第二章 产业用纤维材料(1)

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1、第二章 产业用纤维材料,第一节 产业用常规纤维简介,一、棉纤维 棉纤维制品在传统的帆布领域依然有重要的应用。 棉纤维及其制品也可用于过滤材料、絮垫、医用卫生材料、填充料、涂层基布、揩布以及特种棉织物等领域。,过滤布,帆布顶篷,医用卫生材料,二、麻纤维 软质纤维：韧皮纤维有苎麻、亚麻、黄麻、洋麻等，它们主要是由纤维素构成的，还含有不同数量的木质素。这类纤维质地柔软，适宜纺织加工。 硬质纤维：叶纤维有剑麻和蕉麻等，是从单子叶植物的叶上获得的。这类纤维比较粗硬。,苎麻,黄麻,剑麻,苎麻织物强度高，伸长率低，尺寸稳定性好，可用作国防、工业、农业用布。 特种工业用苎麻纺织品分为麻线、麻带(包括麻棉交织带

2、)和加捻苎麻绳三大类。一般用于航天、航空、军事工业。,盘根,亚麻(包括同品种的胡麻)单纤维长度较短，其物理机械性质与苎麻纤维基本相同。 亚麻纤维多用作帆布类产品，还可用于制作地毯的基布、幕布、画布、过滤布、贴墙布、殡仪用布等。 黄麻单纤维较短，靠残胶使其粘连成束纤维进行纺纱。 黄麻制品多用于制造麻袋、麻布、地毯底布、包装材料等。,三、毛纤维 羊毛可以织制有特殊要求的工业呢绒、呢毡、衬垫材料，还可用于织制壁毯、地毯等制品。 四、蚕丝 蚕丝一般用于制作特殊制品的过滤织物，也可用于筛网制品中。,五、粘胶纤维 吸湿性较好-可用于各类纺织品，如医用卫生制品、服装衬里材料。 强力粘胶纤维作为骨架材料-广泛

3、用于轮胎帘子布、传送带、绳索和各种工业织物等。 六、聚酯纤维涤纶 强度高，弹性回复性好，纤维的模量高，刚度大，热学性能-涤纶短纤可与棉、麻、毛、丝和其他化学纤维进行混纺。 长丝具有良好的力学和化学性能-广泛地用于轮胎帘子布、工业绳索、传送带、过滤织物、绝缘材料、船帆、帐篷等，是良好的填充材料和隔热材料。此外，涤纶还可用于制作地毯、造纸用织物、缝纫线等。,七、聚酰胺纤维锦纶 耐疲劳性居常见化纤之首。相对而言，较耐碱，而耐酸性差。不耐光，容易变色和发脆。 主要用于制造轮胎帘子布、绳索、渔网等，国防工业中用于织制降落伞等，还可织制地毯等。 八、聚丙烯腈纤维腈纶 耐日光性好-适合制作户外用品。特别适合

4、制作帐篷、窗帘等经常受阳光照射的纺织品。 优良的化学稳定性-适合于制作一些有特殊要求的过滤织物。 优良的弹性-有“合成羊毛”的美誉，适于制作毛毯、人造毛皮、絮制品。聚丙烯腈长丝可用作碳纤维或石墨纤维的基体材料。,九、聚丙烯纤维丙纶 价格便宜、用途广泛、风格独特-大量用作医用卫生材料，例如敷料、包扎带、病员服、医院床单、手术衣等。丙纶制品还有吸油毡、土工布、编织袋、油毡、建筑增强材料、过滤织物、袋布等。在非织造布领域中作为热黏合纤维。 十、聚乙烯醇缩甲醛纤维维纶 耐碱性优良，不易腐蚀，不霉不蛀，其比强度和耐磨性均优于棉。 作为棉花的替代品，纺制一些低档次的民用产品。 大量用于产业用纤维制品，还用

