碳纤维生产加工工艺

1、肆酣钳并ISSIFIftf日用师抒潜环乳TH狭,幽彰宦珂浙腐 唧素器职圳漏 盟再S?站目单 /画琳册卑*噩库供童士申,雷燃宣岸孵。畛爪/陋橙而图 笛群 界科志甲卵印岫,戏秘移相客;噂牛林悴瓦卅拿坊炯磐M雌土甲麻对浴方基蜉杏手 * ,明煲号胴M (Ad)耶虾如崖*-*健l-g-L举而)WULl W?r图/订勇场噩皆禺不击&L加迅，疗座再V寺用玮孙环I临海廿可刷风事隽泌即寥皂羊曜日,三,询地，琢皆+ ,祖幽采牌即寿显何 第涛由哉其具机?螳域您：1溯印草观晶谜MA世N和裾可由器乌如忐曲 环,旬亍烈嗪嘛螟蜜口瞩房殷再累啤拐，潮】厦拿弱毛地牛榔 寻由现- write苗龚早尊删帮卷件鞘扬旱蝶睢聊甘

2、描w里重 雷拐手毒毋尊ZH学混rtf斗的生图曜 址&*明贸西四典叫*狂一/I立拒卅流JFP FIW。鑫麝辱皇遂 羽I疝1齐二噩、 形 搏有物甘室鬻 我挥测北布暮旃有蜒庠港 部抨必7再渣、 胴赫娜甲7剪 明拐聊WM窈拐翌迷 事榜褒国、醐MSRtf里最、我M墓华中、骈榜果鞘问七号甥祷健旱明 瓣捋濯嵬廊冰田&币济器我好 勺|用寺寮MWWWk勰爵业者倒彤申旧我 爵业联辩IM理雌!?恨阐业、腰耕也市品国利尊序削醐宰,当何丽罩苒上明虫效 &朝派弱揍漏一片怫郸的雷场澈驱？职房推耳虫。肇网挪0催网文W*K Bfqswkw#y卵鞘携澈怪性外蓍鲜miir碱辩郭有惟果上再覃明耳绿立非。匾母冰

3、网我防回印旃 拐冲耳J罪丘花皆日刁加二我携激咽海料芥繇阿都。 曾向拶反都都紧衍常汽gI混 丑势曜俱39H扉HEM邛判驱5?飓，事身缴净币点星矗娜辉诉L利哮舞圜等魏 攻斗村帝诡与A酸计L售莅林L甚1孙。裹疏涨泓1风祢盼寒城净旃禹择事JJ簸耕 制落扬帝手耕一排藕如业毒标解科囹击K再HU+思易丈部乍理翠I口制烬t F引羽【汁丹If硼斜也可仲理剧却11一近琳)市吗“以仞嫣也王州堡业巾 唯堡村责玉瀚甲。琳拐悝：i n站唐碧毕竟w潮巾邱脱山莎旃腭肆舌事崩激/工工叩提击彩后翔的推广应川 g表7-5-11次19%旬也界PAN基瓒千线主要生产厂家生产状况集团公司名-牛产推力t/Q1叫年1知年1财年东丽H2 55

4、02 9M)2MM)Wear(法)7(1)11)m宗外人也技一东电侦烫牛|2如2：2颊Tnnx Filrtfi(也4)72()7 2(1)r 菱ATiii笠人旅丝H50)5M)1 2()0CrdH(关4)TOO7t)no其它Mfrailes(关1 7151 7151715Anxrn关构1 2101210AkwNW美77H2ZX)2 21)台湾型胶公司中国55)62()62()忌计们的梏满14 3范表7-5-2沥青基硕奸维1%年主要生产厂的生产凌力沥廿隙料系列牛产厂家牛产能力 g商标中间相石油系AlUMllZ)IlKiniel P$历1,?东燃24J。力PVk烦22力_万二少夕7()aw织造而煤

5、系H木石油5()r ? /木制铁40、5 A大构匕学51)/ r y _ E乂羽化学y(n八方K向异柱石油系鞍山东北相细2tnW IE织造4笞沥 青化I节限公司枝系【LwAnn (W75D)大版比斯D卜十方一本三、应用情况璘纤维是特种纤维中的主要品种之一。它与我们熟悉的常规纤维不一样.不是起职 代天然纤维作衣者用的纤维，而是起取代钢铁、铝介金的作川Q碳纤维主要的川途是作 为湘派材料如环叙树脂、粉戚树脂、攻、金届及其合金、橡胶、陶瓷等，经过一定 的夏合T艺倒成一种新塑夏佥材料。街鼠复合材料的主要物理性能参数是比强度和比校故。比强吱越大，那么这种结构材 料 3 成同样强度构件的质角越轻这对航天航空

