高性能纤维——II - 东华大学精品课程网站
纤维材料改性国家重要实验室(东华大学)
纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）开放课题基金申请指南及管理办法（2018年修订版）为促进国内外学术合作和交流，扩大国家重点实验室作为学术交流和科学研究中心的作用，提高所在领域的学术研究水平，根据《国家重点实验室建设管理办法》、《国家重点实验室专项经费管理办法》及实验室发展规划，特设立纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）开放课题基金，支持与本实验室目前主要研究方向相关的基础研究项目，并鼓励应用基础和交叉学科研究。
一、实验室简介纤维材料改性国家重点实验室于1992年建立以来，坚持“开放、流动、联合、竞争”八字方针，在凝聚学科人才、促进科研发展、构筑研究平台、扩大学术交流等方面取得了显著成绩，2003、2008、2013年三次通过国家评估。
实验室目前主要研究方向为：1）高性能纤维与复合材料；2）功能纤维与低维材料；3）环境友好与生物纤维材料。
二、开放课题申请对象开放课题基金主要资助对象应具有副高职称及以上或博士学位，并在国内外知名高等院校、科研机构、产业部门中获得一定工作经验的教学、科研及工程技术人员。
为了鼓励年青人才脱颖而出，优先资助45岁以下的中青年专业人员作为课题负责人的研究项目，鼓励与实验室研究方向紧密结合、有助于提升实验室产业基础的企业相关技术人员申请。
申请人应以本实验室的一个研究组为依托，受到资助后与依托课题组合作开展实质性研究工作。
三、开放课题申请程序和管理办法1、申报受理时间依据申请指南发布时间。
2、课题申请根据资助的主要研究方面（见本指南第四部分）填写“东华大学纤维材料改性国家重点实验室课题申请书”一式二份（同时提交电子版）。
经所在单位同意盖章，向实验室提出申请。
申请课题应符合本实验室研究方向，与实验室在研课题有密切联系，有前沿性、开拓性、切实可行的技术路线和新颖的研究内容。
建议研究期限为2年。
3、课题审批完全或部分由实验室资助的课题，课题资助额度为5-15万元/项。
具体经费额度经专家组初审，主任办公会审议，由实验室学术委员会审定。
高性能PBO纤维的开发和应用
收稿日期：2010-04-09 修回日期：2010-05-24 作者简介：李旭 (1963~)，男，高级工程师，长期从事涤纶短纤维的 生产和研究开发工作。
180 t/a 纺丝生产线，并于 1995 年春开始投入部分 机械化生产，1998 年 PBO 的生产能力达到 200 t/a， 商品名为 Zylon。2003 年达到 500 t/a，2008 年达到 1 000 t/a [3]。现在日本东洋纺仍然是世界上唯一一家 可以进行商业化生产 PBO 纤维的公司。此外，荷 兰阿克苏诺贝尔公司纤维研究所和 DELF 大学于 1997 年合作开发了商品名为 M5 的新型 PBO 纤维， 但目前尚处在开发阶段 [4]。
232抗冲击防护服北京宇航通泰应用技术研究所特种纤维复合材料天津加工中心德国rbus公司中国总代理是从事高性能纤维应用产品研发生产与销售的高科技企业公司推出的p纤维防弹衣系列产品基于穿甲力学和创伤弹道生物力学的原理应用国外最新的p纤维软质防弹材料和国内先进技术采用该研究所独特的结构设计和制造新工艺不但能有效地防止不同级别弹头的贯穿同时能避免或显著地减轻人体受弹击时造成的非贯穿性损伤能完全吸收高能量子弹射入能量有效地防止子弹贯穿
国家尖端科技的发展水平，并成为一类具有战略意
义的材料资源。东洋纺生产的 Zylon 主要产品和规
格如表 1 所示。
表 1 东洋纺公司生产的 Zylon 主要产品和规格
东华大学高分子材料成型原理复习材料
1-1.通用高分子材料主要有那几大类？答：纤维、塑料、橡胶、胶黏剂、涂料1-2.高分子材料加工与高分子合成的区别？答：“高分子材料加工”定义为“对聚合物材料或体系进行操作以扩大其用途的工程”，它是把聚合物原材料经过多道工序转变成某种制品的过程。
经过高分子材料加工得到的制品在物理上处于和原材料不同的状态，但化学成分基本相同；而高分子合成是指经过一定的途径，从气态、液态、固态的各种原料中得到化学上不同于原料的高分子材料。
