材料学 超性能纤维.ppt

1、超 性 能 材 料,一、超性能材料的定义： 超性能材料指该材料具有常规材料所不具备的超物理化学性能的人工复合材料或复合材料。,一 阻燃面料,一、阻燃的基本概念 对于材料和结构可以进行阻燃处理，降低火灾发生的概率和发展的速率。阻燃方法的分类及特点：阻燃剂按其使用方法分为反应型和添加型两种。添加型阻燃剂可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂，它们和树脂进行机械混合后赋予树脂一定的阻燃性能，主要用于聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯等树脂中。它的优点是使用方便、适应面广，但对聚合物的使用性能有较大的影响。反应型阻燃剂是作为一种反应单体参加反应，使聚合物本身含有阻燃成分。多用于缩聚反应，如聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树脂、

2、聚碳酸酯等。反应型阻燃剂具有赋予组成物或聚合物永久阻燃性的优点。,参考文献：印染在线,对纺织品的可燃性表征，可用极限氧指数(LOI)表示，即维持已燃材料继续燃烧所需要的最低含氧体积的百分率。按极限氧指数(LOI)将纺织原料分为4类：不燃(LOI35%)纺织品，如多数金属纤维、碳纤维、石棉、硼纤维、玻璃纤维、PBO纤维、PBI(聚苯并咪唑)纤维、聚酰亚胺纤维等；难燃(LOI=26-34%)纺织品，如芳纶、氟纶、氯纶、改性腈纶、改性涤纶、改性丙纶、改性维纶、改性粘胶、PPS(聚苯硫醚)、海藻纤维等；可燃(LOI26%34%)纺织品，如涤纶、锦纶、维纶、羊毛、蚕丝、醋酯纤维等；易燃(LOI20)纺织

3、品，如丙纶、腈纶、棉、麻、粘胶纤维、竹浆纤维、大豆蛋白纤维、牛奶蛋白纤维等。不燃纤维虽然阻燃效果好，但多数不适宜穿着或家用，而多数人们常用的天然或化学纤维都是可燃或易燃的，只有对这类纺织品进行改性或后整理才能提高他们的阻燃性能，也就是将具有阻燃功能的阻燃剂通过各种途径加入到纺织品中才能达到阻燃效果。纤维阻燃的途径是阻止或减少纤维热分解，隔绝或稀释氧气，快速降温使用其终止燃烧。为实现上述目的，一般是将有阻燃功能的阻燃剂通过聚合物聚合、共混、共聚、复合纺丝、接技改性等加入到化纤中去或用后整理方法将阻燃剂涂层在纤维表面或渗入纤维内部。在实际应用中，往往采用多种阻燃剂，以两种以上方式协同效应达到阻燃效

4、果。,参考文献：印染在线,二 PVC防蜂服,防蜂服是消防员在摘除黄蜂窝时穿着的一种最基本的新一代多功能防护服。采用经阻燃处理的聚氯乙烯人造革材料（PVC）研制面成，具有防割、防穿刺等多种防护功能。结构为连体式。款式新颖，结构合理。,1.面料：PVC复合布 径向扯断能力不小于750N，纬向 扯断强力不小于420N 防刺性能不小于60N 防割性能不小于2N 2.面罩：金属丝网+聚碳酸酯面罩,三 活性炭改性涤纶短纤维,活性炭添加材料,以竹炭为主要原料。首先将竹炭进行粉碎，在这个过程既要保持活性炭的特性，又要不失去活性炭的性能，因此我们采用高科技的气流粉碎方法将活性炭颗粒控制在500 nm 以下的范围

5、。颗粒也不能够太小，过小容易团聚，也会减弱活性炭的性能。但是也不能太大，太大了纺丝困难，纤维强度也受到影响 将粉碎好的活性炭颗粒均匀地分散在聚酯载体中，加工成高含量的活性炭母粒，一般的含量在40 %左右。,品种 活性炭涤纶短纤维主要品种有1.66.6 dtex 的各种长度的普通棉型、毛型纤维，以及6.616.5 dtex 的三维卷曲中空、四孔、七孔、九孔纤维，并且可以针对活性炭有黑色不容易染色的问题，可以直接加入颜料纺成其他颜色而不需要染色，适合各种不同需要,活性炭涤纶短纤维的应用,1 活性炭纤维做成具有美容功能的毛巾（1）纤维的摩擦因数大 因为活性炭涤纶在熔融纺丝过程中加入活性炭微颗粒，所以

