高强高模纤维

1、高强高模纤维高强高模纤维 High strength and high modulus fiber 关于高强高模纤维关于高强高模纤维 p高强高高强高纤维目前尚无确切的定义纤维目前尚无确切的定义 n强度：强度： 2GPa2GPa n模量：模量： 50GPa50GPa 主要的高强高模纤维主要的高强高模纤维 p碳纤维碳纤维 p芳纶纤维芳纶纤维 p高强高模聚乙烯纤维高强高模聚乙烯纤维 p其它纤维其它纤维 工业化高强纤维及性能工业化高强纤维及性能 碳纤维碳纤维 按用途分：按用途分： p作烧蚀材料作烧蚀材料 （主要为粘胶基碳纤维）（主要为粘胶基碳纤维） p作结构材料作结构材料 （主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥

2、青基碳纤维）（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维） 高强聚乙烯醇（高强聚乙烯醇（PVAPVA）纤维）纤维 p高分子量原料，采用冻胶纺丝，超拉伸技高分子量原料，采用冻胶纺丝，超拉伸技 术术 p湿纺加硼交联技术湿纺加硼交联技术 Poly-p-phenylenebenzobisthiazole （PBO）纤维）纤维 p强度、模量比芳纶高出近一倍强度、模量比芳纶高出近一倍 p中文名：聚对苯撑苯并双口恶唑，中文名：聚对苯撑苯并双口恶唑，是一种杂环芳香是一种杂环芳香 族的聚酰胺族的聚酰胺（分子式见下图）（分子式见下图） 高端PBO纤维产品的强度为5.8GPa，模量180GPa，在现有的化学纤维中最高；

3、耐热温度达到600，极限氧指数68，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难 燃性高于其它任何一种有机纤维。主要用于耐热产业纺织品和纤维增强材料。 PBO的合成 PBO是由4，6二氨基苯酚盐酸盐(二氨基间苯二酚盐酸盐)与对苯二甲酸以多 磷酸(PPA)为溶剂进行溶液缩聚而制得，也可利用P2O5脱水进行缩聚，PPA既 是溶剂，也是缩聚催化剂。 OHHO H2N NH2 +HCl+COOHHOOC PPA130-200oC N O N O * PBO纤维与其他高性能纤维的比较 性能指标断裂强度模量断裂伸长率密度回潮率LOI裂解温度 纤维品种N/texGPa%g/cm3% zylonHM3.72802.51

4、.560.668650 zylonAS3.71803.51.54268650 对位芳族聚酰胺1.951092.41.454.529550 同位芳族聚酰胺0.4717221.384.529400 钢纤维0.352001.47.800- 碳纤维2.052301.51.76- 高模量聚酯3.571103.50.96016.5150 聚苯并咪唑(PBI)0.285.6301.401.5 41550 PBO纤维的卓越性能 p耐热性和抗燃性，特别是PBO纤维的强度不仅超过钢纤维， 而且可凌驾于碳纤维之上。此外，PBO纤维的耐冲击性、 耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异，并且质轻而柔软，是极 其理想的纺织原料。

5、pPBO作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械 性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar(凯夫拉)纤维的 2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能 完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤 维。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量， 其强度是钢丝纤维的10倍以上。 PBO纤维-应用 p长丝的应用，可用于轮胎、胶带(运输带)、胶管等橡胶制品的补强材 料；各种塑料和混凝土等的补强材料；弹道导弹和复合材料的增强组 分；纤维光缆的受拉件和光缆的保护膜；电热线、耳机线等各种软线 的增强纤维；绳索和缆绳等高拉力材料；高温过滤用耐热过滤材料； 导弹和子弹的防

6、护设备、防弹背心、防弹头盔和高性能航行服；网球、 快艇、赛艇等体育器材；高级扩音器振动板、新型通讯用材料；航空 航天用材料等。 p短切纤和和浆粕的应用，可用于摩擦材料和密封垫片用补强纤维；各 种树脂、塑料的增强材料等。 p纱线的应用，可用于消防服；炉前工作服、焊接工作服等处理熔融金 属现场用的耐热工作服；防切伤的保护服、安全手套和安全鞋；赛车 服、骑手服；各种运动服和活动性运动装备；Carrace飞行员服；防 割破装备等。 p短纤维的应用，主要用于铝材挤压加工等用的耐热缓冲垫毡；高温过 滤用耐热过滤材料；热防护皮带等。 芳纶纤维芳纶纤维 p聚对苯二甲酰对苯二胺聚对苯二甲酰对苯二胺 p通过液晶纺