1-3.高性能纤维有哪些？答：低热稳定性，高强度纤维：、高热稳定性，高强度纤维（200-300℃）：对位芳纶、芳族聚酯、杂环聚合物纤维高热稳定性、耐热纤维（≤350℃）：间位芳纶、聚酰亚胺纤维、酚醛纤维、碳纤维高热稳定性、无机纤维：碳化硅纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维1-4.判断题经过加工过程，高分子材料在物理上处于和原材料相同的状态。
（×）1-5 选择题高强高模聚乙烯纤维材料和纤维材料分别属于③ 。
①生态高分子材料和智能高分子材料②智能高分子材料和功能高分子材料③高性能高分子材料和生态高分子材料④功能高分子材料和高性能高分子材料为什么纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法?纤维素大分子中含有大量的－基团，由于氢键的作用，使大分子间作用力较大，这将导致熔融热焓△H较大；另一方面，纤维素大分子中存在环状结构，使分子链的刚性较大，这将导致熔融熵变△S较小。
这两方面的原因使得熔融纤维素的温度（= △H / △S ）将变得较高,而纤维素的分解温度又相对较低，因此，当加热纤维素至一定温度时，会出现纤维素未开始熔融便已被分解的现象，因此，纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法。
请阐述选择聚合物溶剂的几种实用方法与其适用范围1. 可根据极性相近规律即极性的聚合物易溶于极性溶剂、非极性的聚合物易溶于非极性或弱极性溶剂的规律来初步选择溶剂。
2. 可根据溶度参数理论，按照溶剂与聚合物的内聚能密度或溶度参数应尽可能接近的规则来选择溶剂。
东华大学纺织材料学第一章纤维分类及发展
全脱胶：胶质全部脱去，纤维呈单根状态，如苎麻
半脱胶：仅脱去部分胶质，束状纤维，如亚麻、黄麻等
脱胶的方法主要有
微生物脱胶
黄红麻：剥皮法
麻株鲜剥→鲜皮（或晾干后的干皮）→选麻扎把→天然浸沤→洗麻→晾干整理分级→ 打包成件。
带杆法
亚麻
鲜麻株（或晾干后的麻株）→选麻成捆→天然浸沤→压麻剥洗→晒干、整理分级→打 包成件
纵向：天然转曲
the twists reverse in direction along the length
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
棉纤维的成熟度degree of maturity
定义—纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越
厚，成熟度越好。
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
纺织纤维
长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可 挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤 维。
Small enough to be flexible
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
纤维的基本性能
(1)一定的长度和长度整齐度； (2)一定的细度和细度均匀度； (3)一定的强度和模量； (4)一定的延伸性和弹性； (5)一定的抱合力和摩擦力； (6)一定的吸湿性和染色性； (7)一定的化学稳定性。
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
麻
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
表1-3 部分麻纤维的化学组成
名称
纤维素 半纤维 果胶 木质素 其它 单纤维细 单纤维长 （%） 素（%） （%） （%） （%） 度（µm） 度(mm)
苎麻 65 ~75 14 ~16 4 ~5 0.8 ~1.5 6.5 ~14 30 ~ 40
东华大学 苏州大学 江南大学 纺织材料学考研历年真题名词解释答案
