高性能特征纤维
PBO纤维的发展趋势
1 PBO 纤维的概述 1.1 PBO 纤维简介
PBO 纤维是聚对苯撑苯并二噁唑(Poly-p-phenylene benzobisoxazole)纤维 的简称，是 20 世纪 70 年代美国为发展航天航空事业而开发的复合材料用增强 材料。至今为止，已商品化的 PBO 纤维只有日本东洋纺的“Zylon”（中文为柴 隆）。它是由 PBO 聚合物经过液晶纺丝技术制得的高性能纤维。高性能纤维中 有代表性的是有机刚性链的对位芳纶、有机柔性链的超高分子量聚乙烯纤维和 PBO 纤维。其中 PBO 纤维是强度和模量最高的纤维，被认为是 21 世纪超级纤 维，也是继 Kevlar 纤维开发成功以后，纤维技术领域的又一次突破。因其在 比强度、比模量、耐热性和阻燃性方面的特殊性能而被广泛应用。
与上海石化相比，中蓝晨光的PBO纤维产品稍显成熟稳定，其部分产品性能
已与东洋纺相近，如表2-1所示）。但是，单丝直径不及Zylon细，纤维表面不
及Zylon光滑。
表2-3 国内外厂家生产的PBO纤维性能对比
注：其中Zylon为东洋纺产品，ZLPBO为中蓝晨光产品，DHPBO为东华大学（上海石化）开发 中不燃烧、不收缩、非常柔软，可用于高性能 的消防服和炉前工作服、焊接工作服等处理熔融金属现场用的耐热工作服以及 军服。
3.3 增强材料及高性能帆布
利用 PBO 纤维高模量的特性，可用于光导纤维的增强。在橡胶增强领域, PBO 纤维可代替钢丝作为轮胎的增强材料，使轮胎轻量化,有助于节能。PB0 纤 维也可在密封垫片、胶管等橡胶制品、各种树脂、塑料、混凝土抗震水泥构件 和高性能同步传动带中作为增强纤维。利用 PBO 纤维的高强及高模量特性，可 用于绳索和缆绳等高拉力材料、光纤电缆承载构件、光缆的保护膜材料、桥梁 缆绳、航海运动帆船的主缆以及赛船用帆布。
第三节常用天然纤维的性能特征
第三节常用天然纤维的性能特征常用天然纤维包括棉、麻、丝、毛和羊毛等，它们具有独特的性能特征。
下面将对这些常用天然纤维的性能特征进行介绍。
1.棉纤维：棉纤维是最常见的天然纤维之一，具有以下特性：-吸湿性强：棉纤维具有很好的吸湿性，能够吸收大量的湿气。
因此穿棉织物的衣物舒适度较高，适合夏季穿着。
-耐高温：棉纤维具有较高的燃点，能够耐受高温，不易燃烧，安全性较高。
-透气性良好：由于纤维间隙较大，棉织物具有良好的透气性，能够让空气流通，保持皮肤干爽。
-柔软舒适：棉纤维柔软细腻，手感舒适，穿着舒适。
2.麻纤维：麻纤维是一种坚韧、耐磨的纤维，具有以下特性：-透气性好：麻纤维纤维间隙大，透气性良好，能够保持皮肤干爽，适合夏季穿着。
-吸湿性强：麻纤维比棉纤维的吸湿性更好，能够吸收大量湿气。
-耐碱性好：麻纤维具有很强的耐碱性，容易受到酸性和中性物质影响。
-易皱缩：麻纤维容易皱缩，需要经常熨烫保持平整。
3.丝纤维：丝纤维是由蚕茧中取出的一种纤维，具有以下特性：-光泽好：丝纤维具有良好的光泽度，能够反射光线，使得丝织物具有亮丽的光泽。
-贴身性强：丝织物柔软光滑，能够贴合肌肤，给人一种舒适的感觉。
-吸湿性好：丝纤维具有较好的吸湿性，能够吸收湿气，保持肌肤干燥。
-属于蛋白质纤维：丝纤维是一种天然蛋白纤维，对皮肤无刺激，适合敏感肌肤。
4.毛纤维和羊毛：毛纤维是从动物身上取得的纤维，具有以下特性：-保暖性强：毛纤维具有较好的保暖性能，能够在寒冷的环境中提供温暖。
-吸湿性好：毛纤维能够吸收大量的湿气，保持皮肤干燥。
-弹性好：毛纤维纤维柔软有弹性，能够恢复原形，耐磨耐用。
-羊毛特点突出：羊毛是一种特殊的毛纤维，具有较好的保暖性、吸湿性和弹性，是常用的冬季保暖材料。
综上所述，常用的天然纤维具有各自独特的性能特征，可以根据不同需求选择使用。
棉纤维适合夏季穿着，具有良好的吸湿性和透气性；麻纤维适合夏季穿着，具有良好的透气性和耐磨性；丝纤维具有良好的光泽和贴身性；毛纤维和羊毛具有良好的保暖性和吸湿性。
面料纤维的分类及其特征
面料纤维的分类及其特征一、天然纤维1. 棉纤维棉纤维是指由棉花果蓼中取得的纤维，具有柔软、吸湿性好、透气性好、耐热性好等特点。
棉纤维是最常用的纺织原料之一，可以用于制作各种服装和家居用品。
2. 麻纤维麻纤维是指由亚麻、苎麻等植物的茎皮中提取的纤维，具有强度高、耐磨性好、透气性好等特点。
麻纤维常用于制作夏季服装和家居用品。
3. 丝纤维丝纤维是指由蚕丝、蜘蛛丝等昆虫或动物体内分泌的纤维形成的丝状物质，具有光泽好、手感柔软、透气性好等特点。
丝纤维是高档服装和家居用品的重要原料之一。
4. 羊毛纤维羊毛纤维是指由羊毛中提取的纤维，具有保暖性好、弹性好、吸湿性好等特点。
羊毛纤维常用于制作冬季服装和家居用品。
二、化学纤维1. 聚酯纤维聚酯纤维是指由聚酯树脂聚合得到的纤维，具有耐磨性好、耐皱性好、易清洗等特点。
聚酯纤维广泛用于制作运动服装、户外用品等。
2. 锦纶纤维锦纶纤维是指由聚酰胺树脂聚合得到的纤维，具有强度高、耐磨性好、弹性好等特点。
锦纶纤维常用于制作袜子、泳衣等。
3. 腈纶纤维腈纶纤维是指由聚丙烯腈树脂聚合得到的纤维，具有耐磨性好、吸湿性好、阻燃性好等特点。
腈纶纤维常用于制作防寒服装和工业用品。
4. 氨纶纤维氨纶纤维是指由聚氨酯树脂聚合得到的纤维，具有弹性好、耐磨性好、透气性好等特点。
氨纶纤维常用于制作紧身衣、泳衣等。
