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“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。这是我为大家整理的纺织科技论文，仅供参考!纺织科技论文篇一 纺织计量发展浅析 摘 要：“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。而纺织计量工作对纺织工业又有着重要影响，监测质量、指导生产、改进工艺。所以，纺织计量的发展，足以影响和推动纺织行业的发展，显现出纺织计量在整个纺织行业的重要性。但是，随着整个纺织行业的曲折发展，纺织计量工作也几经起伏。2012年5月9日至11日，纺织计量技术委员会在湖南张家界市召开了《电子单纱强力机(仪)校准规范》等12项纺织计量校准规范审稿会，会议审定了《电子单纱强力仪(机)校准规范》等12项纺织计量校准规范。这是继2009年宁波会议后第二次组织的纺织计量校准规范审稿会，标志着纺织计量工作进入循序渐进、有效发展阶段。 关键词：纺织工业;纺织计量;检定/校准;校准规范;标准器 中图分类号：X791 文献标识码：A 1 纺织计量概述 JJF《通用计量术语及定义》中，“计量”(metrology)词条，定义为实现单位统一和量值准确可靠的活动。它属于测量，源于测量，而又严于一般测量，它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。计量与 其它 测量一样，是人们理论联系实际，认识自然、改造自然的 方法 和手段，它是科技、经济和社会发展中必不可少的一项重要的应用。然而，计量与测试是含义完全不同的两个概念。测试是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合。它具有探索、分析、研究和试验的特征.计量是技术和管理的结合体，凡是以实现计量单位统一和测量准确可靠为目的的科学、法制、管理等活动都属于计量的范畴。 随着市场经济的发展，计量校准正逐渐被国内更多的用户所接受。校准在国内计量技术机构开展的计量活动中的比重正在逐步加大，已经作为一种新型的计量活动与检定相提并论。纺织计量是工程计量(也称工业计量)的一部分，是计量科学在纺织行业中的应用。主要体现在纺织专用仪器的制造、使用、管理、量值溯源、量值传递、检定/校准等方面。纺织计量的主要内容有：检定规程/校准规范的制修订，纺织计量标准器的确定，周期检定/校准等活动，目前，纺专仪器的溯源方式也主要由检定转变为校准。正确开展检定和校准活动，利用检定和校准结果，最终实现量值统一，为纺织行业提供技术支撑，进而保证纺织工业的健康发展。 2 纺织行业及纺织计量的发展 在我国，纺织工业的发展，是随着纺织服装业的主管部门——中华人民共和国纺织工业部的变迁而发展变化的。1949年10月设立中央人民政府纺织工业部，新中国纺织业开始发展，建国初期，物资匮乏，尤其关乎民生穿衣的纺织品，国家大力支持纺织业，全国范围内兴建纺织厂。1954年9月成为中华人民共和国纺织工业部，纺织业大规模发展，全国上下，力争上游，攻坚克难，一批批大规模纺织企业出现，技术人员全国交流，相互支援，此后的三十余年，纺织业曾一度辉煌。1998年3月，纺织工业部改为国家纺织工业局。2001年2月国家纺织工业局撤销，中国纺织工业协会成立，计划经济年代传统纺织业逐步退出发展潮流，尤其曾经繁荣几十年的国有大型纺织企业，纷纷破产、倒闭、改制。新兴纺织服装行业开始走上历史舞台，曾经的小作坊，雅戈尔、劲霸、利郎等著名品牌开始主导服装潮流。 同样，作为纺织服装产业的重要技术支撑——纺织计量工作，也随着纺织工业趋势而起伏。1984年我国计量法公布实施以后，在原纺织部主持下，立即组织了纺织专用仪器计量检定规程的制订。1985年4月批准并于1985年10月施行了十九种纺织专用仪器计量检定规程之后，到1995年10月1日止的十年期间，先后共七批发布了66个纺织仪器和标准器的部门计量检定规程。基本覆盖当时纺织工业的所有检测仪器和设备，最重要的是，从检定规程的制定，到发布实施，到标准器的统一，全国联动，政府、行业、部门、企业高度重视，从纺织部到各省的计量站，再到纺织企业计量部门，认真学习，广泛交流，严格执行纺织计量检定规程及相关计量条例，纺织计量的发展达到辉煌。 2001年，国家纺织工业局撤销，此后两年时间内，全国各省纺织工业厅也陆续撤销，加之国家经济体制的改革，计划经济逐步转为市场经济，纺织服装亦不是紧缺产品，传统纺织业开始下滑，甚至倒闭。纺织计量工作也曾一度低靡，2001至2010十年间，基本没有什么发展，甚至许多省份，纺织计量技术部门也遭遇尴尬局面。2006年，根据计量管理要求，纺专仪器的计量要求也由检定改为校准，检定规程取消，由校准规范代替，纺专仪器计量校准规范也随之老化，缺失。 直到2009年，中国纺织工业协会科技发展部于11月30日-12月1日在浙江宁波召开了2009年全国纺织计量校准规范工作会议。来自全国各级纺织计量机构、纺织仪器企业等27家单位38名代表参加会议。会议回顾了纺织计量工作的历史，分析了目前纺织计量工作面临的问题，对进一步开展纺织计量工作达成了几点意见：要抓紧纺织计量校准规范的制修订工作，争取3-5年解决规范老化、缺失问题;尽快组建完善纺织计量技术委员会，全面启动纺织计量工作;大力宣贯纺织计量校准规范，培养纺织计量人才;尽快制定《纺织计量校准规范制修订暂行管理办法》，建立有效工作机制;摸清计量校准规范、计量机构及仪器企业现状，充分发挥各级计量机构和仪器企业等各方面的作用，努力开拓计量工作新局面。 3 纺织计量目前存在的问题 校准规范的老化、缺失问题函待提高完善，目前纺织专用仪器已达100余种，而新的校准规范仅定稿24部，发布实施12部。纺织计量主管部门-纺织计量技术委员会仍有大量工作，政府、企业支持力度不够。 纺织计量标准器需要统一、规范，仪器生产厂家技术参数需要保持一致，同时，进口纺专仪器计量性能要有据可依。 纺专仪器新品种，新产品逐步出现，比如棉纤维气流仪，渗水仪，电热鼓风干燥烘箱，织物透湿量仪，织物透气量仪等仪器的计量校准工作，也需有规程可依，或参照现有同类校准规范，或制订对应规范。 纺织计量技术机构、人员、能力建设等方面薄弱，缺乏监管职能，政府计量管理部门及法定计量技术机构对纺织专项计量工作不够重视，支持力度较弱。 4 关于纺织计量的几点建议 部门重视：纺织计量技术委员会是纺织计量的主管部门，依托国家纺织计量站，应更加高度重视纺织计量工作，在校准规范的完善、信息搜集整理、技术指导、组织交流学习及标准器配置上统一指导协调，并组织制定有关纺织专用计量技术法规，承办有关计量监督管理工作。各省市纺织计量技术机构应积极配合，积极参与。 政府督导：国家质检总局及地方计量行政部门在政策上加大纺织计量工作的政策扶持及纺织专用仪器的日常管理，可考虑将纺织计量纳入地方行政计量管理层面，比如力值、温度、长度、质量等指标。明确纺织计量技术机构的职能和责任，提高对纺织计量工作的重视。 企业支持：纺织计量工作，任重道远，不仅需要部门的重视，还需要整个行业，尤其企业的大力支持，包括仪器厂商和纤维纺织服装企业的配合和支持。 根据全国纺织纤维检验机构状况，31个省、市、自治区、直辖市，除西藏、海南外，各地都有纤维、纺织检验机构。纺织计量应与纤维计量部门有效结合，形成合力，监督管理与技术服务相结合，优势互补，开拓进取，快速发展。强化全国纺织纤维计量机构的信息沟通，促进互相交流，为推动纺织计量工作的发展、纺织检测能力的提高、振兴纺织工业服务。 参考文献 [1]郭明.纺织工业计量与企业节能降耗[J].工业计量，2007(3). [2]纺织工业中新的计量单位系统“SL系统”[J].麻纺织技术，1980(1). 纺织科技论文篇二 阻燃纺织品 摘要： 本文通过阐述纺织品的阻燃机理，介绍了几种阻燃纺织品的加工方法，现阶段常用的评判、测试方法以及阻燃纺织品的发展趋势。 关键词：阻燃纺织品;阻燃机理;加工方法;燃烧性能测试 引言 随着现代化科学技术的发展、纺织工业的进步，纺织品种类不断增多，其应用范围不断扩展延伸到人们生产、生活的各个方面。但纺织品材料一般都易燃或可燃，容易引发火灾事故。据统计，世界上约20%以上的火灾事故都是由纺织品燃烧引起或扩大的，尤其是住宅失火。因此，纺织品的阻燃功能对消除火灾隐患，延缓火势蔓延，降低人民生命财产损失都极为重要。近年来，各国纷纷开展纺织品阻燃技术方面的研究，并制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准和应用法规等。 1 纺织品的阻燃机理 所谓“阻燃”，并非阻燃整理后的纺织品在接触火源时不会燃烧，而是使织物在火中尽可能降低其可燃性，减缓蔓延速度，不形成大面积燃烧，离开火焰后，能很快自熄，不再续燃或阴燃[1-3]。 纤维材料的燃烧与阻燃原理 合成纤维的燃烧是材料和高温热源接触，吸收热量后发生热解反应，热解反应生成易燃气体，易燃气体在氧存在的条件下，发生燃烧，燃烧产生的热量被纤维吸收后，又促进了纤维继续热解和进一步燃烧，形成一个循环。对此人们提出了阻燃的基本原理：减少(或者基本没有)热分解气体的生成，阻碍气相燃烧的基本反应，吸收燃烧区域的热量，稀释和隔离空气等。 阻燃剂的阻燃机理 纤维用阻燃剂有：铝镁氢氧化物、含硼化合物、卤硼化合物、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等。不同阻燃剂的阻燃机理有很大的区别。概括起来主要有以下几种。 覆盖机理 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下可在聚合物表面形成一层玻璃状或稳定泡沫覆盖层以隔热、隔绝空气，起到阻止热传递、减少可燃性气体释放和隔绝氧的作用从而达到阻燃目的。阻燃剂形成隔离膜的方式有两种，一是阻燃剂降解产物促进纤维表面脱水炭化，进而形成结构更趋稳定的交联状固体物质或炭化层，炭化层能阻止聚合物进一步热裂解，还能阻止其内部的热分解产物进入气相参与燃烧过程。含磷阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是通过此种方式实现的。二是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质包覆在聚合物表面起隔离膜的作用，硼系和卤化磷类阻燃剂具有类似特征。 不燃性气体窒息机理 阻燃剂受热分解出现不燃性气体，将纤维燃烧分解出来的可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓度以下，同时稀释燃烧区内的氧浓度，阻止燃烧继续进行，又由于气体的生成和热对流带走了一部分热，从而达到阻燃作用[4-5]。 吸热机理 任何燃烧在短时间所放出的热量有限，如果能在短时间内吸收火源所放出的部分热量，火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于自由基的热量就会减少，燃烧反应受到抑制。 高温条件下，阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应，降低纤维表面及燃烧区域的温度，降低可燃物表面温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延，最终破坏维持聚合物燃烧的条件，达到阻燃目的。如铝、镁及硼等无机阻燃剂，充分发挥其结合水蒸气时大量吸热的特性，提高自身的阻燃能力。 自由基控制机理 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧的是自由基。阻燃剂在气相燃烧区捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来，此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止[6-7]。 催化脱水机理 阻燃剂在高温下生成具有脱水能力的羧酸、酸酐等，与纤维基体反应促进脱水炭化，减少可燃性气体的生成。 2 阻燃纺织品的加工方法 研究织物的阻燃技术是指通过物理或化学的方法赋予织物一定的阻燃性能，降低材料的可燃性，减慢火焰蔓延速度，其实质是破坏织物中纤维的燃烧过程。近年来，世界各国主要从以下两个方面来开展对织物阻燃技术的研究：一是生产阻燃纤维;二是对织物进行阻燃整理[8-9]。 阻燃纤维的制造 纤维阻燃的途径是阻止或减少纤维热分解，隔绝或稀释氧气，快速降温使其终止燃烧。为实现上述目的，一般是将有阻燃功能的阻燃剂通过聚合物聚合、共混、共聚、复合纺丝、接枝改性等加入到化纤中或用后整理方法将阻燃剂涂在纤维表面或渗入纤维内部。在实际应用中，往往采用多种阻燃剂，以两种以上方式协同效应达到阻燃效果。 共聚法 现行的阻燃腈纶和涤纶大多数采用共聚方法生产，其技术已较成熟。由于阻燃元素结合在成纤高分子链上，因此阻燃性能持久，对纤维的其他性能影响较小，采用这种方法生产的阻燃腈纶通常称为改性腈纶。 共混法 共混法技术具有生产简便、品种更换灵活等特点，因此是阻燃纤维开发的重要技术路线，几乎所有阻燃化学纤维均可采用这种方法制备。 接枝法 主要用于制备阻燃涤纶或混纺织物，其方法有化学法、辐射法和等离子体法，接枝体都为具有不饱和双键的化合物。接枝法技术使用灵活，既可用于纤维也可用于织物的阻燃，但因成本高、设备较复杂而还没有工业化。 皮芯复合纺丝法 以共混或共聚阻燃高聚物为芯、普通高聚物为皮，通过复合纺丝制成的阻燃复合纤维可避免阻燃纤维变色和耐光性差的问题，提高阻燃性能的稳定性和染色性能，但加工设备要求高。 本质阻燃纤维 按性能分类，阻燃纤维可分为阻燃常规改性纤维和阻燃高性能纤维，阻燃常规改性纤维以阻燃涤纶和腈纶产量最大，由于航空航天等尖端高技术和军事工业发展的需要，阻燃高性能纤维得到越来越广泛的应用。阻燃高性能纤维主要包括芳香族聚酰胺Nomex和Kevlar，聚酰亚胺如法国的Kermal，聚砜酰胺，聚芳酣，聚酚醛树脂，聚四氟乙烯，以及陶瓷、玻璃等纤维。 织物的阻燃整理 织物的阻燃整理是通过吸附沉积、化学键合、粘合作用使阻燃剂覆在织物上。当遇到火种时发生物理和化学反应，从而达到阻燃效果。 喷涂 适宜于不需洗涤织物或洗涤次数极少的装饰织物和建筑用织物，如地毯、墙布等。喷涂加工后一般不经水洗等后处理，对阻燃剂的选择要求不高，工艺简单，操作简便。 浸轧和浸渍 适宜于加工睡衣、床上用品和家具用品等，也可加工外衣。要求阻燃剂的耐洗牢度优良。可结合其他特种功能――浴浸轧型整理，也可分步加工。此种加工方式工艺复杂，适用范围广，成本较喷涂高。 涂层 适宜于加工劳动保护服，以及装饰织物。对阻燃剂的选择要求较高，要求阻燃性和耐热性好。在加工过程中，一般与其他特种功能涂层同时进行。 3 阻燃织物的测试 GB/T17591―2006《阻燃织物》标准规定了阻燃织物的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、包装和标志，适用于装饰用、交通工具内饰用、阻燃防护服用的机织物和针织物。 评判标准 评判织物的阻燃性能通常采用两种标准：一是从织物的燃烧速度来进行评判，即经过阻燃整理的面料按规定的方法与火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间，以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间越短，被损毁的程度越低，则面料的阻燃性能越好;反之，则表示面料的阻燃性能不佳。 另一种是通过测定样品的极限氧指数来进行评判。面料燃烧都需要氧气，氧指数LOI是样品燃烧所需氧气量的表示，故通过测定氧指数即可判定面料的阻燃性能。氧指数越高则说明维持燃烧所需要的氧气浓度越高，即表示越难燃烧。该指数可用样品在氮、氧混合气体中保持燃烧所需氧气的最小体积百分数来表示。从理论上讲，纺织材料的氧指数只要大于21%，其在空气中就有自熄性。