20111.纳米尺度和纳米纤维：纳米尺度：以纳米定义先定粗细尺度0.001~0.1μm，再以纤维密度取值1.5~2.5g/cm³计算纤维的线密度范围。
纳米纤维：直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。
广义上包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改造的纤维。
2.吸湿平衡与吸湿滞后：吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等，这种现象称之为吸湿平衡。
吸湿滞后：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称为吸湿滞后。
3.差别化纤维与高性能纤维：差别化纤维：指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程度改善的纤维。
高性能纤维：指高强，高模，耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。
4.粘-滑现象和伪浸润现象：粘-滑现象：纤维间相对低速滑移时，会发生时而保持不动（粘），纤维产生变形或同向移动；时而又相对快速滑移（滑），这种现象称为粘-滑现象。
伪浸润现象：指由于材料的表现形态与真实形态存在差异，或材料表面不同组分的组合，使液滴的三相交汇点落在某一位置或某一组分中而引起的表现接触角不能表达或不能完全表达真实浸润性的现象。
5.比模量与断裂长度：比模量：初始模量与纤维密度的比值。
断裂长度：纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度，单位为千米（㎞）。
6.根数加权长度与巴布长度：根数加权长度：以纤维根数加权平均的长度简称根数（加权）平均长度，是将对应某一纤维长度的根数N l与该长度l（mm）积的和的平均值L n。
即：L n= 式中N 为纤维的总根数；N l为纤维频数分布函数；l max为最长纤维长度。
若以n（l）表示纤维长度的频率密度函数，即n（l）=N l/N，则：L n = 巴布长度：纤维质量加权长度L m一般是由分组称重方法得到，又称重量加权长度L w，最为经典的表达是巴布长度B，即L m=L w=B= 或B= 式中W l为重量的频数函数，w（l）为重量频数密度函数。
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
different impregnation processes
PAAs 质量分数 / %
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
图 2 不同浸渍工艺下上浆碳纤维的悬垂值
Fig. 2 Drape value of sized carbon fiber by different
第 4 期 赵新星等. 大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
9
2. 2 上浆碳纤维的可加工性能
碳纤维在卷绕、退绕及加工过程中因摩擦导
致部分纤维断开而产生毛丝,这些毛丝不仅影响
碳纤维的力学性能,而且会给碳纤维的后加工工
艺带来困难。 未上浆碳纤维的毛丝量非常大,达
impregnation processes
■—PAAs 质量分数 0. 1%;●—PAAs 质量分数 0. 3%;
▲—PAAs 质量分数 0. 5%;▼—PAAs 质量分数 0. 7%
从图 2 可以看出:随着浸渍时间的延长、上浆
剂浓度的提高,上浆碳纤维的悬垂值均呈上升趋
势,且上浆剂浓度对于悬垂值的影响更为明显;结
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合 成 纤 维 工 业 2023 年第 46 卷
8
有限公司制;Quanta-250 型扫描电子显微镜:美国
康塔克默仪器公司制;Escalab 250Xi 型光电子能
研究与开发
合 成 纤 维 工 业, 2 0 2 3 , 4 6 ( 4 ) : 7
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能