三、人造纤维1. 人造棉纤维人造棉纤维是指以纤维素为原料通过湿法纺丝工艺制得的纤维，具有柔软、吸湿性好、透气性好等特点。
人造棉纤维常用于制作家居用品和日常服装。
2. 人造丝纤维人造丝纤维是指以纤维素或合成聚合物为原料通过干法纺丝工艺制得的纤维，具有光泽好、手感柔软、透气性好等特点。
人造丝纤维常用于制作内衣、家居用品等。
3. 人造麻纤维人造麻纤维是指以纤维素为原料通过湿法纺丝工艺制得的纤维，具有强度高、耐磨性好、透气性好等特点。
人造麻纤维常用于制作夏季服装和家居用品。
4. 人造羊毛纤维人造羊毛纤维是指以纤维素为原料通过湿法纺丝工艺制得的纤维，具有保暖性好、弹性好、吸湿性好等特点。
高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类
高性能纤维【摘要】本文主要介绍了几种高性能纤维的特性及应用与发展，认为高性能纤维的开发与应用前景十分广阔，加速高性能纤维工业化进程具有重大意义，对整个社会将带来很大的经济效益。
关键词：高性能纤维，分类，应用高性能纤维 (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强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m3)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。
（一）高性能纤维的分类高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类。
目前高性能纤维的代表品种主要有：有机纤维的对位芳纶(聚对苯二甲酰对苯二胺，也叫芳纶1414)、超高分子量聚乙烯、聚苯并双嗫唑纤维(PBO)；无机的碳纤维和高性能玻璃纤维等。
本文主要分析和比较了玻璃纤维、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。
一、玻璃纤维玻璃纤维是复合材料中最主要的增强材料，它由氧化硅与氯化铝等金属氧化物组成的无机盐类混合物经熔融而成，冷却固化可制得多种玻璃产品，熔融的玻璃经过喷丝小孔，拉制成玻璃长纤维，起始于30年代，用玻璃纤维增强塑料，当时称为玻璃钢的复合材料，最早出现于40年代，并在航空工业上得到应用。
经过近七十年的发展，现在的玻璃纤维工业已经具有众多类型和牌号的玻璃纤维产品。
玻璃纤维的抗张强度较高，其直径越细强度也就越高，但很细的玻璃纤维纺丝难度极大，随之生产成本上升，所以目前高强度的玻璃纤维产量还比较低。
今年来玻璃纤维增强复合材料得到很大的发展，世界总产量达到200多万吨，我国玻璃纤维复合材料的生产能力已达到20万吨左右。
一般玻璃纤维可用于以下三个只要领域，即绝缘、过滤和复合增强。
常用纤维的特征
Oct 25腈纶、涤纶、氨纶、锦纶、维纶...各有什么优缺点？常用纤维的特征：棉纤维：细而柔软，短纤维，长短不一。
麻：粗硬，手感硬爽，淡黄色，很难区分出单根纤维。
毛：比棉纤维粗而长，长度在60-120mm。
手感丰满、富有弹性，纤维卷曲，呈乳白色。
蚕丝：长而均匀的长纤维，细度纤细，手感柔软，光泽柔和，有丝鸣感。
色呈极淡黄色。
一粒茧的丝长为：600-1200mm。
有光人造丝：白色有刺眼的光泽，手感柔软，但不及蚕丝清爽，有丝鸣感，湿强大大低于干强。
涤纶：爽而挺，强力大，弹性较好，不易变形。
锦纶：有蜡光，强力大，弹性好，较涤纶易变形。
常用织物的特征：丝织物：绸面明亮，柔和，色泽鲜艳，细薄飘逸。
棉织物：具有天然棉的光泽，柔软但不光滑，坯布布面还有棉籽屑等细小杂质。
毛织物：精纺呢绒类呢面光洁平整，织纹清晰，光泽柔和，富有身骨，弹性好，手感糯滑；粗纺则呢面丰厚，紧密柔软，弹性好，有膘光。
麻织物：硬而爽。
涤纶织物：手感挺爽，弹性好，不易起皱，在阳光下有闪光。
锦纶织物：手感比涤纶糯滑，但比涤纶易起皱。
晴纶织物：手感蓬松，伸缩性好，类似毛织物，但没有毛织物活络。
维纶织物：类似棉织物，但不及棉织物细柔，色泽不鲜艳。
锦纶定义：锦纶是合成纤维nylon的中国名称，翻译名称又叫“耐纶”、“尼龙”，学名为polyamidefibre，即聚酰胺纤维。
由于锦州化纤厂是我国首家合成polyamide fibre的工厂，因此把它定名为“锦纶”。
它是世界上最早的合成纤维品种，由于性能优良，原料资源丰富，一直被广泛使用。
锦纶的性能：强力、耐磨性好，居所有纤维之首。
它的耐磨性是棉纤维的10倍，是干态粘胶纤维的10倍，是湿态纤维的140倍。
因此，其耐用性极佳。
锦纶织物的弹性及弹性恢复性极好，但小外力下易变形，故其织物在穿用过程中易变皱折。
通风透气性差，易产生静电。
锦纶织物的吸湿性在合成纤维织物中属较好品种，因此用锦纶制作的服装比涤纶服装穿着舒适些。
特种纤维(新)
第一章特种纤维概述当前以信息、生命和材料科学为基础的新技术革命风起云涌，它将人类的物质文明推向一个新的阶段。
纤维高分子材料是材料科学的重要研究内容，它与现代科学技术的发展有着密切关系。
高性能纤维（Highperformancefibers）是近年来纤维高分子材料领域迅速发展的一类特种纤维，通常是指具有高强度、高模量、耐高温、耐环境、耐摩擦、耐化学药品等所谓高物性纤维。
