高性能高分子材料-纤维课件

第一单元

高性能高分子材料纤维第一单元

高性能高分子材料纤维1纤维与人口时间197020002050世界人口/亿376094纤维需求总量/亿吨0.20.51~1.2人均纤维消耗量/kg5.88.111~12纤维与人口时间197020002050世界人口/亿32纤维发展趋势基于仿生学从剖析研究棉、毛、丝等天然纤维的形态组织结构得到启发，研制……。例如：从分析蜘蛛丝的分子结构着手，仿造试制高强度纤维；具有荷叶拒水功能的纤维及织物的制备；具有仙人掌高保水、缓释作用的高分子材料的制备。纤维发展趋势基于仿生学3纤维发展趋势基于绿色资源和绿色生产工艺路线——可再生性资源纤维天然蛋白质与高聚物复合纤维糖类与高聚物复合纤维优点：可持续性、可降解性，对环境没有污染，有利于人类健康。纤维发展趋势基于绿色资源和绿色生产工艺路线4纤维发展趋势纤维细旦化特点：几何特性：单丝直径变小，纤维比表面积增大，表面的补偿效应增加；物理机械特性：纤维弯曲阻力小，具有高的可挠性和扭曲性；光学特性：反射光泽柔和；其它：高保温性、吸音性、透湿防水性。纤维发展趋势纤维细旦化5纤维发展趋势高性能纤维强度在2.5GPa、模量在55GPa以上。如：芳香族聚酰胺纤维芳香聚酯纤维高强度聚乙烯纤维纤维发展趋势高性能纤维6芳香族聚酰胺纤维（Aramid）Poly(p-phenyleneterephthalamide)(PPTA)Poly(m-phenyleneisophthalamide)(PMIA)芳香族聚酰胺纤维（Aramid）7高强高模芳酰胺纤维抗张强度：＞2GPa模量：＞40GPaPPTA纤维：Kevlar、Twaron、Technora高强高模芳酰胺纤维抗张强度：＞2GPa8高强高模芳酰胺纤维制备PPTA纤维的新工艺、新技术聚合反应溶液直接纺丝制备PPTA共聚体纤维；（强度达5.5GPa；模量达140GPa）高强度、高模量纤维技术；（完善PPTA结晶，提高结晶取向程度，减少缺陷）功能化PPTA纤维技术：具有粘合性能细旦、中空PPTA纤维技术高强高模芳酰胺纤维制备PPTA纤维的新工艺、新技术9高强高模芳酰胺纤维PPTA纤维的用途产业用纺织品；防护服；增强材料；石棉替代品；水泥补强材料。高强高模芳酰胺纤维PPTA纤维的用途10耐高温芳酰胺纤维

