產(chǎn)業(yè)用紡織品05講解.ppt

1、新興學(xué)科，重點(diǎn)：高性能纖維的性能難點(diǎn)：分類(lèi)和定義，第2章工業(yè)纖維材料，第2節(jié)工業(yè)高性能纖維，分類(lèi)，機(jī)械性能具有極高的優(yōu)勢(shì)。高強(qiáng)度和高彈性模量。纖維材料的進(jìn)步使得制造先進(jìn)的復(fù)合材料成為可能。高性能纖維具有耐高溫、高溫尺寸穩(wěn)定性和低熱收縮性，因此在耐熱防護(hù)材料中有特殊的應(yīng)用。高性能纖維的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是密度低。有利于產(chǎn)品的輕量化。有機(jī)高性能纖維易于加工和成型。有機(jī)和無(wú)機(jī)高性能纖維耐腐蝕。不充分：不能容忍空間環(huán)境溫度的急劇變化；真空下發(fā)射的抗輻射能力差；耐低溫性差。目前，高性能纖維種類(lèi)繁多，性能和價(jià)格差異很大，部分纖維采購(gòu)渠道不暢。表各種高性能纖維的基本性能纖維類(lèi)型商品名強(qiáng)度(GPa)伸長(zhǎng)率(%)模量(

2、GPa)密度(g/Cm3)熔點(diǎn)()對(duì)位芳香族聚酰胺Kevlar 2.8 2.4 132 1.44 560(d)間位芳香族聚酰胺meta max 0.50.8 3550 6.79.8 1.38 430(d)芳香族聚酯eko nol 4.1 3.1 134 1.40 380 vectran 2.8 3.7 69 1.40 高強(qiáng)度聚乙烯dyneema 3.4 2.0 160.98 140光譜3.5，2.5 156 0.97 140高強(qiáng)度聚乙烯醇Kurain # 7901 2.1 4.9 46 1.32 245(d)高強(qiáng)度聚丙烯腈2.4 7.8 28 1.18 230(d)碳纖維pyro fil 1.

3、93.5 0 . 41.2 300500 1.80 toray ca 37 1 . 52 . 4 玻璃纖維Gevetex 23.5 2.03.5 7090 2.5 825鋼纖維2.8 200 7.8 1600鈦合金纖維1.2 106 4.5鋁合金纖維0.6 71 2.7 1。芳族聚酰胺纖維，芳族聚酰胺纖維應(yīng)用領(lǐng)域示意圖，1。芳香族聚酰胺纖維的定義，即芳綸Nomex (HT)，是美國(guó)杜邦公司于1960年開(kāi)發(fā)的一種新型化學(xué)纖維，Nomex芳綸1313，于1967年推出。1972年，杜邦公司引進(jìn)了芳綸纖維，即芳綸1414。為了區(qū)別于尼龍，尼龍是三種主要合成纖維中的脂肪聚酰胺，美國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)在19

4、74年將全芳香族聚酰胺命名為芳香族聚酰胺纖維。ISO20761977(E)將芳香族聚酰胺定義為：“由通過(guò)酰胺鍵連接的芳香族基團(tuán)組成的合成線性聚合物，其中超過(guò)85%的酰胺鍵直接與兩個(gè)芳香族基團(tuán)結(jié)合，包括其中少于50%的酰胺鍵被酰亞胺鍵取代的那些?！卑l(fā)展1951年，杜邦公司的弗洛里發(fā)明了低溫溶液聚合方法，但并不是為了生產(chǎn)諾美克斯。1967年，帝人的Conex上市。此后，世界發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了芳香族聚酰胺纖維，使對(duì)位芳香族聚酰胺纖維年產(chǎn)量達(dá)到3萬(wàn)噸，間位芳香族聚酰胺纖維年產(chǎn)量達(dá)到1萬(wàn)噸。最大的生產(chǎn)能力是杜邦公司1993年在西班牙建造的工廠。近年來(lái)，芳香族聚酰胺纖維的需求迅速增長(zhǎng)。芳綸纖維發(fā)展簡(jiǎn)史公司

5、發(fā)展簡(jiǎn)史1951年杜邦公司發(fā)明低溫溶液聚合1953年杜邦公司開(kāi)發(fā)了低溫溶液聚合全芳香族聚酰胺系列1960年杜邦公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)間位全芳香族聚酰胺纖維Noex(HT-1)1965年杜邦公司發(fā)明了液晶紡絲法，開(kāi)始研究對(duì)位芳香族聚酰胺纖維(PBA)。杜邦Nomex于1967年上市。用于纖維和造紙1968年杜邦開(kāi)始研究對(duì)位芳族聚酰胺纖維(PPTA) 1969年杜邦對(duì)位芳族聚酰胺“纖維B(PBA)”發(fā)表1970年杜邦發(fā)明干法紡絲法1971年Teijin間位芳族聚酰胺纖維(Conex)被列1972年杜邦對(duì)位芳族聚酰胺纖維“Kevlar(PPTA)”1974年FTC全芳族聚酰胺纖維被正式命名為“芳綸”；1974

