高性能纤维[精选].ppt

一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 最初人类使用纤维的目的是制作衣物，而现在非装饰用纤维的使用量已超过纤维总产量的二分之一。 有数据表明，化学纤维的品种和用途从以衣着为主，逐渐向衣着、铺饰和产业三者并重的方向发展。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 在产业方面，化学纤维最初主要被用于制作鱼网、渔线、绳索等。汽车工业的迅速发展，需要大量轮胎帘子线，从而刺激了化学纤维特别是合成纤维的发展。 例如，提高纤维的耐热性（耐硫化温度）、改进纤维与橡胶之间的粘结性及粘结方式等都是纤维材料科学领域中较早的研究课题。 随着纤维在产业方面用途的不断扩大，各种高性能及特种纤维应运而生。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 “Nomex”是杜邦公司研制和生产的一种耐高温、耐化学药品性优良的芳香族聚酰胺纤维，学名为聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维。 它具有良好的耐热、耐燃性能，可以制作宇航服、赛车服、消防服、耐热防腐滤布或衬布等。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 杜邦公司另一个著名的芳香族聚酰胺纤维品种即“Kevlar”，学名为聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）纤维。 它具有高强、高模和耐高温等特点，在高性能帘子线、防护材料、复合材料的增强纤维、高强绳索等方面用途十分广泛。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 高性能纤维是一种技术密集、投资巨大的工业产品，其主要缺点是价格昂贵。 例如，每公斤超高分子量聚乙烯纤维的市场售价约50美元、芳香族聚酰胺纤维约80美元、聚丙烯腈基碳纤维约120美元，而无机硼纤维则高达800美元左右。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 最初，高性能纤维作为产品销售时，由于价格高，市场小，用途受到限制，与每年数以千百万吨计的纺织纤维相比，其销售量显然是微不足道的。 然而，这类特种纤维的应用最初主要集中在航天航空和军事等高技术领域。在这些领域，更重视的首先是纤维或材料及其制品的性能，而纤维的价格并非第一要素。 因此，多年来高性能纤维作为化学纤维工业的一个重要分支得到不断的发展，其应用领域亦不断扩大。 一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况 综观化学纤维工业百余年来的发展历史，从天然纤维到粘胶纤维，进而到合成纤维如聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈等纤维，乃至近年来出现的各种高性能纤维，都表明纤维材料与人类社会文明密切相关，现代科学技术的发展亦离不开纤维工业的发展。 二、高强高模纤维的结构特点 高强高模纤维是高性能纤维中发展最快的一类纤维，不论是工艺技术的革新、新材料或新品种的不断出现，还是性能或功能方面的进一步提高，都给人以日新月异的感觉。 通常，有机纤维高分子的主链所含元素种类较少，主要有C、N、S、O及H等。在化学键方面，C-C共价键占很大比例。 二、高强高模纤维的结构特点 金刚石是典型的三维有序高性能材料，而石墨则具有二维有序结构特征。 在金刚石结晶体中，每个碳原子与相邻四个距离相等的碳原子以共价键形式结合在一起，形成紧密牢固的四面体结晶结构。 在石墨结构中，每一层内的碳原子以共价键形式相互连接，而层与层之间则通过范德华力相结合。 二、高强高模纤维的结构特点 一般高分子材料的结晶结构远不如低分子晶体那样规整，存在着各种各样的缺陷。高强高模纤维的理想结构一般是指沿纤维轴方向大分子完全伸直、集束、结晶和无缺陷的结构。 从分子结构来看，决定高分子材料力学性能如强度、模量等的主要因素包括主价键力和次价键力。前者决定了大分子主链的强度，后者则与纤维的聚集态结构紧密相关。 二、高强高模纤维的结构特点 就高强高模纤维而言，成纤高聚物的分子结构应有以下特点： （1）构成主链的键强大； （2）大分子构象线性化，具有伸直链结构； （3）大分子横截面积小； （4）链缠结程度小； （5）分子链中分子末端数少。 通常，纤维的力学性能主要取决于大分子主链中最弱的键合，双键或叁键的键能高于单键。 三、耐高温纤维 事例：1983年6月，加拿大民航飞机失事因火灾导致20多人死亡后，飞机内部座套、装饰材料等的阻燃化开始受到世界各国的高度重视。 三、耐高温纤维 目前，世界各国对飞机机舱内部制品或材料的阻燃性都有非常严格的要求。发生空难时，阻燃性材料可在数分钟内不燃烧，为乘客安全脱险或采取紧急救护措施赢得宝贵的时间。 类似汽车、火车、船舶以及公共场所的铺饰材料或装饰物等的阻燃化也同样受到人们普遍重视。 三、耐高温纤维 传统的阻燃技术是通过在成纤高聚物熔体或溶液中混入阻燃剂再经纺丝成形、拉伸及后处理制成阻燃纤维，或者直接用阻燃剂处理纤维或纤维制品。这种方法虽然可赋予被处理的材料阻燃性，但材料的耐热性不会有根本的变化。 三、耐高温纤维 纤维材料的燃烧性质主要取决于成纤高聚物的化学组成。 大分子中的氢含量是影