能够在高于200以上温度下连续使用而不出现热分解，同时保持一定的物理机械性能的纤维。耐高温芳酰胺纤维能够在高于200以上温度下连续使11超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）实现纤维高强化的途径1.高分子量分子量提高，分子末端基数减少，同时初生纤维有利于进行有效的高倍拉伸。2.高取向度和高结晶度3.高环化度和环化取向度4.高致密度超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）实现纤维高强化的途径12UHMWPE纤维的结构和性能结构高结晶度、高取向度和“羊肉串”型的结晶结构性能低温下保持柔软，高强度、高模量；耐化学性、耐辐射；耐高温性差、表面粘结性能差、应力蠕变大。UHMWPE纤维的结构和性能结构13UHMWPE纤维的主要用途安全防护用品绳类产品渔网休闲体育用品布、带类在复合材料中的应用高性能薄壁高压容器、雷达透射和吸收材料、航空航天结构材料、生物材料UHMWPE纤维的主要用途安全防护用品14UHMWPE纤维的改性冷等离子体改性紫外光处理表面氧化和刻蚀表面接枝本体改性UHMWPE纤维的改性冷等离子体改性15生物大分子纤维蛋白质牛乳蛋白、蚕丝蛋白、胶原蛋白、蜘蛛丝蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、蓖麻蛋白；糖类纤维素（达2.6×1010吨）、淀粉、甲壳素（每年1010~1011吨）、木质素、海藻酸。生物大分子纤维蛋白质16蛋白质与高聚物复合纤维1.玉米蛋白质纤维（Dupont公司）将玉米蛋白溶解于碱液，加入甲醛或多聚羧酸类交联剂，进行湿法纺丝制备玉米蛋白纤维，纤维具有：耐酸、碱、溶剂和防老化性，不蛀不霉；棉的舒适性、羊毛的保暖性和蚕丝的手感。蛋白质与高聚物复合纤维1.玉米蛋白质纤维（Dupont公司172.大豆蛋白质纤维堪萨斯州立大学以亚甲基联苯二己氰酸为交联剂，将蛋白质与聚己酸内酯交联复合，增强了二者的相互作用，改善了相结构，增加了相容性，提高了力学性能。美国乔治亚大学大豆蛋白与聚乙烯醇复合纤维日本东洋纺公司大豆蛋白与丙烯腈接枝纤维2.大豆蛋白质纤维183.蜘蛛丝蛋白质纤维静电纺丝法制备纳米蛋白纤维（大阪大学）纤维直径：50~500nm，纤维表面积大；强度高，韧性好，耐冲击，耐低温，可生物降解。生物转基因纤维（加拿大、美国）将蜘蛛丝蛋白基因注入山羊体内，用山羊奶做成柔滑可生物降解的蛋白质纤维，强度比钢丝大10倍；1只羊1个月产的奶可做一件防弹背心。3.蜘蛛丝蛋白质纤维194.蚕丝蛋白质纤维日本信州大学（丝蛋白与纤维素复合再生纤维）蚕丝直径15μm，由1000根原纤维的小纤维束形成集合结构；继承了丝绸独特的、丰富的染色性；热分解温度较丝绸上升40℃；生物分解性，吸水、吸湿，抗菌；原料植物是短期再生型资源，对土壤和水有净化作用。4.蚕丝蛋白质纤维20糖类与高聚物复合纤维1.纤维素纤维（Lyocell纤维）直接将纤维素溶于有机溶剂N-甲基吗啉-N-氧化物中，经溶液纺丝法成型；柔软、吸湿、丝绸般美丽色泽和手感。糖类与高聚物复合纤维1.纤维素纤维（Lyocell纤维）21高吸水性棉纤维（京都工艺纤维大学）棉纤维素和无水琥珀油酯化反应，生成一氯乙酸后，用NaOH处理；酯化反应时，用4-二氨基吡啶作促进剂，将反应体系胶凝化；部分一氯乙酸发生生成二酯类的交联反应。纯水中是自重的400倍，生理盐水中是自重的100倍。高吸水性棉纤维（京都工艺纤维大学）222.聚乳酸纤维（PLA）特点：原料来源丰富（淀粉经发酵而成）良好的生物相容性和安全性，对人体无毒无害；在体内及自然环境中逐渐降解，最终成为CO2和H2O。2.聚乳酸纤维（PLA）23应用：手术植入材料；缓释药物的包囊材料；人工血管、止血剂及生物降解的外科粘合剂；可吸收型手术缝合线。应用：24细旦、超细旦聚丙烯纤维传统聚丙烯纤维：地毯底衬布、地毯面纱、低级装饰织物，用即弃尿布和袋子。细旦化聚丙烯纤维：织物能够导湿排汗、透气滑爽、不粘身；高性能运动服、牛仔裤、流行袜类、贴身内衣，汽车用产品、非织造用过滤材料。细旦、超细旦聚丙烯纤维传统聚丙烯纤维：25聚丙烯纤维染色改性接枝改性在聚丙烯纤维的分子上通过接枝共聚引入可染基团，赋予纤维对染料的亲和力。缺点：接枝过程繁琐，对纤维有一定损伤，目前主要停留在实验室阶段。表面改性通过光、辐射或化学处理，在聚合物的