6、年，帝人對(duì)位系列全芳香族聚酰胺纖維申請(qǐng)專(zhuān)利；1979年，Enca para系列全芳香族聚酰胺纖維產(chǎn)業(yè)化(Arenka)，后于1982年更名為“Twalon”，1984年杜邦公司與杜邦公司合作建立了Kevlar2000噸/年生產(chǎn)線，1985年開(kāi)始在日本銷(xiāo)售帝人HM50。3。結(jié)構(gòu)特征芳綸是一種新型合成纖維，與聚酰胺纖維一樣，在構(gòu)成纖維的聚合物長(zhǎng)鏈分子中含有酰胺基CONH，因此屬于聚酰胺纖維。然而，它不同于普通的聚酰胺纖維，芳環(huán)或它們的衍生物連接在纖維長(zhǎng)鏈的酰胺基之間，所以這些纖維統(tǒng)稱(chēng)為芳族聚酰胺纖維，或簡(jiǎn)稱(chēng)為芳族聚酰胺纖維。芳族聚酰胺在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與尼龍相似，兩者都含有酰胺基。他們的區(qū)別在于分組的不

7、同。性能、特性和結(jié)構(gòu)的差異使得芳綸纖維具有極高的拉伸強(qiáng)度(僅次于玻璃纖維、石墨纖維和FBI纖維)和耐熱性，固有的阻燃性，優(yōu)異的干耐熱性和良好的韌性。芳綸纖維的相對(duì)密度大于尼龍纖維，但小于棉纖維。它最初是為航空航天而開(kāi)發(fā)的，但現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于家用紡織品和工業(yè)用紡織品。芳綸1313耐高溫纖維機(jī)械性能：高強(qiáng)度。在正常情況下，強(qiáng)度為48.4立方厘米/特，斷裂伸長(zhǎng)率為17%。纖維密度：1.38克/立方厘米。熱性能：芳綸1313具有良好的耐熱性、耐腐蝕性和阻燃性。如果在260下連續(xù)使用1000小時(shí)，其強(qiáng)度仍能保持原來(lái)強(qiáng)度的65%。在300下連續(xù)使用一周，仍能保持原來(lái)強(qiáng)度的50%?；瘜W(xué)性能：耐堿性好，耐酸性

8、優(yōu)于尼龍，耐有機(jī)溶劑、漂白劑、昆蟲(chóng)和霉菌。芳綸1414高強(qiáng)度纖維芳綸1414是目前使用的有機(jī)纖維中強(qiáng)度最高的，其強(qiáng)度可達(dá)193.6cN/tex，斷裂伸長(zhǎng)率為4%。初始模量遠(yuǎn)高于其他纖維，初始模量為4400 CN/tex，是聚酰胺纖維的11倍，聚酯纖維的6倍左右。纖維密度：1 . 431 . 44克/立方厘米。熱性能：纖維的熱穩(wěn)定性比其他纖維高得多。纖維在150收縮率為0，在較高溫度下仍能保持較高的強(qiáng)度。熔點(diǎn)為600，最高使用溫度為232?；瘜W(xué)性能：耐堿性好，耐酸性?xún)?yōu)于尼龍，耐有機(jī)溶劑、漂白劑、昆蟲(chóng)和霉菌。對(duì)橡膠有良好的附著力。，間位芳綸纖維的一般物理性能Nomex Conex密度(g/cm)

9、1.38 1.38長(zhǎng)絲旦尼爾(tex) 0.22 0.22拉伸強(qiáng)度(cN/tex) 35.3 47.661.7斷裂伸長(zhǎng)率(%) 31 37拉伸彈性模量(cN/tex) 617.4 661.5含水量(%) 5 5 300熱收縮率(%) 3.5 3.7熱分解溫度()400430 250強(qiáng)度保持率(%) 60干熱暴露強(qiáng)度對(duì)位芳綸纖維的一般物理性能：纖維類(lèi)型密度(g/cm3)、強(qiáng)度(cN/tex)、伸長(zhǎng)率(%)、彈性模量(cN/Tex)含水量(%) PPTA凱夫拉爾29 1.43 202.9 3.6 4851 7.0凱夫拉爾49 1.45 195.8 2.4 7497 4.5凱夫拉爾119 1.44

10、211.7 4 3793 7.0凱夫拉爾129 1.44 233.7 3 677 由于它的高強(qiáng)度和低密度，用它制成的輪胎重量大大減輕，輪胎層薄，熱量容易散失，輪胎的使用壽命將延長(zhǎng)。此外，它還可以用作：皮帶，軟管；繩索和繩索；防護(hù)和防彈材料；摩擦材料；復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。芳綸1313主要用于航空飛行服、太空服、原子能工業(yè)防護(hù)服、絕緣服、消防服等。此外，還可用于制造高溫下的防火窗簾、防火手套、化學(xué)濾布和氣體過(guò)濾袋、高溫運(yùn)輸帶、機(jī)電高溫絕緣材料和民航飛機(jī)的裝飾織物。此外，它還可用作室內(nèi)織物、工業(yè)材料和蜂窩結(jié)構(gòu)材料。芳香族聚酯纖維芳香族聚酯纖維是繼全芳香族聚芳酯纖維成功開(kāi)發(fā)之后，又一種由高分子液晶紡絲