6、T业有肴特别审要的意义。如宇宙飞船 的质量旬减轴1蜘就可以使推送它的火箭减轻50坎的质量。乂如使川碳纤维/碳复合 材料作导弹的鼻推时，除了质鼠轻z外，血饶以率低、烧蚀均匀，从而明显提岛r出单 的突防能力和命中本。碳纤维的复合材料，贝:比模最可以比钢和钮合金商S倍，比强度 也可以比钢和策合金高3倍。同时，碳纤维增强的复合材料还只有一般碳材料的各种优 良性能，如密度小、耐热性好、耐化学腐蚀、耐热冲击、热畛胀小.耐烧蚀等.在2凡以I。的高泪惰性气氛环境中，碳材料是惟一强度不卜降的材料。肉此，碳纤维增 强的攵台材料的生产和应川得到了迅速开展，并构成为21世纪的主体材料之一.四 分类球纤维的分类，按习惯

7、大致有以下三种方法=11教原料分类:纤林基人造丝基聚丙烯脂基；沥有基各向同性、各向 异性中间相-2扳照制造条件和方法分类：碳纤维炭化温度在80附1时得到的碳纤维；石睡堆炭化温度在2mi:3mT时符倒的碳纤维*活件碳纤维：；气相生 长碳纤维。 技照力学性能分类， 通川级 小 拉伸强度低于1.蜘,拉伸模最小于140朋的纤维*高性能HP :其中包括中强型MT、高强型HT超高强烈IJHTX中模型IMX高模型-HM超高模型LHM。大致的范囹如图7-5-1所 示。硕税维及其复合材料的应用领域正在不断拓宽.归纳JUH途如表7-5-3所示右图7-5-1技力学性能分类的嗪纤维斑千雄的主耍用途及利用形态小心用级：

8、Q表示繇11.的珍为必实味.成用磴那么为止，JI我或/潜小们场五、存在问题碳纤维复合材料的优异性能已得到大家一致公认。由它能使运动物体更轻，故在 运转过程中能节约大斌能斌，由于材料耐腐蚀，物体的方命更长，故叮节约原材料；由于W降低环境污染及在人体中作生物材料，故汽接关系到人体炬也 有文献报道，制造或纤维用途有混隔热材称弟涸材林 G秘产W电、汽车、飞机、航了能化学石油幻石油、汽华电了、电、机械、火。:、飞机也学结构材料重M缎有模 耘的次，一次结拘用 林b烷1虫材机建、I，序撼材料站山炭、石职材村侦，有关电池的Wmh建筑、木材林队按运力器材、飞机、宁布、 电I、房汁宇山次与、伙道、飞机而倒饮、电.

9、电力、汽丰般前、住宅建没e合材科合材科增强塑料田所耗能斌以kWh计，与传统r业材料如钢、铝以及聚氯乙烯树脂PVC相比拟,无论是按密度还是按单位体积il算都炬最低的,按比强度来计算时更是低初多 见表7-5-4。因此，碳纤维及K复合材料是值得大力推广应川的新材料。然而，目前 限洌碳纤维应用的仍然是其昂页的价格.显然，核纤维及其复合材料要想在民炯T业部 门得到推广应川,就必须改世T艺,降低生产本钱0表7-5-4制造CFBP与传统工业材料所需能新的比拟kW li/lgkwi/i.AI( = 2.8以(2)37.31M.5232.2F ? = 7.9 2)6.8俐.626.SCFRHz1.5杼)H)3.