根据氧指数的大小，通常将纺织品分为(LOI<20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI>35%)4个等级。事实上，几乎所有常规纺织材料都属易燃或可燃的范围。 测试方法 燃烧试验方法主要用来测试试样的损毁长度、面积，续燃时间和阴燃时间，火焰蔓延速率等指标。 根据试样与火焰的相对位置，可分为垂直法、倾斜法和水平法。国际上对纺织材料的燃烧性能测试方法的标准化已经相当全面和完善，包括ISO、ASTM、BS、JIS在内的国际和国外先进标准都各自有10余项相关的测试方法标准，如：GB/T5454―1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》、GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》、GB/T5456―2009《纺织品燃烧性能试验垂直方向火焰蔓延性能的测定》，GB14645《纺织织物 燃烧性能 45°方向损毁面积和接焰次数测定》，FZ/T01028《纺织织物 燃烧性能测定 水平法》等。 中国目前对于服装阻燃性能的测试主要采用GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》。其原理是将一定尺寸的试样垂直于规定的燃烧试验箱中，用规定的火焰点燃12 s除去火源后，测定试样的续燃时间和阴燃时间，阴燃停止后，按规定的方法测出损毁长度。 4 阻燃纺织品的发展趋势 随着纺织技术的快速发展，我国的阻燃纺织品近年来也获得了长足的进步，并呈现出不同的发展趋势。 功能复合化 阻燃功能纺织品除早期的阻燃防热辐射、阻燃抗静电以外，近年来根据纺织品面料应用场所不同提出了新的要求，如日本专利报道的用于浴室等潮湿环境下的窗帘、帷幕等，除阻燃外，还要求防霉和拒水;用于服用、沙发和床单等面料要求阻燃外还需具有卫生保健功能。在军事领域，作战服和军事装备的伪装材料不仅要求具有阻燃性，还要求具有防伪功能。在我国，阻燃抗静电纺织品研究较成熟，对阻燃拒水和拒油产品也有研究，具有卫生保健功能的纺织品开发值得关注。 绿色环保化 阻燃纤维的绿色化，是指减少生产过程对环境和操作人员的毒害作用，防止纤维对穿用人产生不良影响，火灾发生时，不会产生“二次毒害”。这是因为，阻燃纤维所用阻燃剂一般含有卤、磷、硫等元素，大都具有较大的毒性，在阻燃剂合成和纤维生产过程中会对操作人员产生一定的毒害作用，其“三废”的排放会带来较严重的环境污染。从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发开发无卤、高效、低烟、低毒的环境友好型阻燃纺织品是未来的发展趋势。有机硅系阻燃剂作为典型的无卤阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、无污染的特点，并具有改善分散性和加工性能的特点。 高技术化 高技术纤维是随着高新产业的发展需要而开发出来的一系列具有高性能、高功能的纤维。高技术纤维在生产工艺中应用发展了一系列新技术，如静电纺丝、凝胶纺丝、膜裂纺丝、液晶纺丝、离心纺丝等，给合成纤维工业带来新的生命。高技术耐高温阻燃纤维是其中的一个重要分支，高技术型阻燃纤维由于自身独特的化学结构，无须添加阻燃剂或进行改性，本身就具有耐高温阻燃的特性。如聚丙烯腈预氧化纤维(OPANF)、聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚间苯二甲酞二胺(MPIA)纤维、三聚氰胺缩甲醛纤维(MF)等。 舒适型阻燃纤维 在高温、强热辐射及有明火的环境中，作业人员必须穿着阻燃防护服或热防护服。在上述条件下，人的热负荷过高，难以长时间坚持正常的工作效能。因此对于阻燃纺织品而言，必须兼顾纺织品的舒适性。对于阻燃纤维而言则应兼顾阻燃性能、可纺性能和热湿舒适性能。 参考文献： [1]邱发贵.阻燃纺织品加工方法及发展趋势[J].高科技纤维与应用，2007，32(5)：34-36、44. [2]周向东.国内外用于纺织品阻燃剂的发展动态[J].阴燃助剂，2008，25(9)：6-9. [3]LEWIN novel system for flame retarding polyamides[C].Recent advances in flame retardancy of polymeric materials Norwalk，CT：Business Comnunications Co.,2001,12：84-96. [4]方志勇.我国纺织品阻燃现状及发展趋势[J].染料与染色，2005，42(5)：46-48. [5]刘立华.环保型无机阻燃剂的应用现状及发展前景[J].化工科技市场，2005(7)：8-10. [6]眭伟民.阻燃纤维及织物[M].北京：纺织工业出版社，1990. [7]蔡永源.高分子材料阻燃技术手册[M].北京：北京化学工业出版社,1993. [8]位丽.国内外阻燃家用纺织品的要求及发展方向[J].纺织科技进步，2009(5)：25-26、62. [9]于学成.谈织物的阻燃整理[J].丹东师专学报，2003，(6)：140-141. (作者单位：浙江省纺织测试研究院)
高性能纤维性能分析【摘要】分析了碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑 (POB)纤维和 M5 纤维等高性能纤维的重要特性以及它们的应用状况。 【关键词】高性能纤维;先进复合材料;分子结构;重要特性;应用 [中图分类号]TS102，528 [文献标识码]A [文章编号]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从 20 世纪 60 年代开始研发并推广的纤维材 料， 它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。 所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩 3 强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m )等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分 子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高性能纤维可用于防弹服、 蹦床布等特种织物的加 工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。本文分析和比较了碳纤维、 超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5 纤维等高性能 纤维的特性以及它们的应用状况。 1 高性能纤维 1·1 高性能纤维分类 无机纤维:碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。 有机纤维:超高强聚乙烯纤维(HPPE)、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO) 纤维、M5 纤维等。 1·2 碳纤维 碳纤维的生产始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初， 由有机纤维如腈纶(PAN)纤维、 粘胶纤 维或沥青纤维经预氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纤维的石墨六方晶体结构决定了其强度 大、模量高等优良性能，如日本东丽公司生产的 T-400 碳纤维，拉伸强度可达 ，断 裂伸长率为 。碳纤维不燃烧，化学性能稳定，不受酸、盐等溶媒侵蚀。 1·3 超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在 20 世纪 70 年代出现， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子间距很近， 3 使纤维具备高强高模的特征， 其密度具有 ， 是唯--能浮在水面上的高强高模纤维。 除此之外，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 1·4 芳香族聚酰胺纤维 20 世纪 70 年代，人们开始从事液晶态纺丝技术的研究，用于纺制高性能纤维，与普通 纺丝的分子结构截然不同，液晶态纺丝时形成的分子链只有刚棒状高取向的有序结构。 图 1 液态高聚物分子的构型示意图 (a)为典型普通大分子，为无规则线团;(b)为刚性大分子， 在没有良好侧向作用和导向情况下的状态;(c)为无规的棒状 液晶;(d)为向列型液晶 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如 Kevlar(聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维)、 Twaron(聚对苯二甲酰间苯二胺纤维)、 Technora(聚对苯二甲酰对苯 二胺纤维)等，如图 3 所示，为芳香族聚酰胺高结晶和高取向分子结构。这类纤维性能比较 均衡，具有高强伸性能， 高韧性、耐腐蚀、耐冲击、较好的热稳定性，不导电，除了强酸和强碱外，具有较强的抗化 学性能。 图 3 芳香族聚酰胺晶体结构图 聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维 1998 年国际产业纤维展览会上，日本东洋纺展出了商品名为 Zylon 的 PBO 纤维，其化 学名为聚对苯撑苯并双恶唑，化学结构为: 1·5 PBO 纤维采用液晶纺丝法纺丝，由苯环和苯杂环组成的刚棒状分子结构以及分子链的高 取向度， 决定了它的优良性能。 PBO 初纺普通丝(AS 丝-标准型)就具有 以上的强度 和 以上弹性模量， 经热处理后可得到强度不变、 模量达 的高模量丝 (HM 丝-高模量型)。PBO 作为一种新型高性能纤维，具有高强度、高模量、耐热性、阻燃性 4 大特点，其强度与模量相当于 Kevlar (凯夫拉)的 2 倍，限氧指数(L01)为 68，热分解温 度高达 650℃，在有机纤维中为最高，被认为是目前具有最高耐热性能的有机材料之一。 表 1 PBO 纤维的性能 性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 抗拉强度(GPa) 拉伸模量(GPa) 180 280 断裂延伸率(%) 热分解温度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纤维与其他纤维的主要性能比较 性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航级碳纤维 密度(g/cm ) 纤维直径(?m) 抗拉强度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 断裂延伸率(%) 3 24 280 12 115 6 230 热分解温度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纤维 PBO 纤维推出的几年后，阿克卓·诺贝尔(Akzo Nobel)公司开发了一种新型液晶芳族杂 环聚合物:聚[2,5-二烃基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]，简称 "M5"或 PlPD，化学结构为: M5 纤维的结构与 PBO 分子相似——刚棒结构。 M5 分子链的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基团，容易形成强的氢键。如图 4 所示，与芳香族聚酰胺晶体结构不同，M5 在分子内与分 子间都有氢键存在，形成了氢键结合网络。 图 4 为 M5 纤维沿分子链轴方向的晶体结构，虚线为氢键。 图 4 M5 晶体结构 比较图 3 与图 4 可以清楚地看出，M5 大分子所形成的双向氢键结合的网络，类似一个 蜂窝。这种结构加固了分子链间的横向作用，使 M5 纤维具有良好的压缩与剪切特性，压缩 和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最。 2 高性能纤维特性分析比较 碳纤维石墨层面上碳-碳共价交键的存在，使作用于碳纤维上的应力，从一个石墨层转 移到相邻层面， 这些共价交键保证了碳纤维具有高的拉伸模量和压缩强度。 但这些共价键为 纯弹性键，一旦被打破，不可复原，即不显示任何屈服行为。所以碳纤维受力时，应力-应 变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的。 有机纤维的性能取决于分子结构、分子链内键及分子链间结合键。如前所述，超高强聚 乙烯纤维、PBO 纤维都具有优良的性能，但由于超高强聚乙烯纤维大分子链间的结合键为弱 的范德华键，使其纤维易产生蠕变，压缩强力较低，另外超高强聚乙烯纤维耐热性和表面粘 合性有限，因而不适合用作加固纤维。而 PBO 纤维也因大分子链间没有形成氢键结合、作用 力较弱，使得其压缩和扭曲性能较低，加之纤维表面惰性强，与树脂的结合能力较差，在复 合材料成型过程中，有明显的界面层，从而影响也限制了 PBO 的应用。 芳香族聚酰胺纤维高结晶度、高取向度的分子结构，使其具有高强伸性能，也是由于大 分子链间弱的作用力 (范德华键)，造成大分子链间剪切模量及压缩强度低。芳香族聚酰胺 纤维由氢键结合成的薄片状结构在受压缩载荷作用时易塑性变形， 薄片相对容易断开， 在严 重过载时会出现原纤化，最终导致压缩失效。 分子链间结合键以 M5 比较理想， M5 大分子间和大分子内的 N-H-O 和 O-H-N 的双向氢 在 键结构，是其具有高抗压性能的原因所在，热处理后的 M5 纤维，拉伸模量可达 360GPa，拉 伸强度超过 4GPa，剪切模量和抗压强度可达 7GPa 和 。此外 M5 而大分子链上含有羟 基，使它与树脂基体的粘结性能优良，采用 M5 纤维加工复合材料产品时，无需添加任何特 殊的粘合促进剂，且具有优良的耐冲击和耐破坏性。有资料显示，以 M5 为加固纤维的复合 材料，在压缩过载的情况下，测试样品仍能继续承受显著的(压缩)载荷，与之相比，碳纤复 合材料会粉碎，而芳香族聚酰胺复合材料则会被挤成纤丝状薄片(原纤化)。如图 5、图 6 分 别为一个碳纤维和一个 MS 纤维复合材料的失效测试条，显示了脆性与韧性失效之间的明显 差异。此外，M5 纤维的刚棒结构又决定了它有高的耐热性和高的热稳定性，空气中热分解 温度达到了 530℃，超过了芳香族聚酰胺纤维，与 PBO 接近，极限氧指数（LOI）为 59，在 阻燃性方面也优于芳纶。 图 5 碳纤维复合材料测试条的失败 图 6 M5 纤维料测试条的失败 表 1 为几种高性能纤维力学及物理特性。 表 1 高性能纤维的力学和物理特性 特性 高 强 度 超高强聚 高 模 量 芳 香 族 高 模 量 高模量 M5 纤 碳纤维 乙烯纤维 聚酰胺纤维 PBO 纤维 维（实验值） 抗拉强度(GPa) 伸长率(%) 拉伸模量(GPa) 压缩强度(GPa) 压缩应变(%) 密度(克/cm ) 标准回潮率(%) 限氧指数（LOI） 3 230 一 一 一 一 一 115 29 280 68 330 59 空气中热老化起 800 150 450 550 530 始温度(℃) 从表 1 看，M5 纤维的各种性能指标都接近或超过其它高性能纤维，为综合性能优良的 高性能纤维。 3 应用与前景 目前超高强聚乙烯纤维的应用主要是加工防弹用特种织物、防弹板、渔业用绳网、极低 温绝缘材料、混凝土补强加固用试验片材、光缆补强材料、降落伞绳带、汽车保险杠等。