11、制成的高性能纖維?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)芳香族聚酯最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)是聚對(duì)羥基苯甲酸(PHBA)和聚對(duì)苯二甲酸對(duì)苯二甲酸酯，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：目前，在芳香族聚酯研究的基礎(chǔ)上，已經(jīng)形成了幾種產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。例如，對(duì)乙酰氧基苯甲酸(ABA)、對(duì)，對(duì)二乙氧基聯(lián)苯(ABP)、對(duì)苯二甲酸(TA)和間苯二甲酸(IA)的四元聚合物Ekonol纖維由美國(guó)埃莫里公司生產(chǎn)。美國(guó)塞拉尼斯公司將脫落酸與2-乙酰氧基-6-萘甲酸共聚，制得的共聚物稱(chēng)為維克特蘭纖維。以對(duì)苯二酚和對(duì)苯二甲酸為原料，通過(guò)共聚反應(yīng)制備了含側(cè)基的共聚物纖維。2。纖維性能表芳香族聚酯纖維的性能Ekonol Vectran PHQT強(qiáng)度(GPa) 4.1 2

12、.9 2.9模量(GPa) 134 69 82伸長(zhǎng)率(%) 3.1 3.7 4.3密度(g/cm3) 1.40 1.41 1.23熔點(diǎn)(380 270 342吸水率(%) 0.050芳香族聚酯纖維具有高強(qiáng)度、高模量、抗蠕變性和良好的尺寸穩(wěn)定性。另外，它具有極低的吸濕性和耐化學(xué)腐蝕性，在200干熱和100濕熱條件下收縮率為0。用途芳香族聚酯纖維主要以長(zhǎng)絲、短纖維和濕非織造布的形式用于工業(yè)紡織品領(lǐng)域。作為一種增強(qiáng)纖維材料，它在光纜和特種電線中起著支撐和保護(hù)作用，可與橡膠復(fù)合制成高壓軟管、傳送帶、耐磨密封件和汽車(chē)橡膠部件，也可與樹(shù)脂復(fù)合作為超薄印刷電路的基材。芳香族聚酯纖維制成的織物具有良好的耐切割

13、性，是防護(hù)服、手套等安全用品的良好材料，也是一種優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕的工業(yè)濾布。芳香族聚酯纖維特別適用于編織漁網(wǎng)、圍網(wǎng)和船用繩索，具有強(qiáng)度高、不怕潮濕、使用壽命長(zhǎng)、重量輕的特點(diǎn)。在體育領(lǐng)域，芳香族聚酯纖維在網(wǎng)板、頭盔、滑雪板和其他設(shè)備中起到增強(qiáng)材料的作用。芳雜環(huán)芳綸纖維(PPTA纖維)作為一種高強(qiáng)度、高模量的纖維，最先得到成功開(kāi)發(fā)，并已應(yīng)用于許多工業(yè)紡織品中，促進(jìn)了高性能纖維的發(fā)展。然而，盡管PPTA纖維具有高的比強(qiáng)度和模量，但是它們的單位面積機(jī)械性能比鋼絲差，并且它們的耐熱性不夠高。因此，自20世紀(jì)60年代以來(lái)，美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室就考慮在分子結(jié)構(gòu)中引入雜環(huán)基團(tuán)，限制分子膨脹的自由度，增加主鏈

14、上的共價(jià)鍵結(jié)合能，從而大大提高纖維的模量、強(qiáng)度和耐熱性。20世紀(jì)80年代初，他們和塞拉尼斯纖維公司成功獲得聚苯并咪唑纖維(PBI)。后來(lái)，一系列雜環(huán)聚合物被成功開(kāi)發(fā)出來(lái)。1.化學(xué)結(jié)構(gòu)聚對(duì)苯撐雙咪唑纖維的結(jié)構(gòu)式如下：2。PBO纖維性能表PBO-AS PBO-HM單絲線密度(特克斯)0.17 0.17密度(克/立方厘米)1.54 1.56強(qiáng)度(牛頓/特克斯)3.7 3.7(千兆帕)5.8 5.8模量(牛頓/特克斯)114.4 176.0(千兆帕)1800 3.5 2.5吸濕性(%)2.0 0 0.6熱分解溫度()650 650 LOI 68 68介電常數(shù)100千赫3介電損耗并且其耐熱性遠(yuǎn)高于PBI PBO纖維，主要用于耐熱工業(yè)紡織品和纖維增強(qiáng)材料。 在耐熱和阻燃材料方面，PBO可用作鋁型材、鋁合金和玻璃制品成型過(guò)程中的內(nèi)襯。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯是一種極好的防火服裝材料。在纖維復(fù)合材料方面，它可以替代碳纖維，用于新型飛行器、航天飛行器、深海海洋開(kāi)發(fā)等。其具體用途：PBO纖維，(2)聚苯并咪唑纖維(PBI)，標(biāo)準(zhǔn)：GA10-2002 NFPA 1976 EN 469 EN 471 AS