第二章其它高性能纤维

其它高性能纤维授课教师：刘君妹授课时间：月日本节主要内容一、超高分子量聚乙烯纤维二、陶瓷纤维三、金属纤维四、硼纤维五、高性能纱线超高分子量聚乙烯纤维一、纤维的发展二、纺丝方法（凝胶纺丝法）三、纤维的制造四、纤维的特性五、纤维材料的加工六、纤维材料的应用一、纤维的发展超高分子量聚乙烯UHMW—PE(Ultra--highmolecularweightpolyethylene)常规的聚乙烯纤维，其结构内的大分子多为折叠式结构。在纺丝加工过程:如果能使折叠的大分子伸直，并结晶化、取向化，就有可能使聚乙烯纤维的强度和模量提高。

具有优异的综合性能，它的耐磨损、耐低温、耐腐蚀、自润滑、抗粘附、抗冲击性能等均列塑料之首,被称为“神奇的塑料”。一、纤维的发展1）20世纪30年代提出超强聚乙烯基础理论。2）20世纪70年代初，英国Leeds大学教授采用熔融纺丝法得到了中强聚乙烯纤维，转让给美国Celanese公司及意大利的Snia公司，这两个公司分别推出Certran（梭穿）和Tenfor（推福）商品名的超高分子量的聚乙烯纤维3）1979年荷兰DSM公司发明了凝胶纺丝法并申请专利；同期日本三井石油化学公司开发了增塑纺丝法。开始了高强聚乙烯纤维的生产。4）1990年开始商业化生产。5）1998年宁波大成化纤集团公司、中国石化总公司与中国纺织大学材料学院联合研制成超高强高模聚乙烯纤维。国外生产超高强PE公司及产品Allied-Sighal(美国)Spectra100050美元/kgD.S.M+东洋纺DyneemaSK-60最高4000日元/kg三井石油化学TeckmilonⅠ70美元/kgD.S.MDyneemaSK-6566DyneemaUD-66国外超高分子量聚乙烯性能生产公司牌号密度g/cm3拉伸强度MPa弹性模量GPa断裂伸长%荷兰DSM美国AlliedgnalDyneemaSK60SK65SK75SK76Spectra900100020000.970.970.970.970.970.970.9727003000340036002400291030008998107116791011163.53.63.83.83.63.32.9超高强PE纤维加工方法为了制备高强度的聚乙烯纤维，最重要的是减少分子末端、分子之间、分子本身的缠结和折叠，使大分子处于伸直的单相结晶状态。从另外一方面说，为了增加纤维的强度，应采用较高分子量的聚乙烯，而分子量的增加，大分子的缠结和纠缠程度也会增大，因此在纺丝过程中熔体粘度很高，采用常规熔融纺丝技术很难纺丝成形。利用超拉伸技术可以使折叠的聚乙烯大分子伸直，并具有结晶化结构，使纤维性能得到根本的改善。超高强PE纤维加工方法常用方法:纤维状结晶生长法:将UHMW-PE二甲苯溶液加入两个套着圆筒的间隙中，在结晶温度下慢慢旋转内筒，一边将结晶种子从侧面细管中加入，当它与内筒接触时，便生成聚合物结晶，并以结晶生长相同的速度拉出纤维。粗单晶拉伸法：将UHMW-PE的稀溶液（0.05-0.2%）等温结晶，进行100倍以上超拉伸（如110-130℃拉伸320倍）凝胶纤维超拉伸法:荷兰矿业公司将UHMW-PE溶于加入氢化萘的石蜡中，形成纤维后在90-150℃经30倍以上拉伸英国利兹大学拉伸法：用普通的聚乙烯熔体纺丝，然后拉伸的极高模量的聚乙烯纤维冻胶纺丝－超拉伸法：超高志强P寻E纤现维加敌工方洞法冻胶介纺丝贱-超蚀拉伸额法是比帽较常结用的慎高强钱聚乙辉烯纤气维的牌制备叮方法普。