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1、第二章 产业用纤维材料 1第一节 产业用常规纤维简介 一、棉纤维一、棉纤维 n棉纤维制品在传统的帆布领域依然有重要的应用。棉纤维制品在传统的帆布领域依然有重要的应用。n棉纤维及其制品也可用于过滤材料、絮垫、医用卫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生材料、填充料、涂层基布、揩布以及特种棉织物等领域。等领域。 过滤布过滤布帆布顶篷帆布顶篷医用卫生材料医用卫生材料2二、麻纤维二、麻纤维n软质纤维软质纤维：韧皮纤维有苎麻、亚麻、黄麻、洋麻等，：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它们主要是由纤维素构成的，
2、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。质素。这类纤维质地柔软，适宜纺织加工。 n硬质纤维硬质纤维：叶纤维有剑麻和蕉麻等，是从单子叶植：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。物的叶上获得的。这类纤维比较粗硬。 苎麻苎麻黄黄麻麻剑麻剑麻3n苎麻苎麻织物强度高，伸长率低，尺寸稳定性好，可用作织物强度高，伸长率低，尺寸稳定性好，可用作国防、工业、农业用布。国防、工业、农业用布。n 特种工业用苎麻纺织品分为麻线、麻带特种工业用苎麻纺织品分为麻线、麻带(包括麻棉交包括麻棉交织带织带)和加捻苎麻绳三大类。一般用于航天、航空、军和加捻苎麻绳三大类。一般用于航天、
3、航空、军事工业。事工业。 盘根盘根4n亚麻亚麻(包括同品种的胡麻包括同品种的胡麻)单纤维长度较短，其物单纤维长度较短，其物理机械性质与苎麻纤维基本相同。理机械性质与苎麻纤维基本相同。 n亚麻纤维多用作帆布类产品，还可用于制作地毯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、殡仪用的基布、幕布、画布、过滤布、贴墙布、殡仪用布等。布等。n黄麻黄麻单纤维较短，靠残胶使其粘连成束纤维进行单纤维较短，靠残胶使其粘连成束纤维进行纺纱。纺纱。n黄麻制品多用于制造麻袋、麻布、地毯底布、包黄麻制品多用于制造麻袋、麻布、地毯底布、包装材料等。装材料等。 5三、毛纤维三、毛纤维 n羊
4、毛可以织制有特殊要求的工业呢绒、呢毡、衬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。垫材料，还可用于织制壁毯、地毯等制品。四、蚕丝四、蚕丝n蚕丝一般用于制作特殊制品的过滤织物，也可用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。于筛网制品中。6五、粘胶纤维五、粘胶纤维 n吸湿性较好吸湿性较好-可用于各类纺织品，如医用卫生制品、可用于各类纺织品，如医用卫生制品、服装衬里材料。服装衬里材料。n强力粘胶纤维作为骨架材料强力粘胶纤维作为骨架材料-广泛用于轮胎帘子布、广泛用于轮胎帘子布、传送带、绳索和各种工业织物等。传送带、绳索和各种工业织物等。六、聚酯纤维
5、六、聚酯纤维涤纶涤纶 n强度高，弹性回复性好，纤维的模量高，刚度大，热强度高，弹性回复性好，纤维的模量高，刚度大，热学性能学性能-涤纶短纤可与棉、麻、毛、丝和其他化学纤涤纶短纤可与棉、麻、毛、丝和其他化学纤维进行混纺。维进行混纺。n长丝具有良好的力学和化学性能长丝具有良好的力学和化学性能-广泛地用于轮胎帘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，是良好的帆、帐篷等，是良好的填充材料填充材料和和隔热材料隔热材料。此外，。此外，涤纶还可用于制作地毯、造纸用织物、缝纫线等。涤纶还可用于制作地毯、造纸用织物、缝纫线等。 7七
