高技术纤维

第一章绪论高科技纤维（Hightechnologyfibers）：依靠高技术和纤维学科最新的基础理论概念研制成功的具有高性能和高功能性的一系列新纤维材料。合成纤维发展的四个阶段：第一阶段1938～1950年：主要发展锦纶；第二阶段1950～1956年：涤纶和腈纶问世并实现工业化；第三阶段1956开始：发展改性纤维，包括差别化纤维；第一代：锦纶、涤纶和腈纶；第二代：改性纤维，包括差别化纤维；第三代：高性能纤维。差别化纤维类别：异形纤维；超细纤维；复合纤维；易染纤维；有色纤维；三维立体卷曲纤维；高吸湿纤维；抗静电纤维；抗起球纤维；高收缩纤维第二章差别化纤维：是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性能上获得一定程度改善的纤维。高感性纤维：是指风格、质感、触感、外观等感觉方面性能优良的服用纤维。第一节异形纤维一、定义：是用非圆形喷丝孔或中空喷丝孔纺制的纤维。二、异形纤维的制法1.异形喷丝孔法2.膨化粘着法3.复合纤维分离法4.其它方法三、异形纤维的特点：(1)光泽(2)抗弯性和手感(3)蓬松性与透气性(4)抗起球性和耐磨性(5)染色性和防污性四、异形纤维的应用：仿丝绸产品；仿毛产品；针织产品；床上用品；产业用：在污水处理、浓缩分离、海水淡化、人工肾脏等第二节超细纤维一、超细纤维的分类按照现有的化纤生产技术水平，并结合丝的基本性能和应用范围，可以分为四类：细旦丝0.5～1.3D涤纶7.2～11.0μm，可以采用常规纺丝方法和设备。超细旦丝0.3～0.5D涤纶5.5～7.2μm，虽可采用常规纺丝方法，但技术要求高。可以采用复合分离法生产。极细旦丝0.1～0.3D涤纶3.2～5.5μm，用复合分离法或复合溶解法生产。超极细旦丝0.1D以下，涤纶3.2μm以下，用海岛纺丝溶解法或共混纺丝溶解法生产。二、超细纤维的性能特点：手感柔软：光泽柔和：高清洁能力：高密度结构：高保暖性：缺点：单纤度强度变小，摩擦系数增大，在加工和使用过程中易出现毛丝、断丝、造成网络、织造加工困难。纤维抗弯刚度变小，织物挺括性变差。卷曲性下降，蓬松性降低。比表面积增大，上油率、上染率增加。三、超细纤维的应用：纺真丝织物、高密度防水透气织物、仿桃皮绒织物、洁净布、无尘衣料、高吸水材料、仿麂皮及人造皮革、过滤材料、人造血管等。五、超细纤维的制造方法：长丝：海岛型；剥离型；多层型。第三节复合纤维：由两种或两种以上聚合物熔体仅在进入特殊设计的喷丝组件后才被有机复合在一起，并被挤出成形，或将相溶性较差的两种聚合物混合后纺丝而形成具有双相结构的复合纤维。其中两组分的复合纤维称为双组分纤维或共轭纤维。复合纤维既不同于异种纤维的混纺或异种长丝间的混纤，也不同于组成纤维的各独立组分在进入喷丝组件前已被充分混合，而后再挤出成形的相溶性聚合物的共混体纤维。二、复合纤维的分类：复合纤维按照组分的数目可分为双组分和多组分复合纤维。目前开发的多为双组分纤维。双组分纤维根据两组分的位置关系又可分为并列型、皮芯型、海岛型及多层型放射型四种。三、复合纤维的应用：织物填充料地毯袜子/仿丝绸人造麂皮起绒织物无纺布、纸、人造皮革/光通讯电子工业医用第三节易染纤维所谓易染纤维是指染色条件温和，色谱齐全，染出的颜色色泽均匀并且坚牢度好。一、易染性聚酯纤维1.阳离子染料易染性共聚酯（CDP）纤维的制备(1)共聚：在PET大分子链中引入含酸性基的单体。(2)接枝共聚：在PET纤维上接上聚羧酸支链。(3)添加剂法：用可结合阳离子型染料的物质与PET进行混合纺丝。目前最成熟、应用最普遍的是共聚法。CDP的合成：合成过程中添加第三单体。ECDP的合成：作为ECDP聚酯是在CDP聚配的基础上，增加少量第四组分的改性剂，通常有以下几种化合物：(1)脂肪族或芳香族二羧酸及其衍生物(2)脂肪族或芳香族二元醇及其衍生物(3)羟基酸类化合物。