第九章无机纤维.

第九章无机纤维无机纤维是指由天然无机物经物理或化学方法加工制成的仍属于无机物质的纤维材料。第一节金属纤维的结构性能特征p213金属纤维是指由金属材料制成的具有细长形态及有一定可挠性的纤维材料。金属纤维可以单独制成纱线使用，也可以和其他纺织纤维混合在一起形成纱线使用，或直接混合成为非织造织物，更多的使用形式是将无机纤维或者织物直接与其他材料（如树脂、水泥）复合在一起使用。方法类型成形方法举例线材拉伸法切削成形法溶解纺丝法粉末冶金法单丝拉伸法（单纤维拉绅法）、复丝拉伸法（集束拉伸法）旋削法、金属丝切割法、高频振动切削法、融液纺丝法、玻璃包覆纺丝法、喷液急冷法、粉末-粘结剂烧结法表9-2不锈钢纤维与其他纤维的性能比较p214纤维性能不锈钢纤维玻璃纤维棉纤维锦纶纤维涤纶纤维比重（kg/m3）7.982.51.541.141.38初始模量(CN/dtex)34231068~937.1~26.544~62相对强度(CN/dtex)2.7~4.580~20028~713.8~6.24.2~5.2结节强度(CN/dtex)1.9~2.50.92.7~4.94.3~6.03.8~4.4伸长率（%）1.0~2.03.13~728~4520~323%伸长时的回弹率（%）100(1.0%时)66(1.5%时)10074(2.0%时)45(5.0%时)98~10095~100标准回潮率（%）007.03.5~5.00.4~0.5软化点（k）——1023——453513溶解点（k）1673~1723————488~493528~533热特征700（k）时强度损失10%不燃，616（k）时，强度损失50%393（k），1.8×104秒时黄变，423(k)时分解从溶融起开始燃烧从溶融起开始燃烧体积比电阻（10—8Ω·m)722×10174.5×10197×1014对酸的影响对硝酸、磷酸稳定，受盐酸、硫酸侵害能为热磷酸、浓硫酸、浓盐酸溶解能为热稀薄酸、冷强酸分解浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸能发生伴有溶解的部分分解。浓盐酸、75%硫酸、浓硝酸能使强度下降对碱的影响不受影响受侵害在氢氧化纳中膨润有一定耐碱能力强碱条件下强度下降纤维性能不锈钢纤维玻璃纤维棉纤维锦纶纤维涤纶纤维（一）融液纺丝法p216金属在喷入煤气的作用下溶融成液态。从坩锅下方的喷丝口喷出，喷丝口下方侧向吹入的煤气在溶体表面形成氧化皮膜，可防止金属液固化成液滴，依靠长丝下端10~20m/s的卷取速度可以获得直径100~300μm的连续长丝纤维。这一方法适用于各种纯金属和合金材料制作细线。玻璃包覆熔融纺丝法示意图（二）玻璃包覆溶融纺丝法p216它是将表面被高粘性玻璃包覆的金属棒素材溶融，送入喷丝口，利用玻璃的可纺性能与金属材料一起进行复合纺丝，可纺出直径在10μm以下的细金属纤维。用这种纺丝方法纺出的纤维截面，圆整程度比较好。第二节玻璃纤维的结构性能特征p218一、玻璃纤维的成形方法•坩埚拉丝法，玻璃球法；•熔融纺丝法玻璃纤维种类:1．按含碱量（Na2O、K2O）分，可以分成：（1）有碱玻璃纤维（碱性氧化物含量12%），也称A玻纤（2）中碱玻璃纤维（碱性氧化物含量6%~12%）（3）低碱玻璃纤维（碱性氧化物含量2%~6%）（4）无碱玻璃纤维（碱性氧化物含量2%），也称E玻纤2．按纤维直径分，可以分成：（1）粗纤维（纤维直径30μm）（2）中级纤维（纤维直径20μm）（3）初级纤维（纤维直径10~20μm）（4）高级纤维（纤维直径3~9μm）也称为纺织纤维3．按外观形态分，可以分成：（1）连续长丝束纤维（2）短切纤维（3）粉末状纤维（4）空心纤维（5）磨细纤维4．按纤维性能分，可以分成：（1）高强度纤维：用作结构性材料，也称S玻纤（2）低电介纤维：用作电缘性及透波性材料，也称D玻纤（3）耐化学性纤维：用作耐酸、耐腐蚀性材料，也称C玻纤（4）耐电腐蚀纤维：用作耐电蚀材料，也称E-CR玻纤（5）耐碱纤维：用作耐碱材料，也称AB玻纤三、玻璃纤维的组成与结构玻璃纤维的主要成份是二氧化硅及钠、钾等一价氧化物、钡等碱金属二价氧化物、铝的三价氧化物等.