10、75.63.521)PV(X=1.4 g/7.911.11 110注：岫第二节聚丙烯腊基碳纤维一、割造的根本工艺流程由聚网枷m维网取喋纤维及其系列产品的I：之流起如图7-5-2所示图7-5-2工痂程圉从I.述基木T.艺流程图中可以希到碳纤维他I造过程中最束要的环节有：1聚内场脂 原丝的饥备:2原丝的预钿匕:3项郭丝的炭化或避一步石墨化H4琰纤维的后处理。下面就这四个环节分别网明基木原理及开展的动向。二、展丙烯膺原丝的制备在碳纤维的生产过程中所川的原料一橐丙烯肪原丝是影响碳纤锥质量的关键因素 之，因此，我们希中原丝强度要苞热转化性能要好;杂质要少;跳陷要少徵密度耍均生产碳纤维川

11、的原统与服川聚丙娴埼纤维在生产丁乞流程方面基木一致。但由于川 途不相同,必然会存在不少黑异，上要表现在:(1)聚合时参加少最的共聚单休，R的是使原旌预箕化时既能加速锭状大分了的环 化.又跃和纤维化学奶的啪程度.使反响易F控制，还可以大大提高预氧化及炭化 的谏配 因此，参加第二、第一:单体的种类及数旨必然不同迎川纤维祢众名的共案单 体中.不饱和梭故类顼I甲叉丁二酸、甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸、顺丁烯二胶、甲基反 坊陈a亚甲基或二酸等片有申要位置。在聚企时，它们的成最分数一般在0.5%3%之间.当质最分数低F ().5%时.环化引发效果不明显:高尸3知卜L易生成低聚物和引入 金JS杂质等(2)纺丝

12、一般采川湿法妨丝，而不川T法。主要是干法生产的红雄溶剂不容易洗挣0.如果纤维中外用少昂溶剂,在预代化及炭化苓一系列热处理过程中,溶剂挥发或分解会使 纤维粘结;产生缺心所徊碳纤维发脆或毛丝多、强度低。表7 5-5说明了纺丝过程中 水洗的直要性。表75-5原丝妨丝诃程中水洗时间与产品球奸维性能之间关系水洗时问(Q36101227原 妓怕溶咒()4.462.归(1240.1()0.01强度(皿破303.?24.214.675.25槟冰cN6ltcw91.71锥强度(顷1.101.451.832.652.&模我 E)1.01.40顷2.402.d)近年来开展起来的纺丝

13、新方法一湿法纺次见图7 - 5 - 3)是指纺丝液由啖丝彼 喷出之后先经过一小段(3 10nm)空气层,然后再进入凝固浴。此法的特点是哽丝孔孔 较大(0.10 0. *)mm) W使高粘度妨丝液成纤5空气十层是有效拉伸区,不仅可提高纺丝速度，俪下_容易得到高强度高取向的版丝，原丝的站构均匀致密，它的强度到达7.(2-in.SrN/dk-xo比4.9- 6.53cN/dt的湿法原丝的强度高50%以I因此，得到的碳 纤维强度也高得多。(3)作为璘打维原丝必须纯度高&因为原丝中假设含各类杂质和缺阳必然要“遗传给 碳纤维。要到达纯度高有两方面的措施：忤先，使川的原料一丙烯腊、共聚单体、引发 剂

14、、治剂、水等都必须粘济云滤。其次，经过梢密过滤的纺丝溶液必须在沽冲的无尘纺丝 车间进行纺税，防止空气中的尘埃粒子污染原幻图7-5.4说明了原丝纯度对被纤维O圳丝池hl涟.尚占率劾企罚泳过沌，普斯中幼幻n幼姓浪知洼.浒沽堂 3#.：。纺好派来过沌歆i幸与站EB7-5-4原丝的纯度为经纹强度的影响4除此之外，康丝的细日化亦是饥备高力学性能版丝和碳纤雄的主要技术措施。其 主要原因是：1喷统孔小了以后，喷出的纤维直径细，外信相对芯部所占比例增加，有利于啖条在我同过程中进行双散.易得到结构均匀的原丝a2纤维直役细,外外表积大冶利于预敏化过程中的双扩散,易得到均质的预敏丝和 碳纤维。3根据体积效应和最弱连

15、接理论带役细,单位长度纤维中包含人缺陷的几率彼少, 因而碳约维强度随原丝直拒的减小而符到增加图7 5.5。三、原丝的预氧化果丙烯肪尿税的预箕化一斥丝在邳T3m：的空气介质中进行顼轼化处理。n的是赛使线犁分r链转化为耐热的梯型结构,使共在高担炭化时不陪不燃，保持斜维形(10400 8W 1200 1600 2000 24 2800的处理84度(笔图7-5-3干P亲涅法不意用33 r-100524 6 8 10 12 14 D纤度臾O灿妙： 拉伸强樱817-5-5共聚PAN原丝的线密茂与强茂关系态，从而徊到高质景的碳纤维。因此叩以说碳纤维的质早和产量勺预叙化丁艺息息相 矢C预敏化过程中，纤维颜色从

