第4章合成纤维
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高分子材料
第四章 合成纤维
概述
锦纶、涤纶、腈纶三 大合成纤维,其产量 占到合成纤维总产量 的90%
通用合成纤维
合成纤维
高性(功)能合 成纤维
聚酯纤维 PET(涤纶)、PBT纤维等 聚酰胺纤维(锦纶) PA6、PA66等 聚丙烯腈纤维(腈纶) 聚丙烯纤维(丙纶) 聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶)
聚芳酰胺纤维(芳纶) 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维 高弹性纤维(氨纶) 芳杂环聚合物纤维
聚酰胺66(PA66)
相对分子量控制在20000~30000; 纺丝温度控制在280~290℃(PA6熔点为255~265℃)。
H [NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO] nOH
4.1.2 聚酯纤维
O
O
C
C O CH2CH2 O n
主要包括:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁 二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等纤维。
目前芳纶1313已在烟台实现了国产化,产量达到世界第二, 仅次于美国。
国产芳纶的价格,白的18万元/吨左右,带色的30万元/吨。
芳纶1313白短切纤维
芳纶1313纺前着色短纤维
芳纶纱
芳纶1414的应用
航空、航天领域:发动机壳体及零部件; 防弹领域:头盔、背心、运钞车等; 建筑领域:替代钢筋纤维(芳纶辫绳的强度通常是钢 筋的5倍,而密度只有它的1/5); 轮胎帘子线:与常规轮胎相比,采用芳纶帘子线的轮 胎质量可减轻3kg,而价格只高10%; 各种高压气罐; 高速列车的天花板和内部隔板。
出现了很多PA品种,其中最重的发现是DuPont公司1962 年发现的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(Nomex),到 1966年,发现聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(Kevlar) 。
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
在国内分别称为芳纶1313和芳纶1414
O
O
C 1 3 C NH
NH n
O
O
C1
4 C NH
NH n
4.3.6 光导纤维
1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家 学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简 单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯 从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人 们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水 流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的 水俘获了。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。 实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只 不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多 次全反射向前传播。
内旋位能相当高,呈线性 刚性伸直链结构,分子排 列规整,结晶和取向极高
但苯环含量高,耐热性能远 大于脂肪族纤维
溶致液晶聚合物,纤维的 强度和模量相当高
芳香族聚酰胺纤维的加工
在芳香族聚酰胺纤维的研究中发现,不仅其熔点高于热分解温度, 而且在常规有机溶剂中很难溶解,因此用普通的纺丝方法(熔体、 溶液)无法制得纤维。
4.3.5 导电纤维
金属类 导电纤维
碳纤维 金属化合物与成纤 聚合物复合导电纤维
聚合物/炭黑 复合纤维 导电聚合物纤维
铜、铝、不锈钢纤维,细丝难以加工;
径向强度低;