高性能纤维品种很多，如芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维、碳纤维以及各种无机及金属纤维等。
一、由化学纤维到高性能纤维的发展概况最初人类使用纤维的目的是制作衣物，而现在非服饰用纤维的使用量已超过纤维总产量的二分之一。
据统计，1981年日本衣着、铺饰和产业三方面化学纤维的用量分别为48.8%、14.1%和37.1%。
与日本相似，美国衣着用化学纤维从1976年至1983年由43.2%降到35.8%，铺饰用和产业用分别由34.4%和22.4%上升到39.0%和25.2%。
这些数据表明，化学纤维的品种和用途有从以衣着用为主，逐渐向衣着、铺饰和产业三者并重的方向发展。
在产业方面，化学纤维最初主要被用于制作渔网、渔线、绳索等。
汽车工业的迅速发展，需要大量轮胎帘子线，从而刺激了化学纤维特别是合成纤维的发展。
例如，提高纤维的耐热性（耐硫化温度）、改进纤维与橡胶之间的粘结性及粘结方式等都是纤维材者并重的方向发展。
在产业方面，化学纤维最初主要被用于制作渔网、渔线、绳索等。
汽车工业的迅速发展，需要大量轮胎帘子线，从而刺激了化学纤维特别是合成纤维的发展。
例如，提高纤维的耐热性（耐硫化温度）、改进纤维与橡胶之间的粘结性及粘结方式等都是纤维材料科学领域中较早的研究课题。
随着纤维在产业方面用途的不断扩大，各种高性能及特种纤维亦应运而生。
“Nomex”是杜邦公司研制和生产的一种耐高温、耐化学药品性优良的芳香族聚酰胺纤维，学名为聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）纤维，它具有良好的耐热、耐燃性能，可以制作宇航服、赛车服、消防服、耐热防腐滤布或衬布等。
涤纶和锦纶纤维的性能特征
涤纶和锦纶纤维的性能特征
聚酯纤维有许多种，如涤纶和锦纶纤维。
涤纶和锦纶纤维作为常
用的化学纤维，具有很多共同的性质。
首先，涤纶和锦纶纤维都具有非常优异的耐用性，抗腐蚀性强，
耐水性、耐油性、耐磨性和耐清洗性均佳，可适用于恶劣的工业环境中。
同时，它们之间的摩擦系数相对较低，使其易于被染色和织物上，而不会造成丝毫起皱或覆盖。
此外，涤纶和锦纶纤维均具有柔软、柔软、抗皱抗回弹、可丝化
和不变形等特性，这使得它们受到各种印染加工要求的制造人员的青睐。
涤纶和锦纶纤维还具有良好的透气性，不易导热和对电气性能的
优异的抗静电性。
它们可以直接带有导电性的金属材料，以作为电气
线路的保护层，使用的地方，比如装置的安全性和易用性。
最后，涤纶和锦纶纤维都具有优秀的弹性，较强的抗拉力，容易
折叠，可以制成无缝的宽幅薄片，耐摩擦，较高的抗湿漂亮，较高的
紧实度，易于印刷，光泽度高，不易开裂等性能，因此，在一些特殊
要求的场合，它们都是有用的和可靠的材料。
总而言之，涤纶和锦纶纤维具备多种优越的性能，如耐用性、抗
腐蚀性、抗拉力、可染色、抗虫蚀、光泽度、抗静电和绝缘性等，这
使它们在文化衫、床单、工业用途和家用产品中得到了越来越多的应用。
取向与高性能纤维
在某种外力作用下，分子链或其他结 构单元沿外力作用方向择优排列的结构。
单轴取向：只沿一个方向拉伸，取向单 元沿拉伸方向排列。
双轴取向：材料沿两个互相垂直的方向拉 伸，取向单元沿拉伸平面排列。
按取向维度可分为：
Z
单轴取向——纤维
Z
双轴取向——薄膜
一般取Z轴为参考方向
喷丝口
吹膜设备
C. X射线衍射法
取向材料的结构特征：各向异性
取向方向上原子之间的作用力以化学键为主，而在与之垂直的方向上，原子 之间的作用力以范德华力为主
2.4 取向结构
取向结构的结构特征： 各向异性
取向方向上原子之间的作用力以化学键为主， 而在与之垂直的方向上，原子之间的作用力以范 德华力为主
强度在取向方向上大大增加
X
Z
r
O
S Y
取统P/计/ 均方co值s:
P sin cos
P//2 cos2
P2 sin 2 • cos2
Hermann取向因子f定义为二均方之差
f cos2 sin 2 • cos2
f cos2 sin 2 • cos2
cos2 1 2 cos2 d 1
一维取向：拉伸，如纺丝过程 二维取向：吹膜溶液 烘箱
凝固
取向影响因素
1. 聚合物的结构 柔性取向容易，但解取向也容易，结构稳定性差 刚性取向难，但结构稳定性好，因解取向难 纤维材料为刚性（芳杂环）或结晶性聚合物（PE，POM等） 2. 温度 拉伸取向温度：在Tg-Tf （或Tm）之间 冷拉（室温）：拉伸倍数小，容易引起材料断裂 3. 应力和时间 4. 拉伸比与拉伸速度
2 0
2
故
f cos2 1 sin 2 1 (3cos2 1)
纤维的分子结构
Chemical fiber
2学时
纤维的分类 按形态结构分类
长丝 (Continuous filament) 短纤维 (staple fibre)
1．长丝
在化学纤维制造过程中，为化学纤维长丝。
化纤长丝
单丝： 长度很长的连续单根纤维
300~350
2.成纤高聚物的热稳定性 ①发生大分子链断裂，分子量降低； ②脱去小分子物质，然后进一步交联；
如聚氯乙烯脱出氯化氢（Hydrogen chloride）、 醋酸纤维（Acetate fibre）脱出醋酸或醋酸酐 （Acetic anhydride）。
③在热作用下，有些大分子链会产生分子内 的环化反应生成环状大分子。
（3）影响温度特性的主要因素
