高技术纤维讲义.ppt

第八章 高技术纤维;高功能纤维;高感性纤维;高性能纤维是指对外部作用不易发生反应,在各种恶劣条件下能保持纤维本身性能的纤维。其定义无统一标准，一般认为强度大于1.4GPa(200Ksi)，模量大于70 Gpa(10Msi)的纤维均可看作为高性能纤维。除聚乙烯外，这些纤维的有用工作温度基本都高于200℃。 目前主要分为有机纤维和无机纤维两种。;有机纤维主要有对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺,芳纶1414)(商品名Kevlar)、间位芳纶(聚间苯二甲酰间苯二胺，芳纶1313)(商品名NomeX)、超高分子量的高强高模量聚乙烯(UHMW-PE)(商品名Dyneema)、PBO纤维(聚对苯撑苯并双恶唑)、高强高模PVA等。 无机纤维主要是碳纤维、碳化硅纤维、硼纤维、玻璃纤维等。 高性能：如碳纤维纺织结构复合材料与钢材相比，重量轻3/4、而强度提高4倍。;纤维性能比较;蜘蛛丝与其他纤维的性能比较;20世纪50年代末，对粘胶纤维进行高温分解制得强度较低的碳纤维； 60年代初，美国联合碳化公司首次采用在张力下进行石墨化，制得高强度粘胶基碳纤维； 在同一时期，英国皇家航空研究所以腈纶纤维为原料，首次生产出强度大、模量高的碳纤维，日本碳化公司使其商品化。以后又陆续开发出沥青基等碳纤维。;分类;碳纤维的规格及性能;聚丙烯腈基碳纤维;1．聚丙烯腈原丝的制备; (2)纺丝一般采用湿法纺丝或干湿法纺丝方法，不用干法纺丝。 干法生产的纤维中溶剂不容易洗净。 干湿法：可以提高纺丝液浓度，在空气层中增加有效拉伸作用，不仅提高了纺丝速度，而且纤维的取向度很高，结构均匀致密，可得到高质量的PAN原丝。 (3)制造碳纤维原丝时，要求所使用的单体、水、溶剂等原料纯度高，车间内无尘，容器设备耐腐蚀。 (4)原丝细特化和规模化。原丝质量的变异系数要小，这样有利于原丝的结构均匀，在预氧化和碳化热处理时反应完全，质量稳定。;PAN基碳纤维工艺流程;2 聚丙烯腈原丝的预氧化;;3、预氧丝的碳化工艺;石墨化处理;四 碳纤维的后处理;（二）聚丙烯腈基碳纤维的结构与性能;二 沥青基碳纤维;制造工艺流程;1．沥青的调制 要求沥青原料，首先要有适宜的纺丝流变性能；适当的化学反应活性；具备一定分子量及分子量分布。 沥青的调制：加氢热处理、蒸馏或溶剂萃取、通过添加树脂或其它化合物等。 2．沥青纤维的成型及不熔化处理 熔融纺丝的纤维直径15μm以下，有足够的纤维强度； 在400℃左右进行氧化反应。 3．碳化工艺 在隋性气体保护下，在1000~1500℃加热碳化（大分子转变为乱层石墨结构的碳纤维，在张力下择优取向，使纤维强度增加40％，模量增加25％。） 碳化后纤维可进入更高温(2500一3000℃)热处理，得到石墨纤维。;三 粘胶基碳纤维;制造工艺流程;粘胶基碳纤维的成型机理;续;第二节 芳香族聚酰胺纤维;一 芳香族聚酰胺纤维的结构式;二、聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(PPTA);低温溶液缩聚工艺示意图;PPTA纤维成型工艺;因为PPTA刚性捧状大分子，初始时无序，溶液是各向同性体，所以粘度随浓度提高而上升；;PPTA纤维的理论强度是30GPa，理论模量为182GPa；现在纤维的强度实际达到3GPa左右，模量最高达到173GPa，实测结晶模量已经达到156GPa。;三 聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA纤维）;（一）MPIA的合成;将ICL溶于四氢呋喃(THF) 中，然后把溶有ICL溶液加入溶有MPD的碳酸钠水溶液中去，在水和有机相界面立即发生缩聚反应，生成白色的MPIA。;（二）纺丝成型工艺;用途 诺梅克斯也是一种芳纶纤维，用于制作??火衣、太空衣、烘干机用毯、输送带等。;第三节 芳香族杂环类纤维;一 聚对苯亚基苯并双恶唑纤维(PBO);（一）PBO的合成工艺;PBO纤维成型工艺;二 聚苯并咪唑(PBI)纤维;（一）合成方法;（二）PBI纤维的成型工艺;第四节 超高分子量聚乙烯纤维;一 纺丝成型工艺;;纺丝成型工艺;性能