铜、银、镍、铬的硫化物和碘化物;
1960,日本帝人;1975,美国杜邦; 产量最大导电纤维品种; PA、PU、PET、PAN等。 1970,聚乙炔、聚苯胺等,直接纺丝或 后处理法。
分子量在150万至800万之间,是普通纤维的数十倍; 强度达到2.2~3.5GPa,而芳纶1414强度为2.15~2.58GPa; 具有很好的耐疲劳性和耐磨擦性; 耐冲击性能强于芳纶、碳纤维、聚酯,仅小于尼龙;在高 强纤维中,它是最高的; 耐光性是所有纤维中最好的; 优良的耐化学腐蚀性:经强酸、强碱2000h浸泡,高强PE 的强度能保持在90%以上,而芳纶只有原来的20%; 热性能:熔点144℃。
导电纤维的应用
在纤维中混入0.05%~5%的导电纤维,可解决织物的带静电问题, 导电纤维具有优异的远高于抗静电纤维的消除和防止静电的性能; 由导电纤维制成的导电织物具有导电、电热及屏蔽和吸收电磁波的功 能,可用来制成导电工作服;或制造电热毯、电热服、睡袋及电热绷带 等面状发热体; 利用导电纤维对电磁波的屏蔽特性,可用作精密电子元件、电子仪器、 高频焊接机等电磁波屏蔽罩,或航空和航天部门的电磁波屏蔽材料。
液晶纺丝:1966年杜邦公司 对位芳纶可溶解在浓硫酸中,达到临界浓度时,形成高分子液
晶溶液,粘度会减小,通过干喷湿纺液晶纺丝技术纺出的纤维强度 非常高。
具有向列型液晶结构的纺丝原液通过喷丝孔时,在剪切力和伸长 流动下,全体向列型液晶微区沿纤维轴向取向; 在空气层中进一步伸长取向; 随后在低温凝固浴中冷冻凝固成形、分子取向结构被保留下来, 这样得到高强度高模量的纤维。
……
4.1 通用合成纤维
4.1.1 聚酰胺(PA) PA (nylon):分子链含有酰胺基团的聚合物;
O C NH
由二元胺和二元酸缩聚而成,也可由ω-氨基酸或内酰胺自聚而成。
PA的品种:
PA4、PA6、PA66、PA610、PA7、PA10、PA1010、PA612、PA9、 PA10、PA6T、PA9T等。
PET纤维
直径0.5mm, 由数百个单丝组成
单丝
直径25um, 由原纤组成
原纤
直径10nm,由直径为 10nm的片晶堆砌而成,片 晶间由无定形区域连接
在拉伸过程中,堆砌的片晶沿纤维轴方向取向,而 在松弛过程中,堆砌的片晶发生扭曲
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维
O
O
C
C O CH2 4 O n
与PET相比,PBT柔性链节更长一些,Tg(29℃)和
4.3 功能合成纤维
功能纤维是时代的产物:
社会的发展和生产技术的积累是保证; 人们对美好和舒适生活空间的追求是动力; 希望纤维材料接近自然.赋予真丝般柔软感和纤细感,光泽优
雅,并赋予防水透湿、亲水、防静电、抗紫外、抗菌、远红外、 可生物降解等功能。
纤维材料的功能取决于:
聚合物的化学结构和基团组成的特异性; 高分子聚集态的物理形态特异性; 纤维的成型技术(采用异型截面、中空、复合等纺丝工艺)。
4.3.1 高弹性纤维
氨纶(聚氨酯纤维)
分子链上由软链段和硬链段两部分组成; 其中软链段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚组成,Tg:-70℃~-50℃ ,常温下
为高弹态;
硬链段由结晶性的芳香族二异氰酸酯等组成,在应力作用下不变形; 低熔点、无定形的软链段作为母体,高熔点、结晶的硬链段嵌在其中; 氨纶具有500%~800%的伸长,回复性也非常出众。
莱卡:美国杜邦公司(1959年),聚氨酯溶液-干法纺丝 (与橡胶相比,弹性更长更持久,而且重量轻1/3 ) 。
4 第一代氯纶:无规立构,Tg75 ℃ ,分子量6~10万,具有耐腐蚀
性好、抗静电和保暖功效;
第二代氯纶:高间规度,低温聚合产物,Tg100 ℃ ,溶液纺丝。
芳纶1313耐高温性好,不会熔融;芳纶1414 强度高、
模量高又耐高温。
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
结构与性能的差异
芳纶1313
分子结构中酰胺键与 苯环间位连接
间位苯环 的共价键内旋转 位能低,可旋转角度大
大分子是柔性链结构,在力学 性能上接近普通的柔性链纤维
芳纶1414纤维
对位连接的苯酰胺,酰胺 键与苯环形成共轭结构
介于PBT和PET之间;
能经受γ射线消毒,开发功能性织物。
4.1.3 腈纶
腈纶是由聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的共聚物经溶液纺丝制成的