ｓｐａｃｅ ｃｒａｆｔｓ ａｎｄ ｒｏｃｋｅｔｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ）（ＰＡＡ）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ，ｗｉｔｈ Ｎ，Ｎ—ｄｉｍｅｔｈｙｌａｃｅｔａｍｉｄｅ（ＤＭＡｃ）ａｓ ｓｏｌｖｅｎｔ，ｆｒｏｍ ４，４’一ｄｉａｍｉｎｏ ｄｉｐｈｅｎｙｌ ａｎｄ
东华大学 硕士学位论文 聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能 姓名：高晋 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：陈大俊
20040201
东华大学硕士论文
聚酰亚胺纤维的制务及结构与性能
摘要
聚酰Ⅱ胺纤维是典型的高性能纤维，与Ｋｅ］ｖｌａｒ纤维比较有更高的热稳定 性，更高的弹性模量，更低的吸水性，更优异的抗电磁屏蔽性能。可望在更严酷 的环境中使用，如原子能工业、航空航天、军事等重要领域。日前美国等发达国 家都正在加紧研究聚酰亚胺纤维，由于高强高模的聚酰亚胺纤维属于先进复合材 料的增强剂，用于航空、航天器及火箭的制造，有关的研究报道较少。
ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ＳＥＭ， Ｔｈｅ ａｓ··ｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｐｒｅ—－ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＦＴＩＲ，ＴＧＡ，ＤＳＣ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．ＦＴＩＲ ａｎｄ ＤＳＣ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｓ·ｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｉｄｉｚｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ １５０＂Ｃ一２５０℃．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ａｂｏｕｔ ４５—６６ｋＪ／ｍ０１．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ ｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．７０·０．７３．Ｔｈｅ ＴＧＡ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｉｓ ａｂｏｕｔ １０ ｌｄ／ｍｏｌ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ ｏｎｅ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．
东华大学服装材料-常用纤维结构性能特点ppt课件
第一章 服装材料用纤维
第四节 常用纤维的结构 与性能特点
腈纶 腈纶为聚丙烯腈纤维，商品名称有Orlon〔奥纶）、Exlon
〔依克丝兰）、Acrilan〔阿克利纶〕等 。 种类：以短纤维为主。 结构及形态
第一章 服装材料用纤维
第五节 纤维的鉴别
纤维名称 接近火焰 在火焰中
纤维素纤 不熔不缩 维
羊毛、蚕 收缩 丝
第一章 服装材料用纤维
第三节 常用纤维的结构与性能 特点
性能特点 羊毛的缩绒性：指羊毛纤维集合体在湿热条件和化学试剂的作用下，受
到机械外力的挤压、揉搓而粘合成毡绒的性质。 体积质量：1.32 g/cm3 力学性能 干态强力 较低 湿态强力 降低 断裂伸长率较高，25～40％ 初始模量较低 弹性好
第一章 服装材料用纤维
第一章 服装材料用纤维
第五节 纤维的鉴别
燃烧法 基本原理：纤维的化学组成不同，燃烧特征不同。 鉴别方法：