5、于生产过滤材料、服装鞋帽衬里、医用卫生材料、土工布等。,第二节 产业用高性能纤维,高性能纤维：主要指高强、高模、耐高温和耐化学作用的纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。 一、高性能纤维的分类及特点,1.分类,2性能 具有极高的力学性能，即高强度、高弹性模量； 具有耐高温性，在高温下尺寸稳定性较好，热收缩率很低，因此在耐热防材料上有特殊用途； 密度低，有利于制品的轻量化； 有机高性能纤维加工简便，容易成型； 有机和无机高性能纤维耐腐蚀。,第二节 产业用纤维制品与传统纺织品的区别,二、芳香族聚酰胺纤维-芳纶（Aramid fibers）,Nomex,Kevlar,即芳纶1313，1960年 由

6、美国杜邦公司研制。 美国、日本、俄罗斯 等国生产芳纶1313约 2.5万吨年。,即芳纶1414，1972年 由美国杜邦公司研制。 目前美国、德国、日 本、俄罗斯等国已生 产芳纶1414，总生产能力近5万吨年。,芳纶1414,性能： 力学性能：高强度、高模量、密度低、韧性好。 耐化学性能：对普通有机溶剂、盐类溶液等具有很好的耐化学药品性；对紫外线敏感。 热稳定性：高温下不熔，短时间暴露在300以上，强度计划不发生变化。 用途： 高速行驶或重载汽车和飞机的轮胎帘子线；防护、防弹材料；摩擦材料；复合材料的增强材料。,美国的PASGT头盔,QGF-02防弹头盔,采用我国自行研制的芳纶纤维制造,芳纶13

7、13,突出特点： 耐高温性能好，高温下的强度保持率好、抗氧化性。耐水性良好等，主要用作耐高温材料。 缺点：强度、模量低。 用途：耐高温防护服、消防服和军服等。,灭火防护服,飞行作战服,三、芳香族杂环类纤维 1聚对亚苯基苯并二唾唑(PBO)纤维 结构式： 特点： 强度和模量约为对位芳纶的2倍，其高强度、高模量和耐高温性能使其具有“纤维之王”美称。耐冲击性和尺寸稳定性优异，并具有质轻而柔软的特性。 PBO纤维是迄今耐温性最好的高聚物。,Zylon HM高模量型PBO纤维 Zylon AS 高强型PBO纤维,应用：主要用于耐热的产业用纺织品和纤维增强材料这两个领域。,2. 聚亚苯基苯并二咪唑(PBI

8、)纤维 20世纪80年代初，最先由美国空军材料试验室与塞拉尼斯公司研制，是一种具有工业用价值的优良耐高温纤维材料。 结构式： 物理性能：,应用： 宇航服、飞行服等防护服装。此外，还用于太空飞船中的密封垫、救生衣，可以防止身体被烧伤。PBI纤维是一种极好的石棉纤维替代纤维，可应用于金属铸造工序、玻璃行业等隔热防护材料制品，其使用寿命比石棉制品长100倍。PBI纤维还可用于过滤材料制品。由于PBI纤维在高温下还具有石墨化的倾向，因此可用于制造石墨纤维。,四、高强高模聚乙烯纤维 1性能 具有良好的力学性能。 具有优良的耐光性。 具有优良的耐化学腐蚀性。 可短时间内在接近熔点的条件下使用。 具有良好的

9、耐水性能和耐湿性能，已经良好的电绝缘性能,2应用 绳索类 防弹材料 复合材料的增强材料,五、碳纤维 定义：纤维的化学组成中碳元素占总质量90以上的纤维。 1.分类： 按原料分类：纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。 按制造条件和方法分类：,按力学性能分类：,2性能,性能,z,优点 高抗拉强度和高弹性模量 比重轻 纤维线密度 耐腐蚀 既能耐低温，又能耐超高温 能耐温度急变，热膨胀系数小 常温下导热性能良好，高温下导热性能低。,缺点 较脆 抗氧化性差破 坏前无预报,直径6微米的碳纤维与后面人类头发的比较,3应用,碳丝,碳纤维毡和碳素短纤维,碳纤维织物,活性碳纤维,塑料和碳丝的增强 航空