将高拐达1搭00逮万以究上的槐拉伸址链P性E为俭原料秆，溶槽于矿缩慧物油艘类的盼溶剂肤中，姥采用走凝胶述纺丝葬法得历到纤液维，鸣在进严行朝崖北拉季伸。超拉股伸过疫程使未纤维焦的取稻向度仅和结叨晶度祸大大绝增加暖，从健而改筹善了盯纤维毕的力响学性群能。凝胶麦纺丝甲法的屠依据1.彼分辟子链堪断裂伟机理极限犹强度旦=分客子链烘C-贪C原夺子间监共价刻键的择强度傻(0吴.6宏1N哄)/霞分子锻链截橡面积友(n蝴m2)聚合物分子链截面积极限强度常规纺丝聚乙烯PE0.193nm2405cN/dtex9.8cN/dtex聚乙烯醇PVA0.228nm2257cN/dtex10.34cN/dtex聚酰胺6/PV60.192nm2344cN/dtex10.34cN/dtex聚丙烯腈PAN0.304nm2213cN/dtex5.44cN/dtexPPTA0.205nm2255cN/dtex27.22cN/dtex凝胶临纺丝汽法2、声纤维阁强度军低的刃原因篇：1）常规葵纺丝缺法所饮用聚合古物相谷对分锦子量巴较小，大样分子饺链的抄长度僚有限河，纤秃维中蔬的分枝子末术端增艰多，践由分蜓子末袍端造洋成纤担维结令构上宗的微变小缺架陷也笛必然粱增多。分子验量麦2顶00榨万叮6柴00塌万纤维怎强度悦1窃.1次GP士a库1.居6G冻Pa2）常规崖纺丝恒法的锻拉伸轻倍数羡较小，无法蜜使大耻分子伸链特扛别是身柔性倒链沿寺轴向逃充分芒伸展坦。最混大拉件伸倍蜡数λma冷x=Nc1/绩2(Nc为交壮联点各之间恭的统类计链域节数宅)3）灾纤维贺中存舟在晶区没和非寻晶区吸相互墙交叉浩并存羊的复杂找结构冶，晶骄区和抄非晶菊区的释排列锦及连值接方怜式对糊纤维局的力炊学性息质起芝着很补大的西作用祖。凝胶贡纺丝敬法3.鹿柔扬性链为聚合周体纤派维超挎高倍嗽拉伸虚的前茶提：尽可萌能提住高聚皱合体师大分呈子的骗分子描质量尽可恢能提啊高非虏晶区嘱缚结糖分子凤的含靠量尽可券能减助少晶顶区折烈叠链融的含邪量，钓增加探伸直兴链的衬含量尽可察能将喜非晶拨区均葛匀分福散到蕉连续符的结害晶基柳质中蹈去凝胶窜纺丝秆法由试曾验可衔得：对成蚀形侯膨的初题生纤利维进泊行超邪倍拉骡伸是州柔性笑高聚倘物纤道维高容强化为的条弃件；各种幻玉方法把得到蛛的初杠生纤搬维是扮不同穴的。屯凡采痕用稀扶溶液棒或办将稀溶访液作肌为分恒散原毁液的绳方法瓶，所榴用原嫁料是拼超高机相对杂分子胁质量奔的聚缴合体挽，其小初生识纤维歇能经货受的昼拉伸瞧倍数垦也高起，纤攀维的就强度府也随常之升所高；目前席已实寨现工宜业化胖生产粪的方望法是凝胶他纺丝状法。凝胶哨纺丝部法的鹊基本辽步骤第一要部分波：把超连高分但子量决的聚劲合体膜溶解趟成半喊稀溶糖液，虾使它粒依次慈经过籍脱泡墨、过鸡滤、腐计量沙、纺促丝及揭凝固切浴的筛冷凝助，形手成含微有大谣量溶总剂的起凝胶抗丝条激。第二苗部分拘：凝胶该丝条颠经过户超倍护热拉沫伸，仪同时保去除汁溶剂片。拉逆伸之控后，甚残留嫩在纤膝维中殖的溶吨剂可丙以用犯萃取虎的方记法去爸除，莫也可残以在促超倍妙拉伸出之前台萃取罗。纤维情的制循造的助两种陷工艺1.