6、纺出的活性炭纤维表面含有大量的活性炭微颗粒，使得纤维表面非常粗糙（见图1）。,（2）吸附功能强 在活性炭涤纶短纤表面有大量的活性炭微颗粒，这些活性炭微颗粒保持了活性炭的功能，因而使活性炭毛巾也具有显著的吸附功能。它能够吸附皮肤分泌油脂，吸附皮肤新陈代谢排泄出来的“死皮”。其吸附功能大大优于普通的纯棉毛巾，具有清洁皮肤的作用。,（3）抑菌作用大 由于活性炭涤纶选用的竹炭呈酸性（所有竹子都具有酸性），酸性物质具有较好的抑菌作用，可以抑制细菌、螨虫在皮肤上的蔓延。毛巾不会变臭、发黑，同时对皮肤具有养颜的效用。为此，活性炭毛巾必将成为具有美容功效的时尚生活用品（见图2）。,2 制成保暖内衣,活性炭涤纶

7、可以和其他棉、毛、麻混纺，织成机织布、针织布，制成各种内衣、服装等。该活性炭改性纤维还具有远红外功能，在与人体皮肤接触、摩擦后能产生远红外的热量。上海赛洋科技有限公司早在2 年前就用我厂生产的活性炭涤纶制成 “北极绒”保暖衣，称该面料为“炭卡”或“暖卡” 。,3 活性炭涤纶袜子的功能( 见图3),（1）吸附量大由于活性炭的大量微孔存在，对恶臭物质吸附量大，能够有效消除脚 （2）抗菌效果由于活性炭是采用竹炭，呈酸性，对微生物及细菌有优良的吸附和抑菌能力，有利于预防脚上的细菌和真菌感染。（3）平衡水分, 去油脂由于大量微孔存在，独特的微孔结构既能够吸附水分保持脚的干爽，又能够储存水分保持脚的滋润。

8、（4）再生容易在反复洗涤晾干后功能完全再生，所有吸附功能均能够恢复。,4 可以加工成各种规格的被子、枕头、床垫等( 见图4),以活性炭涤纶纺成的三维卷曲的单中孔、四孔、七孔、九孔纤维，采用非织造技术制作为充填料，进而缝制成床垫、靠垫、枕头等系列产品，可充分发挥活性炭的高吸附、抑菌等优良性能，达到保健作用。 据有关报告，居室为污染最严重的地方，一方面来自人的皮肤、代谢等有关气体；另一方面则来自建筑装饰材料有害气体的挥发，如在居室置有活性炭被子、枕头、床垫（卧室）、靠垫（客厅），活性炭将成为污染气体的消除器，它能吸附大量的有害气体，并具有负离子释放作用，使环境变得清新。 睡在活性炭床垫、枕头上，一

9、方面皮肤排出大量的二氧化碳、氨等有害气体被吸收，并吸收高湿的气体（汗气），人体感觉干爽舒适，活性炭在吸收的同时会产生热效应，尤其在冬天，会使睡眠适宜舒爽。 活性炭床垫对长期卧床不起病人的褥疮发生有防治作用；对患有湿气、关节炎、肩周炎、腰椎症等症的病人有特殊的疗效；非常适合睡眠时间不足、缺乏运动的应试考生，产后或病后恢复期希望皮肤美容的女性，以及中老年人和经常失眠的脑力劳动者。,5 可以制成口罩等卫生用品,性炭改性纤维制成口罩的特性是： 防毒、防尘、除臭、滤菌等功效； 能有效防止普通口罩不能起作用的5 m 以下的飘尘以及由呼吸传播的多种病菌，是医生、护士、病人及环卫工人的理想选择，也是化工、皮革