表9-5纤维的物质组分（重量百分比）纤维成分E玻纤C玻纤S玻纤SiO2Al2O3，Fe2O3CaOMgONa2O，K2OBa2O3BeO52.414.417.24.60.810.6—64.44.113.43.39.64.70.964.425.010.50.3——E玻纤（Electrical）具有优良的延展性、强度、刚度、电性能和抗老化性能；C玻纤（Corrowion）比E纤维更好的抗化学腐蚀性，但成本高而强度较低；S玻纤（Stretch）具有更高的初始模量和更好的耐高温性能，但价格更高，故多用于高级器材中。四、玻璃纤维的性能p220（一）物理性能玻璃纤维的强度比较高，强度规律有两个特点：一是无碱纤维的强度比有碱纤维高，且含碱量愈高，强度下降愈多，这和纤维中混入含碱氧化物后，结构受到影响有关.p221玻璃纤维的初始模量基本上要比常规纺织纤维大5倍以上，只要在纤维中加入BeO、MgO都会增大初始模量。P221玻璃纤维耐热性很好，导热系数只有玻璃的～。用它制成隔热材料，效果很好。（二）化学性能除了浓碱、浓磷酸和氢氟酸外，玻璃纤维几乎能耐所有的化学药品。其中，有碱纤维对酸的稳定性较高，能耐酸；而无碱纤维的耐酸能力便很差，但耐水性很好；中碱纤维和无碱纤维的耐碱能力接近。201401四、玻璃纤维的性能（一）物理性能玻璃纤维的比重约为常规纺织纤维的一倍左右。玻璃纤维的初始模量基本上要比常规纺织纤维大5倍以上玻璃纤维的耐热性很好，但其导热系数只有玻璃的～。制成隔热材料效果很好。（二）化学性能除浓碱、浓磷酸和氢氟酸外，玻璃纤维几乎能耐所有化学药品。其中，有碱纤维对酸稳定性较高，能耐酸；无碱纤维耐酸能力差，但耐水性好；中碱纤维和无碱纤维的耐碱能力接近。玻璃纤维化学稳定性主要取决于纤维中SiO2的含量与碱金属氧化物的含量；如增加SiO2或Al2O3或ZrO2及TiO2的含量可提高纤维的耐酸能力；如加入CaO、ZrO2、ZnO含量可提高纤维的耐碱性，在加入Al2O3、ZrO2、、TiO2提高耐酸能力的同时，纤维的耐水能力也相应得到提高；但碱金属氧化物含量的增加则会使纤维的耐化学药品能力降低。所以，如需扩大耐化学药品能力，则需在增加SiO2的同时降低碱金属氧化物的含量。201401五、玻璃纤维的应用p222第三节碳纤维的结构性能特征习惯上将在1000℃~2300℃范围内碳化得到的纤维称为碳纤维（CF），把在2300℃以上碳化得到的纤维称为石墨碳纤维（GPCF）。碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成，是一种非金属材料，它不属于有机纤维，但从成形方法看，也又不同于一般的无机纤维。石墨碳纤维有类似于石墨的结构。导电性好并有金属的光泽，含碳量超过98%。碳纤维性能优秀，拉伸断裂强度和模量可达2~4Gpa和400~700Gpa，质强而且很轻，并有耐高温、耐腐蚀、耐幅射的功能。一、碳纤维的种类1．按制备碳纤维的原料，可将它分成以粘胶（纤维素）纤维为原料的粘胶基碳纤维，以聚丙烯腈纤维为原料的聚丙烯腈基碳纤维，以沥清为原料的沥清基碳纤维和以酚醛树脂为原料的酚醛树脂基碳纤维等多种最重要的碳纤维系列。2．按纤维的力学表现，可将它分成通用碳纤维（General-Purpose，Gp）和高性能碳纤维（High-Purpose，Hp）。在高性能碳纤维中，又可再分为高强型碳纤维(Hightenacity，HT)和高模型碳纤维（Highmodulus，HM）两类。3．按纤维功能，可将它分为受力结构碳纤维、活性碳纤维、导电碳纤维、耐燃碳纤维、耐磨碳纤维。二、碳纤维的制造（一）粘胶（纤维素）基碳纤维的制造首先将纤维置于惰性气氛中作低温（400℃以下）稳定化处理，进行预氧化，然后在400℃以上实现芳构化过程，获得石墨类结构，形成碳纤维和石墨纤维。五个温度阶段：第一阶段：升温度至50℃~150℃，排出吸附水。