是用镊子夹住一小束纤维，慢慢移近火焰。仔细观察纤 维接近火焰时、在火焰中以及离开火焰时，烟的颜色、燃 烧的速度、燃烧后灰烬的特征以及燃烧时的气味，对照下 表加以判断。 局限性：燃烧法只适用于单一成分的纤维、纱线和织物的鉴
性能特点 染色性优于亚麻，可印染更多的颜色； 强度很高，刚性很大，断裂伸长率小，弹性恢复率低，弹性
差； 纤维易皱且不易消失； 吸湿、放湿性能很好，透气性能好，耐热性一般； 耐碱不耐酸，耐水洗、耐海水侵蚀； 抗霉和防蛀性能较好。
第一章 服装材料用纤维
第三节 常用纤维的结构与性能 特点
亚麻 结构及形态 纤维素70 ﹪ ～ 80 ﹪其他伴生物 长度 纵横截面形态：纵向有横节、竖纹；横向为多角形，中腔较小。 性能特点 染色性较差； 强度和刚度远大于棉纤维，但小于苎麻。伸长率很低，弹性模量高。 吸湿性仅次于苎麻；?
超高性能PBO纤维的最新研究进展
’………７，’ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＲｅｖｉｅｗ超高性能ＰＢＯ纤维的最新研究进展专题综述江建明·。
李光ｔ．金俊弘１。
林菘２，王鸣义ｚ，钱军２，林生兵２（１．东华大学材料学院。
上海２０１６２０；２．中国石化上海石油化工股份有限公司涤纶事业部，上海２００５４０）。
摘“要：聚对苯撑苯并二穗唑ｐＢｏ）纤维被称为２１世纪的超级纤维ｊ在强度＋：模量、耐高温：阻裁《等方面具有越高的综舍性能，，ＰＢＯ野维的开发和应用具有重要的战略意义。
综速了超高性能ＰＢＯ纤女醪咱勺国内外最新研究进展，详细介绍了ＰＢＯ纤维的制备方法、，性能及箕应甩情况，并提出了ＰＢＯ纤维砖；ｒ？芬．聚她．。
÷ｔｊ“７｜ｊ、。
１｜ｊ。
ｊ’一。
毪，关键词：聚对苯撑苯并二嚼唑；耕每；性能；应用：ｌ，，中图分类号：ＴＱ３４２．哥，一，．，，。
文献标识码：Ａ，．，文章编号：１００１－７０５４（２００８），ｏ！－ｏ００５－０５，，ｉ随着世界航空航天、武器装备和其它尖端科一技的快速发展，以高强度、高模量、耐高温、阻燃为特征，具有战略意义的高性能纤维得到了各国的重视。
欧美日等发达国家对高性能纤维的研究起步早，产业化规模大，以芳纶、碳纤维为代表的高性能纤维的应用，极大地提高了这些国家的国防、科技、经济竞争力。
与此同时，强大的经济支撑他们继续开展性能更加优良的高性能纤维的研究，聚对苯撑苯并二嗯唑（ＰＢＯ）纤维便是其中的翘楚。
由日本东洋纺公司实现工业化生产的ＰＢＯ纤维“ｚｙ—Ｉｏｎ”，其强度和模量分别是对位芳纶的２倍，耐热性高出对位芳纶１００℃，阻燃性也极好，综合性能为所有有机纤维之最，被称为２１世纪的超级纤维。
聚对苯撑苯并二嗯唑（Ｐｏｌｙ—Ｐ—ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｂｅｎ—ｚｏｂｉｓｔｈｉａｚｏｌｅ，ＰＢＯ）是含有杂环的芳香族聚酰胺纤维家族中最有发展前途的一员。
ＰＢＯ聚合物的化学结构如下式所示：收稿日期：２００７－４）９－０７修回日期：２００７—１０－－１５作者简介：江建明（１９６２，），男．工学博士，教授。
高性能纤维
20世纪60年代后，合成高分子进入分子 工程（又称分子设计）时期：
通过分子设计合成具有预想结构和性 能的聚合物，并将其制成材料或制品。
1.1 高性能高分子材料
1.1.1 高性能高分子材料的概念 是指除了具有一定力学性能外，还具有物 质分离、光、电、磁、能量储存和转化、 生物医用等特殊性能的高分子材料，这种 特殊功能是由它们的链结构、链上所带的 功能基的种类、数量、分布以及高分子的 聚集态和形态所确定的。
高分子材料的组成、结构
1．天然橡胶
CH2 C C CH3 H n CH2
CH3 C C ... CH2 C C CH3 H
CH2OH O H OH H H O H H H OH H
H CH2 CH2 C C CH3 H CH2 ...
CH2 CH2
2．甲壳素
CH2OH H
O H O H n
NHCOCH3
高性能高分子化学就是在这种背景下 发展起来的一门科学。 那些性质和功能很特殊的新型聚合物 材料即属于高性能高分子材料。
1.1 高性能高分子材料
1.1.3 高性能高分子化学的发展
•高性能高分子化学的发展可以追述到很 久以前，如光敏高分子材料和离子交换 树脂都有很长的发展历史。但是作为一 门独立学科，则是一门全新的科学。