10、航天领域,绝热材料 填充塔的填料 侵蚀性气体和液体的过滤材料 催化剂的载体 燃料电池和蓄电池的电极,辐射加热的大体积真空炉中轻质、高负荷的电导体 超音速飞机制动盘的加强垫层,吸附废气、净化环境 回收溶剂及有机化合物，净化水 化学防护 高效电容和各种电极材料,波音787机身80%由合成材料制造，其中碳纤维增强材料达到35吨，因此可大大减轻飞机重量。,全碳自行车架,全碳车身的帕加尼Zonda R超级跑车,帕加尼Zonda Cinques的碳纤维花纹完全不用车漆来修饰,碳纤维汽车组件轻量化程度之高,六、玻璃纤维 1.分类 按用途分类：,玻璃纤维短切丝,玻璃纤维长丝,磨碎玻璃纤维,按纤维的形态和长度分

11、类,按纤维成分中的含碱量分类,E-玻璃：无碱玻璃 C-玻璃：中碱玻璃 A-玻璃：高碱玻璃,S-玻璃：高强度玻璃 M-玻璃：高模量玻璃,按纤维的直径分类,按含无机物成分不同分类,2.性能 不燃、不腐、耐热、吸湿小； 强度高、伸长小、抗拉强度和冲击强度高； 绝热性和化学稳定性好； 电绝缘性好。,3.应用,纺织玻璃纤维的应用 装饰织物 地毯领域 沥青油毛毡 垫层和特殊的路面加固,应用,绝缘玻璃纤维的 应用 建筑上用于保温、防火、隔音等 绝热材料 吸声材料 外部装饰材料 玻璃纤维增强水泥,七、氧化铝和硅酸铝纤维 属于陶瓷纤维的一种。由于其独特的热特性，被认为是最佳的石棉替代品之一而广泛应用。 1.分类

12、,2.性能 纺织性能,耐热性：耐高温，1000 导热性：所有耐火材料中导热性最低。 耐热冲击性：在骤冷骤热的环境中，纤维制品能抵御弯折、扭曲和机械震动。 化学稳定性：耐冷、热水和酸，易受氢氟酸、磷酸和强碱的侵蚀。 电特性：电绝缘性好。,3应用 广泛地应用于冶金、化工、建材、船舶、航空航天、汽车等行业的耐火、隔热、防火、摩擦制动、密封、高温过滤和劳动保护等领域。目前，这类纤维的产品包括毡、纸和编织物。,硅酸铝针刺纤维卷毡,八、硼纤维 1性能 优点：低密度、高强度、高弹性模量、耐高温 缺点：在高温下能和大多数金属基体起反应而变脆 2应用 航空航天、体育用品、原子能工业等领域；核废料的运输、储存容器

13、等。,九、碳化硅纤维 碳化硅纤维是以有机硅化合物为原料，经纺丝、碳化或气相沉积而制得的、具有一碳化硅结构的无机纤维，属陶瓷纤维类。 从形态上分为晶须和连续纤维两种。 1性能 耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度高，模量高，化学稳定性较好；具有吸收雷达波的特性。 2应用 耐高温材料：热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布 增强材料：常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属(如铝)和陶瓷为主,十、金属纤维 1分类 按制作的方法分：拉拔、切削和熔抽 2性能 强度高、弹性模量高，并具有良好的导电性、导热性、耐磨性、柔韧性、耐热性、耐腐蚀性等。,3.应用,纺织品,多孔材料,增强复合材料,抗静电

14、和导电领域,过滤器、金属毡、燃气涡轮的摩擦密封材料、润滑与密封材料、吸声材料、节能热管材料。 隔热垫、发汗材料、阻焰器、减震器等,金属纤维增强耐火材料 金属纤维增强陶瓷工具。 金属纤维增强混凝土 纤维增强金属基复合材料 其他金属纤维增强复合材料,十一、氟纶 聚四氟乙烯（PTFE），商品名“Teflon” 1.性能 抗拉强度高：耐脆性和耐弯曲磨损性在合成纤维中最好 特殊的抗化学性能：耐化学腐蚀；几乎不溶于任何有机溶剂；耐气候性特别好。 高温下连续使用，性能稳定 很好的抗紫外线性能 滑动摩擦因数是已知纤维中最低的,2.应用 轴承、低摩擦元件 高性能的缝纫线 过滤材料 复印机等办公用具 电缆线上，作为包覆扁平、可弯曲电缆的编结绳,Thank You !,