芳 香族聚酰胺纤维常见的品种 Kevlar、Twaron、Technora 纤维等，主要应用有作为复合材料 的增强体、渔业工业等用绳网、防弹服、防弹板、头盔、混凝土补强材料等。碳纤维的优良 特性使其广泛用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料，应用于宇宙机械、电波望远镜 和各种成型品，还有直升飞机的叶片、飞机刹车片和绝热材料、密封填料和滤材、电磁波屏 蔽材料、防静电材料、医学材料等。PBO 纤维从问世以来就受到人们的关注，其应用主要有 防冲击方面的加固补强材料、复合材料中的加固材料，用于防护的防弹服、防弹头盔、消防 服、高性能及耐高温传动带、轮胎帘子线、光纤电缆承载部分、架桥用缆绳、耐热垫材等。 与各种高性能纤维相比，M5 纤维的综合性能更优越，这使得它的应用领域更广泛。尤 其是 M5 纤维的抗冲击力和耐破坏性，使它在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用 前景，如应用于航空航天等高科技领域，在高性能纤维增强复合材料中 M5 也具有很强的竞 争力。当前 M5 纤维的研究比较活跃，随着研究的深人，其性能和应用将得到不断的提高和 拓展。 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进步， 随着 世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，以及军事、航空航天、海洋开发、产业应用的 迫切需要，高性能纤维的开发与应用前景将更为广阔。新型高性能纤维M5的研究与应用摘要:本文介绍了一种新型液晶芳族杂环聚合物,聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5).简述了M5纤维的制作方法,M5纤维特殊的分子结构特征,并通过与其它高性能纤维的比较,阐述了M5纤维优良的性能,特别是其良好的压缩与剪切特性.除此之外,M5纤维的高极性还使其更容易与各种树脂基体粘接,这使M5纤维的综合机械性能比目前其它高性能纤维都好.文中还展望了M5纤维的应用前景.前言近年来,随着对有机高性能纤维的不断深入研究,在刚性高性能纤维领域已经取得了很大的进展.但大多数高性能纤维,因分子间结合力的薄弱而导致某些力学性能上的不足,如PBO纤维大分子链间较弱的结合力,使其压缩和扭曲性能较差.纤维材料的压缩性能,主要取决于纤维大分子之间的相互作用程度[1,2].通常纤维扭转模量可作维表征大分子之间相互作用程度的一个量度.因此,如何增强大分子链之间的相互作用,已成为进一步强化刚性聚合物纤维力学性能的一个重要问题.作为Akzo-Nobel实验室的研究成果,一种新型的高性能纤维,即著称的M5已经被研究出来.聚合物是聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)[3].由于M5纤维沿纤维径向即大分子之间存在特殊的氢键网络结构,所以M5纤维不仅具有类似PBO纤维的优异抗张性能,而且还显示出优于PBO纤维的抗压缩性能.1高性能纤维 单体的选择及M5的合成[4]在M5聚合物的制备过程中,其关键步骤是单体2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成.TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)经硝化还原后制成,反应方程式如下所示:在M5的合成过程中,TAP需经盐酸化处理并以盐酸盐形式参与聚合反应.若TAP直接以磷酸盐的形式参与反应,不但可以避免盐酸腐蚀作用,还可以加快聚合反应速度,但却易发生氧化作用.另一单体2,5-二羟基对苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制备M5聚合物的重要环节,可由2,5-二羟基对苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反应方程式如下所示:M5纤维的聚合过程与聚对苯撑苯并二恶唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可将TAP和DHTA两种单体按一定的等当比同时加入到聚合介质多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脱除HCI后逐渐升温至180℃,反应24h,得到M5聚合物,反应方程式如下所示:2 M5的分子结构特征及聚合物的聚集态结构 M5的分子结构特征M5纤维在分子链的方向上存在着大量的-OH和-NH基团,容易在分子间和分子内形成强烈的氢键.因此,其压缩和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最.M5纤维的刚棒状分子结构特点决定了M5纤维具有较高的耐热性.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.图1热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图[5].图2热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图[5].图1和图2都显示了热处理后PIPD纤维的微观二维结构,即在大分子间和大分子内分别形成了N-H-O和O-H-N的氢键结构,这种双向氢键的网络结构正是M5纤维具有高抗压缩性能的原因在.图1 热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图图2 热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图 M5的聚集态结构图3 PIPD-AS沿C轴方向的分子结构示意图如图3所示,为含有21%左右水分子的PIPD-AS纤维的结晶结构.由于PIPD-AS纤维中存在着大量的水,因而使得PIPD-AS纤维有很大的质量热容,而且具有良好的耐燃性能.表2和表3所列出的实验结果也证实了这一结论[16,19].如图4所示,为不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图[16].从图4可以看出,PIPD-AS纤维在热处理过程中晶体中的水分被脱出,变成无水聚合物晶体,从而在垂直于纤维方向的平面内形成二维氢键网状结构.有实验表明,经过热处理后PIPD纤维的结晶度和取向度都有很大的提高.图4 不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图Klop EA等[22]通过PIPD晶体结构的X射线衍射实验研究发现,因PIPD试样的处理温度不同,在PIPD的分子内部可出现不同形式的结晶结构—单斜结晶晶胞和三斜结晶晶胞(如图5和图6所示).单斜和三斜的晶胞参数分别为:单斜结晶: a= ,b= ,c= ,=90°,=107°,=90°三斜结晶:a= ,b= ,c= ,=84,=110°,=107°Takahashi等[20,21]采用中子方法测得的PIPD-HT晶胞参数为:a= ,b= ,c= ,=84°,=°,空间结构为P21/,单斜晶胞区别于三斜晶胞的不同之处在于,三斜晶胞的氢键网络结构仅仅是靠沿对角线平面的大分子连接的,而单斜晶胞可在垂直于纤维方向的平面内形成了二维氢键网络结构,显然这种二维氢键网络结构,使得M5具有其它高性能纤维所无法比拟的高剪切强度,剪切模量和压缩强度.图5 PIPD单斜晶胞在ab面和ac面上的投影 图6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影3 M5纤维的纺丝工艺[9,16] M5纤维的成形M5纤维的纺丝是将质量分数为18~20%左右的PIPD/PPA纺丝浆液(聚合物的MW为×104~×105)进行干喷湿纺,空气层的高度为5-15cm,纺丝温度为180℃,以水或多聚磷酸水溶液为凝固剂,可制成PIPD的初生纤维.其中,实验用喷丝孔直径范围为65-200 m,喷头拉伸比取决于喷丝空的直径,可达70倍,所得纤维直径为8-14 m.所得M5的初生纤维需在热水中进行水洗,以除去附着在纤维表面的溶剂PPA,并进行干燥.图7 M5纤维的热处理示意图 M5纤维的热处理为了进一步提高初生纤维取向度和模量,对初生纤维在一定的预张力下进行热处理,如图7所示.在这一过程中,M5纤维取向度将伴随着由其分子结构的改变引起的剪切模量的增加而增大.对M5初生纤维进行热处理能够改善纤维的微观结构,从而提高纤维的综合性能.M5初生纤维再进一步用热水洗涤除去残留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮气环境下于400℃以上进行大约20s的定张力热处理,最终可得到高强度,高模量的M5纤维.在此需要特别指出的是,如果热处理温度过低或处理时间过短,则PIPD-AS和PIPD-HT的转变是可逆的.因此,热处理温度与热处理时间对M5纤维的模量影响很大.4 M5纤维的性能 力学性能图8 PIPD-AS和PIPD-HT纤维的应力-应变曲线图如图8所示,热处理后的PIPD纤维同PIPD的初生纤维相比较,二者的力学性能截然不同,PIPD-AS纤维存在屈服,而PIPD-HT纤维不存在这种现象.Lammwers M[18]等研究发现,经过200℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的提高到,而经过400℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的提高到.显然对于PIPD的初生纤维来讲,并非热处理温度越高越好.通过用偏光显微镜观察发现:在400℃热处理的纤维中存在裂纹,这可能是导致压缩强度下降的原因,因此,热处理温度不宜太高.表1[9-14]给出了几种高性能纤维的力学性能和其它性能的对比数据,其中的力学性能包括拉伸强度,断裂伸长,模量以及抗压缩强度等.与其它3种纤维相比,M5的抗断裂强度稍低于PBO,远远高于芳纶(PPTA)和碳纤维,其断后延伸率为;与其它高性能纤维相比,M5纤维的模量是最高的,达到了350GPa;M5的压缩强度低于碳纤维,但却远远高于Twaron-HM纤维和PBO纤维,这归因于M5的二维分子结构[17].表1 M5纤维与其它高性能纤维的比较纤维拉伸强独/Gpa断裂伸长/%初始模量/ Gpa压缩强度/ Gpa压缩应变/ %密度/()回潮率/%纤维空气中的热稳定性/℃LOI/%电导性抗冲击性抗破坏性编制性能耐紫外性Twaron-HM45029-++++-C-HS800N/A++------++PBO55068-++N/A+/---M5530>50-+++++++M5纤维特殊的分子结构,使其除具有高强和高模外,还具有良好的压缩与剪切特性,剪切模量和压缩强度分别可达7GPa和,优于PBO纤维和芳香族聚酰胺纤维,在目前所有聚合物纤维中最高.图9 M5纤维的轴向压缩SEM图一般来讲,当高性能纤维受到来自外界的轴向压缩力时,其纤维内部的分子链取向会因轴向压缩力的存在而发生改变,即沿着纤维轴向出现变形带结构.而对M5纤维来讲只有当这种轴向压缩力很大时才会出现这种结构[11].如图9所示,当M5纤维受到外界的轴向压缩力时,压缩变形后的M5纤维中也会出现一条变形带结构,但与其它高性能纤维(如PBO)相比较,M5纤维的变形程度要小很多. 阻燃性能表2 PIPD-AS和PIPD-HT纤维耐燃性能的重要参数[5]试样PHRR①(kWm-2)TTI②(s)SEA③FPI④(sm2kW-1)残留量(%)注:①热量释放最大速率(PHRR);②引燃时间(TTI);③比消光面积(SEA);④耐燃性能指数(FPI)表2所列数据是热量计热流为75kW/m2时测得的,也就是在试样表面温度为890℃左右时测得的值.纤维试样放在一块1cm2的线网上.试样原始重量在之间.从表2可以看出,PIPD-AS纤维热量释放最大速率(PHRR)为,也就是说单位时间内PIPD-AS释放出最小的热量,与其它高聚物相比是一种较好的阻燃剂用材料.PIPD-AS纤维的点燃时间最长为77s,远高于Nomex纤维.SEA是用来衡量单位物质燃烧时产生的烟雾量,PIPD-AS纤维达到了224m3/kg,而Nomex纤维为38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纤维的SEA值远低于Nomex纤维,说明PIPD-AS纤维燃烧时产生的烟雾量要远少于Nomex纤维.同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纤维的耐燃性能指数(FPI)最高为.从表2中各项耐燃性能参数可以看出PIPD纤维在耐燃性方面,要好于其它高性能纤维,即PIPD纤维在耐燃性方面将具有较好多应用前景.M5纤维的刚棒状分子结构决定了它具有较高的耐热性和热稳定性.从表2中可以看出,PIPD-HT纤维具有与聚对苯亚基苯并双嗯哇(PBO)纤维相似的FPI值,但它在燃烧过程中更不容易产生烟.M5在空气中的热分解温度为530℃,超过了芳香族聚酰胺纤维,与PBO纤维接近.M5纤维的极限氧指数(LOI)值超过50,不熔融,不燃烧,具有良好的耐热性和稳定性[7]. 界面粘合性能与PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纤维相比,由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.采用M5纤维加工复合材料产品时,无需添加任何特殊的粘合促进剂.M5纤维在与各种环氧树脂,不饱和聚酯和乙烯基树脂复合成形过程中,不会出现界面层,且具有优良的耐冲击和耐破坏性[6,8]. 热力学性能图10 四种不同含水量M5纤维的DSC扫描图图10为[19]等用SetaramC80D热量计测得的四种不同含水量M5纤维的DSC谱图.研究发现将1g试样材料放在一个开放的测试槽内,以℃/min的速度,在30℃-200℃范围内得到一张扫描图,如图5所示.从DSC谱图可以看出,四种不同含水量M5纤维的吸热峰面积及位置与开放测试槽内水分的蒸发有关.从表3可以看出,含有结晶水的M5初生纤维的热吸收值与不含结晶水的M5纤维的热吸收值之间存在着较大的差别,而PIPD初生纤维和PIPD HT试样的热吸收值之间几乎没有什么差别.通过以上研究发现完全干燥的PIPD初生纤维的晶体结构与PIPD-HT试样结构类似.表3 不同含水量的PIPD纤维的热吸收值试样热吸收值(J/g)PIPD初生纤维(含水量20%)637PIPD初生纤维(干燥)163PIPD HT(含水量7%)378PIPD HT(干燥)1855 应用及展望作为一种先进复合材料的增强材料,M5纤维具有许多其它有机高性能纤维不具备的特性,这使得M5纤维在许多尖端科研领域具有更加广阔的应用前景;M5纤维可用于航空航天等高科技领域;用于国防领域如制造防弹材料;用于制造运动器材如网球拍,赛艇等.M5纤维特殊的分子结构决定了其具有许多高性能纤维所无法比拟的优良的力学性能和粘合性能,使它在高性能纤维增强复合材料领域中具有很强的竞争力.与碳纤维相比,M5纤维不仅具有与其相似的力学性能,而且M5纤维还具有碳纤维所不具有的高电阻特性,这使得M5纤维可在碳纤维不太适用的领域发挥作用,如电子行业.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.正是由于M5纤维具有许多其他高性能纤维所无法比拟的性能和更加广阔的应用前景,这使得众多的科研工作者都积极地致力于M5纤维的研究.相信在不久的将来,随着对M5纤维研究的进一步深入,作为新一代的有机高性能纤维—M5纤维必将得更加广泛的应用.