6、、聚酰胺纤维七、聚酰胺纤维锦纶锦纶n耐疲劳性耐疲劳性居常见化纤之首。相对而言，较居常见化纤之首。相对而言，较耐碱耐碱，而耐，而耐酸性差。酸性差。不耐光不耐光，容易变色和发脆。，容易变色和发脆。n主要用于制造轮胎帘子布、绳索、渔网等，国防工业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。中用于织制降落伞等，还可织制地毯等。八、聚丙烯腈纤维八、聚丙烯腈纤维腈纶腈纶 n耐日光性好耐日光性好-适合制作户外用品。特别适合制作帐篷、适合制作户外用品。特别适合制作帐篷、窗帘等经常受阳光照射的纺织品。窗帘等经常受阳光照射的纺织品。n优良的化学稳定性优良的化学稳定性-适合于制
7、作一些有特殊要求的过适合于制作一些有特殊要求的过滤织物。滤织物。n优良的弹性优良的弹性-有有“合成羊毛合成羊毛”的美誉，适于制作毛毯、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。墨纤维的基体材料。 8九、聚丙烯纤维九、聚丙烯纤维丙纶丙纶n价格便宜、用途广泛、风格独特价格便宜、用途广泛、风格独特-大量用作医用卫大量用作医用卫生材料，例如敷料、包扎带、病员服、医院床单、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、手术衣等。丙纶制品还有吸油毡、土工布、编织袋、油毡、建
8、筑增强材料、过滤织物、袋布等。在非织油毡、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。造布领域中作为热黏合纤维。十、聚乙烯醇缩甲醛纤维十、聚乙烯醇缩甲醛纤维维纶维纶n耐碱性优良，不易腐蚀，不霉不蛀耐碱性优良，不易腐蚀，不霉不蛀，其比强度和耐，其比强度和耐磨性均优于棉。磨性均优于棉。n作为棉花的替代品，纺制一些低档次的民用产品。作为棉花的替代品，纺制一些低档次的民用产品。n大量用于产业用纤维制品，还用于生产过滤材料、大量用于产业用纤维制品，还用于生产过滤材料、服装鞋帽衬里、医用卫生材料、土工布等。服装鞋帽衬里、医用卫生材料、土工布等。 9第二节 产业用高性能纤维 n高性能纤维
9、：高性能纤维：主要指高强、高模、耐高温和耐化学主要指高强、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。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一、高性能纤维的分类及特点 1.分类分类102性能性能 n具有极高的具有极高的力学性能力学性能，即高强度、高弹性模量；，即高强度、高弹性模量；n具有具有耐高温性耐高温性，在高温下尺寸稳定性较好，热收，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；缩率很低，因此在耐热防材料上有特殊用途；n密度低，有利于制品的密度低，有利于制品的轻量化轻量化；n有机高性能纤维加工简便，有机高性能纤维
10、加工简便，容易成型容易成型；n有机和无机高性能纤维有机和无机高性能纤维耐腐蚀耐腐蚀。 11第二节 产业用纤维制品与传统纺织品的区别二、芳香族聚酰胺纤维二、芳香族聚酰胺纤维-芳纶芳纶（Aramid fibers） 12NomexKevlar即芳纶即芳纶1313，1960年年 由美国杜邦公司研制。由美国杜邦公司研制。 美国、日本、俄罗斯美国、日本、俄罗斯 等国生产芳纶等国生产芳纶1313约约 2.5万吨年。万吨年。即芳纶即芳纶1414，1972年年 由美国杜邦公司研制。由美国杜邦公司研制。 目前美国、德国、日目前美国、德国、日 本、俄罗斯等国已生本、俄罗斯等国已生 产芳纶产芳纶1414，总生产，总