1.2 高性能纤维
1.2.5 高性能纤维的分类
刚性链
全芳香族聚酰胺纤维 (Kevlar, Metamax等） 全芳香族聚酯纤维 (Vectra, Ekonol 等 ) 芳杂环类纤维 (PBZT, PBO, PBI 等)
有机纤维
柔性链
无机纤维
碳纤维 氧化铝纤维 碳化硅纤维 高强度玻璃纤维 其它
服务国家战略需求 引领纤维学科发展--走进纤维材料改性国家重点实验室(东华大学)
纤 维 素、甲 壳 素、PLA 等 生 物 源 高 维、Lyocell 纤维、中空纤维膜、PBO
分子纤维材料的基本科学问题，纤 纤维等多条试验生产线，可以进行
维材料的仿生制备及组织工程用纤 扩大试验。科研创新研究平台包括
维材料，纤维及复合材料废弃物处理 NMR400、FTIR、SEM、TEM、AFM、
未 来 纤 维 材 料 发 展 是 一 场“功 能性、集成化、智能化、电子化、响应 性”的 革 命，作 为 国 家 级 科 研 基 地， 纤维材料改性国家重点实验室将引 领我国纤维材料科学技术与产业发
86 航空制造技术·2021年第64卷第11期
APPROACHING SCIENCE
展，对接国防军工、航空航天战略性
和省部级重大科研任务，培养了一批 700 余项，其中国家级任务近 200 项、
学术与行业领军人才，有力促进了纤 省部级科研 100 余项、横向合作项
维材料产业的结构转型和技术升级， 目 400 余项。重大工程水 纤维材料学科发展和化纤产业的技
平做出了重要贡献。
术创新，在航空航天国防急需的高性
实验室根据研究方向和学科发
展的需要，注重高层次创新研究队伍
建设，重视人才队伍引育结合，在高
性能纤维与复合材料、功能纤维与低
维材料、环境友好与生物纤维材料方
向汇聚和培养了一批优秀学者，积极
引进和培养具有国际影响力的优秀
东华大学纺织材料学第二章 纤维的结构特征1
从聚集态结构：
– 要求分子排列有一定的结晶和取向，使分子间和轴向 作用力增强，从而使纤维具备必要的强度和形态稳定 性，但又必须有一定的无定形区，以使纤维具有可及 性和可加工性；
从大分子组成和结构：
– 分子量要较高，且分子量分布应比较窄，支链较短， 侧基要小，以得到粘度适当的熔体及溶液和浓度足够 高的溶液。
Xv
Xw
Vc a V c a
Wc 1 / a 1 / W 1/ a 1/ c
2. 取向结构
– 纤维的取向结构最为重要的表达指标是取向度 –指大分子或链段等各种不同结构单元包括微晶 体沿纤维轴规则排列程度。
四、纤维形态结构特征的测量
1. 一般观察及测量
（2）单基 特征基团：氧六环；6个-OH；氧桥-O单基连接方式：1-4甙键连接，在空间转 180°,因为大分子内有氢键。 （3）空间形态：椅式结构
第二章 纤维的结构特征
第一节 纤维基本结构的构成
一、纤维的形态结构 1. 基本内容
是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子 力显微镜(AFM)下能被直接观察到的结构。诸如 纤维的外观形貌、表面结构、断面结构、细胞构 成和多重原纤结构，以及存在于纤维中的各种裂 隙与空洞等 表观形态、表面结构和微细结构
一、典型天然纤维的结构与特征 1. 棉纤维的结构与特征
棉纤维和麻纤维的主要成分是纤维素,纤维素大分子 的基本链结是ß-葡萄糖剩基，由相邻2个葡萄糖剩 基反向对称、一正一反连接而成，它的空间结构属 于椅式结构。其分子式为(C6H10O5)，化学结构式为：
棉纤维大分子的聚合度为6000～15000 氧六环结构是固定的，但六环之间夹角可 以改变，所以分子在无外力作用的非晶区 中，可呈自由弯曲状态 棉纤维大分子取向度较高，主要是次生层 原纤排列的螺旋角在(20°～30°)的影响， 故纤维强度较麻纤维低，但伸长较大
高性能纤维制备及应用教学大纲
《高性能纤维制备及应用》教学大纲课程编号：B03081100课程名称：高性能纤维制备及应用英文名称：Preparation and Properties of High Performance Fibers 课程性质：限选课学时/学分：32/2考核方式：闭卷考试和平时成绩相结合，以闭卷考试成绩为主。