10、行业员工很好的劳动防护用品； 特别适用于含有机气体、酸性挥发物、农药、SO2、Cl2 等刺激性气体的场合，防毒、除臭效果显著。,四 新型绿色纤维织物,引言随着人们工作节奏的加快，工作压力的增加，越来越多的人们崇尚自然、舒适美观、卫生保健的休闲服装。因此具有“轻、柔、松、垂”等穿着舒适特点的新型纤维受到人们的青睐。较具有代表性的有Tencel纤维、Modd 纤维、大豆蛋白纤维和竹纤维等等，“绿色”成为纤维和面料发展的主题。在这一背景下，新生蛋白纤维和纤维素纤维以其资源丰富、发展的可持续性及其环保性得到高度重视。,1 Tencei纤维织物 Tencel纤维织物具有棉的舒适性，透气吸湿性能很好，它还

11、具有粘胶的悬垂性。其织物有较好的手感，既有丝绸的柔软，又有一定的“身骨”，且织物丰厚、膨松，保形性较好。易于原纤化的性能使其织物呈现出桃皮绒般的风格。新型Tencel纤维的纯纺或混纺织物具有光泽亮丽、手感柔软、悬垂性、透气性、可洗性能好及尺寸稳定的优点，适于制作女式内外衣、时装、牛仔服、男士高级衬衫、休闲服等，经过树脂整理及后加工还可生产各式新款织物。,2 Modal纤维织物 用ModM纤维生产的织物，具有丝一般的光泽，手感细腻柔软，悬垂性好，且织物布面平整、细腻、光滑，具有天然真丝的效果，织物色泽艳丽、光亮，是一种天然的丝光面料；ModM纤维织物的吸湿性能、透气性能优于纯棉织物，是理想的贴身

12、织物和保健服饰产品。有利于人体生理循环和健康。其织物服用性能稳定。柔软度、亮洁度都比棉好。传统的棉织物经水洗后，手感将越来越硬，而Moda纤维面料恰恰相反，越洗越柔软，越洗越亮丽；Modd纤维织物成衣效果好，形态稳定性强，具有天然的抗皱性和免烫性，使穿着更加方便、自然。 3 大豆蛋白纤维织物 大豆蛋白纤维具有较好的导湿性和很好的透气性、手感柔软爽滑、悬垂性好、静电小，具有良好的服用性能，属于环保型纤维。织物外观华贵，具有蚕丝般的光泽，舒爽怡人；其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗的感觉；用高支纱织成的织物，表面纹路细腻、清晰，是高档的衬衣面料昀。以大豆蛋白纤维为原料的针织面料手感柔软滑爽、质地轻薄，

13、具有蚕丝与山羊绒混纺的感觉，大豆蛋白纤维与人体皮肤亲和性好，且含有多种人体所需的氨基酸，其织物具有良好的保健作用。,4 竹纤维织物（1）竹纤维具有其他纤维无法比拟的优点，如手感柔软、抗菌、抑菌、色泽亮丽、丝般滑爽，与皮肤的亲和力好，对皮肤没有强刺激感，特别是其吸湿放湿性、透气性居各纤维之首，产品具有很好的外观风格。 （2）竹纤维具有独特的抗菌保健性能及抗紫外线保护作用，非常适合生产与人体肌肤亲密接触的纺织品，能够体现它保持肌肤干爽舒适的卓越性能。 （3）竹纤维的韧性和耐磨性能强，织物轻薄、悬垂性佳，手感干爽、柔软、润滑而细腻，外观丰满而挺括，适宜做夏季服装材料，用其制成男士衬衫、休闲服装等，具

14、有穿着飘逸、凉爽，抗菌、防霉、防蛀和防紫外线等功能，还有清香的味道。（4）竹纤维横截面与众不同，上面布满了椭圆形空隙，并有沟槽状，可以在瞬间蒸发水分，更便于水分传输、空气流通。其织物服装夏秋季节穿着使人感到特别凉爽舒适，冬春季节穿着既蓬松舒适又能排除多余的热气和水分，不上火不发燥，被业内专家称为“会呼吸”的生态产品。因此竹纤维床上用品给人以凉而不冰、滑而不粘、雅而不俗的感觉。而竹纤维面料秉承竹文化，格调丰满，可塑性强，对家居装饰有着画龙点睛的作用。更由于竹子的天然韧性，用竹纤维织成的产品便具有了较强的防皱性、较好的耐磨性，还有较强的经向和纬向强度和可机洗的特点，极大地方便了消费者。,五 赛帛尔