合成纤维。
聚合物原料的制备:
PAN均聚物:AN的自由基聚合; PAN共聚物:AN与MA或MAA等的自由基共聚。
PAN相对分子量:50000~80000; 腈纶蓬松柔软,被誉为“人造羊毛”; 分子中具有氰基,具有优良的耐晒性,用于制作户外用织物,如帐
LOI%>21%即为阻燃纤维
阻燃纤维
极限氧指数为:
氟纶:95 酚醛纤维:32~34 氯纶:35~37 芳纶:33~34 PBI:41 腈氯纶:26~31 维氯纶:30~33
无机阻燃剂:氢氧化铝(镁)、氧化锡等; 有机阻燃剂:磷酸三辛酯、磷酸丁乙醚酯、十溴二苯醚等。
4.3.4 医用合成纤维
应用
绳索类:由于聚乙烯强度高、模量高、密度小、耐腐蚀性好,因此 特别适合用作海洋航行用绳索。降落伞用绳,高强聚乙烯纤维也是首 选对象。 防弹材料:高强聚乙烯纤维优良的吸收冲击能量的本领、纤维的可 加工性及特别小的密度都使它在作防弹或防切割衣服方面具有其他纤 维无法比拟的优点。 用作复合材料的增强材料:优良的力学性能赋予它成为增强材料的 特性,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维 也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取 代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。
70年代初期,英国Leeds大学Ward教授首先用熔融纺丝法得到了中强PE 纤维; 1989年,美国Ce1anese及意大利的Snia两个公司利用分别推出了超高分 子量聚乙烯纤维; 荷兰DSM矿业公司发表凝胶纺丝法纺制超高强高模聚乙烯纤维的专利; 荷兰DSM公司、日本三井石油对其进行了产业化。
性能
医用合成纤维的要求:生物相容性(血液和组织)
生物可降解 性合成纤维
生物不可降 解合成纤维
主要为聚酯类纤维:聚羟基乙酸、聚乳 酸、聚己内酯、聚羟基丁(戊)酸酯 及其共聚物纤维。
PA锦纶、涤纶、腈纶、丙纶等。
可降解聚酯类纤维:医学可吸收缝线、自增强人造骨复
合材料等;
不可降解类纤维:
锦纶、涤纶、丙纶可用作非吸收性缝合线,涤纶和氟纶 用于制造人工血管,聚丙烯腈中空纤维用于人工肾,聚丙 烯中空纤维用于人工心脏。
Tm均会低一些,结晶速度较PET快10倍,有极好的伸长 弹性回复率,且柔软易染色;
特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑雪裤等
高弹性纺织品。
聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维
O
O
C
C O CH2 3 O n
1995年,Shell 公司研制成功,熔点230℃,Tg46℃; 其主要物理性能均优于PET,柔软性和伸长弹性回复率
PA与蚕丝(主要成分氨基酸,也含酰胺基)结构相似,特点是耐磨
性好,有吸水性;
CH2 C N CH2
PA是制作运动服和休闲服的好材料;
另外也用于轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网等。
OH H
O H O
CH2 N C CH2 H
聚酰胺6(PA6) 相对分子量控制在14000~20000; 纺丝温度控制在260~280℃(PA6熔点为215℃)。
氟纶(聚四氟乙烯纤维)
乳液纺丝 耐腐蚀、耐酸碱。
4.3.3 阻燃纤维
腈纶和丙纶等易燃(容易着火,燃烧速度快);
PA、PET、维伦等可燃(能发烟燃烧,但较难着火)。
极限氧指数:
纤维点燃后在氧-氮混合气中维持燃 烧所需的最低含氧量的体积分数。
LOI % O2 100% O2 N 2
4.1.5 维纶
维纶:聚乙烯醇缩甲醛纤维。
维纶的性能和微观近似蚕丝,可织造绸缎衣料,吸湿
性和耐日光性好,但弹性较差。
4.2 高性能合成纤维
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
Kevlar纤维的问世,代表着 合成纤维向高强度、高模量 和耐高温的高性能化方向达
到一个新的里程碑。
从1931年,Carothers发明PA66开始,直至60年代,
4.2.2 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
设想: 既然柔性聚酯、聚酰胺能够开发成高强高模纤维,那么聚丙烯腈、
聚乙烯醇、聚烯烃等常规纤维也能否开发成高强高模纤维?