16、白经黄、棕色的变化之后，姓渐变如说明H：内部发生了复 杂的化学反加。通过川产生，体的分析，以及预郭丝的红外光谱、元素分析、x射线付射 分析等，一般认为有以下几种最主要的反响：I.环化反响rm 4 mm%、SN2.脱务反响木环化的聚合物链或环化后的杂环均W由于氧的作用而发生脱第;反威，这町由氧化 时产生大坦的水得到证实。rm rrm rrrrn3.轼化反响除r脱氧之外，同时绞还直接被结合到预知丝的结构中去。假设纤维被充分预皈化的 话顾箕纹中含箕it至可高达16%-23%.一般控制在6% 12知主要生成羟基、破基、 段基等。同时，也生成坏缄型。只结构如下：冶膈在预板化过根中的这些最主要的反响都是放

17、热反响，放热总景可达1 OOOkm/kg。这 典热粉必须4.02 8 5瞬间排除，否U!恰发生局部温度刷/而导致纤维断裂所以，瞬带走预氧化 封程中释放由的反响热是设备放大和T业生产的技术关拒所在。除此之外,在预敏化过程中还发生较大的热收缩。一方面是经过拉伸的原统，大分了 链自然指曲产生物理收缩。另一方面,大分了环化过程中产生化学收缩 G 为了要得到优 成碳纤维，继续综持大分*主链结构对纤维轴的择优取向顾甄化过罹必须对纠维施川涨 力.实行多段拉伸。预敏化程度宜接弓预敏化纤维及只纤维的性质有美,是一项要的控制指标。测 谊的方法有不少，主费有以下几种：1芳构化指数4人亦称炭化指数。是指预轼化过程中聚

18、丙烯腊大分了线刑分了依 辆化为环化梯型结构的程度，具体来说，*-月+岛式中$是指纠绯在2。=17时X-射线衍射强度是指纤维在2。=咐X-射级 衍射强度6一般4/控制在.5-0.6相当纤维中有50% 2 60%的大分了链已转化为梯 型结构.2预知化纤维含水率。由于预钗化之后，纤雄结构口含有钗的极性基团，所以含水 率明显提高，一般控制在6%9%o3密度。当预敏化丝密度小丁1.35衫顷时，说明预缸化程度缺乏。当密度大1.50 f/cm1时,预氧化过头了。4极限饭指数。是指斜维在持续燃曜时所,氧的最低百分数。预氧化效的极限氧 弥数应该在4以IL5川色谱沽Tt按测定氧含虽如。一股控制在6% 12%o除此

19、之外，还有刍夕卜光谱法、声速法、点燃法、定长收爆法、茂热法四、预氧化丝的炭化预氧丝在情件气体保护下，在 1 sore范围内发生炭化反响。斜维中的非碳 原如N、H、等元索被裂解出去， 预氧化时用成的梯形入分了发生交联,转变为稠外状 姑构。 纣维中的含碳鼠从6C %左右提高到92%以匕形成一种山梯形六元环连接而成的 舌IS石墨片状结构。 发化时保护气体一股采川高纯度氯气含城为99.990%明.999%-炭化过杉中，低温时60凡以卜，氧主要以ll2kHvll：和CR,的形式从纤维中 别离出来,氨主要以HCN、W的形式从纤维中别离出盛 高温时600T以I：,氧主要以HOM、。!和分了志氧别离出来点衫要

20、以HCS和15气的形式别离出来。氧在而t时以H,MXh和CO的形式别离出来。这些热解产物的瞬间JI除是炭化时的技术关键所在。 因为这些热解尹物如不及时舞出，粘附在纤维.造成占面缺馅，口至造成纤维浙裂。所 以，一般采川减压方式进行炭化，纤维内部的热分解物在压力假设和浓度养:的作川下可以达 到瞬时掉出的R的。同样，炭化时经维会发生物理收编和化学收缩因此，要得到优质碳纤维炭化时也 必须加适最的张力进行拉伸。为获得史高模量的成纤维，印将成纤维放入 纨“况的高泪卜进行石罪化处 理，以徊到含璘量在如以I.的石策碳纤维为防II掌化,石黑化处理建在高温密闭装置中进行的，所川的保护气体为氧气或氛 气，不能使加氛