15、(CEIBOR),赛帛尔纤维俗称木棉是攀枝花树、英雄树、烽火树等木本植物果实的纤维，是一种天然野生纤维素纤维。赛帛尔纤维自面世以来 以其堪比羊绒的品质享有美誉被誉为生态纤维中的软黄金。赛帛尔的突出优势是用赛帛尔纱线制成的面料及服装保留了木棉纤维轻、柔、细、软、中空、生态、抗菌、抗静电、不起球、吸湿导湿、防霉不蛀等天然纤维的全部特性。缺点是纤维长短不齐 纯纺纱线条干质量相对不如棉更适用于不同比例的混纺产品。该纤维具有以下5大特点：,（1） 野生我国木棉树主要生长在亚热带随着对木棉产品的开发利用国内已经开始重视在中国西南部发展木棉种植业。（2） 抗菌纺织工业南方测试中心检测的数据表明赛帛尔纤维霉菌

16、生长面积小于l0抗霉菌评估为1级 (0级最好4级最差)，织物对大肠杆菌的抑菌率为994：另据广东省微生物分析检测中心检测赛帛尔絮片驱螨虫率为8754。,（3） 保暖 木棉纤维有着高达8090的中空度是天然生态纤维中质量最轻、中空度最高的纤维材质，其保暖率经国家权威检测高达5246以上(国家标准的175倍)，是目前世界上最佳的天然保暖纤维材料图1和图2分别比较了无风条件和60 cms的风速下木棉、纯棉、涤棉3种纤维的单位克质量的保温率。,六 摩维(Mbary)纤维,摩维纤维是以槿麻为原料与麻同价与棉同质的天然植物纤维，它主要有环锭纺和气流纺两种纺织方式，其纱线主要有以下几种系列： a 摩维棉系列

17、主要利用摩维良好的吸湿排汗性、透气性、抗菌性和棉的保暖性、耐碱性及手感柔软适用于中高档休闲服装。 b 摩维毛系列主要利用摩维良好的吸湿排汗性、透气性、抗菌性和毛的弹性好、吸湿性强、保暖性好、不易沾污、光泽柔和、不易折皱、滑爽挺括、质地细腻、丰满等特性，适用于高档职业服装。,c 摩维涤纶系列利用摩维良好的吸湿排汗性、透气性、抗菌性和涤纶抗皱性好、保持性好、耐磨性好、不易变形、弹性好、刚挺、易洗等特性，适用于中档职业服装。 d 摩维黏胶系列利用摩维良好的吸湿排汗性、透气性、抗菌性和黏胶纤维的易染色、抗静电、易加工等特性，适用于中档休闲服装。 e 摩维丽赛系列利用摩维良好的吸湿排汗性、透气性、抗菌性

18、和丽赛纤维在湿态下的强度损失较小、断裂伸长率较低、弹性回复率较高等特性，适用于中高档休闲装。,七 防水透气织物,一、防水透气织物类型,目前防水透气织物有3 大类型： 第一种是高密度织物，它利用高支棉纱和超细合成纤维制成高密度的织物，有较高的水蒸气透过性，经过拒水整理后具有一定的防水性。其特点是透湿性好，柔软性和垂性也较好，但耐水压较低、次品率高、染整加工困难、折边耐磨擦性较差。,第二种是涂层织物，它可分为亲水涂层和微孔涂层织物两种。亲水涂层是在织物表面涂上一层亲水涂层，由于涂层覆盖了织物的所有空隙，因而可以防水。如果高分子链上有亲水基因，含量和排列合适，则它们可以与水分子作用，借助氢键和其它分

