高性能特征纤维

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
➢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
Fra Baidu bibliotek
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。
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，
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。
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，
结晶和取向极高
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）；
➢ 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。
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℃。
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：
第四章 合成纤维
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。
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。
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。
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？
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