21、气，黄气在2 am似用碳反响生成鼠石噩化处理过程中，结构不断 得到完善，非碳原了儿乎仝部扑除,c-c键术新抽列，层T面内的芳环数增加，结品碳的 比仇增多，纤纠虫向度增大纤维内部由素乱分布的乱层石墨结构转变为类似石果的层状 结品结构。碳纤维分了结构与石酷料类似是层状六方晶体姑构,同一层的碳质r之间距离小,某 合力比拟大,而层与所之间跆离较大,结合力小,只相当J宏内碳原了之间结合力的i%因血， 层与层之间很容易滑移。 因此，碳纤维中碳原T沿者纤维轴方向有者很强的结合 力，费度和模最都十分高，而乖直于纤维方向的岁叫和模量都很低,纤维比校胞，怕打结或 加捻。一束碳纤维用役大的力也难于拉断。但如果一打禁

22、或扣一个坏勇I就能拉断,人 伯利川碳纤维的优点制成复合增强材料就以避开它的瑚点。五、碳纤维的后处理碳纤维的主要用遂是作莫介材料中增皆材料-阂此.增加纤维与基体树脂材料之间 的粘禁力，提高夏合材料的层间的切强度十分雨要。一般作为r程结构材料，层间的切强 度最好在涕MR1以上.而未经后处理的破纤维我夏合材料的居间乾切强度一般在50 60M肉以上,达不到使川要求。因此，在制备碳红维T.艺流程中都要设置碳纤维外表处理T.序和I.浆T序。外表处理工序主要使碳纤维外表增加含板官能团和粗糙度从而增加 纤维和基体之间粘结力，使氏复合材料的层间功切强度提高到WMPa.从而满足实用要求。正是界面层有效传递栽荷，从

23、而使段纤维的强度利用率由左右提高到80%编3 I.浆工序的II的是防止碳纤维起毛损伤，所以碳纤维总要在保护胶液中浸 胶。保护胶液一般由含柳脂的甲乙酮或内酮组成。碳纤维的外表处理方法很多，如图7-5-6所示：4.等离r氧化法f7.化学气相沉积 外表沉积弦8.热解涂层9.晶须化HO.快中r辐照 其他方法11.电聚坊与接枝共聚12.混合法0B7-5-6各神外表处理方茂但在r业化碳纤维生产线I樗到实际成川的主要占？IH及电解氧化法和气相氛化法(6)第三节沥青基碳纤维一、制造的根本工艺流程沥育是一种以缩合多环芳煌化合物为主要成分的低分亍径类混合物，也含仃少最箕、 硫或敏的混合物。一般含碳最都大于70%,

24、肾均相对分了顶虽在20()以上。沥青资源卡 富.W从石油或煤焦油的副产品中提取，也由聚筑乙烯裂侔而得。由沥茂刃衍的碳纤维11前匕要有两种类型:一基力学性能较低的所退通用级沥青基碳纤维。根据沥青的光学 性质，又称之为各向同性沥吉碳纤维：另一种是拉伸强度特别是拉伸校即校高的中间相沥 吉基碳纤维,也被称为各向异性沥吉基族纤维。两者性能I：的站别源F结构的弟别。而 姑构的弟别是幼丝原料沥吉的性能所决定的因此，普通沥古阪料变成/台妨丝川的沥 吉原料的调俐过程是控例所得碳纤维性能的关键。当然，幼丝、不嬉化处理炭化及石堵化 工序的T艺条件对碳纤维性能指仃彩响。图7-5-7不同性能沥育基碳纤维的生产流 程简图

25、二、沥音的训制作为碳纤维原料的沥吉必须要满足如下的要求:纺丝川沥吉必须只备R好的妨丝 流变性能。幼统之后的纤维不培化处理是通过化学反响来完成的。所以纺丝JIJ沥吉 必须只有一定的化学反的活性。必须只仃沥吉碳纤维力/性质所需要的化学幼构、 相对分及K分布。点之,为r得到介格的沥苗需要调雄沥有的化学成分和结构, 称为调陈外表氧化弦2.液相缸化3.阳极电解氧化法外表涂层次5.洁洗与涂层6.氧化与涂层芥种外表处理方法衬可向ft T燥、低温度化-卷绕-高温炭化*络简- 制造殳 企材料粘胶基原丝在门的质虽控中指标，一投姿束性质均匀，含杂最少,将原丝加捻，并把 原来的油剂洗冲。在情性气柴中进行炭化,纤维素基