ⅰ.大分子的极性增大，熔化温度提高。
如聚酰胺（Polyamide）等。
ⅱ.大分子链中引入刚性苯基，熔化温度明显提 高。如聚酯等。
表 成纤聚合物的温度特性
聚合物
温度特性℃
聚合物
温度特性℃
玻璃化 熔融温 分解温 温度Tg 度Tm 度Td
玻璃化 熔融温度 分解温
温度Tg Tm
学物质的稳定性好。
成纤高聚物的结构特征
1. 成纤高聚物应是线型（Linear）高分
子，支链尽量少、无交联，没大侧基； 2. 分子链上应有极性基团（不是必要条件，
如聚丙烯等）； 3. 分子量高，分子量分布应窄； 4. 化学和空间结构规整； 5. 非结晶成纤高聚物的玻璃化转变温度应
高于使用温度， 6. 最好能结晶； 7. 具有一定的亲水基团等。
中长纤维 (Mid fibre): 长度约到51～76mm，线密度约为2.2～3.3dtex， 介于棉型和毛型之间。
主要高性能纤维的特性和应用
18
现代丝绸科学与技术
2010 年第 1 期
可达 300 e ; 热收缩稳定, 沸水中的热收缩率为 0. 5% ~ 1. 0% , 在 300 e 空气里热收缩率为 2% ; 还具 有难燃的特点。属于对位芳纶系列, 学名为聚苯砜 对苯二甲酰胺纤维, 系由 4, 4 二氨基二苯砜, 3, 3 二 氨基二苯砜和对苯二甲酰氯的缩聚物制成的纤维。 纤维 强度为 2. 65~ 3. 97 cN/ dt ex; 伸长率 20% ~ 25% ; 初始模量为 7 448 N/ mm2; 比重为 1. 416。由 于芳砜纶既有对位又有间位的结构, 大分子链上又 有砜基 存在, 所以 具有突 出的耐 热、耐燃性 能, 在 300 e 热空气中加热 100 h 强力损失小于 5% 。此 外, 还有较好的电绝缘性和抗辐射性能。它的用途 主要有: ¹防护制品, 如宇航服、飞行通风服、特种军 服、军用蓬布、消防服、消防战斗服、炉前工作服、电
上世纪初世界上就研究开发出再生纤维中的粘 胶纤维, 1930 年代又开发出合成纤维中的尼龙, 并 在以后相继研发出聚酯、聚丙烯等纤维, 但它们的强 度和模量一直维持在一个低的水平。直到 1970 年 代初刚性链聚芳酯芳纶和 1970 年代末柔性链聚乙 烯、高强高模聚乙烯纤维的出现, 纤维的强度和模量 才发生了根本性的突破, 从而使高性能纤维如雨后 春笋般地发展。
能、无毒性、燃烧无熔滴、燃烧烟密度低、环保无污染
等特性。
玄武纤维可广泛用于航天、航空、高速列车、汽
12种合成纤维的分类和介绍
12种合成纤维的分类和介绍导语：合成纤维是将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶（或可熔）性的线型聚合物，经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。
与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维生产不受自然条件的限制。
合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。
长丝在合成纤维的制造过程中,纺丝流体(熔体或溶液)经纺丝成形和后加工工序后,得到的长度以千米计的纤维称为长丝。
长丝包括单丝、复丝和帘线丝。
01单丝原指用单孔喷丝头纺制而成的一根连续单纤维,但在实际应用中往往也包括由3～6孔喷丝头纺成的 3～6 根单纤维组成的少孔丝。
较粗的合成纤维单丝 (直径为 0 .08～2mm)称为鬃丝,用于制作绳索、毛刷、日用网袋、渔网或工业滤布;较细的聚酰胺单丝用于制作透明女袜或其他高级针织品。
02复丝由数十根单纤维组成的丝条。
化学纤维的复丝一般由 8～100 根单纤维组成。
绝大多数服用织物都是采用复丝织造的,这是因为由多根单纤维组成的复丝比同样直径的单丝柔顺性好。
03帘线丝由一百多根至几百根单纤维组成的用于制造轮胎帘子布的丝条,俗称帘线丝。
短纤维化学纤维的产品被切成几厘米至十几厘米的长度,这种长度的纤维称为短纤维。
根据切断长度的不同,短纤维可分为棉型短纤维、毛型短纤维、中长型短纤维。
01棉型短纤维长度为 25～38mm,纤维较细(线密度为 1 .3～1 .7dtex),类似棉纤维,主要用于与棉纤维混纺,如用棉型聚酯短纤维与棉纤维混纺,得到的织物称“涤棉”织物。
02毛型短纤维长度为 70～150mm,纤维较粗(线密度 3 .3～7 .7dtex),类似羊毛,主要用于与羊毛混纺,如用毛型聚酯短纤维与羊毛混纺,得到的织物称“毛涤”织物。
03中长纤维长度为 51～76mm, 纤维的粗细介于棉型和毛型之间 (线密度为2 .2～3 .3dtex),主要用于织造中长纤维织物。
高性能纤维材料
高性能纤维材料
高性能纤维材料是一类具有优异性能的材料，它们通常具有高强度、高模量、
轻质、耐磨、耐腐蚀等特点。
这类材料在现代工业和科技领域中有着广泛的应用，例如航空航天、汽车制造、防弹衣、船舶制造等领域。
本文将介绍几种常见的高性能纤维材料及其应用。
首先，碳纤维是一种应用广泛的高性能纤维材料。
它具有高强度、高模量、低
密度、耐高温、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、航空制造、汽车制造等领域。