高性能纤维有：A：碳纤维；B：芳纶纤维；C：超高分子量聚乙烯纤维，D：聚苯硫醚纤维。等等。或许您会提出疑惑，玻璃纤维不属于高性能纤维吗？很多人会认为玻璃纤维是属于高性能纤维，或者说，一部分玻璃纤维是属于高性能纤维的，后来翻看了一些资料，有一些文献称玻璃纤维为高性能纤维，但最终，在一篇文献中查阅到：列入“十一五”科技攻关的PAN基碳纤维、芳砜纶、玄武岩纤维及其复合材料、聚苯硫醚纤维、高强高模聚乙烯纤维等高性能纤维及PBO纤维、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维。（摘自：《主要高性能纤维的特性和应用》，裘愉发）里面并没有提到玻璃纤维。而且，在查阅书籍《高性能纤维》（作者：朱美芳，周哲等编著）也并没有看到玻璃纤维。玻璃纤维没有被列入“十一五”科技攻关的高性能纤维。
今年的赛车车身是用什么材料做的?由 寒冰皇冠 发表在虎扑·F1赛车场
全球碳纤维分领域需求上升
碳纤维复合材料具有质量轻，强度高的特性，活跃在各种各样的用途上。包括用于追求轻且易用的高性能体育用品、追求在宇宙飞行用的轻量且高性能材料的航空航天飞行器，以及压力容器、汽车、风车、船舶、土木建筑等各种各样的一般产业用途。根据赛奥碳纤维技术统计，2018年全球碳纤维运用细分领域中风电叶片叶片和航天国防领域最多，分别达到22000吨、21000吨。而增长最为显著的是汽车零部件领域，2013-2018年需求复合增长率达到33%。
从全球市场看，2018年全球市场碳纤维需求为万吨，预计在2020年全球需求将达到万吨。
就需求结构而言，碳纤维材料总量一半以上应用在工业领域，风电叶片领域应用占比24%，航空航天领域应用占比23%，体育休闲领域占比15%，汽车工业领域占比12%，四者总计占比74%。其中，体育休闲用品所消耗的碳纤维呈逐年下降之势。
从产能的角度来看，全球碳纤维市场基本被日本和美国企业垄断。2018年世界碳纤维产能为万吨。从地区来看，美国生产万吨占24%，日本生产万吨，占比19%，中国生产碳纤维万吨，占比19%。
但是从企业来看，日本企业在全球小束丝碳纤维市场份额占到约58%，其中日本东丽占比27%、日本东邦占比18%、日本三菱占比13%;全球大束丝碳纤维市场集中度更高，基本被日本Zoltek和德国SGL两家控制(注：Zoltek2013年被东丽收购)，Zoltek全球占比49%，德国SGL全球占33%。
中国碳纤维处于产能扩张阶段
从整体供需状况上看，目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中在美国、欧洲和日本。根据赛奥碳纤维技术统计，中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势，2018年国内碳纤维市场需求为万吨，同比增长32%，预计未来年复合增长率为12%，在2020年国内市场需求将达到万吨。
目前国内T300级碳纤维性能达到国际水平，主要运用于航空航天及体育休闲等领域;T700级碳纤维已建成千万吨级生产线，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产;中国首条千吨级T800原丝生产线由中复神鹰生产线2016年投产;但T800级以上的碳纤维国内企业还处于小规模试验，技术相对东丽还是存在较大差距。中国在T800级别以上的碳纤维生产中都还是处于小批量试验生产阶段，而国外的东丽公司已经实现了比较成熟的高模产品。中国碳纤维公司产能前三名是：中复神鹰、江苏恒神以及精密集团。
——以上数据来源于前瞻产业研究院《中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》。
看起来很脆弱，是石墨化的效果，其实是为了更好的保护车手。F1赛车材料主要是碳纤维材料。碳纤维的最大缺点就是昂贵。所以除了航空航天用的到，剩下的基本就是F1赛车了 .模具诞生之后，接下来就是手工打造的时间。熟练的技师将碳纤维一层一层地贴在模具上，车身每一个部位因为承受的压力不同而贴上不同层数的碳纤维与不同的排列方向。每一层碳纤维的排列方向决定了车身承受压力将往哪一个方向分散。所以这个程序需要谨慎地执行，吹风机与手术刀此时都会派上用场。F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构的铝合金。 费时的碳纤维铺设工作结束后，最后一步就是将车身送进高温与高压的特别烤箱中让每一层碳纤维紧密结合。这样的程序要反复进行三次后一具车身才能算大功告成。烤出第一具车身需费时六周，不过第一具车身制造完成后，后来的车身只需一周即可出厂。碳纤维 高性能型碳纤维及其他碳材料之制作研究 有关各项碳材料之研究发展，是由国科会专题研究计划对碳纤维之制程、微细构造及机械性质所投入之研究。而逐渐发展衍生出各项碳材料之研究，其项目如下： 一、高强力型碳纤维之研究发展 碳纤维之研究及其制程发展，目前共分两个系统，分别是以PAN纤维及Pitch纤维 为原料研制碳纤维。在PAN系碳纤维此一系统中，是以PAN纤维为原料而研制高性型碳纤维，研究制成中各种制作参数之变化对碳纤维之机械性质及表面性质之影响。目前已能控制高强力型碳纤维、高系数型碳纤维及航太级碳纤维之制造技术，在Pitch系碳纤维方面，主要是著重在原料纯化及中间相(meso-phase)之成 长阶段，希望透过中间相之控制而制造出高系数型之碳纤维。而研究中间相形成 之成长因素不只可以利用在碳纤维方面，更可以推广进入碳薄膜及高性能型之碳电极研究，在此方面已有四十余篇之研究论文发表。 二、活性碳纤维之研究发展 活性碳纤维主要用途是应用於饮用水之净化、各种废水及废气之处理、脱色及脱臭等处理。活性碳纤维之使用方式可以以纤维、布、毡及各种型状於实际应用。活性碳纤维的研究主要来自碳纤维的研究基础，因PAN系活性碳纤维中含有氮元素，此一元素对硫醇类具有良好之吸附效果，与其他原料比较起来又具有强力高之优点。在此研究中主要是透过制程之操控来分别制造micropore及mesopore的活性碳纤维，因此研究过程中，偏向於制程因素的变化对纤维空孔及吸附性的影 响。目前已能制出表面积在1000 m2/g以上之工业级、军事级及医药级活性碳纤维。目前之研究成果共发表了十余篇之研究论文及四项专利。 三、防火纤维之研究发展 PAN系防火纤维可耐到900℃，在火焰中不燃烧，不会产生有毒气体，且耐酸碱，因此，可以应用於各种防火用途，如防火衣物、隔热材、各种建材及装饰材料。 PAN系防火纤维可以说是研究碳纤维的副产物，在制造碳纤维的中间过程-氧化工程中所制造出来之氧化纤维便具有防火性，因此，如何在此阶段中来提高其防火 性，并且不损害其可纺性，防火纤维之防火性与可纺性相互有一反比关系。因此，如何达一平衡点是一重要课题。在此研究中，除利用SEM，TEM及X光绕射仪 导出一氧化纤维之微细构造模型；同时，在X光绕射仪上面加装一加热装置来观 察PAN纤维在加热过程中之微结构变化，并计算出其结晶转位活化能。目前之研究成果共发表了十余篇相关之研究论文及三项专利。 四、碳/碳复合材料之研究发展 碳/碳复合材料目前主要之用途在各型飞弹喷嘴、飞机之煞车片及人造骨等。碳/ 碳复合材料中纤维与基材的界面性质一直是个问题点，补强纤维的种类，其表面 性质与基材之关系是研究重点。因为碳/碳复合材料成本昂贵，无法大量使用，因此，目前正致力研究开发低成本之碳/碳复合材料，以便应用於各型车辆之煞车片。 五、导电性碳薄膜之研究发展 碳薄膜是二次锂电池当成为正极或负极的重要材料，碳薄膜的种类决定了二次锂电池的功率，充放电效率及寿命。早期的研究中利用PAN为原料所制出来的碳薄膜制成电池后，其电容量经工研院工材所的测试为250mAh/g，在最近的研究中利用pitch的masophase的控制已能制出电容量为500mAh/g之碳电极。目前的研究重点在於了解碳层的排列、顺向、微结构、内部孔洞的大小与电容量的关系，进而了解充放电效率与充电次数的关系，目前已有一项专利。
[赛车车身质材]；1、碳素夹层板，为制造车壳，复合材料专家把铝制蜂窝结构夹在两块碳素纤维板之间，然后在真空炉中使之聚合，结果这种板材比普通铝板重量轻1倍，强度高1倍。2、诺梅克斯（NOMEX）蜂窝结构，诺梅克斯蜂窝结构用于车壳的狭窄部分，例如鼻锥形车头。虽然刚性不如铝，但它较轻，柔性好，容易加工 参考：碳纤维素碳纤维素 车身也是用碳纤维材料做的。...BRAUN,CULLMANN,REFLECTA这几家德国老牌器材公司现在的日子有些不太好过,展台基本没有什么观众,也很少有客户,与那...的方向盘,车身全都都是碳纤维材料。... 碳纤维材料碳纤维素 F1赛车车身是钛合金制造的！我曾经编发这样一篇文章，现在摘录给你参考。科学发现报曾介绍过F1赛车，读者们深深为赛车运动的极限速度和车手高超的技术所折服。近日，记者在“第八届哈尔滨国际车展”一睹了F1赛车的庐山真面目。为满足读者要求，现将F1赛车全面介绍如下：F1赛车钛合金造一级方程式大奖赛俗称F1，是从国际汽联1950年起所举办的“国际汽联世界冠军赛(The FIA World Championship)”开始的。全世界第一场F1大奖赛在英国银石(Silverstone)赛道举行，参赛车辆的规格以1947年出台的规则为依据，引擎最大排气量为4500毫升非增压引擎或者1500毫升机械增压引擎。现在，F1赛车经过长途跋涉后首次抵达哈尔滨，在哈尔滨车展上亮相，运送F1赛车的是美孚公司提供的专用集装箱。据悉，采用钛合金制成的这台F1赛车是02款，是迈凯伦·梅赛德斯车队的专用车，全车重量652公斤，车身高73厘米，正常时速为360公里。价值100万英磅，约合人民币1500万元。F1赛车的到来，给广大车迷创造了零距离真实感受F1赛车的难得机遇，观看F1赛车的同时，还可模拟驾驶F1赛车。大庆、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯等地的众多车迷爱好者及协会组织了多个团队，来哈尔滨车展专程观看F1赛车，并购买F1赛车1：18模型作为参观本次F1赛车的留念。参考文献：科学发现报2005年9月6日封底碳纤维材料碳纤维素碳纤维材料 [赛车车身质材]；1、碳素夹层板，为制造车壳，复合材料专家把铝制蜂窝结构夹在两块碳素纤维板之间，然后在真空炉中使之聚合，结果这种板材比普通铝板重量轻1倍，强度高1倍。2、诺梅克斯（NOMEX）蜂窝结构，诺梅克斯蜂窝结构用于车壳的狭窄部分，例如鼻锥形车头。虽然刚性不如铝，但它较轻，柔性好，容易加工. 碳纤维材料做的。F1赛车采用的单壳体车身称得上是现代工程的杰作，它由碳纤维和蜂窝状铝板材料在车体模型上“粘贴”成型后，经过高温高压下结合而来。有人乐称其为“三明治”结构：两外层为碳纤维，中间是蜂窝状铝板。此外，在车身某些地方（如打孔处），还使用了吐弗诺（tufnol）（现代防弹衣的用料）以实现局部加固。碳纤维材料碳纤维碳纤维素做的.碳纤维素的材料碳纤维素碳纤维材料 碳纤维F1赛车的碳纤维层数平均是12层，另外在最中央的部分铺设蜂巢结构压缩而成碳纤维 碳纤维材料
植物纤维吸音喷涂，只一种有机纤维，具有防火，环保，恒温、且吸音效果强。有国家检测报告证明。。。用于酒吧KTV私人影院音乐室等需隔音降噪的工程。。乐声E-100植物纤维吸引喷涂··
21世纪是人类利用海洋的世纪，其中利用海洋生物馈赠的甲壳原料，纺织产业生产出了壳聚糖纤维。现在人们又将目光投向了海藻，它的优异性能业已得到了人们广泛关注并在医学上的运用。海藻粘胶纤维的性能与制备 海藻纤维的特点 高吸收性可以吸收伤口大量渗出液，致使换绷带的时间相对延长，减少换绷带的次数，同时也能减少护理时间，降低护理费用。 易去除性海藻酸盐纤维与渗出液接触后，经过膨化形成了柔软的凝胶。于是，高M 海藻酸盐纤维就可以通过用温热的盐水溶液淋洗来去除；还有高古罗糖醛酸海藻酸盐绷带在治愈过程中，膨化度较小，可以整片的拿掉，这对伤口新生的娇嫩组织也有极大的保护作用。 高透氧性海藻酸纤维吸湿后形成亲水性凝胶，与亲水基团结合的“自由水”成为氧气传递的通道，氧气通过吸附一扩散一解吸的原理从外界环境进入伤口内环境。这样纤维内的高干露糖醛酸段作为纤维大的分子骨架连接点，形成氧气渗入的微孔，避免了伤口缺氧环境，提高了伤口治愈的质量。 凝胶阻塞性质海藻酸盐织物与渗出液接触时，纤维大大的膨化，大量的渗出液保持在处于凝胶结构的纤维中。单个纤维的膨化，减少了纤维之间的细孔结构，阻止了渗出液的散布，海藻酸盐织物的“凝胶阻塞”性质，大大的减少了伤口渗出物的散布对健康组织的浸溃作用。 生物降解性和相容性海藻酸盐纤维是一种生物可降解的纤维，这就解决了对环境污染的问题，其生物相容性使其在作为手术线时可以被人体自动分解，不必二次拆线。这样，可以减少患者的痛苦，缩短患者恢复周期。
科技赋能 · 海洋共生海逸丝 海洋新材料 昨天海藻纤维RECOMMEND推荐指数：作者：海逸丝推荐语：来自海洋的馈赠来源1.海藻纤维，是以海洋中蕴含量巨大的褐藻为原料，经精制提炼出海藻酸盐多糖，再通过湿法纺丝深加工技术制备得到的天然生物质再生纤维，拥有环保、无毒、阻燃、可降解、生物相容性好、原料来源丰富等特点，近年来已引起越来越多科研工作者和消费者的青睐，成为发展迅速的一种新型绿色纤维材料。2.海藻纤维将人类获取纤维的领域从陆地扩展到了海洋，开辟了纺织纤维第三来源，在世界范围内为纤维制造开辟了崭新的研究和产业领域。3.海洋占地球面积的71%，其中蕴藏的海藻作为海洋中海洋植物的主体和食物链的基础，含量巨大且种类丰富。目前地球上大约存在有25000多种海藻，分为12个门，主要有褐藻门、红藻门和绿藻门等种类。4.我国有绵长的海岸线，辽阔的海域蕴藏着丰富的海藻资源，中国的褐藻胶占全球产量的75%左右，山东半岛的海藻酸盐产量占全国总产量的80%以上。工艺技术海藻纤维制备分为两个主要过程，一是海藻多糖的提取，二是多糖制备纤维。海藻多糖提取的工艺过程主要包括：消化、分离、过滤、钙化、脱钙等。海藻纤维制备工艺过程主要包括：溶解、过滤、脱泡、计量喷丝、凝固、水洗、牵伸、定型、上油、干燥及切断等工序。性能（1）回潮率高，舒适度好，回潮率在15%~18%（棉为9%，羊绒为15%~20%），舒适度接近羊绒，媲美高档长绒棉纤维，有着极好的手感和穿着舒适性。（2）抑菌性能优良，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率均大于99%。（3）天然本质阻燃性能优良，极限氧指数LOI＞45%，无须添加阻燃剂，高温明火下不会产生有毒气体，遇火直接成碳。（4）止血保湿与促进伤口愈合性能好，可加速血液凝固和结痂速率；纤维吸收渗出液后膨化形成柔软的凝胶，对新生的娇嫩组织有保护作用，防止在去除纱布时造成二次创伤。（5）具有㓟优良的防霉性能，防霉等级0级。（6）可再生可降解性，海藻资源可再生，海藻纤维可自然生物降解，不会对环境造成危害，完全符合环保要求。应用领域1）军用领域①防护服、作战服、救援服、训练服、阻燃服等、抑菌内衣、内裤、袜子、手套等；②战场急救包、医用敷料、止血急救材料、绷带等；创口填充条、手术后护理材料等；③纸尿裤、护理吸水垫、卫生棉等；④汽车内饰材料：汽车、火车、飞机等交通工具内部阻燃材料及建筑内饰阻燃材料。（2）民用领域①纺织服装产品：内衣、内裤、胸罩、紧身衣、连身裤、短裤；运动服、训练服、舞蹈服；西装面料、休闲服、牛仔面料；毛衫、毛衣、围巾、帽子；袜类、手套；针织品领口、袖口、脚口；窗帘、家具罩、床上用品等宾馆/家用阻燃纺织品；花边、织带等；②医用产品：医用敷料、止血急救材料、绷带等；创口填充条、手术后护理材料等；护理防护服、手术后抑菌服装等；③护理用产品：面膜；湿巾；儿童纸尿裤、妇女卫生巾、成人失禁护理品、老年用护垫、卫生棉等；④阻燃工程用产品：汽车内饰材料；汽车、火车、飞机等交通工具内部阻燃填充材料等；建筑内饰阻燃材料。增长趋势海藻纤维目前以每年50%的增速快速增长。
光叶榉纤维可自然降解。
工程硕士论文：建筑结构的加固与鉴定分析
引言