选用教材：《高科技纤维概论》，王曙中，东华大学出版社，2014年先修课程：材料科学基础、高分子化学、高分子物理后继课程：复合材料工程实验、复合材料与工程前沿适用专业及层次：复合材料与工程专业，本科大纲执笔人：大纲审核人：一、课程目标通过本课程的学习，使学生具备以下能力：1.能够初步掌握高性能纤维的基本技术，在进行产品配方和工艺设计时，能合理地选取重要的、关键的材料性能指标和工艺参数，并用于解决复杂的工程问题。
2.能够基于高性能纤维、配合体系及加工工艺对环境、健康的影响，合理选择环保材料和工艺。
二、课程目标与毕业要求的对应关系三、教学基本内容第一章：绪论（支撑课程目标1、2）1.1 前言1.2 化学纤维发展的历史及现状1.3 高性能纤维的特点1.4 功能性纤维的特点1.5 高性能和功能性纤维的发展第二章：高感性纤维（支撑课程目标2）2.1 前言2.2 仿真丝纤维2.3 超细纤维2.4 独特风格和特殊性能纤维2.5 异形截面纤维2.6 仿生纤维要求学生：掌握高感性纤维的种类及特点。
第三章：高强高模聚乙烯纤维（支撑课程目标1、2）3.1 前言3.2 高强高模聚乙烯纤维的制备3.3 高强高模聚乙烯纤维的结构与性能3.4 高强高模聚乙烯纤维的改性3.5 高强高模聚乙烯纤维的后加工与用途要求学生：掌握高强高模聚乙烯纤维的制备、结构、性能与应用。
第四章：高强高模聚乙烯醇纤维（支撑课程目标1、2）4.1 前言4.2高强高模聚乙烯醇纤维的进展4.3高强高模聚乙烯醇纤维的工艺原理要求学生：掌握高强高模聚乙烯醇纤维的结构、性能与应用。
【东华大学精品课程】纺织材料第8章 纤维材料的热学、光学、电学性质
8.1.2 热力学性质 （1）概念
热力学性质也叫热机械性质，是指在温度的变化过程中， 热力学性质也叫热机械性质，是指在温度的变化过程中，纺织材料 的机械性质随之变化的特性。 的机械性质随之变化的特性。采用不同的温度点来表征纤维材料力学行 为的差异。 为的差异。
（2）热力学曲线
黏
对于结晶体， 对于结晶体，热力学状态以熔 点为界分为两个状态。 点为界分为两个状态。 对于非结晶体， 对于非结晶体，热力学状态一 般分为三个状态——玻璃态、高弹 玻璃态、 般分为三个状态 玻璃态 黏流态。 态、黏流态。用玻璃化温度Tg、黏 来划分。 流温度Tf来划分。
8.1.7 阻燃性 (1) 定性表达
根据纤维在火焰中，离开火焰后的燃烧状况分为： 根据纤维在火焰中，离开火焰后的燃烧状况分为： A.易燃：遇火就燃，离火仍燃，且燃烧迅速，可造成火灾。 易燃：遇火就燃，离火仍燃，且燃烧迅速，可造成火灾。 B.可燃：遇火能燃，离火后仍蔓延，但速度慢。 可燃：遇火能燃，离火后仍蔓延， 度慢。 C.难燃：在火焰中可燃，离开火则自熄。 难燃：在火焰中可燃，离开火则自熄。 D.不燃：与火接触亦不燃烧。 不燃：与火接触亦不燃烧。
(2) 定量表达
A.点燃温度 B.火焰最高温度 C.燃烧速度(单位长度的时间) D.极限氧指数 LOI
LOI = O2 体积 × 100% O2 + N 2的体积
8.2 光学性质 8.2.1 色泽
色泽既是外观质量也是内在质量的反映。 色泽既是外观质量也是内在质量的反映。 （1）颜色：材料对光的选择性吸收和反射的结果。多用白度表示。 颜色：材料对光的选择性吸收和反射的结果。多用白度表示。 （2）光泽：反射可见光的能力。 光泽：反射可见光的能力。 影响光泽的因素主要有： 影响光泽的因素主要有： ①纤维的表面状况。 如粗毛比细毛光泽强。 纤维的表面状况。 如粗毛比细毛光泽强。 ②纤维的截面形状。不同的形状会产生不同的光泽效果。如表面平滑 纤维的截面形状。不同的形状会产生不同的光泽效果。 ——平行反射（镜面反射），光最强；表面粗糙 平行反射（镜面反射） 光最强；表面粗糙——漫射，光柔和（反射 漫射， 平行反射 漫射 光柔和（ 光强一致）或产生闪光效应（有峰值漫射） 光强一致）或产生闪光效应（有峰值漫射）。 ③纤维结构与含杂。蚕丝的特殊光泽与它的层状结构有关。成熟度高 纤维结构与含杂。蚕丝的特殊光泽与它的层状结构有关。 的棉纤维比成熟度低的光泽好。水分使光泽下降，颜色浓度上升， 的棉纤维比成熟度低的光泽好。水分使光泽下降，颜色浓度上升，表面上 的油、蜡等其他成分也会使光泽发生变化。 的油、蜡等其他成分也会使光泽发生变化。 ④纤维彼此排列的平顺程度。 纤维彼此排列的平顺程度。