11、生产能力近能力近5万吨年。万吨年。13芳纶1414u性能：性能：n力学性能：高强度、高模量、密度低、韧性好。力学性能：高强度、高模量、密度低、韧性好。n耐化学性能：对普通有机溶剂、盐类溶液等具有很好耐化学性能：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。的耐化学药品性；对紫外线敏感。n热稳定性：高温下不熔，短时间暴露在热稳定性：高温下不熔，短时间暴露在300以上，以上，强度计划不发生变化。强度计划不发生变化。u用途：用途：n高速行驶或重载汽车和飞机的轮胎帘子线；防护、防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。弹材料；摩擦材料；复合
12、材料的增强材料。 14美国的美国的PASGT头盔头盔15QGF-02防弹头盔防弹头盔采用我国自行研制的芳纶纤维制造采用我国自行研制的芳纶纤维制造16芳纶1313u突出特点：突出特点： 耐高温性能好，高温下的强度保持率好、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，主要用作耐高温材抗氧化性。耐水性良好等，主要用作耐高温材料。料。u缺点：缺点：强度、模量低。强度、模量低。 u用途：用途：耐高温防护服、消防服和军服等。耐高温防护服、消防服和军服等。17灭火防护服灭火防护服飞行作战服飞行作战服18三、芳香族杂环类纤维三、芳香族杂环类纤维 1聚对亚苯基苯并二唾唑聚对亚苯基苯并二唾唑(PB
13、O)纤维纤维 n结构式：结构式：n特点：特点： 强度和模量约为对位芳纶的强度和模量约为对位芳纶的2倍，其高强度、高倍，其高强度、高模量和耐高温性能使其具有模量和耐高温性能使其具有“纤维之王纤维之王”美称。耐美称。耐冲击性和尺寸稳定性优异，并具有质轻而柔软的特冲击性和尺寸稳定性优异，并具有质轻而柔软的特性。性。 PBO纤维是迄今纤维是迄今耐温性最好耐温性最好的高聚物。的高聚物。19Zylon HM高模量型高模量型PBO纤维纤维Zylon AS 高强型高强型PBO纤维纤维20n应用：应用：主要用于主要用于耐热的产业用纺织品耐热的产业用纺织品和和纤维增强材纤维增强材料料这两个领域。这两个领域。 21
14、2. 聚亚苯基苯并二咪唑聚亚苯基苯并二咪唑(PBI)纤维纤维n20世纪世纪80年代初，最先由美国空军材料试验室与塞年代初，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拉尼斯公司研制，是一种具有工业用价值的优良耐耐高温纤维高温纤维材料。材料。 n结构式：结构式：n物理性能：物理性能： 22n应用：应用： 宇航服、飞行服等宇航服、飞行服等防护服装防护服装。此外，还用于太空。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。飞船中的密封垫、救生衣，可以防止身体被烧伤。PBI纤维是一种极好的纤维是一种极好的石棉纤维替代纤维石棉纤维替代纤维，可应用于，可应用于金属铸造
15、工序、玻璃行业等隔热防护材料制品，其金属铸造工序、玻璃行业等隔热防护材料制品，其使用寿命比石棉制品长使用寿命比石棉制品长100倍。倍。PBI纤维还可用于纤维还可用于过过滤材料制品滤材料制品。由于。由于PBI纤维在高温下还具有石墨化的纤维在高温下还具有石墨化的倾向，因此可用于倾向，因此可用于制造石墨纤维制造石墨纤维。 23 四、高强高模聚乙烯纤维四、高强高模聚乙烯纤维 1性能性能 n具有良好的力学性能。具有良好的力学性能。 n具有优良的耐光性。具有优良的耐光性。 n具有优良的耐化学腐蚀性。具有优良的耐化学腐蚀性。 n可短时间内在接近熔点的条件下使用。可短时间内在接近熔点的条件下使用。 n具有良好
16、的耐水性能和耐湿性能，已经良好具有良好的耐水性能和耐湿性能，已经良好的电绝缘性能的电绝缘性能 24 2应用应用n绳索类绳索类 n防弹材料防弹材料 n复合材料的增强材料复合材料的增强材料 25五、碳纤维五、碳纤维 n定义：定义：纤维的化学组成中碳元素占总质量纤维的化学组成中碳元素占总质量90以上以上的纤维。的纤维。 1.分类：分类：n按原料分类：按原料分类：纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。和沥青基碳纤维。n按制造条件和方法分类：按制造条件和方法分类： 26n按力学性能分类：按力学性能分类：272性能性能 性能性能z优点优点高抗拉强度和高高抗拉强度和