19、子间力，在高湿度一侧吸附水分子，通过高分子链上亲水基因团传递到低湿度一侧解吸。涂层织物一般加工简单，其特点是透湿小、耐水压不大。,第三种是层压复合织物，它是将防水透湿和防风保暖集于一身，具有明显的技术优势。运用层压技术把普通织物与E-PTFE 复合于一体，取长补短，是目前防水透湿织物的主要发展方向。,二、常见防水透气性织物,GORETEX 面料 GORETEX面料的透气功能是通过面料上那薄薄的一层GORETEX薄膜来实现的，此薄膜每平方厘米由14亿个小孔组成，这些小孔比水分子小2万倍，比蒸汽分子大700倍，同时呈不规则排列。因此，在人们户外运动时，GORETEX 面料可将雨雪及寒风阻隔，又将人

20、体所散发出的汗气等向外不断排出，形成一道防风防水的特殊屏障。普通的GORETEX 面料都可以做到防水 2000mm-3000mm 水柱，而目前台湾厚生和韩国的一些厂家甚至可以做到防水4000 mm-6000mm 水柱的面料。但透湿气的条件是面料外的湿度要比面料内的低。否则湿气不但排不出去，还会反渗进衣服里面来。如果面料外表有防水处理，其透湿程度相应会降低。,2. Sympatex 面料 Sympatex 面料关键点就是使用一种被称之为新保适的薄膜，它基本上可以压到任何纺织物和皮革上，是一种亲水的无孔聚酯薄膜。因为无孔，它不会被洗涤剂的残留物或其他颗粒堵塞，所以这种封闭薄膜可以保持长期的透气性。

21、其防水透气的原理就是利用水分子和水蒸气分子的表现不同，即处于液体状态时，相互间紧紧吸附。因此，单个分子无法吸附到薄膜分子链的正负电荷上，而水蒸气分子相互间非常独立，容易被吸进薄膜中。水蒸气分子粘附到薄膜的正负电荷上，并被排到另一面。通过这样一个物理化学的过程，允许水气分子从里面传到外面，而外面的水不能进入。Sympatex作为一种防风防雨透气型面料，在德国及欧洲享负盛名。,3. DENTIK面料 DENTIK面料是国内登天公司开发生产的，其防水透气的原理基本上与GORETEX面料相同，都采用PTFE 微孔膜材料，薄膜有许多微孔结构，每平方厘米10多亿个孔，开孔率高达80%，孔径比水蒸气分子大7

22、00 倍，汗气可以通过；孔径又比水滴小约10000 倍，液态水不能通过。这样， DENITK 面料既可使人体自然排出汗气，又能抵挡风雨及寒流的进入，特别在恶劣的气候环境下，保持人体的干爽舒适。,三、应用,军事上。防水透气织物首先被开发应用于军服、防护服的生产。 民用中。防水透气织物在民用中应用最多的就是户外产品如帐篷、睡袋、冲锋衣、鞋子等。,八 形状记忆材料,形状记忆材料（Shape Memory Materials）是指热成型时（一次成型）能记忆外界赋予的原始形状，冷却后可任意形变并在更低的温度下将此形变固定下来（二次成型），当再次加热到某一临界温度（称为逆相变温度）时能可逆地回复原始形状的

23、一种材料。形状记忆材料的这一特性被称为形状记忆效应（Shape Memory Effect，SME）形状记忆材料在服装中的加工方法大致有3类： 1）通过用聚合物后期整理的方法，赋予天然的或人造的纤维以形状记忆的功能，同时也解决了普通纤维易起皱、缩水、定型不稳定等问题。 2）利用20 世纪60年代新兴的形状记忆材料直接制造或合成的形状记忆纤维。这种纤维除了可以制造成特殊功能的服装外，还可以设计成样式美观的花色纱线，织造不同的织物，简化了纤维的后整理工序。 3）利用各种方法，如接枝、包埋等，将有形状记忆的高分子材料接枝到纤维上，使纤维拥有形状记忆的效应,九 调温材料,调温材料（Temperature AdaptableMaterials）是一种能够自动感知外界环境温度的变化而智能调节温度的高技术纤维材料。它以提高服装的舒适性为主要目的，可以吸收、储存、重新分配和放出热量，在环境温度低时，自动调高服内温度，在环境温度高时，自动调低服内温度，使服内温度处于较舒适的范围。目前较为成熟的调温纺织品制造工艺包括涂层整理、复合纺丝和微胶囊纺丝等。1997年，调温纤维制品