近20多年来,各国科学家从理论和实践两个方面进行了大量、深入 细致的研究工作,终于促使超高强聚乙烯纤维、超高强聚乙烯醇纤 维、超高强聚丙烯脂纤维相继诞生,并开始了工业化生产。其中、 超高强高模聚乙烯纤维的发展尤为迅速。
涤纶
涤纶,俗称的确良,是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
经熔融纺丝制成的纤维;
相对分子量15000~22000;
PET纺丝温度275~295℃(PET熔点262 ℃ ,Tg80 ℃ );
涤纶是最挺括的纤维,易洗、快干、免烫;
但透气性、吸湿性较差(可通过化学接枝或离子表面处
理引入亲水基团)。
PET成纤的结构:
篷、窗帘、毛毯等;
以腈纶为原料还可以制造阻燃的PAN基氧化纤维和碳纤维。
4.1.4 丙纶
丙纶:等规PP聚丙烯经熔体纺丝而成。 相对分子量:10~30万(非极性分子,提高分子量来提高纤维强度);
分子量的增大导致熔体的粘度较大,纺丝温度比其熔点要高很多 ;
丙纶的吸湿性、染色性、耐热性均较差; 主要用途:制备编织袋和无纺布。
第四章 合成纤维
概述
锦纶、涤纶、腈纶三 大合成纤维,其产量 占到合成纤维总产量 的90%
通用合成纤维
合成纤维
高性(功)能合 成纤维
聚酯纤维 PET(涤纶)、PBT纤维等 聚酰胺纤维(锦纶) PA6、PA66等 聚丙烯腈纤维(腈纶) 聚丙烯纤维(丙纶) 聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶)
聚芳酰胺纤维(芳纶) 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维 高弹性纤维(氨纶) 芳杂环聚合物纤维
聚酰胺66(PA66)
相对分子量控制在20000~30000; 纺丝温度控制在280~290℃(PA6熔点为255~265℃)。
H [NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO] nOH
4.1.2 聚酯纤维
O
O
C
C O CH2CH2 O n
主要包括:聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁 二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)等纤维。
目前芳纶1313已在烟台实现了国产化,产量达到世界第二, 仅次于美国。
国产芳纶的价格,白的18万元/吨左右,带色的30万元/吨。
芳纶1313白短切纤维
芳纶1313纺前着色短纤维
芳纶纱
芳纶1414的应用
航空、航天领域:发动机壳体及零部件; 防弹领域:头盔、背心、运钞车等; 建筑领域:替代钢筋纤维(芳纶辫绳的强度通常是钢 筋的5倍,而密度只有它的1/5); 轮胎帘子线:与常规轮胎相比,采用芳纶帘子线的轮 胎质量可减轻3kg,而价格只高10%; 各种高压气罐; 高速列车的天花板和内部隔板。
出现了很多PA品种,其中最重的发现是DuPont公司1962 年发现的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(Nomex),到 1966年,发现聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(Kevlar) 。
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
在国内分别称为芳纶1313和芳纶1414
O
O
C 1 3 C NH
NH n
O
O
C1
4 C NH
NH n
4.3.6 光导纤维
1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家 学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简 单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯 从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人 们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水 流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的 水俘获了。表面上看,光好像在水流中弯曲前进。 实际上,在弯曲的水流里,光仍沿直线传播,只 不过在内表面上发生了多次全反射,光线经过多 次全反射向前传播。
内旋位能相当高,呈线性 刚性伸直链结构,分子排 列规整,结晶和取向极高
但苯环含量高,耐热性能远 大于脂肪族纤维
溶致液晶聚合物,纤维的 强度和模量相当高
芳香族聚酰胺纤维的加工
在芳香族聚酰胺纤维的研究中发现,不仅其熔点高于热分解温度, 而且在常规有机溶剂中很难溶解,因此用普通的纺丝方法(熔体、 溶液)无法制得纤维。
4.3.5 导电纤维
金属类 导电纤维