26、将发生许多反响，放出ibom及 皿等，所以必须进行稳定化处最参加适当的催化剂.促进反响/稳地进行，口似提高碳 纤维的强度i2以这时的迎控 R 在2oyr4avj高温炭化在一个封石船的变管中 进行出:温度为1 40* 2 4fXrC.获得合球最为90喘少的碳纤维。为嗥打碳纤维g好的力学性能，高温炭化在一定张力卜进行,有时还要刈碳到维进行石船化处理，叮徊 到超商模最的碳纤维。二、粘胶基碳纤维形成机理粘胶纤维的热分解和炭化过程非常夏杂洋组I地论述厂由粘胶纤维制取高 模虽碳纤绯的形成Me这里简单地介绍过程的四个禾要阶段：JT始阶次是粘.胶纤维中 物理吸附水的解脱:第二阶段纤雄索葡葡懿残基发生分亍内的化

27、学反响.左某NI消除 和C=催形成,释放HQ及X;第三阶段残基的林忒环笈生热裂帕在高卜24 邸 下,纤维素环基彻底,破裂：第四阶段在高温下发生芳构化，使残用的碳形成石瓣样层状姑 构,如果在张力作用下进行石墨化处理,就能捱高层面的厩向，从而提高了碳纤维的强控和模乩粘胶基球纤维的生产在美国和俄罗斯有一定的开展，特别在军T.生产和航天E行器 中还有特殊的应川价也例如太空飞行器柬返大气层时，外层的耐烷蚀材札川粘胶基彼 纤维作为外层的培就材料只有更多的优越性。但是从总的开展趋势看，由于粘胶纤维的 炭化率低,热炉I,:化学反响发杂,加匚过程比校R，能足较多等原因,枯放基碳纤维未能行 到更大的开展目前有被聚

28、丙烯肢基碳纤维取代的趋势。第五节活性碳纤维一、活性碳纤维根本特点活性碳纤维是以碳纤维为原料的一种高技术新产品。活性碳纤维亦W以理解为茨微 孔质的碳纤维 c它在冷年代开始迅速开展,现己进入丁亚化规模生产。主要JIJ F：D吸 附废 J，净化环境:凹收溶剂及有机化合物冲化水1化学防护高效电容和各种 电极材料。它与活性茂相比.具有以下几方面的优点，1眦附晨大， 特别基对只， 恶如床的硫耿吸附鼠相於4 倍。 耐旦,活性碳纤维对 浓度低于10ppm的痕械污染物也具有很大吸附能力 g2刈t附速度快。 把活性碳和活性碳纤维做成同4用及的吸附层, 态甲羊以同样速 度吹向吸附层.假设以出I I处深度达10 |g

29、作为穿逶的汛粒状活性炭的吸附层约儿分钟 漩穿透了顶活性碳纤维吸附层町达KX mine3腕吸附速度换。对某些气态物质活件碳纤维6,1内吸附最W访到800%，而粒状活 性炭仅只11%，然而脱股附时，活件嫩纤维叩以在2min内完全去除，活性炭却在40min内才能脱去50%。4从丁程观点比拟，活件碳纤维艮有叩挠件，叩以制成各种织物,加工成各种形状， 无论运输、使川均十分方便。二、活性碳纤维的割造门前川KJ挪活件球纤维的原料本婆有粘胶他、聚丙烯精纤维、酚格质维、沥吉纤维和聚乙蝴再璀：。除聚乙烯所茎活件碳纤维尚处于研究开发阶段外顶余几种均己实现T.业化，它们的主要优缺点如去7-5-6所示。表7 5 - 6

30、各冲活，隹颂纾物比拟粘胶以聚丙烯聒以聚乙刷以耿料价廉，但收 血弟度在1 SDn。段料价廉，收率脱料价凛，收率脱料价廉,血密腹率任、温废低，P以下，结桐中含机血密度可达3商，伊强废低，血在2 5ir/g以血窘度在1有4呢8%氟r.(nir/p 1艺簿单裕度在1 H)盘“下渺度札牛产fiODn/g以下，牛产1.艺较餐岌二较简单、成熟在方，杂成多艺较复杂活性族纤维的制造采川气体活化法，我纤维在0)7： 的条件下，川水燕气、(IX、空气、烟道H等进行活化。姓常川的是水蒸气,价格便匕活化能力强，容场控削。作为柔性钛高分了的贝范一超高相对分了质园聚乙烯通过及胶纺既方法得到高强 昇维的次术得到突皈，项现T业