2.分散染料易染性聚酯（EDDP）纤维的制备第三单体的选择：作为分散染料改性的第三单体的品种很多。用于聚酯纤维染色改性的第三单体目前已达10余种，比较常见的有聚乙二酵(PEG)、癸二酸、间苯二甲酸、聚对苯二甲酸丁二酯、聚硅氧烷和己二酸丁二酯等。三、易染性聚丙烯纤维易染性丙纶改性途径表面改性：光、辐照、等离子体、试剂处理等；本体改性：共混；共聚。第三章功能性纤维主要是指具有分离、防护、医疗保健、传导、生物活性、环保等特殊功能的纤维。导电纤维，抗菌纤维，消臭纤维，阻燃纤维。第一节导电纤维：指在标准状态（20℃、相对湿度65％）下，质量比电阻小于的纤维。分类：一、金属纤维二、有机导电纤维/共轭聚合物/掺杂三、金属化合物导电纤维四、复合型导电纤维五、金属包覆导电纤维应用：防静电服；防电磁波辐射；防爆工作服；防尘工作服。第二节阻燃纤维通常采用极限氧指数（简称LOI）表征纤维及其制品的可燃性。极限氧指数就是将点燃的材料离开火源置于氧和氮的混合气体中，维持继续燃烧时所需要的最低含氧体积百分率。LOI值愈大，材料燃烧时所需氧的浓度就愈高，即愈难燃烧。通常空气中含氧百分率为21％，所以纤维的燃烧性也可以按LOI进行分类。将LOI低于20％的称为易燃纤维，20～26％之间的称为可燃纤维，26％以上的称为难燃纤维。（二）阻燃理论1.表面覆盖理论2.吸热作用3.凝聚相阻燃4.气相阻燃5.尘粒的壁面效应6.熔滴效应三、阻燃加工1.共聚2.共混3.后加工。第三节抗菌和消臭纤维抗菌纤维：可以抑制细菌繁殖或杀死细菌，从而保护纤维材料自身，以及防止臭气产生、疾病感染和传染的纤维。（一）主要抗菌剂：过渡金属离子：Ag+、Cu2+、Zn2+等；季胺盐类：如十八烷基二甲基（3-三甲氧基硅烷基）氯化胺、十六烷基二甲基苄基氯化胺等；胍系列：1,1’-六亚甲基双[5-(4-氯苯)双胍]二盐酸化合物、聚六亚甲基双胍盐酸化合物等；酚、醇系列：烯化双酚钠盐，对氯间二甲酚等；脂肪酸、酯系列：十一碳烯酸、丙二醇单脂肪酸酯等；杂环化合物：8-羟基喹啉、5-硝基呋喃基-2-丙稀醛等；天然化合物系列：脱乙酰壳聚糖，扁柏硫醇等；其他：二甲基氨基丙酰胺、碘络合物等。（二）抗菌加工方法1.抗菌剂混入纤维内部2.抗菌剂在纤维内部或表面不溶化3.抗菌剂与纤维通过化学键结合4.树脂加工。二、消臭纤维：消臭纤维与抗菌防臭纤维不同，消臭顾名思义是消除已经存在的臭味。抗菌防臭是通过抑制细菌的繁殖或杀死细菌而防止臭气产生。（二）消臭原理1.感觉消臭法2.物理消臭法3.生物消臭法4.化学消臭法（三）消臭纤维的制备消臭纤维的制造是将消臭剂担持在纤维上的过程，根据消臭剂和纤维的特性有纺丝法和后加工法两种。第四节环保纤维环保纤维的含义：1.纤维制造加工过程少耗资源、少耗能源、少污染环境。2.纤维及其制品服役时对人体安全，废弃后对地球较少负荷。3.纤维主动地治理环境污染。第五节Lyocell纤维Lyocell采用有机溶剂N—甲基氧化吗啉(NMMO)、干湿法纺丝技术制成。Lyocell解决了粘胶纤维生产严重污染环境的问题，溶剂毒性低、易回收，还具生物可降解性，是典型的绿色环保纤维。不仅如此，Lyocell强度与涤纶相仿，湿强仅下降10％，其柔软舒适、吸湿性与悬垂性好，兼具天然、合成纤维两者优点。第六节聚乳酸纤维第四章高性能纤维第一节高性能纤维：在某些性能上远远超过常规纤维，如高强、高模、耐高温纤维等等。分类：有机纤维；对位型PPTA纤维、间位型MPIA纤维；高强高模聚乙烯纤维；无机纤维：碳纤维；氧化铝纤维；碳化硅纤维。金属纤维。第二节碳纤维指纤维化学组成中碳元素占总质量90％以上的纤维。二、碳纤维的分类(1)按原料分类纤维素基(人造丝)；聚丙烯腈基；沥青基。