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

1、定义：强度>17.6cN/dtex，模量>440cN/dtex

2、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

1、构成高分子主链的共价键，键能越大越好；

2、高分子链的构象越近似直线形越好；

3、高分子链的横截面积越小越好；

4、高分子链的键角形变和键的内旋转受到的阻力越大越好；

5、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。

 

一、对位和间位芳纶

对位芳纶（芳纶1414）

1、结构:

2、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。

3、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。

4、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）

1、结构：

2、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。

3、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。
4、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。

 

二、聚苯并噁唑(PBO)纤维

1、结构：

2、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。

3、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。

4、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。

 

三、PEEK纤维

1、结构

2、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。

3、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。

4、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。

 

四、聚四氟乙烯纤维

1、结构

2、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。

3、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：①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。②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。③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。④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。

 

五、碳纤维

1、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：

2、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。

3、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。

4、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。

 

六、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。

1、结构：

2、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。

3、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。

4、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 3～80μm的甚细纤维。

 

七、蜘蛛丝

 

 

1、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。

2、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。

3、应用：因其透气性好，可用于防弹衣的制造。也可以用于制造坦克和飞机的装甲， 以及军事建筑物的 “防弹衣” 等。但若将蜘蛛丝应用于制造防弹衣， 须与其它防弹材料复合使用。

4、来源：自然界。蜘蛛的肚子里有许多丝浆，它的尾端有很小的孔眼。结网的时候，蜘蛛便将这些丝浆喷出去。丝浆一遇到空气，就凝结成有粘性的蜘蛛丝。