碳纤维复合材料具有良好的抗拉强度和抗压强度，因此被广泛应用于航空航天领域的飞机结构、导弹外壳等部件的制造。
其次，芳纶纤维也是一种重要的高性能纤维材料。
它具有优异的耐热性、耐化
学腐蚀性和耐磨性，被广泛应用于防弹衣、防护服、船舶制造等领域。
芳纶纤维的高强度和高模量使其成为制造防弹衣的理想材料，能够有效地保护人身安全。
另外，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维也是一种重要的高性能纤维材料。
它具有极高的拉伸强度、耐磨性和耐化学腐蚀性，被广泛应用于防护材料、绳索、船舶制造等领域。
UHMWPE纤维的轻质和柔韧性使其成为制造高性能绳索和索具
的理想材料，被广泛应用于登山、航海、工程建设等领域。
总的来说，高性能纤维材料在现代工业和科技领域中有着重要的应用，它们的
优异性能为各种领域提供了重要的支撑。
随着科技的不断进步，相信高性能纤维材料将会在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
PBO
超纤维（PBO纤维）摘要：本文简单介绍了超纤维的定义及特点，重点介绍了超纤维中的PBO纤维介绍了PBO 纤维的发展史、制备、各种性能、发展前景、应用以及它的表面改性等方面。
关键词：超纤维；PBO纤维；应用1前言其实超纤维并没有明确的定义，在我们的理解中，一般强度大于20g/d（17.6cN/dtex）、模量为500g/d（440cN/dtex）以上的纤维，因此还可以说成是——超纤维是指具有超力学性能或耐高温、抗燃性超群的纤维。
代表品种为PBO(聚苯并双恶唑)纤维，其强度和模量为对位芳酰胺纤维的近一倍，极限氧指数高1.5倍，分解温度高100℃。
随着高强、高摸和耐热、抗燃纤维性能档次的提高，陆续出现单项性能超群的产品如新一代超高分子量聚乙烯纤维的强度已达37cN/dtex，这些都是超纤维。
2PBO纤维2.1 PBO纤维的发展史PBO纤维是二十世纪八十年代美国空军空气动力学开发研究人员发明的，九十年代随着技术的发展，PBO的制备技术也逐渐成熟并实现了工业化，在世纪交接初期开始应用于军事、航天等方面。
二十世纪七十年代初，杜邦公司研究工作者、美国空军材料实验室的聚合物科学家致力于开发耐高温的芳杂环聚合物。
几乎在同一年代，斯坦福(Stanford)大学研究所(SRI)Wolfe等人经过近10年的探索，从近百种的模型聚合物中，在1981年筛选出了主链上含有2，6-苯并双杂环的对位芳香聚合物，合成了聚对亚苯基苯并二噻唑(PBZT），其性能超过Kevlar（芳纶），使得此项研究获得巨大的进展，引起了广泛的关注，被认为是新一代高强度、高模量、耐高温聚合物材料的先驱和代表，这也是聚合物设计上的一次巨大成功。
五年后PBZ家族的另一聚亚苯基苯并噁唑也随着脱颖而出，并发展成家族系列聚合物，Wolfe等人在取得了单体和聚合物合成的基本专利以后，该技术移转至美国Dow化学公司继续此材料研发工作,美国Dow化学公司获得其全世界实施权，并对PBO 进行了工业性开发。
PBO纤维的结构和性能
纺074 0715012122PBO纤维的结构与性能刘荣荣（南通大学纺织服装学院江苏南通226019）摘要：PBO是一种新型的高性能合成纤维。
本文介绍了PBO纤维的合成方法，通过对其结构的分析，阐述了PBO纤维的物理化学性能特点，并列举了其在各个领域的应用。
关键词：PBO纤维；合成；结构；性能0 引言聚对苯撑苯并二恶唑PBO[Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole)]是一种直线型聚芳杂环液晶聚合物分子。
它最初是由美国空军材料实验室于20世纪70年代将其作为一种耐高温性能的材料进行开发的，但是一直受到合成工艺的限制，不能合成大分子量的PBO聚合物，Wolfe等。
在20世纪80年代初合成出具有芳杂环结构的液晶聚合物聚苯撑苯并二恶唑纤维，结构式如图1所示。
而美国DOW 化学公司与日本Toyobo公司联合将该聚合物开发成超高性能PBO纤维。
PBO 纤维具有比芳纶更高的比强度、比模量和耐高温等一系列优异性能，因而自一问世即被视为航空航天先进结构复合材料的新一代超级纤维[1]。
1PBO纤维的合成作为高性能有机纤维原料的聚合物必须满足以下4个条件：分子主链上的化学键必须足够刚硬程度；分子链要足够的大以保证形成长分子链；分子构象应是线型的或接近线型的；分子链交叉部分应很小。
1980年代中期，在Dow化学公司任职的Lysenko用主要单体4，6-二氨基-1，3间苯二酚（DADHB）合成出了PBO，这种方法充分利用了苯环上取代基的定位效应，有效的在硝化前后对2-位进行保护和去保护，提高了DADHB的纯度和收率，减少了副产物的生成，它是利用1，2，3-三氯代苯经硝化、取代、氢化三步法制得[2]，制备流程见图2。
1993年，Morgan和他的同事在水溶液中用间苯二酚和苯基重氮纳盐反应，再经氢化处理,生成DADHB，这也是现在生产这种单体的主要方法，见图3。
PBO是在含有适当P2O5 的多磷酸（PA）溶液中通过DADHB 和微粒化的对苯二甲酸（TA）或对苯二甲酰氯反应制得。
高性能纤维材料的力学行为研究
高性能纤维材料的力学行为研究材料科学和工程领域一直以来都是科研工作者们热衷的领域之一。
随着科技的不断发展，高性能纤维材料的研究也越来越受到关注。