(2)按照制造条件和方法分类：碳纤维(炭化温度在800～1600℃时得到的碳纤维)；石墨纤维(炭化温度在2000～3000℃得到的碳纤维)；活性碳纤维。(3)按照力学性能分类：通用级(GP)，拉伸强度低于1.4GPa、拉伸模量小于140GPa的纤维；高性能(HP)：其中包括中强型(MT)、高强型(HT)、超高强型(UHT)、中模型(IM)、高模型(UHM)。主要性能：高比强度，高比模量；耐高温；耐强酸强碱；热膨胀系数小；热导率高；摩擦系数小；导电性好。制备流程：PAN共聚反应，制备纺丝原液；干湿法纺丝；预氧化；碳化；石墨化反应；表面处理；上浆；成品加工。碳纤维的表面处理：目的：将碳纤维憎液性液面变为亲液性，以改善与基体树脂的两相界面粘结，提高碳纤维增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。途径：清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成与树脂起作用的中间层。表面处理方法：氧化刻蚀法（气相氧化法、液相氧化法）；其他处理方法（企业双效法，表面接枝法，气相沉积法，表面涂层法）上浆的目的：增强复合材料中碳纤维与基体的结合强度。上浆主剂：双酚A环氧树脂，助剂：抗氧化剂，表面氧化剂，润滑剂。碳纤维种类：碳纤维长丝；碳纤维短纤；碳纤维布；碳纤维带。应用：航空航天领域（飞机复合材料，火箭构件等）；工业应用（汽车座椅引擎盖、建筑材料及其增强材料，风力发电机叶片）体育休闲用品（各种球拍、钓鱼竿、赛车、滑雪板等）第三节芳香族聚酰胺纤维芳香族聚酰胺:泛指酰胺基团直接与两个苯环基团连接而成的线形高分子。芳香族聚酰胺纤维，又名芳纶，是这一类新合纤的统称，芳香族聚酰胺纤维主要品种是对位芳纶和间位芳纶。划时代：刚性高分子，高分子液晶，干—湿法纺丝，防弹衣对位芳纶(PPTA)的性能：高强度、高模量的力学性能；良好的耐热性。它的玻璃化温度是345℃左右，分解温度大约在560℃。在高温下不熔融，热收缩也很小，有自熄性，极限氧指数值(LOI)为28-30。在200℃下，强力几乎保持不变。；PPTA纤维对普通有机溶剂、盐类溶液等有很好的耐化学药品性。◆但耐强酸、强碱性较差。◆它对紫外线比较敏感，不宜直接暴露在日光下使用。◆纤维弯曲压缩性能较差，耐疲劳性能较差。五、PPTA（芳香族聚酰胺纤维）的应用：保护、防弹产品；橡胶补强制品；纤维增强复合材料；摩擦密封件；芳纶增强树脂材料第四节高强高模聚乙烯纤维常规纺丝得到的实际强度与理论上的极限强度的差别产生的原因：1.目前常规纺所用的聚合物的相对分子量比较小，大分子链长度非常有限，使纤维中的分子末端增多，由分子末端造成纤维结构上的微小缺陷也必然增多。2.目前常规纺丝法的最大拉伸倍数较小，无法使大分子链、特别是柔性链沿轴向充分伸展。3.纤维的结构存在着晶区与非晶区相互交叉并存的复杂结构，晶区与非晶区的排列及连接方式对纤维的力学性能起着很大的影响。凝胶纺丝是迄今为止纺制高强高模聚乙烯纤维唯一工业化的方法溶解的本质并不仅仅是为了具有可纺性，还要利用溶剂分子的热运动，达到解除大分子链间缠结的目的。唯有纺丝原液浓度为半稀状态，凝胶丝条中有适当数量的缠结和缠结分子存在，使张力的传递能顺利进行，才能达到超倍拉伸的目的。UHMWPE半稀浓度为2－10％。凝胶丝条只有进行了超倍拉伸才能成为超高强高模的纤维。至少20倍以上。性能特点：1.良好的力学性能：密度特别小,比强度、比模量特别大；具有很好的耐疲劳性和耐摩擦性；很高的勾结强度和结节强度；良好的耐冲击性能2.优良的耐光性3.优良的耐化学腐蚀性4.高强聚乙烯纤维的热性能5.高强聚乙烯纤维的蠕变行为应用领域：绳索类，防弹材料，复合材料的增强材料。