磁先驼萃取华后拉茫伸超高值分子奖量P俊E溶原解昌凝播胶纺椒丝牛凝抽胶丝摇萃取炮干凝赶胶丝折超倍营热拉红伸捉成菠品纤就维2.乘先缘瑞拉伸抗后萃眼取超高臂分子至量P零E溶占解为凝胶吵纺丝皂湿塞凝胶匙丝超锄倍热容拉伸惹丝条翼中残咸留溶荐剂萃钟取放成品勺纤维工艺芦流程123561-美溶解丧斧霉2态-计楼量泵讨3絮-喷灰丝头4-董冷却妇-萃孕取裕延5夏-拉汁伸机颈构牌6-晃筒子工艺穷流程凝胶抛丝条逝的两钥种结距构：骨架桨是3泪0-临40踢%浓应溶液迎；微孔做中充吵满P袜E为五0.饲4-拾0.适5%吗的稀鼓溶液拉伸笨倍数迫：最低新20或倍拉伸擦倍数河为1崇5时蕉，其蜻强度脚0.寒8G沿Pa蓬;拉伸充倍数江从1田5增和加到交70预，纤啦维强集度增前加5色倍纤维绿的大撤分子信取向蚕图迪尼玛普通聚乙烯取向摧度：胖>横95赌%；前较检低;结晶道度:沫85贷%;象<6倦0%夜;高强仔聚乙便烯纤旺维特并性优点塞：世界采上最内坚韧染的纤编维密度庭较小特，一那般为浸0.招97匙g／棍cm3，比围强度膏、比谢模量卧都较阵高。断裂贴伸长农为3天％～声6％谣。利蚂用高摆强聚棉乙烯混纤维然制作肿的复条合材克料，脊在受宇到高治速冲饱击作鹊用时拼，能鹊吸收扑大量佛能量夸，因援此适挑于做泥防护父材料赌。以乡丰高强渐聚乙既烯纤螺维为枝基体捡的复钥合材策料，声多用患作轻露重量蓬的物刺件，前如浮椅筒、例船舶辉、雷卫达透贸波结晋构件双、安稳全帽请、防眨护服附等。在弯薪折状纯态下陶，高酷强聚羽乙烯甜纤维窃不易脚折断锯，摩擦国系数饥小，耍只有艘，且邀具有傅良好养的自厚润滑眯性，耐磨拿性好掏，特士别适保于纺漫织加财工。高强揉聚乙滚烯纤筝维具嫁有较罚好的戴抗紫道外线碌辐射因性能泄，在厨日光钟下照蚁射1湾00乡丰0h恭，其烂强度将保持猜率为趋70父％。高强安聚乙疯烯纤蜡维具厦有较倒强的慰耐化隙学性培。电君磁波扔透过焦性好锋。高强驴聚乙袜烯纤届维特笨性难加倚工，林生产我效率奸低，喊成本再高。耐热愧性差惊，熔点东较低赏，约为15细0℃，使用真温度阔一般此应控续制在70戏℃。粘结物性能锯差：e.纷g.高强肯聚乙蓝烯与测热固奋性树象脂的帮粘结统性较挤差，肿可以冤通过广树脂湾的改绩性来盖解决卸。综合机械弱强度唤差，秆易蠕么变:在恒霉定载供荷下袄，该益材料教会有案相当古高的氧蠕变卵，采微用交多联方桑法，受或电林子束段辐射乒，可遍以有藏效地哲改善脉材料攻的抗讲蠕变蛋性能麻。不阻剩燃，跪使用弱时严纪禁接勤触明尽火。纤维度性能魂比较纤维矮自由帆断裂足长度迪尼玛

芳纶碳纤维

玻璃纤维尼龙钢丝330km2351951358525耐冲雀击性矿比较复合物的抗冲击性能子弹穿透所需时间CFGFKevlarDyneema(浸佩泡时孕间：欠6个半月)迪尼猴玛惭芳纶海水巷＊＊览＊疑＊呆＊＊盐酸革（P枯H=织0）苗＊＊芽＊酬＊盐酸总（P系H=肺1）叉＊毁＊＊拥＊氢氧宣化钠浊（P膊H>吐14恢）除＊灿＊＊尖＊舅＊汽油缘瑞＊＊搏＊段＊＊械＊甲苯双＊＊株＊焦＊傍＊＊＊驻＊不沈受影饲响呢＊滴＊影垃响较亿小豪＊型严重逐影响100806040200强力剩余率(%)050100150200时间(h)浸入碱中迪尼玛浸入酸中迪尼玛浸入碱中芳纶浸入酸中芳纶纤维列材料饲的加喝工1.渗机煎织物灿：2.辱针烘织物谱：长丝稻织物织：纯纺劫：如秀Dy望ne帐ma妹SK尘65浊；混纺伍：与嗽棉混阁纺。3.