碳纤维 金属化合物与成纤 聚合物复合导电纤维
聚合物/炭黑 复合纤维 导电聚合物纤维
铜、铝、不锈钢纤维,细丝难以加工;
径向强度低;
铜、银、镍、铬的硫化物和碘化物;
1960,日本帝人;1975,美国杜邦; 产量最大导电纤维品种; PA、PU、PET、PAN等。 1970,聚乙炔、聚苯胺等,直接纺丝或 后处理法。
分子量在150万至800万之间,是普通纤维的数十倍; 强度达到2.2~3.5GPa,而芳纶1414强度为2.15~2.58GPa; 具有很好的耐疲劳性和耐磨擦性; 耐冲击性能强于芳纶、碳纤维、聚酯,仅小于尼龙;在高 强纤维中,它是最高的; 耐光性是所有纤维中最好的; 优良的耐化学腐蚀性:经强酸、强碱2000h浸泡,高强PE 的强度能保持在90%以上,而芳纶只有原来的20%; 热性能:熔点144℃。
导电纤维的应用
在纤维中混入0.05%~5%的导电纤维,可解决织物的带静电问题, 导电纤维具有优异的远高于抗静电纤维的消除和防止静电的性能; 由导电纤维制成的导电织物具有导电、电热及屏蔽和吸收电磁波的功 能,可用来制成导电工作服;或制造电热毯、电热服、睡袋及电热绷带 等面状发热体; 利用导电纤维对电磁波的屏蔽特性,可用作精密电子元件、电子仪器、 高频焊接机等电磁波屏蔽罩,或航空和航天部门的电磁波屏蔽材料。
液晶纺丝:1966年杜邦公司 对位芳纶可溶解在浓硫酸中,达到临界浓度时,形成高分子液
晶溶液,粘度会减小,通过干喷湿纺液晶纺丝技术纺出的纤维强度 非常高。
具有向列型液晶结构的纺丝原液通过喷丝孔时,在剪切力和伸长 流动下,全体向列型液晶微区沿纤维轴向取向; 在空气层中进一步伸长取向; 随后在低温凝固浴中冷冻凝固成形、分子取向结构被保留下来, 这样得到高强度高模量的纤维。
……
4.1 通用合成纤维
4.1.1 聚酰胺(PA) PA (nylon):分子链含有酰胺基团的聚合物;
O C NH
由二元胺和二元酸缩聚而成,也可由ω-氨基酸或内酰胺自聚而成。
PA的品种:
PA4、PA6、PA66、PA610、PA7、PA10、PA1010、PA612、PA9、 PA10、PA6T、PA9T等。
PET纤维
直径0.5mm, 由数百个单丝组成
单丝
直径25um, 由原纤组成
原纤
直径10nm,由直径为 10nm的片晶堆砌而成,片 晶间由无定形区域连接
在拉伸过程中,堆砌的片晶沿纤维轴方向取向,而 在松弛过程中,堆砌的片晶发生扭曲
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维
O
O
C
C O CH2 4 O n
与PET相比,PBT柔性链节更长一些,Tg(29℃)和
4.3 功能合成纤维
功能纤维是时代的产物:
社会的发展和生产技术的积累是保证; 人们对美好和舒适生活空间的追求是动力; 希望纤维材料接近自然.赋予真丝般柔软感和纤细感,光泽优
雅,并赋予防水透湿、亲水、防静电、抗紫外、抗菌、远红外、 可生物降解等功能。
纤维材料的功能取决于:
聚合物的化学结构和基团组成的特异性; 高分子聚集态的物理形态特异性; 纤维的成型技术(采用异型截面、中空、复合等纺丝工艺)。
4.3.1 高弹性纤维
氨纶(聚氨酯纤维)
分子链上由软链段和硬链段两部分组成; 其中软链段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚组成,Tg:-70℃~-50℃ ,常温下
为高弹态;
硬链段由结晶性的芳香族二异氰酸酯等组成,在应力作用下不变形; 低熔点、无定形的软链段作为母体,高熔点、结晶的硬链段嵌在其中; 氨纶具有500%~800%的伸长,回复性也非常出众。
莱卡:美国杜邦公司(1959年),聚氨酯溶液-干法纺丝 (与橡胶相比,弹性更长更持久,而且重量轻1/3 ) 。
4 第一代氯纶:无规立构,Tg75 ℃ ,分子量6~10万,具有耐腐蚀
性好、抗静电和保暖功效;
第二代氯纶:高间规度,低温聚合产物,Tg100 ℃ ,溶液纺丝。
芳纶1313耐高温性好,不会熔融;芳纶1414 强度高、
模量高又耐高温。
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
结构与性能的差异
芳纶1313
分子结构中酰胺键与 苯环间位连接
间位苯环 的共价键内旋转 位能低,可旋转角度大
大分子是柔性链结构,在力学 性能上接近普通的柔性链纤维
芳纶1414纤维
对位连接的苯酰胺,酰胺 键与苯环形成共轭结构
介于PBT和PET之间;
能经受γ射线消毒,开发功能性织物。
4.1.3 腈纶
腈纶是由聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的共聚物经溶液纺丝制成的
合成纤维。
聚合物原料的制备:
PAN均聚物:AN的自由基聚合; PAN共聚物:AN与MA或MAA等的自由基共聚。
PAN相对分子量:50000~80000; 腈纶蓬松柔软,被誉为“人造羊毛”; 分子中具有氰基,具有优良的耐晒性,用于制作户外用织物,如帐
LOI%>21%即为阻燃纤维
阻燃纤维
极限氧指数为:
氟纶:95 酚醛纤维:32~34 氯纶:35~37 芳纶:33~34 PBI:41 腈氯纶:26~31 维氯纶:30~33
无机阻燃剂:氢氧化铝(镁)、氧化锡等; 有机阻燃剂:磷酸三辛酯、磷酸丁乙醚酯、十溴二苯醚等。
4.3.4 医用合成纤维
应用
绳索类:由于聚乙烯强度高、模量高、密度小、耐腐蚀性好,因此 特别适合用作海洋航行用绳索。降落伞用绳,高强聚乙烯纤维也是首 选对象。 防弹材料:高强聚乙烯纤维优良的吸收冲击能量的本领、纤维的可 加工性及特别小的密度都使它在作防弹或防切割衣服方面具有其他纤 维无法比拟的优点。 用作复合材料的增强材料:优良的力学性能赋予它成为增强材料的 特性,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。该纤维 也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取 代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。
70年代初期,英国Leeds大学Ward教授首先用熔融纺丝法得到了中强PE 纤维; 1989年,美国Ce1anese及意大利的Snia两个公司利用分别推出了超高分 子量聚乙烯纤维; 荷兰DSM矿业公司发表凝胶纺丝法纺制超高强高模聚乙烯纤维的专利; 荷兰DSM公司、日本三井石油对其进行了产业化。
性能
医用合成纤维的要求:生物相容性(血液和组织)
生物可降解 性合成纤维
生物不可降 解合成纤维
主要为聚酯类纤维:聚羟基乙酸、聚乳 酸、聚己内酯、聚羟基丁(戊)酸酯 及其共聚物纤维。
PA锦纶、涤纶、腈纶、丙纶等。
可降解聚酯类纤维:医学可吸收缝线、自增强人造骨复
合材料等;
不可降解类纤维:
锦纶、涤纶、丙纶可用作非吸收性缝合线,涤纶和氟纶 用于制造人工血管,聚丙烯腈中空纤维用于人工肾,聚丙 烯中空纤维用于人工心脏。
Tm均会低一些,结晶速度较PET快10倍,有极好的伸长 弹性回复率,且柔软易染色;
特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑雪裤等
高弹性纺织品。
聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维
O
O
C
C O CH2 3 O n
1995年,Shell 公司研制成功,熔点230℃,Tg46℃; 其主要物理性能均优于PET,柔软性和伸长弹性回复率
PA与蚕丝(主要成分氨基酸,也含酰胺基)结构相似,特点是耐磨
性好,有吸水性;
CH2 C N CH2
PA是制作运动服和休闲服的好材料;
另外也用于轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网等。
OH H
O H O
CH2 N C CH2 H
聚酰胺6(PA6) 相对分子量控制在14000~20000; 纺丝温度控制在260~280℃(PA6熔点为215℃)。
氟纶(聚四氟乙烯纤维)
乳液纺丝 耐腐蚀、耐酸碱。
4.3.3 阻燃纤维
腈纶和丙纶等易燃(容易着火,燃烧速度快);
PA、PET、维伦等可燃(能发烟燃烧,但较难着火)。
极限氧指数:
纤维点燃后在氧-氮混合气中维持燃 烧所需的最低含氧量的体积分数。
LOI % O2 100% O2 N 2
4.1.5 维纶
维纶:聚乙烯醇缩甲醛纤维。
维纶的性能和微观近似蚕丝,可织造绸缎衣料,吸湿
性和耐日光性好,但弹性较差。
4.2 高性能合成纤维
4.2.1 芳香族聚酰胺纤维
Kevlar纤维的问世,代表着 合成纤维向高强度、高模量 和耐高温的高性能化方向达
到一个新的里程碑。
从1931年,Carothers发明PA66开始,直至60年代,
4.2.2 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
设想: 既然柔性聚酯、聚酰胺能够开发成高强高模纤维,那么聚丙烯腈、
聚乙烯醇、聚烯烃等常规纤维也能否开发成高强高模纤维?
近20多年来,各国科学家从理论和实践两个方面进行了大量、深入 细致的研究工作,终于促使超高强聚乙烯纤维、超高强聚乙烯醇纤 维、超高强聚丙烯脂纤维相继诞生,并开始了工业化生产。其中、 超高强高模聚乙烯纤维的发展尤为迅速。
涤纶
涤纶,俗称的确良,是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
经熔融纺丝制成的纤维;
相对分子量15000~22000;
PET纺丝温度275~295℃(PET熔点262 ℃ ,Tg80 ℃ );
涤纶是最挺括的纤维,易洗、快干、免烫;
但透气性、吸湿性较差(可通过化学接枝或离子表面处
理引入亲水基团)。
PET成纤的结构:
篷、窗帘、毛毯等;
以腈纶为原料还可以制造阻燃的PAN基氧化纤维和碳纤维。
4.1.4 丙纶
丙纶:等规PP聚丙烯经熔体纺丝而成。 相对分子量:10~30万(非极性分子,提高分子量来提高纤维强度);
分子量的增大导致熔体的粘度较大,纺丝温度比其熔点要高很多 ;
丙纶的吸湿性、染色性、耐热性均较差; 主要用途:制备编织袋和无纺布。