17、高弹性模量弹性模量 比重轻比重轻 纤维线密度纤维线密度 耐腐蚀耐腐蚀 既能耐低温，又既能耐低温，又能耐超高温能耐超高温 能耐温度急变，能耐温度急变，热膨胀系数小热膨胀系数小 常温下导热性能常温下导热性能良好，高温下导热良好，高温下导热性能低。性能低。 缺点缺点较脆较脆 抗氧化性差破抗氧化性差破坏前无预报坏前无预报 28直径直径6微米的碳纤维与后面人类头发的比较微米的碳纤维与后面人类头发的比较 293应用应用 碳丝碳丝 碳纤维毡碳纤维毡和碳素短和碳素短纤维纤维 碳纤维织物碳纤维织物 活性碳纤维活性碳纤维 塑料和碳丝塑料和碳丝的增强的增强航空航天领航空航天领域域 绝热材料绝热材料填充塔的填料填充塔
18、的填料侵蚀性气体和侵蚀性气体和液体的过滤材液体的过滤材料料催化剂的载体催化剂的载体燃料电池和蓄燃料电池和蓄电池的电极电池的电极 辐射加热的大辐射加热的大体积真空炉中体积真空炉中轻质、高负荷轻质、高负荷的电导体的电导体超音速飞机制超音速飞机制动盘的加强垫动盘的加强垫层层 吸附废气、净吸附废气、净化环境化环境回收溶剂及有回收溶剂及有机化合物，净机化合物，净化水化水化学防护化学防护高效电容和各高效电容和各种电极材料种电极材料 30 波音波音787机身机身80%由合成材料制造，其中碳纤维增强材料达由合成材料制造，其中碳纤维增强材料达到到35吨，因此可大大减轻飞机重量。吨，因此可大大减轻飞机重量。31全
19、碳自行车全碳自行车架架32全碳车身的帕加尼全碳车身的帕加尼Zonda R超级跑车超级跑车 帕加尼帕加尼Zonda Cinques的碳纤维的碳纤维花纹完全不用车漆来修饰花纹完全不用车漆来修饰 碳纤维汽车组件轻量化程度之碳纤维汽车组件轻量化程度之高高 33六、玻璃纤维六、玻璃纤维 1.分类分类n按用途分类：按用途分类： 玻璃纤维短切丝玻璃纤维短切丝玻璃纤维长丝玻璃纤维长丝磨碎玻璃纤维磨碎玻璃纤维34n按纤维的形态和长度分类按纤维的形态和长度分类 35n按纤维成分中的含碱量分类按纤维成分中的含碱量分类E-玻璃：无碱玻璃玻璃：无碱玻璃C-玻璃：中碱玻璃玻璃：中碱玻璃A-玻璃：高碱玻璃玻璃：高碱玻璃S-
20、玻璃：高强度玻璃玻璃：高强度玻璃M-玻璃：高模量玻璃玻璃：高模量玻璃36n按纤维的直径分类按纤维的直径分类 n按含无机物成分不同分类按含无机物成分不同分类372.性能性能n不燃、不腐、耐热、吸湿小；不燃、不腐、耐热、吸湿小；n强度高、伸长小、抗拉强度和冲击强度高；强度高、伸长小、抗拉强度和冲击强度高；n绝热性和化学稳定性好；绝热性和化学稳定性好；n电绝缘性好。电绝缘性好。 383.应用应用纺织玻璃纤维的纺织玻璃纤维的应用应用p装饰织物装饰织物p地毯领域地毯领域 p沥青油毛毡沥青油毛毡 p垫层和特殊的路垫层和特殊的路面加固面加固 应用应用绝缘玻璃纤维的绝缘玻璃纤维的应用应用p建筑上用于保温、建筑
21、上用于保温、防火、隔音等防火、隔音等p绝热材料绝热材料 p吸声材料吸声材料 p外部装饰材料外部装饰材料p玻璃纤维增强水泥玻璃纤维增强水泥 39七、氧化铝和硅酸铝纤维七、氧化铝和硅酸铝纤维 n属于陶瓷纤维的一种。由于其独特的热特性，被认为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。是最佳的石棉替代品之一而广泛应用。 1.分类分类402.性能性能n 纺织性能纺织性能 n耐热性：耐热性：耐高耐高温，温，1000 n导热性：导热性：所有耐火材料中导热性最低。所有耐火材料中导热性最低。n耐热冲击性：耐热冲击性：在骤冷骤热的环境中，纤维制品能抵御弯折、在骤冷骤热的环境中