由于在过去几十年里我国的建筑行业发展迅猛，一些建筑过于破旧，因此我们对建筑发展趋势逐渐发生了一些转变，从原来的大规模的新建逐渐转向了新建和维修并存的时期。对于很多重要的建筑物，因为各方面的因素(如文化、建造地段等因素)，老旧的建筑物不能轻易拆除，为了建筑物不至于发生安全事故，所以我们必须对这些建筑物进行必要的鉴定与加固工作。维修改造的基础便是结构的可靠性鉴定，在对加固设计时，我们应选取适当的加工方法，以确保加固工作的经济可靠。因此，对已有建筑物结构的鉴定及加固方法的研究至关重要。
1 建筑结构加固的目的
有些建筑结构在使用过程中原有的可靠性可能会丧失或者降低，这可能是因为我们在设计、施工或者使用的过程中，其建筑结构发生了一些改变。因此，我们必须对该建筑物的可靠性进行恢复或者提高，这便用到了加固，对建筑结构进行加固处理后，会使建筑物的可靠性得到一定程度的提高。如结构的抗力性能提高、构件的承受负载能力增强以及结构其他的性能的改善。
经过科学研究发现：对建筑结构进行加固处理，结构的承载力可以得到有效的提高，结构的刚度也可以得到一定程度的提高，可以有效的减小建筑在使用过程中的位移与变形。通过对建筑结构加固处理，构件的局部稳定性将会得到增强，建筑结构的整体稳定性也会得到相应的增强，可以及时有效的减小在施工和使用过程中的裂缝的宽度，并对建筑结构的耐久性的改善起到重要作用。
2 建筑结构加固的步骤
一般建筑结构的加固步骤在对建筑结构进行加固之前，我们必须对建筑结构进行科学的全面的鉴定工作，然后对鉴定出的结果做出必要的分析，对该建筑物是否有必要进行加固做出决定。如果该建筑需要进行结构的加固，我们必须严格的根据国家的.相关规范和规定以及相关的加固规则进行加固。在对建筑结构进行加固处理时，由于在加固的过程中对一些结构的拆除或者更换是不可避免的，所以我们还必须对加固方案进行经济性和可行性进行必要的分析。在没有经过相关研究部门、设计部门以及鉴定部门的许可，不能对该建筑结构的用途和使用环境进行擅自更改。必须确保结构加固后建筑结构的安全性。建筑结构加固的一般步骤如图1所示。
混凝土结构加固步骤在对混凝土结构进行加固设计时，我们必须对该结构进行充分分析，然后从该结构的条件要求以及使用要求方面出发，对加固的方法与加固的技术做出决定。结构鉴定主要是指建筑物结构必须按照相关的规定(如规定的时间、规定的条件)，对预定功能(如刚度、强度、耐久性、抗裂性以及稳定性)的完成能力。下面对相关的规定做以简要的介绍：
规定的时间是指在对加固设计时，所设置的基准的使用期限;规定的条件是指结构必须在正常的使用、施工以及设计等条件下，进行鉴定。其基本的功能主要分为耐久性功能、适用性功能以及安全性功能。
在设计好加固方案之后，必须和业主、原设计单位以及相关单位，就该建筑在加固后是否对其原有的使用功能有影响以及在加固后是否能够达到预期的效果等做出相关的讨论，然后共同对所设计出的加固方案做出决定。
一般我们对建筑结构的鉴定时可以采用三种行之有效的方法，分别是实用鉴定法、传统经验法以及概率法。在对建筑结构进行加固设计时，必须充分的对原建筑的相关结构进行详细的了解，在此基础上对其进行详细的加固设计。在进行加固施工之前，我们还要对施工组织进行详细的设计，这不仅可以让施工顺利进行，而且还对工序和技术有着重要的指导作用。施工方、业主以及监理对加固的施工过程必须共同协调进行。当施工工作完成后，要求业主和验收部门对该结构的施工进行验收。
3 建筑结构的加固方法与技术
在对建筑结构的加固方案进行设计的时候，我们必须对其施工方法全面考虑，并对施工方法的科学性、可行性以及先进性做出必要的分析与说明， 以确保施工的顺利进行。
随着我国在科学技术上的迅速发展，在对新材料的科学研究的投入下，材料方面的技术也得以快速发展，不断出现一些新型的建筑材料。所以新型建筑材料、新的建筑施工技术以及新的施工工艺也会不断出现在加固工程中，通过一些新技术和新材料一般对加固的效果有着重要的帮助。
例如，近几年有一种用高科技研制而成的粘碳纤维新材料得到广泛推广和运用，它在加固工程中所表现出与其它传统的加固工艺所不同的特点如下：这种新材料表现出很好的耐湿和耐潮的性能、有着很好的抗腐蚀性能、强度较高、本身的自重比较轻、产品的质量较好以及在施工过程中给施工带来很大的方便。由此可见其加固性能比其他的加固方法都好。
由此可知，在对加固工程的方案进行选择的时候，必须要具有针对性，面对不同的建筑结构的加固工程，要应用不同的加固方法对其进行加固。目前加固的方法多种多样，下面对常用的加固方法做以简单的分类，其方法如下：锚栓技术、外加预应力法、增大截面法、增设支点法、粘贴碳纤维法、外粘型钢法、置换混凝土法、植筋法、粘钢板加固法、裂缝修补法等。在实际应用中，我们可以对各种的加固方法进行综合运用，这样可以充分的发挥出各种方法的优势，达到扬长避短的目的，这样可以取得优良的效果。
一般对加固的方法大体上可以笼统的分为间接加固和直接加固。下面将为直接加固相关的方法进行详细介绍，以下列出最为常用的加固方法：
(1)通过加大截面的加固法。这种加固方法的适应性比较强且其施工工艺比较简单，而且对于这种加固方法已经有了一定的施工经验以及较成熟的设计理论;对于一般的混凝土构造的建筑物进行加固基本上均采用此种方法，如墙、梁、柱、板等。但是这种加固方法现场施工的湿作业的时间比较长，这对生产与生活均会造成一定的影响，且加固后的建筑物净空有一定变化。
(2)通过置换混凝土的加固法。运用这种加固方法，不会影响到建筑物的净空高度，其施工的湿作业时间也比较长;对于受压区混凝土的强度偏低或者有很大缺陷的梁、柱等混凝土承重的构件，其加固工程一般使用置换混凝土加固法。
(3)有粘结的外包型钢的加固法(如图2)。此中加固方法具有受力可靠、施工简便以及现场工作量较小等优点。但是它的用钢量比较大，当这种加固方法用于一些特殊场所时，必须具有一些防护措施;这种加固方法比较适合用于一些对构件的截面尺寸要求比较严格且对混凝土结构的承载能力要求较高的场合。
高性能纤维性能分析【摘要】分析了碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑 (POB)纤维和 M5 纤维等高性能纤维的重要特性以及它们的应用状况。 【关键词】高性能纤维;先进复合材料;分子结构;重要特性;应用 [中图分类号]TS102，528 [文献标识码]A [文章编号]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从 20 世纪 60 年代开始研发并推广的纤维材 料， 它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。 所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩 3 强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m )等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分 子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高性能纤维可用于防弹服、 蹦床布等特种织物的加 工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。本文分析和比较了碳纤维、 超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5 纤维等高性能 纤维的特性以及它们的应用状况。 1 高性能纤维 1·1 高性能纤维分类 无机纤维:碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。 有机纤维:超高强聚乙烯纤维(HPPE)、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO) 纤维、M5 纤维等。 1·2 碳纤维 碳纤维的生产始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初， 由有机纤维如腈纶(PAN)纤维、 粘胶纤 维或沥青纤维经预氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纤维的石墨六方晶体结构决定了其强度 大、模量高等优良性能，如日本东丽公司生产的 T-400 碳纤维，拉伸强度可达 ，断 裂伸长率为 。碳纤维不燃烧，化学性能稳定，不受酸、盐等溶媒侵蚀。 1·3 超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在 20 世纪 70 年代出现， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子间距很近， 3 使纤维具备高强高模的特征， 其密度具有 ， 是唯--能浮在水面上的高强高模纤维。 除此之外，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 1·4 芳香族聚酰胺纤维 20 世纪 70 年代，人们开始从事液晶态纺丝技术的研究，用于纺制高性能纤维，与普通 纺丝的分子结构截然不同，液晶态纺丝时形成的分子链只有刚棒状高取向的有序结构。 图 1 液态高聚物分子的构型示意图 (a)为典型普通大分子，为无规则线团;(b)为刚性大分子， 在没有良好侧向作用和导向情况下的状态;(c)为无规的棒状 液晶;(d)为向列型液晶 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如 Kevlar(聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维)、 Twaron(聚对苯二甲酰间苯二胺纤维)、 Technora(聚对苯二甲酰对苯 二胺纤维)等，如图 3 所示，为芳香族聚酰胺高结晶和高取向分子结构。这类纤维性能比较 均衡，具有高强伸性能， 高韧性、耐腐蚀、耐冲击、较好的热稳定性，不导电，除了强酸和强碱外，具有较强的抗化 学性能。 图 3 芳香族聚酰胺晶体结构图 聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维 1998 年国际产业纤维展览会上，日本东洋纺展出了商品名为 Zylon 的 PBO 纤维，其化 学名为聚对苯撑苯并双恶唑，化学结构为: 1·5 PBO 纤维采用液晶纺丝法纺丝，由苯环和苯杂环组成的刚棒状分子结构以及分子链的高 取向度， 决定了它的优良性能。 PBO 初纺普通丝(AS 丝-标准型)就具有 以上的强度 和 以上弹性模量， 经热处理后可得到强度不变、 模量达 的高模量丝 (HM 丝-高模量型)。PBO 作为一种新型高性能纤维，具有高强度、高模量、耐热性、阻燃性 4 大特点，其强度与模量相当于 Kevlar (凯夫拉)的 2 倍，限氧指数(L01)为 68，热分解温 度高达 650℃，在有机纤维中为最高，被认为是目前具有最高耐热性能的有机材料之一。 表 1 PBO 纤维的性能 性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 抗拉强度(GPa) 拉伸模量(GPa) 180 280 断裂延伸率(%) 热分解温度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纤维与其他纤维的主要性能比较 性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航级碳纤维 密度(g/cm ) 纤维直径(?m) 抗拉强度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 断裂延伸率(%) 3 24 280 12 115 6 230 热分解温度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纤维 PBO 纤维推出的几年后，阿克卓·诺贝尔(Akzo Nobel)公司开发了一种新型液晶芳族杂 环聚合物:聚[2,5-二烃基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]，简称 "M5"或 PlPD，化学结构为: M5 纤维的结构与 PBO 分子相似——刚棒结构。 M5 分子链的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基团，容易形成强的氢键。如图 4 所示，与芳香族聚酰胺晶体结构不同，M5 在分子内与分 子间都有氢键存在，形成了氢键结合网络。 图 4 为 M5 纤维沿分子链轴方向的晶体结构，虚线为氢键。 图 4 M5 晶体结构 比较图 3 与图 4 可以清楚地看出，M5 大分子所形成的双向氢键结合的网络，类似一个 蜂窝。这种结构加固了分子链间的横向作用，使 M5 纤维具有良好的压缩与剪切特性，压缩 和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最。 2 高性能纤维特性分析比较 碳纤维石墨层面上碳-碳共价交键的存在，使作用于碳纤维上的应力，从一个石墨层转 移到相邻层面， 这些共价交键保证了碳纤维具有高的拉伸模量和压缩强度。 但这些共价键为 纯弹性键，一旦被打破，不可复原，即不显示任何屈服行为。所以碳纤维受力时，应力-应 变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的。 有机纤维的性能取决于分子结构、分子链内键及分子链间结合键。如前所述，超高强聚 乙烯纤维、PBO 纤维都具有优良的性能，但由于超高强聚乙烯纤维大分子链间的结合键为弱 的范德华键，使其纤维易产生蠕变，压缩强力较低，另外超高强聚乙烯纤维耐热性和表面粘 合性有限，因而不适合用作加固纤维。而 PBO 纤维也因大分子链间没有形成氢键结合、作用 力较弱，使得其压缩和扭曲性能较低，加之纤维表面惰性强，与树脂的结合能力较差，在复 合材料成型过程中，有明显的界面层，从而影响也限制了 PBO 的应用。 芳香族聚酰胺纤维高结晶度、高取向度的分子结构，使其具有高强伸性能，也是由于大 分子链间弱的作用力 (范德华键)，造成大分子链间剪切模量及压缩强度低。芳香族聚酰胺 纤维由氢键结合成的薄片状结构在受压缩载荷作用时易塑性变形， 薄片相对容易断开， 在严 重过载时会出现原纤化，最终导致压缩失效。 分子链间结合键以 M5 比较理想， M5 大分子间和大分子内的 N-H-O 和 O-H-N 的双向氢 在 键结构，是其具有高抗压性能的原因所在，热处理后的 M5 纤维，拉伸模量可达 360GPa，拉 伸强度超过 4GPa，剪切模量和抗压强度可达 7GPa 和 。此外 M5 而大分子链上含有羟 基，使它与树脂基体的粘结性能优良，采用 M5 纤维加工复合材料产品时，无需添加任何特 殊的粘合促进剂，且具有优良的耐冲击和耐破坏性。有资料显示，以 M5 为加固纤维的复合 材料，在压缩过载的情况下，测试样品仍能继续承受显著的(压缩)载荷，与之相比，碳纤复 合材料会粉碎，而芳香族聚酰胺复合材料则会被挤成纤丝状薄片(原纤化)。如图 5、图 6 分 别为一个碳纤维和一个 MS 纤维复合材料的失效测试条，显示了脆性与韧性失效之间的明显 差异。此外，M5 纤维的刚棒结构又决定了它有高的耐热性和高的热稳定性，空气中热分解 温度达到了 530℃，超过了芳香族聚酰胺纤维，与 PBO 接近，极限氧指数（LOI）为 59，在 阻燃性方面也优于芳纶。 图 5 碳纤维复合材料测试条的失败 图 6 M5 纤维料测试条的失败 表 1 为几种高性能纤维力学及物理特性。 表 1 高性能纤维的力学和物理特性 特性 高 强 度 超高强聚 高 模 量 芳 香 族 高 模 量 高模量 M5 纤 碳纤维 乙烯纤维 聚酰胺纤维 PBO 纤维 维（实验值） 抗拉强度(GPa) 伸长率(%) 拉伸模量(GPa) 压缩强度(GPa) 压缩应变(%) 密度(克/cm ) 标准回潮率(%) 限氧指数（LOI） 3 230 一 一 一 一 一 115 29 280 68 330 59 空气中热老化起 800 150 450 550 530 始温度(℃) 从表 1 看，M5 纤维的各种性能指标都接近或超过其它高性能纤维，为综合性能优良的 高性能纤维。 