特性 高性能纤维所需分子结构条件 构成高分子主链的共价键 键能越大越好 高分子链的构象越近似直线形越好 高分子链的横截面积越小越好 高分子链的键角形变和键的内旋转受到的阻力越大越好 高分子的相对分子质量尽量的大 减少大分子链中的末端数 对位和间位芳纶 对位芳纶 芳纶1414 结构 特点 强度高 模量小 密度小 柔性且化学性能稳定 除无机强酸 强碱外 能耐多种酸 碱及有机溶剂的侵蚀 应用 主要用作高速飞机轮胎的窗子线 用作增强材料 用于高压容器 火箭发动机外壳和雷达天线罩等 制备或来源 由聚合物经干喷湿纺法或湿法纺丝制得 间位芳纶 芳纶1313 结构 特点 耐热性 阻燃性 耐酸性好 除不能与强碱长期接触外 对碱的稳定性也很好 对漂白剂 还原剂 有机溶剂等非常稳定 还有良好的抗辐射能力 缺点是耐光性差 应用 主要用于防原子能辐射 高空高速飞行材料等方面 也可用于特殊要求的轮胎窗子线 主要用于制防辐射衣料 航天衣料 也用于制耐高温衣料 蜂窝制件 高温线管 飞机油箱 防火墙 反渗透膜或中空纤维等 制备或来源 由间苯二甲酸间苯二胺缩聚后经溶液纺丝而成 聚苯并噁唑 PBO 纤维 结构 特点 高耐燃性 热稳定性 芳纶 抗蠕变 耐化学 耐磨性和耐压缩性好 不会出现无机纤维的脆性破坏 但耐光性差 应用 在消防服方面 可以制造性能更优异的防护服 热气体过滤介质 在抗震水泥构件中做增强纤维 高强度绳索及摩擦减震材料 在宇航领域中 可做飞机或飞行器的防护壳体及热屏障层 制备或来源 制法主要是将二氨基间苯二酚与对苯二甲酸或3 氨基4 羟基苯甲酸单独在多磷酸中缩聚并直接干喷湿纺 或溶液缩聚后将聚合物溶于浓硫酸中干喷湿纺 高模量型还要进行高温热处理 PEEK纤维 结构 特点 耐辐照性好 绝缘性稳定 耐水解 抗压 耐腐蚀 耐温 热稳定性佳 超高耐热性 其材料制作成的机械零件具有自润滑效果 在航空航天 汽车制造 电子电气 医疗和食品加工等领域具有广泛的应用 应用 应用于各种腐蚀和热作用场合的传送带和连接器件 压滤和过滤材料 防护带及服装 洗刷用工业鬃毛丝 电缆 开关的防护绝缘层 热塑性复合材料的增强体 土木膜和土木材料 以及乐器的弦线和网球拍用线 制备或来源 制备可采用高温370 以上熔纺成形 冷却 拉伸并使纤维适当松弛 聚四氟乙烯纤维 结构 特点 化学稳定性极好 耐腐蚀性优于其他合成纤维品种 纤维表面有蜡感 摩擦系数小 实际使用温度120 180 还具有较好的耐气候性和抗挠曲性 但染色性与导热性差 耐磨性也不好 热膨胀系数大 易产生静电 应用 作高温粉尘滤袋 耐强腐蚀性的过滤气体或液体的滤材 泵和阀的填料 密封带 自润滑轴承 制碱用全氟离子交换膜的增强材料以及火箭发射台的苫布等 制备或来源 乳液纺丝法 工业上采用的主要方法 聚四氟乙烯乳液 浓度60 与粘胶丝或聚乙烯醇等成纤性载体混合后 制成纺丝液 纺丝后将载体在高温下碳化除掉 聚合物被烧结而连续形成纤维 糊料挤出纺丝法 将聚四氟乙烯粉末与易挥发物调成糊料 经螺杆挤出后通过窄缝式喷丝孔纺成条带状纤维 然后用针辊作原纤化处理 可制得强度较高 纤度较大的纤维 膜裂纺丝法 将聚四氟乙烯粉末烧结制得圆柱体 经切割或切削后 进行热拉伸等处理 制得白色纤维 强度较低 熔体纺丝法 以四氟乙烯与4 5 全氟乙烯 全氟丙基醚的共聚物熔融后进行纺丝 制得强度较高的纤维 碳纤维 定义 化学组成中碳元素占总质量90 以上的纤维 其中含碳量高于99 的称石墨纤维 分类 特点 碳纤维的轴向强度和模量高 又兼具纺织纤维的柔软可加工性 无蠕变 耐疲劳性好 比热及导电性介于非金属和金属之间 热膨胀系数小 耐腐蚀性好 纤维的密度低 X射线透过性好 但其耐冲击性较差 容易损伤 在强酸作用下发生氧化 与金属复合时会发生金属碳化 渗碳及电化学腐蚀现象 应用 碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料 电磁屏蔽除电材料 人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳 机动船 工业机器人 汽车板簧和驱动轴等 制备或来源 目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维 碳纤维的制造包括纤维纺丝 热稳定化 碳化 石墨化等4个过程 其间伴随的化学变化包括 脱氢 环化 预氧化 氧化及脱氧等 玻璃纤维 基本介绍 玻璃一般人的观念为质硬易碎物体 并不适于作为结构用材 但若抽成丝后 则其强度大为增加且具有柔软性 故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良之结构用材 玻璃纤维随其直径变小其强度增高 结构 特点 玻璃纤维比有机纤维耐温高 不燃 抗腐 隔热 隔音性好 抗拉强度高 电绝缘性好 但性脆 耐磨性较差 应用 玻璃纤维主要用作电绝缘材料 工业过滤材料 防腐 防潮 隔热 隔音 减震材料 还可作为增强材料 用来制造增强塑料或增强橡胶 增强石膏和增强水泥等制品 用有机材料被覆玻璃纤维可提高其柔韧性 用以制成包装布 窗纱 贴墙布 覆盖布 防护服和绝电 隔音材料 制备或来源 可将熔融玻璃直接制成纤维 或将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒 再以多种方式加热重熔后制成直径为3 80 m的甚细纤维 蜘蛛丝 成分 甘氨酸 NH2 CH2 COOH 丙氨酸 NH2 CH CH3 COOH 及小部分的丝氨酸 NH2 CH CH2OH COOH 及其它氨基酸单体蛋白质分子链 特点 具有其他纤维不可比拟的强度大 弹性好 柔软 质轻 抗断裂 耐紫外线等优点 并且可生物降解和回收 不会对环境造成污染 是生产绿色织物优异的纺织材料 但产量非常低 应用 因其透气性好 可用于防弹衣的