22、，纤维制品能抵御弯折、扭曲和机械震动。扭曲和机械震动。n化学稳定性：化学稳定性：耐冷、热水和酸，易受氢氟酸、磷酸和强碱耐冷、热水和酸，易受氢氟酸、磷酸和强碱的侵蚀。的侵蚀。n电特性：电特性：电绝缘性好。电绝缘性好。 413应用应用 n广泛地应用于冶金、化工、建材、船舶、航空航天、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、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。包括毡、纸和编织物。 硅酸铝针刺纤维卷毡硅酸铝针刺纤维卷毡 42八、硼
23、纤维八、硼纤维 1性能性能 n优点：优点：低密度、高强度、高弹性模量、耐高温低密度、高强度、高弹性模量、耐高温n缺点：缺点：在高温下能和大多数金属基体起反应而变脆在高温下能和大多数金属基体起反应而变脆 2应用应用 n航空航天、体育用品、原子能工业等领域；核废料的航空航天、体育用品、原子能工业等领域；核废料的运输、储存容器等。运输、储存容器等。 43九、碳化硅纤维九、碳化硅纤维 n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、具有而制得的、具有一碳化硅结构的无机纤维，属陶瓷纤维类。一碳化硅结构的无机纤维，属陶瓷纤维类。n
24、从形态上分为晶须和连续纤维两种。从形态上分为晶须和连续纤维两种。 1性能性能 n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。较好；具有吸收雷达波的特性。2应用应用 n耐高温材料：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金属的滤布 n增强材料：增强材料：常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属常与碳纤维或玻璃纤维合用，以增强金属(如铝如铝)和陶和陶瓷为主瓷为主 44十、金属纤维十、金属纤维 1分类分类 n按制作的方法分：按制作的方法分：
25、拉拔、切削和熔抽拉拔、切削和熔抽 2性能性能 n强度高、弹性模量高，并具有良好的导电性、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、耐腐蚀性导热性、耐磨性、柔韧性、耐热性、耐腐蚀性等。等。 45 3.应用应用纺织品纺织品 多孔材料多孔材料 增强复合材料增强复合材料 p抗静电和抗静电和导电领域导电领域 p过滤器、金属毡、过滤器、金属毡、燃气涡轮的摩擦密燃气涡轮的摩擦密封材料、润滑与密封材料、润滑与密封材料、吸声材料、封材料、吸声材料、节能热管材料。节能热管材料。p隔热垫、发汗材隔热垫、发汗材料、阻焰器、减震料、阻焰器、减震器等器等 p金属纤维增强耐火材金属纤维增强耐火
26、材料料p金属纤维增强陶瓷工金属纤维增强陶瓷工具。具。p金属纤维增强混凝土金属纤维增强混凝土p纤维增强金属基复合纤维增强金属基复合材料材料p其他金属纤维增强复其他金属纤维增强复合材料合材料46十一、氟纶十一、氟纶 n聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE），商品名），商品名“Teflon” 1.性能性能n抗拉强度高：抗拉强度高：耐脆性和耐弯曲磨损性在合成纤维中最耐脆性和耐弯曲磨损性在合成纤维中最好好 n特殊的抗化学性能：特殊的抗化学性能：耐化学腐蚀；几乎不溶于任何有耐化学腐蚀；几乎不溶于任何有机溶剂；耐气候性特别好。机溶剂；耐气候性特别好。n高温下连续使用，性能稳定高温下连续使用，性能稳定n很好的抗紫外线性能很好的抗紫外线性能n滑动摩擦因数是已知纤维中最低的滑动摩擦因数是已知纤维中最低的 472.应用应用n轴承、低摩擦元件轴承、低摩擦元件 n高性能的缝纫线高性能的缝纫线n过滤材料过滤材料 n复印机等办公用具复印机等办公用具 n电缆线上，作为包覆扁平、可弯曲电缆的编结绳电缆线上，作为包覆扁平、可弯曲电缆的编结绳 4849