高性能纤维材料，如碳纤维、芳纶纤维等，具有很高的强度和刚度，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
然而，要掌握这些纤维材料的力学行为，不仅需要了解其独特的结构特征，还需要深入研究其力学性能。
高性能纤维材料的力学行为研究的第一个重要方面是纤维的结构特征，其中最重要的是纤维的取向和晶体结构。
纤维的取向决定了其截面的性能差异，而晶体结构则决定了纤维的本构行为。
为了研究这些结构特征，科研工作者们采用了各种表征方法，如X射线衍射、扫描电镜等。
通过这些方法，他们可以分析纤维的取向分布以及晶体结构的变化，从而揭示纤维材料的结构—性能关系。
在了解了高性能纤维材料的结构特征后，我们可以进一步研究纤维材料的力学性能。
这包括了纤维材料的强度、刚度、延展性等。
强度是指材料抵抗破坏的能力，而刚度则是指材料的刚性。
延展性则是指材料在受力时的变形能力。
通过研究这些力学性能指标，我们可以了解材料的可靠度和适应性。
高性能纤维材料的力学行为研究的另一个方面是纤维材料的失效机制。
在强力作用下，纤维材料可能会出现断裂、疲劳等问题。
为了对这些失效机制进行研究，科研工作者们通过拉伸试验、扭转试验等方法，模拟实际工作条件下纤维材料受力的情况。
通过这些试验，他们可以观察到纤维材料在受力过程中的变化，并分析材料失效的原因。
这些研究结果有助于改进纤维材料的制备工艺和设计。
除了对高性能纤维材料的力学行为进行研究外，科研工作者们还致力于寻找新的纤维材料，以提高纤维材料的性能。
例如，近年来，石墨烯纤维材料引起了广泛关注。
石墨烯具有极高的强度和导电性能，可以应用于新一代电子器件中。
而随着科技的发展，纳米纤维材料的研究也备受关注。
纳米纤维材料具有更大的比表面积和独特的力学行为，可以应用于过滤器、电池等领域。
总之，高性能纤维材料的力学行为研究是一个复杂而广泛的领域。
聚酯纤维材质特征
聚酯纤维材质特征
聚酯纤维是一种合成纤维，具有多种优异的材质特征，使其在纺织、塑料、包装、建筑等领域得到广泛应用。
以下是聚酯纤维的主要特征：
1. 轻质：聚酯纤维的比重较小，使得制成的纺织品轻盈舒适。
2. 强度高：聚酯纤维具有较高的强度，尤其是拉伸强度，在纤维中属于较高水平，使得纺织品有较好的耐磨性和抗拉伸性。
3. 耐磨性好：聚酯纤维耐磨性较好，不易磨损，适用于制作耐用的纺织品。
4. 抗皱性：聚酯纤维的抗皱性较好，能够保持纺织品的平整和光滑。
5. 耐化学性：聚酯纤维对一般化学品和酸碱性物质有较好的耐受性。
6. 耐光性：聚酯纤维具有较好的耐光性，不易褪色。
7. 吸湿性：聚酯纤维具有较低的吸湿性，干燥迅速，适用于湿润环境。
8. 电绝缘性：聚酯纤维是优良的电绝缘材料。
9. 易染性：聚酯纤维易染色，可制成各种色彩丰富的纺织品。
10. 抗菌性：聚酯纤维具有一定的抗菌性，适用于制作抗菌纺织品。
总的来说，聚酯纤维是一种性能优越、功能多样的合成纤维材料，其特征使得它广泛应用于衣服、家纺、运动用品、包装材料、建筑材料等各个领域。
高强高模聚乙烯纤维性能和用途方案
高强高模聚乙烯纤维性能和用途（一）性能介绍UHMWPE纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。
一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。
UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量，而且能量吸收性能比芳纶优越，并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。
同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。
它是目前强度最高的纤维之一，比强度能达到优质钢的15 倍，模量也很高，仅次于特种碳纤维。
断裂伸长率较其它特种纤维高，断裂功很大。
UHMWPE 纤维性能指标：回潮无沸水收缩率＜1％，熔点135～145℃，导热率（沿纤维轴向）20w/m k ，热膨胀系数－12×106/k21，介电常数（22℃，10GHhz）2.25，介电强度900kv/cm 。
（1）优良的力学性能高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3，只有芳香族聚酰胺纤维（芳纶）的2/3、高模碳纤维的1/2，而轴向拉伸性能很高。
Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的，比拉伸模量比高模量碳纤维低，但比芳香族聚酰胺纤维高得多。
如果再考虑比重的话，它是一种非常独特的纤维，在保持良好性能同时，还能省重量。
高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。
由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的，因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。
几种高性能纤维的性能比较表见表1—5。