3 应用与前景 目前超高强聚乙烯纤维的应用主要是加工防弹用特种织物、防弹板、渔业用绳网、极低 温绝缘材料、混凝土补强加固用试验片材、光缆补强材料、降落伞绳带、汽车保险杠等。芳 香族聚酰胺纤维常见的品种 Kevlar、Twaron、Technora 纤维等，主要应用有作为复合材料 的增强体、渔业工业等用绳网、防弹服、防弹板、头盔、混凝土补强材料等。碳纤维的优良 特性使其广泛用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料，应用于宇宙机械、电波望远镜 和各种成型品，还有直升飞机的叶片、飞机刹车片和绝热材料、密封填料和滤材、电磁波屏 蔽材料、防静电材料、医学材料等。PBO 纤维从问世以来就受到人们的关注，其应用主要有 防冲击方面的加固补强材料、复合材料中的加固材料，用于防护的防弹服、防弹头盔、消防 服、高性能及耐高温传动带、轮胎帘子线、光纤电缆承载部分、架桥用缆绳、耐热垫材等。 与各种高性能纤维相比，M5 纤维的综合性能更优越，这使得它的应用领域更广泛。尤 其是 M5 纤维的抗冲击力和耐破坏性，使它在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用 前景，如应用于航空航天等高科技领域，在高性能纤维增强复合材料中 M5 也具有很强的竞 争力。当前 M5 纤维的研究比较活跃，随着研究的深人，其性能和应用将得到不断的提高和 拓展。 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进步， 随着 世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，以及军事、航空航天、海洋开发、产业应用的 迫切需要，高性能纤维的开发与应用前景将更为广阔。新型高性能纤维M5的研究与应用摘要:本文介绍了一种新型液晶芳族杂环聚合物,聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5).简述了M5纤维的制作方法,M5纤维特殊的分子结构特征,并通过与其它高性能纤维的比较,阐述了M5纤维优良的性能,特别是其良好的压缩与剪切特性.除此之外,M5纤维的高极性还使其更容易与各种树脂基体粘接,这使M5纤维的综合机械性能比目前其它高性能纤维都好.文中还展望了M5纤维的应用前景.前言近年来,随着对有机高性能纤维的不断深入研究,在刚性高性能纤维领域已经取得了很大的进展.但大多数高性能纤维,因分子间结合力的薄弱而导致某些力学性能上的不足,如PBO纤维大分子链间较弱的结合力,使其压缩和扭曲性能较差.纤维材料的压缩性能,主要取决于纤维大分子之间的相互作用程度[1,2].通常纤维扭转模量可作维表征大分子之间相互作用程度的一个量度.因此,如何增强大分子链之间的相互作用,已成为进一步强化刚性聚合物纤维力学性能的一个重要问题.作为Akzo-Nobel实验室的研究成果,一种新型的高性能纤维,即著称的M5已经被研究出来.聚合物是聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)[3].由于M5纤维沿纤维径向即大分子之间存在特殊的氢键网络结构,所以M5纤维不仅具有类似PBO纤维的优异抗张性能,而且还显示出优于PBO纤维的抗压缩性能.1高性能纤维 单体的选择及M5的合成[4]在M5聚合物的制备过程中,其关键步骤是单体2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成.TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)经硝化还原后制成,反应方程式如下所示:在M5的合成过程中,TAP需经盐酸化处理并以盐酸盐形式参与聚合反应.若TAP直接以磷酸盐的形式参与反应,不但可以避免盐酸腐蚀作用,还可以加快聚合反应速度,但却易发生氧化作用.另一单体2,5-二羟基对苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制备M5聚合物的重要环节,可由2,5-二羟基对苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反应方程式如下所示:M5纤维的聚合过程与聚对苯撑苯并二恶唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可将TAP和DHTA两种单体按一定的等当比同时加入到聚合介质多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脱除HCI后逐渐升温至180℃,反应24h,得到M5聚合物,反应方程式如下所示:2 M5的分子结构特征及聚合物的聚集态结构 M5的分子结构特征M5纤维在分子链的方向上存在着大量的-OH和-NH基团,容易在分子间和分子内形成强烈的氢键.因此,其压缩和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最.M5纤维的刚棒状分子结构特点决定了M5纤维具有较高的耐热性.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.图1热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图[5].图2热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图[5].图1和图2都显示了热处理后PIPD纤维的微观二维结构,即在大分子间和大分子内分别形成了N-H-O和O-H-N的氢键结构,这种双向氢键的网络结构正是M5纤维具有高抗压缩性能的原因在.图1 热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图图2 热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图 M5的聚集态结构图3 PIPD-AS沿C轴方向的分子结构示意图如图3所示,为含有21%左右水分子的PIPD-AS纤维的结晶结构.由于PIPD-AS纤维中存在着大量的水,因而使得PIPD-AS纤维有很大的质量热容,而且具有良好的耐燃性能.表2和表3所列出的实验结果也证实了这一结论[16,19].如图4所示,为不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图[16].从图4可以看出,PIPD-AS纤维在热处理过程中晶体中的水分被脱出,变成无水聚合物晶体,从而在垂直于纤维方向的平面内形成二维氢键网状结构.有实验表明,经过热处理后PIPD纤维的结晶度和取向度都有很大的提高.图4 不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图Klop EA等[22]通过PIPD晶体结构的X射线衍射实验研究发现,因PIPD试样的处理温度不同,在PIPD的分子内部可出现不同形式的结晶结构—单斜结晶晶胞和三斜结晶晶胞(如图5和图6所示).单斜和三斜的晶胞参数分别为:单斜结晶: a= ,b= ,c= ,=90°,=107°,=90°三斜结晶:a= ,b= ,c= ,=84,=110°,=107°Takahashi等[20,21]采用中子方法测得的PIPD-HT晶胞参数为:a= ,b= ,c= ,=84°,=°,空间结构为P21/,单斜晶胞区别于三斜晶胞的不同之处在于,三斜晶胞的氢键网络结构仅仅是靠沿对角线平面的大分子连接的,而单斜晶胞可在垂直于纤维方向的平面内形成了二维氢键网络结构,显然这种二维氢键网络结构,使得M5具有其它高性能纤维所无法比拟的高剪切强度,剪切模量和压缩强度.图5 PIPD单斜晶胞在ab面和ac面上的投影 图6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影3 M5纤维的纺丝工艺[9,16] M5纤维的成形M5纤维的纺丝是将质量分数为18~20%左右的PIPD/PPA纺丝浆液(聚合物的MW为×104~×105)进行干喷湿纺,空气层的高度为5-15cm,纺丝温度为180℃,以水或多聚磷酸水溶液为凝固剂,可制成PIPD的初生纤维.其中,实验用喷丝孔直径范围为65-200 m,喷头拉伸比取决于喷丝空的直径,可达70倍,所得纤维直径为8-14 m.所得M5的初生纤维需在热水中进行水洗,以除去附着在纤维表面的溶剂PPA,并进行干燥.图7 M5纤维的热处理示意图 M5纤维的热处理为了进一步提高初生纤维取向度和模量,对初生纤维在一定的预张力下进行热处理,如图7所示.在这一过程中,M5纤维取向度将伴随着由其分子结构的改变引起的剪切模量的增加而增大.对M5初生纤维进行热处理能够改善纤维的微观结构,从而提高纤维的综合性能.M5初生纤维再进一步用热水洗涤除去残留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮气环境下于400℃以上进行大约20s的定张力热处理,最终可得到高强度,高模量的M5纤维.在此需要特别指出的是,如果热处理温度过低或处理时间过短,则PIPD-AS和PIPD-HT的转变是可逆的.因此,热处理温度与热处理时间对M5纤维的模量影响很大.4 M5纤维的性能 力学性能图8 PIPD-AS和PIPD-HT纤维的应力-应变曲线图如图8所示,热处理后的PIPD纤维同PIPD的初生纤维相比较,二者的力学性能截然不同,PIPD-AS纤维存在屈服,而PIPD-HT纤维不存在这种现象.Lammwers M[18]等研究发现,经过200℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的提高到,而经过400℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的提高到.显然对于PIPD的初生纤维来讲,并非热处理温度越高越好.通过用偏光显微镜观察发现:在400℃热处理的纤维中存在裂纹,这可能是导致压缩强度下降的原因,因此,热处理温度不宜太高.表1[9-14]给出了几种高性能纤维的力学性能和其它性能的对比数据,其中的力学性能包括拉伸强度,断裂伸长,模量以及抗压缩强度等.与其它3种纤维相比,M5的抗断裂强度稍低于PBO,远远高于芳纶(PPTA)和碳纤维,其断后延伸率为;与其它高性能纤维相比,M5纤维的模量是最高的,达到了350GPa;M5的压缩强度低于碳纤维,但却远远高于Twaron-HM纤维和PBO纤维,这归因于M5的二维分子结构[17].表1 M5纤维与其它高性能纤维的比较纤维拉伸强独/Gpa断裂伸长/%初始模量/ Gpa压缩强度/ Gpa压缩应变/ %密度/()回潮率/%纤维空气中的热稳定性/℃LOI/%电导性抗冲击性抗破坏性编制性能耐紫外性Twaron-HM45029-++++-C-HS800N/A++------++PBO55068-++N/A+/---M5530>50-+++++++M5纤维特殊的分子结构,使其除具有高强和高模外,还具有良好的压缩与剪切特性,剪切模量和压缩强度分别可达7GPa和,优于PBO纤维和芳香族聚酰胺纤维,在目前所有聚合物纤维中最高.图9 M5纤维的轴向压缩SEM图一般来讲,当高性能纤维受到来自外界的轴向压缩力时,其纤维内部的分子链取向会因轴向压缩力的存在而发生改变,即沿着纤维轴向出现变形带结构.而对M5纤维来讲只有当这种轴向压缩力很大时才会出现这种结构[11].如图9所示,当M5纤维受到外界的轴向压缩力时,压缩变形后的M5纤维中也会出现一条变形带结构,但与其它高性能纤维(如PBO)相比较,M5纤维的变形程度要小很多. 阻燃性能表2 PIPD-AS和PIPD-HT纤维耐燃性能的重要参数[5]试样PHRR①(kWm-2)TTI②(s)SEA③FPI④(sm2kW-1)残留量(%)注:①热量释放最大速率(PHRR);②引燃时间(TTI);③比消光面积(SEA);④耐燃性能指数(FPI)表2所列数据是热量计热流为75kW/m2时测得的,也就是在试样表面温度为890℃左右时测得的值.纤维试样放在一块1cm2的线网上.试样原始重量在之间.从表2可以看出,PIPD-AS纤维热量释放最大速率(PHRR)为,也就是说单位时间内PIPD-AS释放出最小的热量,与其它高聚物相比是一种较好的阻燃剂用材料.PIPD-AS纤维的点燃时间最长为77s,远高于Nomex纤维.SEA是用来衡量单位物质燃烧时产生的烟雾量,PIPD-AS纤维达到了224m3/kg,而Nomex纤维为38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纤维的SEA值远低于Nomex纤维,说明PIPD-AS纤维燃烧时产生的烟雾量要远少于Nomex纤维.同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纤维的耐燃性能指数(FPI)最高为.从表2中各项耐燃性能参数可以看出PIPD纤维在耐燃性方面,要好于其它高性能纤维,即PIPD纤维在耐燃性方面将具有较好多应用前景.M5纤维的刚棒状分子结构决定了它具有较高的耐热性和热稳定性.从表2中可以看出,PIPD-HT纤维具有与聚对苯亚基苯并双嗯哇(PBO)纤维相似的FPI值,但它在燃烧过程中更不容易产生烟.M5在空气中的热分解温度为530℃,超过了芳香族聚酰胺纤维,与PBO纤维接近.M5纤维的极限氧指数(LOI)值超过50,不熔融,不燃烧,具有良好的耐热性和稳定性[7]. 界面粘合性能与PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纤维相比,由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.采用M5纤维加工复合材料产品时,无需添加任何特殊的粘合促进剂.M5纤维在与各种环氧树脂,不饱和聚酯和乙烯基树脂复合成形过程中,不会出现界面层,且具有优良的耐冲击和耐破坏性[6,8]. 热力学性能图10 四种不同含水量M5纤维的DSC扫描图图10为[19]等用SetaramC80D热量计测得的四种不同含水量M5纤维的DSC谱图.研究发现将1g试样材料放在一个开放的测试槽内,以℃/min的速度,在30℃-200℃范围内得到一张扫描图,如图5所示.从DSC谱图可以看出,四种不同含水量M5纤维的吸热峰面积及位置与开放测试槽内水分的蒸发有关.从表3可以看出,含有结晶水的M5初生纤维的热吸收值与不含结晶水的M5纤维的热吸收值之间存在着较大的差别,而PIPD初生纤维和PIPD HT试样的热吸收值之间几乎没有什么差别.通过以上研究发现完全干燥的PIPD初生纤维的晶体结构与PIPD-HT试样结构类似.表3 不同含水量的PIPD纤维的热吸收值试样热吸收值(J/g)PIPD初生纤维(含水量20%)637PIPD初生纤维(干燥)163PIPD HT(含水量7%)378PIPD HT(干燥)1855 应用及展望作为一种先进复合材料的增强材料,M5纤维具有许多其它有机高性能纤维不具备的特性,这使得M5纤维在许多尖端科研领域具有更加广阔的应用前景;M5纤维可用于航空航天等高科技领域;用于国防领域如制造防弹材料;用于制造运动器材如网球拍,赛艇等.M5纤维特殊的分子结构决定了其具有许多高性能纤维所无法比拟的优良的力学性能和粘合性能,使它在高性能纤维增强复合材料领域中具有很强的竞争力.与碳纤维相比,M5纤维不仅具有与其相似的力学性能,而且M5纤维还具有碳纤维所不具有的高电阻特性,这使得M5纤维可在碳纤维不太适用的领域发挥作用,如电子行业.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.正是由于M5纤维具有许多其他高性能纤维所无法比拟的性能和更加广阔的应用前景,这使得众多的科研工作者都积极地致力于M5纤维的研究.相信在不久的将来,随着对M5纤维研究的进一步深入,作为新一代的有机高性能纤维—M5纤维必将得更加广泛的应用.