31、化生产的事实，大大解放r人们的:思想，扣开r iiw柔斗 销线性成纤高聚物实现高强化的道路。从高强聚乙烯凝胶纺幺幺的实践中，町以概括如下儿点旋胶纺丝的T艺特点及其作川：(1)以超高相对分r成虽秉 Q 休为原料。也就是说,相对分质量比幼制沽规纤组H的聚合体要高好几倍。相对分了质量大了以后会产生两个方面的作用:可大大减少分 了链末端所造成的结构缺陷，有利卜提高纤维的强度和模量c相对分子质量越大，凝胶 效所跻受的最大拉伸倍数越大，所得纤维强度就越高(2)采用半稀溶液作为妨丝族液。半稀溶液的概念是指溶泄中聚合物的粘度介卜椎 溶液和派溶液之间。 形象化的说明见图7-61。 如以假设高相对分了质折聚合体为

32、原 料.使它处J幅触或浓溶派状态，那么凡F任个分r都只有.为数众多的貌结点，婚体或浓溶 液粘度很大很大。一是纺丝成形加T十分困难，二是拉伸佶数不V能大，产品纤维的结构 只能是折样链结构，纤维强度不叩能高o第二种情况是使超高相对分了质敏聚合体处于 稀溶液状态,大分了之间的缠结几乎-没任纺丝之章的初生纤维也不叩能经受高倍拉伸。 因为大分r之间作用力太小,很容易产生滑移，因此,也不m能得到高狙纤维。唯有使超 高相对分了质量聚合体处半*洛渔状态，大分了链的大局部缠结被拆散为初生纤维的 超倍拉伸创造r必要的条件， 叩以得到流动件能、 流变忤能、w纺件能、 祗定件能均R好的 幼丝原液。 图7-6-2是强度

33、、浓度和特性粘数之间关系图。(3)必须进行超佶热拉伸。拉伸倍数一般在30倍左右，仁至40倍以I，这样高的拉 仲倍数竹定是.乡级拉伸。通过.乡级拉伸，线性高分具有比常规纤维高得g的取向度和 票品度，而日.形成了含有伸声链绪品的用品结构，无定形局部均匀地分散在站品基质中。根据I：述原理,人们州几所竹隅性链成纤高分了都开展了大量的研究和实验,申 诸了很多专利,但真正有工业化福景的是聚乙烯酣和聚丙烯肢两种纤维O第二节高强高模聚乙烯醇纤维的进展及其工艺原理一、高强袈乙烯酬纤维聚W维的理论强度和模景分别是2l(V/dlex和2 OOVN/dkn.比其它成纤高聚 物赢 血旦,它在结晶结构中的分了轻与聚乙烯相

34、仿同样是平面相齿形。因此.人们深 信聚乙烯创纤维迪过凝胶纺丝法可以得到高强度商模最的约维。对J聚乙烯佛而苗称为探无是M纺丝原液中采用那种一R冷却，体系就呈现族胶化的溶剂，例如乙 F、什油、二乙二、三乙二常等。将高聚合度的聚乙烯瓣在 高温下溶于这些溶剂中，例成纺丝原池，然后川法或I湿祛纺丝为了提高冷却效果,()怫海波炫砸/溶解状也诂M拉忡状冬理恩的结构(bgfll液(。)浓度液或芽休图7-6-1缠埼控制概 念的示章阴07-6-2强茂浓度和 特性粘度的关系也有设置冷却浴来代件湿法纺丝的凝固浴。作为冷却液体最好不会改变纺丝原液纠成而 仅仅只起冷却的作用，M以J I底烷、-氛乙烯、=氯化碳及石蜡等。口

35、本许多单位却勒究开发r族胶法高强聚乙烯册纤维，大体的情况归纳为表7-6-1和表7-6-2.表7-6-1关于旌强力PVA纤维的主要E本专利情况申询家公Ji:专利号纺统方法PVA平均聚合卫强度初始校是(cN/dih)(3/2联合公诃特JI哽粉-13014顾奶.31(X1)3).955东朋WlJOtt)- 12f111*法4 5N)22.0523东袒特川昭60 I2ffl12海法待开昭61 - 1(X7113叫21 .y4bH东丽特开昭61 -08712凝og.东州特JI昭61-215711前3 1(1)19.6452顾纺丝11IN)19.X43X东丽特JI姬61 -2W112闺式或朦物纹50(11