图1—12是各种纤维的应力—应变曲线，从图上可以看到，强度在2.734~3.5N/tex 范围内，高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%，相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说，拉断该纤维所花费的能量是最大的。
图1—13对几种纤维的比强度、比模量进行了比较。
从图中可以看出，高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维，在相同质量的材料中，强度最高。
高性能+特征纤维
高性能合成纤维
h
1
➢芳香族聚酰胺纤维
➢芳香族聚酯纤维
➢芳杂环纤维
➢超高分子量聚乙烯
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2
1、芳香族聚酰胺纤维
一、简介
➢1962年：发现 Nomex；
➢1966年：发现 Kevlar；
➢Kevlar纤维的问世，代表着合成纤维向高强度、
高模量和耐高温等高性能化方向发展达到一个新
的里程碑。
➢ 金属铸造、玻璃行业：隔热防护材料，如手
套，工作服，输送带。
h
18
3、芳杂环纤维
二、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维
➢ Stanford研究所拥有此聚合物合成技术专利， Dow化学公司授权对其进行开发，1995年开 始小批量生产。
N
N
O
O
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19
3、芳杂环纤维
二、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维
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3、芳杂环纤维
一、聚苯并咪唑(PBI)纤维
➢ 优点：耐高温性、阻燃性、尺寸稳定性和耐 化学腐蚀性，还有穿着舒适性等。
➢ 缺点：力学性能不太高。
N C
NH
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3、芳杂环纤维
一、聚苯并咪唑(PBI)纤维
用途： ➢ 特殊纺织制品：如宇航服、飞行服，太空飞
船中密封垫、救生衣；
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4、超高分子量聚乙烯
三、应用
➢用作复合材料的增强材料：优良的力学性能赋 予其复合材料的应用领域十分广泛，如军用及民 用头盔、比赛用帆船、赛艇。
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28
第四章 合成纤维
功能合成纤维
高性能纤维
高性能纤维
纤维在现代材料领域扮演着至关重要的角色，其种类繁多，其中高性能纤维更是备受关注。
高性能纤维具有优异的机械性能、耐热性和化学稳定性，广泛应用于航空航天、军事防护、体育器材等领域。
本文将介绍高性能纤维的种类、制备方法和应用领域。
高性能纤维的种类
高性能纤维的种类主要包括碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
碳纤维具有极高的强度和刚度，是目前应用最为广泛的一种高性能纤维。
芳纶纤维具有出色的耐热性和化学稳定性，常用于制备防弹衣和防火服。
超高分子量聚乙烯纤维则以其超强的抗拉伸性能而著称。
高性能纤维的制备方法
高性能纤维的制备方法包括干法纺丝和湿法纺丝两种主要工艺。
干法纺丝是将聚合物预聚合物加热至溶解温度后，通过喷丝孔拉伸形成纤维。
湿法纺丝则是在溶剂中将预聚合物溶解，然后通过旋转或拉伸将纤维制备而成。
高性能纤维的应用领域
由于高性能纤维具有出色的机械性能和化学稳定性，因此在航空航天、军事防护、体育器材等领域得到广泛应用。
碳纤维被广泛应用于飞机、汽车、运动器材等领域，以提高产品的强度和轻量化。
芳纶纤维常用于制备防弹衣、防火服和工业过滤材料。
超高分子量聚乙烯纤维则被用于制备高强度绳索和抗弯曲材料。
综上所述，高性能纤维在现代材料领域扮演着不可替代的角色，其种类繁多、制备方法多样，应用领域广泛。
随着科技的不断进步，相信高性能纤维将在更多领域展现出其巨大的潜力。
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高性能合成纤维
➢芳香族聚酰胺纤维 ➢芳香族聚酯纤维 ➢芳杂环纤维 ➢超高分子量聚乙烯
1、芳香族聚酰胺纤维
一、简介
➢1962年：发现 Nomex； ➢1966年：发现 Kevlar； ➢Kevlar纤维的问世，代表着合成纤维向高强度、
高模量和耐高温等高性能化方向发展达到一个新 的里程碑。
N
N
O
O
3、芳杂环纤维
二、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维
优点：
➢ 高模量：比芳纶高一倍以上； ➢ 热分解温度达到650℃，比耐热性好的PBl要
高出许多，它在火焰中不燃烧不收缩且仍然 非常柔软，因此是十分优异的耐热纺织面料。
3、芳杂环纤维
二、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维 用途：防弹、阻燃材料。