阻燃纤维是什么呢?阻燃纤维是一种可以防止燃烧的纤维材料，这种纤维材料具有非常好的阻燃作用，可以用来制作防火材料。阻燃纤维，具有非常好的隔热性，而且还可以防静电，既可以防火也可以放电，是一种可以起到全方位保护作用的绝缘绝火纤维材料。阻燃纤维有哪些特性呢?主要纤维是一种可以起到永久防火的作用的，下面小编就来为大家详细的介绍一下阻燃纤维的特性。
一、简介
阻燃纤维是在国家“863”计划研究成果基础上开发的一种具有阻燃抗熔滴性能的高技术纤维新材料。该产品采用新一代纤维阻燃技术——溶胶凝胶技术，使无机高分子阻燃剂在粘胶纤维有机大分子中以纳米状态或以互穿网络状态存在，既保证了纤维优良的物理性能，又实现了低烟、无毒、无异味、不熔融滴落等特性。该纤维及纺织品同时具有阻燃、隔热和抗熔滴的效果，其应用性能、安全性能和附加值大大提高，可广泛应用于民用、工业以及军事等领域。
二、阻燃纤维特性
1、安全性好。纤维遇火时不熔融，低烟不释放毒气。
2、永久性的阻燃作用。洗涤和摩擦等不会影响阻燃性能。
3、环保性。以天然纤维素纤维为载体，废弃物可自然降解，符合环保要求。
4、优良的永久性阻燃防火性能。在防止火焰蔓延、烟雾释放，抗熔融，耐用性上有良好表现。
5、良好的隔热性及防静电性能。提供全方位的热保护。
6、具有天然纤维特性。织物具有天然纤维所具有的吸放湿性能，织物具有手感柔软、舒适、透气、染色鲜艳等特点。
以上就是阻燃纤维的特性介绍，大家现在了解什么是阻燃纤维了吗?阻燃纤维的安全性是很好的，这种纤维遇盗火的时候一般不会燃烧，而且燃烧了也不会释放毒气。阻燃纤维，可以起到一个非常良好的阻燃作用，而且是非常环保的，是目前用来制作防火材料的最优材料。阻燃纤维也有非常好的隔热性，而且采用的是天然的纤维材料，现在大部分绝缘材料都采用阻燃纤维制作。
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主要物性及特性指标：1.干强：.湿强：≥.干伸：16%值：》28%附：本纤维可以和芳纶、阻燃腈纶等阻燃纤维及羊毛、尼龙等混纺。
“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。这是我为大家整理的纺织科技论文，仅供参考!纺织科技论文篇一 纺织计量发展浅析 摘 要：“衣食住行”，人类基本生活需要中，衣为先。纺织工业在人类生活、工业发展、科技进步中有着举足轻重的作用。而纺织计量工作对纺织工业又有着重要影响，监测质量、指导生产、改进工艺。所以，纺织计量的发展，足以影响和推动纺织行业的发展，显现出纺织计量在整个纺织行业的重要性。但是，随着整个纺织行业的曲折发展，纺织计量工作也几经起伏。2012年5月9日至11日，纺织计量技术委员会在湖南张家界市召开了《电子单纱强力机(仪)校准规范》等12项纺织计量校准规范审稿会，会议审定了《电子单纱强力仪(机)校准规范》等12项纺织计量校准规范。这是继2009年宁波会议后第二次组织的纺织计量校准规范审稿会，标志着纺织计量工作进入循序渐进、有效发展阶段。 关键词：纺织工业;纺织计量;检定/校准;校准规范;标准器 中图分类号：X791 文献标识码：A 1 纺织计量概述 JJF《通用计量术语及定义》中，“计量”(metrology)词条，定义为实现单位统一和量值准确可靠的活动。它属于测量，源于测量，而又严于一般测量，它涉及整个测量领域，并按法律规定，对测量起着指导、监督、保证的作用。计量与 其它 测量一样，是人们理论联系实际，认识自然、改造自然的 方法 和手段，它是科技、经济和社会发展中必不可少的一项重要的应用。然而，计量与测试是含义完全不同的两个概念。测试是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合。它具有探索、分析、研究和试验的特征.计量是技术和管理的结合体，凡是以实现计量单位统一和测量准确可靠为目的的科学、法制、管理等活动都属于计量的范畴。 随着市场经济的发展，计量校准正逐渐被国内更多的用户所接受。校准在国内计量技术机构开展的计量活动中的比重正在逐步加大，已经作为一种新型的计量活动与检定相提并论。纺织计量是工程计量(也称工业计量)的一部分，是计量科学在纺织行业中的应用。主要体现在纺织专用仪器的制造、使用、管理、量值溯源、量值传递、检定/校准等方面。纺织计量的主要内容有：检定规程/校准规范的制修订，纺织计量标准器的确定，周期检定/校准等活动，目前，纺专仪器的溯源方式也主要由检定转变为校准。正确开展检定和校准活动，利用检定和校准结果，最终实现量值统一，为纺织行业提供技术支撑，进而保证纺织工业的健康发展。 2 纺织行业及纺织计量的发展 在我国，纺织工业的发展，是随着纺织服装业的主管部门——中华人民共和国纺织工业部的变迁而发展变化的。1949年10月设立中央人民政府纺织工业部，新中国纺织业开始发展，建国初期，物资匮乏，尤其关乎民生穿衣的纺织品，国家大力支持纺织业，全国范围内兴建纺织厂。1954年9月成为中华人民共和国纺织工业部，纺织业大规模发展，全国上下，力争上游，攻坚克难，一批批大规模纺织企业出现，技术人员全国交流，相互支援，此后的三十余年，纺织业曾一度辉煌。1998年3月，纺织工业部改为国家纺织工业局。2001年2月国家纺织工业局撤销，中国纺织工业协会成立，计划经济年代传统纺织业逐步退出发展潮流，尤其曾经繁荣几十年的国有大型纺织企业，纷纷破产、倒闭、改制。新兴纺织服装行业开始走上历史舞台，曾经的小作坊，雅戈尔、劲霸、利郎等著名品牌开始主导服装潮流。 同样，作为纺织服装产业的重要技术支撑——纺织计量工作，也随着纺织工业趋势而起伏。1984年我国计量法公布实施以后，在原纺织部主持下，立即组织了纺织专用仪器计量检定规程的制订。1985年4月批准并于1985年10月施行了十九种纺织专用仪器计量检定规程之后，到1995年10月1日止的十年期间，先后共七批发布了66个纺织仪器和标准器的部门计量检定规程。基本覆盖当时纺织工业的所有检测仪器和设备，最重要的是，从检定规程的制定，到发布实施，到标准器的统一，全国联动，政府、行业、部门、企业高度重视，从纺织部到各省的计量站，再到纺织企业计量部门，认真学习，广泛交流，严格执行纺织计量检定规程及相关计量条例，纺织计量的发展达到辉煌。 2001年，国家纺织工业局撤销，此后两年时间内，全国各省纺织工业厅也陆续撤销，加之国家经济体制的改革，计划经济逐步转为市场经济，纺织服装亦不是紧缺产品，传统纺织业开始下滑，甚至倒闭。纺织计量工作也曾一度低靡，2001至2010十年间，基本没有什么发展，甚至许多省份，纺织计量技术部门也遭遇尴尬局面。2006年，根据计量管理要求，纺专仪器的计量要求也由检定改为校准，检定规程取消，由校准规范代替，纺专仪器计量校准规范也随之老化，缺失。 直到2009年，中国纺织工业协会科技发展部于11月30日-12月1日在浙江宁波召开了2009年全国纺织计量校准规范工作会议。来自全国各级纺织计量机构、纺织仪器企业等27家单位38名代表参加会议。会议回顾了纺织计量工作的历史，分析了目前纺织计量工作面临的问题，对进一步开展纺织计量工作达成了几点意见：要抓紧纺织计量校准规范的制修订工作，争取3-5年解决规范老化、缺失问题;尽快组建完善纺织计量技术委员会，全面启动纺织计量工作;大力宣贯纺织计量校准规范，培养纺织计量人才;尽快制定《纺织计量校准规范制修订暂行管理办法》，建立有效工作机制;摸清计量校准规范、计量机构及仪器企业现状，充分发挥各级计量机构和仪器企业等各方面的作用，努力开拓计量工作新局面。 3 纺织计量目前存在的问题 校准规范的老化、缺失问题函待提高完善，目前纺织专用仪器已达100余种，而新的校准规范仅定稿24部，发布实施12部。纺织计量主管部门-纺织计量技术委员会仍有大量工作，政府、企业支持力度不够。 纺织计量标准器需要统一、规范，仪器生产厂家技术参数需要保持一致，同时，进口纺专仪器计量性能要有据可依。 纺专仪器新品种，新产品逐步出现，比如棉纤维气流仪，渗水仪，电热鼓风干燥烘箱，织物透湿量仪，织物透气量仪等仪器的计量校准工作，也需有规程可依，或参照现有同类校准规范，或制订对应规范。 纺织计量技术机构、人员、能力建设等方面薄弱，缺乏监管职能，政府计量管理部门及法定计量技术机构对纺织专项计量工作不够重视，支持力度较弱。 4 关于纺织计量的几点建议 部门重视：纺织计量技术委员会是纺织计量的主管部门，依托国家纺织计量站，应更加高度重视纺织计量工作，在校准规范的完善、信息搜集整理、技术指导、组织交流学习及标准器配置上统一指导协调，并组织制定有关纺织专用计量技术法规，承办有关计量监督管理工作。各省市纺织计量技术机构应积极配合，积极参与。 政府督导：国家质检总局及地方计量行政部门在政策上加大纺织计量工作的政策扶持及纺织专用仪器的日常管理，可考虑将纺织计量纳入地方行政计量管理层面，比如力值、温度、长度、质量等指标。明确纺织计量技术机构的职能和责任，提高对纺织计量工作的重视。 企业支持：纺织计量工作，任重道远，不仅需要部门的重视，还需要整个行业，尤其企业的大力支持，包括仪器厂商和纤维纺织服装企业的配合和支持。 根据全国纺织纤维检验机构状况，31个省、市、自治区、直辖市，除西藏、海南外，各地都有纤维、纺织检验机构。纺织计量应与纤维计量部门有效结合，形成合力，监督管理与技术服务相结合，优势互补，开拓进取，快速发展。强化全国纺织纤维计量机构的信息沟通，促进互相交流，为推动纺织计量工作的发展、纺织检测能力的提高、振兴纺织工业服务。 参考文献 [1]郭明.纺织工业计量与企业节能降耗[J].工业计量，2007(3). [2]纺织工业中新的计量单位系统“SL系统”[J].麻纺织技术，1980(1). 纺织科技论文篇二 阻燃纺织品 摘要： 本文通过阐述纺织品的阻燃机理，介绍了几种阻燃纺织品的加工方法，现阶段常用的评判、测试方法以及阻燃纺织品的发展趋势。 关键词：阻燃纺织品;阻燃机理;加工方法;燃烧性能测试 引言 随着现代化科学技术的发展、纺织工业的进步，纺织品种类不断增多，其应用范围不断扩展延伸到人们生产、生活的各个方面。但纺织品材料一般都易燃或可燃，容易引发火灾事故。据统计，世界上约20%以上的火灾事故都是由纺织品燃烧引起或扩大的，尤其是住宅失火。因此，纺织品的阻燃功能对消除火灾隐患，延缓火势蔓延，降低人民生命财产损失都极为重要。近年来，各国纷纷开展纺织品阻燃技术方面的研究，并制定了相应的纺织品燃烧性能测试方法、阻燃制品标准和应用法规等。 1 纺织品的阻燃机理 所谓“阻燃”，并非阻燃整理后的纺织品在接触火源时不会燃烧，而是使织物在火中尽可能降低其可燃性，减缓蔓延速度，不形成大面积燃烧，离开火焰后，能很快自熄，不再续燃或阴燃[1-3]。 纤维材料的燃烧与阻燃原理 合成纤维的燃烧是材料和高温热源接触，吸收热量后发生热解反应，热解反应生成易燃气体，易燃气体在氧存在的条件下，发生燃烧，燃烧产生的热量被纤维吸收后，又促进了纤维继续热解和进一步燃烧，形成一个循环。对此人们提出了阻燃的基本原理：减少(或者基本没有)热分解气体的生成，阻碍气相燃烧的基本反应，吸收燃烧区域的热量，稀释和隔离空气等。 阻燃剂的阻燃机理 纤维用阻燃剂有：铝镁氢氧化物、含硼化合物、卤硼化合物、卤系阻燃剂、磷系阻燃剂等。不同阻燃剂的阻燃机理有很大的区别。概括起来主要有以下几种。 