第二阶段：升温度至150℃~240℃，纤维素环上的羟基将以水的形式脱除，生成＞C=O和＞C=C＜第三阶段：升温度至240℃~400℃，键断裂，产生水、CO、CO2，到达400℃时，整个纤维素环破坏，生成C4残链：第四阶段：升温度至400℃~700℃，通过芳构化生成碳的六元环，同时释出氢和甲烷等；再升温至900℃~1600℃即生成石墨类结构，形成碳纤维。第五阶段：温度再升高，即形成沿纤维轴取向的乱层石墨层片，在温度升高至2200℃~2800℃的石墨化温度时，形成石墨纤维，利用塑性拉伸，可使纤维的拉伸强度和初始模量大幅度提高。（二）聚丙烯腈（腈纶）基碳纤维的制造用作碳纤维的聚丙烯腈纤维和民用的同名纤维不同，还应含有丙烯醛、甲基丙烯酸、羟乙基丙酸烯腈、甲基乙基酮等共聚物，分子量也应比民用聚丙烯腈略高，约8~10万。1.聚丙烯腈纤维（亦称PAN原丝）送入氧化炉中，在空气环境下缓慢加热至200℃~300℃实施预氧化处理。2.在惰性气体保护下，将预氧丝置于800℃~1500℃条件下进行碳化反应。在碳化过程中，纤维分子结构单元中的非碳原子N、H、O等被逐个破解出去，碳含量亦从约60%提高到92%以上，随碳化温度提高，纤维力学性能发生变化，模量逐渐变大，伸长率逐渐减少，并在1000℃~1700℃之间出现了强度最大值，此时，碳纤维形成。如作石墨化处理（含碳100%），可以在2000℃~3000℃高温密闭条件下进行处理，使用氟气或氦气做保护气体。第四节陶瓷纤维的结构性能特征（略）石棉纤维石棉纤维石棉纤维照片和能谱石棉线（纱）玻璃纤维玻璃纤维耐碱玻璃纤维网格布玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维网格布玻璃纤维自粘胶带玻璃纤维耐碱网格布玻璃纤维杆无碱玻璃纤维布玻璃纤维胶带碳纤维碳纤维碳纤维结构石墨纤维层状结构碳纤维东丽碳纤维碳纤维管炭纤维全新6X碳纤维管结构碳纤维瓦陶瓷纤维硅酸铝陶瓷纤维陶瓷纤维线硅酸铝陶瓷纤维陶瓷纤维陶瓷纤维陶瓷纤维毯耐火陶瓷纤维布硅酸铝纤维金属纤维446号耐热不锈钢纤维金属纤维...银离子抗菌纤维纺织医疗用银纤维金属纤维特种纤维网金属纤维混纺府绸金属纤维混纺平布Tencel纤维织物Tencel纤维是一种溶剂型纤维素纤维,是英国Acordis公司经过十年的开发，到上世纪90年代实现商业应用，被称为“21世纪绿色纤维”。特性：Tencel具有较高的干湿强度，干湿强比85%具有较高的溶胀性，干湿体积比1：1.4独特的原纤化特性，可获得独特的桃皮绒风格良好的可纺性，可纯纺，或与棉、毛、丝、麻、化纤、羊绒等混纺交织。新型纤维织物及功能织物Tencel纤维织物Tencel的规格细度：1.4dtex，1.7dtex，2.4dtex，3.3dtex平均长度：38mm，51mm（适合于棉纺和中长型纺纱系统）60mm，80mm（适合毛纺系统）型号：G100标准型为原纤化天丝；A100为非原纤化天丝Tencel的应用竹纤维织物竹纤维有天然竹纤维和再生竹纤维之分，其产品价值和风格不同，但都具有抗菌特性。竹子中含有天然抗菌成分“竹醌”，在自然环境中保持不虫蛀、不霉烂。竹纤维具有良好的透气性，悬垂性，吸湿性，耐磨性等，但湿强较低，通常与其它纤维混和增强产品的稳定性。可用来开发夏季家用纺织品、机织针织面料和服装。竹纤维织物产品编号:TZBW007产品名称:竹纤维五趾袜详细说明:成份：85%竹/15%氨纶克重：45g/双袜子说明：竹纤维的特殊纤维结构决定了用它制造的袜子具有极佳的导湿排湿功能，再加上类似丝绸般的滑爽感穿着行走倍感舒适。竹纤维袜的特别之处是它具有特异的抗异味性。用户反馈的大量信息中90%以上的使用者确认竹纤维袜具有确切的抗臭功能。其中部分使用者还反映穿着后脚汗减少明显，足癣症状明显改善。此优点缘于竹纤维的天然抗菌性。根据权威部门的检测竹纤维对白癣菌等细菌具有抗菌性。Modal纤维织物莫代尔（Modal）是奥地利兰精公司开发的高湿模量的再生纤维素纤维，原料采用欧州榉木，先将其制成木桨，再纺丝加工成纤维，是100%的天然纤维，对人