4、超高分子量聚乙烯纤维
一、简介
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 ？
4、超高分子量聚乙烯纤维
一、简介
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。
通的柔性链纤维
二、结构与性能的差异
O
芳纶1414
C
O C NH
NH n
对位连接，共轭 结构
内旋位能相当高，呈刚性 直链结构，分子排列规整，结晶和取向来自高纤维的强度和模量相当高
三、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；
三、芳纶1414的应用
建筑领域：替代钢筋（芳纶辫绳的强度通常 是钢筋的5倍，而密度只有它的1/5）；
三、芳纶1414的应用
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。
2、芳香族聚酯纤维
一、简介
芳香族聚酰胺纤维具有高强度、高模量、高耐 热性，但其液晶纺丝技术复杂、价格太高 !!! 提出设想： 采用酯基取代酰胺基，制备芳香族聚酯结构， 采用熔体纺丝取代液晶纺丝？
CO
O B CO
COOCH2CH2O
2、芳香族聚酯纤维
一、简介
现已实现工业化产品：美国塞拉尼斯和日本可乐 丽公司合作开发的Vectran纤维。
O
CO
O CO
2、芳香族聚酯纤维
二、芳香族聚酯纤维的用途
➢高性能船用缆绳、远洋捕鱼网、传送带及电缆； ➢增强纤维：在光缆、特种电线中起支撑保护作用，
与橡胶复合制造高压软管；
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。
2、高弹性纤维
一、氨纶（聚氨酯纤维）
➢其中软链段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚组成，Tg：
2、芳香族聚酯纤维
最简单的芳香聚酯结构：
➢ 聚对羟基苯甲酸 ➢ 聚对苯酚对苯二甲酸酯
但化学结构刚性太强，不仅熔融温度比分解温度高， 而且也不溶解于强酸之类溶剂中，只能烧结成形。
2、芳香族聚酯纤维
一、简介
解决办法： 降低刚性 ——导入不规整分子基团或柔性基 团？
2、芳香族聚酯纤维
一、简介
DuPont公司：提出PET与对羟基苯甲酸共 聚，得到X-7G纤维，熔点显著降低，但其强 度和模量不太高。
1、芳香族聚酰胺纤维
一、简介
O
O
C1
3
C NH
芳纶1313 Nomex
NH n
O
O
1
4
C
C NH
NH n
芳纶1414 Kevlar
二、结构与性能的差异
芳纶1313
O
O
C
C NH
NH n
酰胺键与苯 环间位连接
内旋转位能低，可 旋转角度大
但苯环含量高，耐 热性能远大于脂肪
族纤维
大分子是柔性链结构， 在力学性能上接近普
4、超高分子量聚乙烯
三、应用
➢用作复合材料的增强材料：优良的力学性能赋予 其复合材料的应用领域十分广泛，如军用及民用 头盔、比赛用帆船、赛艇。
第四章 合成纤维
功能合成纤维
1、概 述
时代发展的产物：
➢保证：社会的发展和生产技术的积累； ➢动力：人们对美好和舒适生活的追求； ➢目标：赋予真丝般柔软感和纤细感，光泽优雅，
➢ 缺点：力学性能不太高。
N
N
C
C
NH
NH
3、芳杂环纤维
一、聚苯并咪唑(PBI)纤维
用途： ➢ 特殊纺织制品：如宇航服、飞行服，太空飞
船中密封垫、救生衣； ➢ 金属铸造、玻璃行业：隔热防护材料，如手
套，工作服，输送带。
3、芳杂环纤维
二、聚亚苯基苯并二恶唑(PBO)纤维
➢ Stanford研究所拥有此聚合物合成技术专利， Dow化学公司授权对其进行开发，1995年开 始小批量生产。
在低温和常温的领域内有着极其广阔的应用前景。
4、超高分子量聚乙烯纤维
三、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。
4、超高分子量聚乙烯纤维
三、应用
➢ 防弹材料：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。
并赋予防水透湿、亲水、防静电、抗紫外、抗菌、 可生物降解等功能。
1、概 述
纤维材料的功能：
➢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）。
2、高弹性纤维
一、氨纶（聚氨酯纤维）
➢ 分子链上由软链段和硬链段两部分组成；低
4、超高分子量聚乙烯纤维
二、性能
➢ 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；
二、性能
➢ 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纤维的强度能保持在90%以上，而芳 纶只有原来的20%； ➢ 热性能：熔点144℃。
➢体育器材：如网球拍、头盔及雪橇等也在开始使用。
3、芳杂环纤维
一、聚苯并咪唑(PBI)纤维
聚苯并咪唑纤维 (PBI)：美国塞拉尼斯公司研制 开发并工业化的一种高科技纤维。
N
N
C
C
NH
NH
3、芳杂环纤维
一、聚苯并咪唑(PBI)纤维
➢ 优点：耐高温性、阻燃性、尺寸稳定性和耐 化学腐蚀性，还有穿着舒适性等。