36、)32.0时乐丽特JI：昭维朦13添加硼寂胶仿时1200)2V8帝1榆1昭62 -m)8朦咬纺统2 600P.6制持JI lfi?-9mO9凝胶纺统.口乐丽特JI肥62- 1(四12被妙顷武3 4)021.2U乐丽特JIM 62- 125)10獭妍1200)尤 E 卡特加脆-14R09加硼凝胶状1阁式4 51)2K.2夕2可乐丽翔1郁&162D1O澈妙IW6 60024.8生物材村宇占公司特JI洲62-22H16祗咬纺担4 6002X351)“伟为PVAr的柜过分质氐为2.7x10.而PVA估i+为兀T7-6-2学术杂志和学会上发表的主要PV.Uf维研株团报告年份妨始方法,I5 A平均

37、强检(M2廉混尔大学1W45敲胶控伸2 m19X联合公司10X5蜘i纺丝21.X653东京理科大学灿单岛血烂的拉州7 7D啪京都1.艺纤堆大孕1W7加的能胶状IW1 HI)24.0474京大区用商分了耕究中心197!蔽胶饬理4 HD26.0二、新型聚乙烯爵系纤维1.引言超高相对分*质信聚乙烯逋过旋胶纺丝,到达超高强度纤维的开发成功，鼓励着众多 研究者对柔性链高分了高性能4匕的研究，一般米说它们运川的旗胶纺统基木原理与聚乙 舫的微胶纺丝相类似，然而聚乙解衅由于羟基引起的分子间氧健的存在,在超级拉伸时会 有困难.为此作了许多努力.代中口本叮乐丽公司成功Hi开发了“溶剂湿式冷却丝“ 技术，实现了聚4

38、W的高性能纤维化生产技术，生产的产品称为Kimkm K皿W乐丽公司从1996冷4月公开它的研究开发匚作，1W6年10月中试完成月产10t的 丁厂建设，19卯年7月起开始试销中试产品,预计到19弟什：4月完成第一阶段丁业化日 标.生产规模到达7i/kgo2.高性能聚乙堀?纤维(K- II)例造方法(1俐备原理。湿，去幼成烂把纺丝原液从浸在我同浴中的喷统头里，叶出喷统孔盆因 成纤维的纺丝方法，和豚成纺丝、干法妨丝及千欧湿到41旧:较.其妨统速度很低，初生纤维 的皮芯结构明显,这种结构的不均T1，容以形成作圆形祗面的红维，川溶剂湿式冷却。痢洌丝法:从顷丝孔1H挤出的纺丝原液.汁先直按余速冷却，成为冷

39、却I用化的凝胶 状丝条，因而丝束内结构均匀稳定，然后进行脱洛剂，这样招到纤维断面圆形的、结构均匀 的纤维，再通过后道拉伸和热处理丁序，使纤维中大分了的取向、结品提高而挟得高性能 维(L图7-6-3是溶剂湿式冷却凝胶纺丝I：为流程示盘图，图7-6-4是它顷督通湿 豚丝I化状态及脱溶剂后状态的初生纤结构示意图-图7-6-3溶剂湿式冷却凝胶纺丝工斐流程(2)的备特点。川洛剂湿式冷却凝胶妨丝法时，要选择利聚乙娣柳溶解性作好的行机 溶剂作为纺丝原液的溶剂,同时褫I占I浴的液体也选择有机溶剂，这种溶剂的选择技术和冷 却条件就是该新型纺丝方法的最展耍特点。由于在有机溶剂中，不同皂化度的聚乙烯擀 剽辟酸乙烯系

40、，酷化纤维素笥多种原料聚合物町以溶解例成纺丝原液，因此可用识独的聚割或川混合的聚乙烯僧、多种原料聚合物米刮制不同加成的纺丝原液。从何为的务 各种不同功能的纤维开创了 一条根底的技术方法。州本I比方法血带纺丝反戒卜刷和凝囚浴液的溶剂在一个完仝且闭系统里循S) 7-6-4普通工芝与冷宏I凝胶纺初生纤雄结构会化示意图环,没有废液产生,因此是一种绿也羿绯的生产T艺,值得推广应川。(3)原料聚合物的要求。果乙烯醇的分r构造如下所示。由于羟基存在有狠高亲水 性陷聚乙烯福(A)由聚乙娇膺履酷(R)水解冬CH2-CHI OH(A)皂化度l)S/l% ) = ni/(ni + n)x 100电化而转变，电化度D5由I.式定义，IF越高表木大分了侧基的羟