覆盖机理 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下可在聚合物表面形成一层玻璃状或稳定泡沫覆盖层以隔热、隔绝空气，起到阻止热传递、减少可燃性气体释放和隔绝氧的作用从而达到阻燃目的。阻燃剂形成隔离膜的方式有两种，一是阻燃剂降解产物促进纤维表面脱水炭化，进而形成结构更趋稳定的交联状固体物质或炭化层，炭化层能阻止聚合物进一步热裂解，还能阻止其内部的热分解产物进入气相参与燃烧过程。含磷阻燃剂对含氧聚合物的阻燃作用即是通过此种方式实现的。二是阻燃剂在燃烧温度下分解成不挥发的玻璃状物质包覆在聚合物表面起隔离膜的作用，硼系和卤化磷类阻燃剂具有类似特征。 不燃性气体窒息机理 阻燃剂受热分解出现不燃性气体，将纤维燃烧分解出来的可燃性气体浓度冲淡到能产生火焰浓度以下，同时稀释燃烧区内的氧浓度，阻止燃烧继续进行，又由于气体的生成和热对流带走了一部分热，从而达到阻燃作用[4-5]。 吸热机理 任何燃烧在短时间所放出的热量有限，如果能在短时间内吸收火源所放出的部分热量，火焰温度就会降低，辐射到燃烧表面和作用于自由基的热量就会减少，燃烧反应受到抑制。 高温条件下，阻燃剂发生吸热脱水、相变、分解或其他吸热反应，降低纤维表面及燃烧区域的温度，降低可燃物表面温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延，最终破坏维持聚合物燃烧的条件，达到阻燃目的。如铝、镁及硼等无机阻燃剂，充分发挥其结合水蒸气时大量吸热的特性，提高自身的阻燃能力。 自由基控制机理 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧的是自由基。阻燃剂在气相燃烧区捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。如含卤阻燃剂的蒸发温度和聚合物分解温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂也同时挥发出来，此时含卤阻燃剂与热分解产物同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止[6-7]。 催化脱水机理 阻燃剂在高温下生成具有脱水能力的羧酸、酸酐等，与纤维基体反应促进脱水炭化，减少可燃性气体的生成。 2 阻燃纺织品的加工方法 研究织物的阻燃技术是指通过物理或化学的方法赋予织物一定的阻燃性能，降低材料的可燃性，减慢火焰蔓延速度，其实质是破坏织物中纤维的燃烧过程。近年来，世界各国主要从以下两个方面来开展对织物阻燃技术的研究：一是生产阻燃纤维;二是对织物进行阻燃整理[8-9]。 阻燃纤维的制造 纤维阻燃的途径是阻止或减少纤维热分解，隔绝或稀释氧气，快速降温使其终止燃烧。为实现上述目的，一般是将有阻燃功能的阻燃剂通过聚合物聚合、共混、共聚、复合纺丝、接枝改性等加入到化纤中或用后整理方法将阻燃剂涂在纤维表面或渗入纤维内部。在实际应用中，往往采用多种阻燃剂，以两种以上方式协同效应达到阻燃效果。 共聚法 现行的阻燃腈纶和涤纶大多数采用共聚方法生产，其技术已较成熟。由于阻燃元素结合在成纤高分子链上，因此阻燃性能持久，对纤维的其他性能影响较小，采用这种方法生产的阻燃腈纶通常称为改性腈纶。 共混法 共混法技术具有生产简便、品种更换灵活等特点，因此是阻燃纤维开发的重要技术路线，几乎所有阻燃化学纤维均可采用这种方法制备。 接枝法 主要用于制备阻燃涤纶或混纺织物，其方法有化学法、辐射法和等离子体法，接枝体都为具有不饱和双键的化合物。接枝法技术使用灵活，既可用于纤维也可用于织物的阻燃，但因成本高、设备较复杂而还没有工业化。 皮芯复合纺丝法 以共混或共聚阻燃高聚物为芯、普通高聚物为皮，通过复合纺丝制成的阻燃复合纤维可避免阻燃纤维变色和耐光性差的问题，提高阻燃性能的稳定性和染色性能，但加工设备要求高。 本质阻燃纤维 按性能分类，阻燃纤维可分为阻燃常规改性纤维和阻燃高性能纤维，阻燃常规改性纤维以阻燃涤纶和腈纶产量最大，由于航空航天等尖端高技术和军事工业发展的需要，阻燃高性能纤维得到越来越广泛的应用。阻燃高性能纤维主要包括芳香族聚酰胺Nomex和Kevlar，聚酰亚胺如法国的Kermal，聚砜酰胺，聚芳酣，聚酚醛树脂，聚四氟乙烯，以及陶瓷、玻璃等纤维。 织物的阻燃整理 织物的阻燃整理是通过吸附沉积、化学键合、粘合作用使阻燃剂覆在织物上。当遇到火种时发生物理和化学反应，从而达到阻燃效果。 喷涂 适宜于不需洗涤织物或洗涤次数极少的装饰织物和建筑用织物，如地毯、墙布等。喷涂加工后一般不经水洗等后处理，对阻燃剂的选择要求不高，工艺简单，操作简便。 浸轧和浸渍 适宜于加工睡衣、床上用品和家具用品等，也可加工外衣。要求阻燃剂的耐洗牢度优良。可结合其他特种功能――浴浸轧型整理，也可分步加工。此种加工方式工艺复杂，适用范围广，成本较喷涂高。 涂层 适宜于加工劳动保护服，以及装饰织物。对阻燃剂的选择要求较高，要求阻燃性和耐热性好。在加工过程中，一般与其他特种功能涂层同时进行。 3 阻燃织物的测试 GB/T17591―2006《阻燃织物》标准规定了阻燃织物的产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、包装和标志，适用于装饰用、交通工具内饰用、阻燃防护服用的机织物和针织物。 评判标准 评判织物的阻燃性能通常采用两种标准：一是从织物的燃烧速度来进行评判，即经过阻燃整理的面料按规定的方法与火焰接触一定的时间，然后移去火焰，测定面料继续有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间，以及面料被损毁的程度。有焰燃烧的时间和无焰燃烧的时间越短，被损毁的程度越低，则面料的阻燃性能越好;反之，则表示面料的阻燃性能不佳。 另一种是通过测定样品的极限氧指数来进行评判。面料燃烧都需要氧气，氧指数LOI是样品燃烧所需氧气量的表示，故通过测定氧指数即可判定面料的阻燃性能。氧指数越高则说明维持燃烧所需要的氧气浓度越高，即表示越难燃烧。该指数可用样品在氮、氧混合气体中保持燃烧所需氧气的最小体积百分数来表示。从理论上讲，纺织材料的氧指数只要大于21%，其在空气中就有自熄性。根据氧指数的大小，通常将纺织品分为(LOI<20%)、可燃(LOI=20%～26%)、难燃(LOI=26%～34%)和不燃(LOI>35%)4个等级。事实上，几乎所有常规纺织材料都属易燃或可燃的范围。 测试方法 燃烧试验方法主要用来测试试样的损毁长度、面积，续燃时间和阴燃时间，火焰蔓延速率等指标。 根据试样与火焰的相对位置，可分为垂直法、倾斜法和水平法。国际上对纺织材料的燃烧性能测试方法的标准化已经相当全面和完善，包括ISO、ASTM、BS、JIS在内的国际和国外先进标准都各自有10余项相关的测试方法标准，如：GB/T5454―1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》、GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》、GB/T5456―2009《纺织品燃烧性能试验垂直方向火焰蔓延性能的测定》，GB14645《纺织织物 燃烧性能 45°方向损毁面积和接焰次数测定》，FZ/T01028《纺织织物 燃烧性能测定 水平法》等。 中国目前对于服装阻燃性能的测试主要采用GB/T5455―1997《纺织品燃烧性能试验垂直法》。其原理是将一定尺寸的试样垂直于规定的燃烧试验箱中，用规定的火焰点燃12 s除去火源后，测定试样的续燃时间和阴燃时间，阴燃停止后，按规定的方法测出损毁长度。 4 阻燃纺织品的发展趋势 随着纺织技术的快速发展，我国的阻燃纺织品近年来也获得了长足的进步，并呈现出不同的发展趋势。 功能复合化 阻燃功能纺织品除早期的阻燃防热辐射、阻燃抗静电以外，近年来根据纺织品面料应用场所不同提出了新的要求，如日本专利报道的用于浴室等潮湿环境下的窗帘、帷幕等，除阻燃外，还要求防霉和拒水;用于服用、沙发和床单等面料要求阻燃外还需具有卫生保健功能。在军事领域，作战服和军事装备的伪装材料不仅要求具有阻燃性，还要求具有防伪功能。在我国，阻燃抗静电纺织品研究较成熟，对阻燃拒水和拒油产品也有研究，具有卫生保健功能的纺织品开发值得关注。 绿色环保化 阻燃纤维的绿色化，是指减少生产过程对环境和操作人员的毒害作用，防止纤维对穿用人产生不良影响，火灾发生时，不会产生“二次毒害”。这是因为，阻燃纤维所用阻燃剂一般含有卤、磷、硫等元素，大都具有较大的毒性，在阻燃剂合成和纤维生产过程中会对操作人员产生一定的毒害作用，其“三废”的排放会带来较严重的环境污染。从环境保护、人类安全和阻燃效率的角度出发开发无卤、高效、低烟、低毒的环境友好型阻燃纺织品是未来的发展趋势。有机硅系阻燃剂作为典型的无卤阻燃剂，具有高效、无毒、低烟、无污染的特点，并具有改善分散性和加工性能的特点。 高技术化 高技术纤维是随着高新产业的发展需要而开发出来的一系列具有高性能、高功能的纤维。高技术纤维在生产工艺中应用发展了一系列新技术，如静电纺丝、凝胶纺丝、膜裂纺丝、液晶纺丝、离心纺丝等，给合成纤维工业带来新的生命。高技术耐高温阻燃纤维是其中的一个重要分支，高技术型阻燃纤维由于自身独特的化学结构，无须添加阻燃剂或进行改性，本身就具有耐高温阻燃的特性。如聚丙烯腈预氧化纤维(OPANF)、聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚间苯二甲酞二胺(MPIA)纤维、三聚氰胺缩甲醛纤维(MF)等。 舒适型阻燃纤维 在高温、强热辐射及有明火的环境中，作业人员必须穿着阻燃防护服或热防护服。在上述条件下，人的热负荷过高，难以长时间坚持正常的工作效能。因此对于阻燃纺织品而言，必须兼顾纺织品的舒适性。对于阻燃纤维而言则应兼顾阻燃性能、可纺性能和热湿舒适性能。 参考文献： [1]邱发贵.阻燃纺织品加工方法及发展趋势[J].高科技纤维与应用，2007，32(5)：34-36、44. [2]周向东.国内外用于纺织品阻燃剂的发展动态[J].阴燃助剂，2008，25(9)：6-9. [3]LEWIN novel system for flame retarding polyamides[C].Recent advances in flame retardancy of polymeric materials Norwalk，CT：Business Comnunications Co.,2001,12：84-96. [4]方志勇.我国纺织品阻燃现状及发展趋势[J].染料与染色，2005，42(5)：46-48. [5]刘立华.环保型无机阻燃剂的应用现状及发展前景[J].化工科技市场，2005(7)：8-10. [6]眭伟民.阻燃纤维及织物[M].北京：纺织工业出版社，1990. [7]蔡永源.高分子材料阻燃技术手册[M].北京：北京化学工业出版社,1993. [8]位丽.国内外阻燃家用纺织品的要求及发展方向[J].纺织科技进步，2009(5)：25-26、62. [9]于学成.谈织物的阻燃整理[J].丹东师专学报，2003，(6)：140-141. (作者单位：浙江省纺织测试研究院)