7、丝方法制成通过液晶纺丝方法制成 p分子链伸直平行排列分子链伸直平行排列 p结晶度很高结晶度很高 芳纶的主要用途芳纶的主要用途 p复合材料增强复合材料增强 p防弹材料防弹材料 p光缆、电缆加强材料光缆、电缆加强材料 p其他特殊用途其他特殊用途 芳纶生产销售现状芳纶生产销售现状 p已有已有3030年的工业化历史年的工业化历史 p主要生产国：美国，日本，荷兰主要生产国：美国，日本，荷兰 p目前世界市场供不应求目前世界市场供不应求 我国芳纶发展的情况我国芳纶发展的情况 p我国开发芳纶已有我国开发芳纶已有2020年年 p东华大学是最早参与研究的单位之一，有东华大学是最早参与研究的单位之一，有 自主的知识

8、产权自主的知识产权 p目前准备开发芳纶纸目前准备开发芳纶纸 高强高模高强高模PEPE纤维纤维 p原料：分子量原料：分子量150-600150-600万万 p采用冻胶纺丝，超拉伸技术采用冻胶纺丝，超拉伸技术 p纤维具有部分伸直链结构纤维具有部分伸直链结构 冻胶纺丝主流程冻胶纺丝主流程 p纺丝纺丝 溶解溶解 脱泡脱泡 挤出成型挤出成型 凝固凝固 冻胶丝络筒冻胶丝络筒 p拉伸拉伸 集束集束 萃取萃取 干燥干燥 超超 倍拉伸倍拉伸 卷绕卷绕 PEPE冻胶纺溶剂及萃取剂冻胶纺溶剂及萃取剂 p主要溶剂主要溶剂 十氢萘，煤油，白油，矿物油十氢萘，煤油，白油，矿物油 p主要萃取剂主要萃取剂 汽油，低聚烃，卤代

9、烃，苯及其衍生物汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍生物 PEPE冻胶纺工艺关键冻胶纺工艺关键 p浓度：浓度：3% - 10%3% - 10% p采用双螺杆帮助溶解和脱泡采用双螺杆帮助溶解和脱泡 p用特殊的凝固浴解决并丝问题用特殊的凝固浴解决并丝问题 p分多级达到分多级达到4040倍以上拉伸倍以上拉伸 p溶剂及萃取剂回收分离溶剂及萃取剂回收分离 高强高强PEPE的工业生产的工业生产 p主要生产国：主要生产国： 荷兰，美国，日本，中国荷兰，美国，日本，中国 p产量：产量： 目前约目前约40004000吨吨/ /年，供不应求年，供不应求 0 层层 90 层层 防弹防弹UD是无纬复合材料是无纬复合材料 U

10、D的组成的组成 热熔热熔PE层层 UD 0, 90 UD 0, 90 热熔热熔PE层层 面密度：面密度：145 g/m UD截面扫描电镜照片截面扫描电镜照片 我国高强我国高强PEPE技术的特征技术的特征 p采用白油或矿物油采用白油或矿物油 p凝固浴采用独特的配方，解决了并丝问凝固浴采用独特的配方，解决了并丝问 题题 p各生产厂有自己的知识产权各生产厂有自己的知识产权 p所有的生产厂，技术均由东华大学化纤所有的生产厂，技术均由东华大学化纤 研究所提供研究所提供 国产和进口国产和进口PEPE纤维性能比较纤维性能比较 国产和进口纤维截面国产和进口纤维截面SEM照片照片 存在的问题和今后的工作存在的问题和今后的工作 p进一步提高国产高强进一步提高国产高强PEPE的强度和均匀的强度和均匀 性性 p研究提高纤维抗蠕变能力的技术研究提高纤维抗蠕变能力的技术 p提高纤维的使用温度提高纤维的使用温度 p进一步降低单丝纤度进一步降低单丝纤度 小结小结 p从国防科技发展的战略高度出发，开发高强高模从国防科技发展的战略高度