二、智能纤维的制备技术 - 东华大学精品课程
例2: Sun等以NaOH溶液为凝固浴，采用湿法、干湿法纺丝 技术制备了CS-PEG凝胶纤维，通过在凝固浴中加入交 联剂环氧氯丙烷和戊二醛形成交联网络。该凝胶纤维 在直流电场作用下具有电场响应性，同时具有典型的 环境溶液pH响应性。
例3: 顾利霞等采用氧化还原体系引发剂，在PVA水溶液中 原位聚合AA单体，采用硫酸铵等凝固剂纺制了 PVA/PAA纤维。然后，采用热处理方法使PAA发生脱水 酸酐化及PVA与PAA之间发生酯化反应，形成大分子之 间的交联，制备了热诱导凝胶纤维。
例1:用二苯基硫代咔唑衍生物和钯等二价或三价金属化 合物对纤维进行染色，得到的纤维受光照射时能从 灰色变为青色。
例2:齐齐哈尔大学等用具有光致变色性的染料对聚酯和 聚丙烯腈纤维进行染色，制得了光致变色纤维 。
普通纺
皮芯复合纺
杂化的基本思想是将原子、分子基团在纳 米数量级上进行复合。
例2：热反应纤维 —— 一种对温度反应特别敏感的调温 型防寒材料
将纳米粉体加入常规纤维，由于纳米粉体的微粒效 应，制得的杂化纤维可通过光束控制而在不同温度下 进行“逆向补充能量平衡”：在高温环境下，纳米粉 体控制和削弱原子和分子的运动，使织物更加紧密而 产生对热量的屏蔽作用；而在低温情况下，纳米粉体 同样可以控制原子和分子的运动造成屏蔽，防止外界 低温对人体皮肤的伤害。
例2:日本小松精练公司利用聚酯等合成纤维，镀上具有调 节温度功能的特殊蛋白微粒子(10nm)超薄膜，制成了蓄 热调温纤维Ai-Techno。
例3: 美国Milliken研究公司发明了聚吡咯涂纤维技术，通 过气相沉积或溶液聚合的方法，将导电的聚吡咯涂层 在纤维的表面，制成了作织物传感器的导电纤维 。
使用具有变色性能的染料或涂料赋予纤维 光致变色性和热致变色性，是常用的后加工 方法。
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十氢萘，煤油，白油，矿物油
主要萃取剂
汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍 生物
PE冻胶纺工艺关键
浓度：3%
- 10%
采用双螺杆帮助溶解和脱泡 用特殊的凝固浴解决并丝问题
分多级达到40倍以上拉伸
溶剂及萃取剂回收分离
高强PE的工业生产
主要生产国：
荷兰，美国，日本，中国
产量：
目前约4000吨/年，供不应求
存在的问题和今后的工作
进一步提高国产高强PE的强度和
均匀性
研究提高纤维抗蠕变能力的技术 提高纤维的使用温度 进一步降低单丝纤度
结束语
从国防科技发展的战略高度出发，开发
高强高模纤维刻不容缓；
我国已有开发高强纤维的基础，迄今高
强PE和碳纤维已经工业化，有待于开发
其下游产品；芳纶纤维及其制品、PBO纤
维等的生产技术尚属开发阶段。
200-300 1.8
碳纤维
按用途分：
作烧蚀材料
（主要为粘胶基碳纤维）
作结构材料
（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤 维）
高强PVA纤维
高分子量原料，采用冻胶纺丝，超
拉伸技术
湿纺加硼交联技术
PBO纤维
强度、模量比芳纶高出近一倍
日本东洋纺已开始产业化进程
聚对亚苯基苯并双恶挫纤维（分子式见
化纤研究所提供
国产和进口PE纤维性能比较
生产厂 强度
(cN/dtex)
DSM 联信
同益中 大成
中泰
26.59 24.41 24.89 1039 926 2.82 2.77 1297 2.39
22.59 22.57 881 3.14 862 2.99
模量
(cN/dtex)
伸长 (%)
国产和进口纤维截面SEM照片
强度 模量 (Gpa) (Gpa) 2.8 2.8 5.5 3-7 2.1 132 69 280 160 46
密度 熔点 (g/cm3) (℃) 1.44 1.4 1.59 0.98 1.32 560* 270 650* 140 245*
芳杂环纤维 PBO Torayca Kuvaion
Dyneema 3.4
高强高模纤维
材料学院化纤研究所
刘兆峰
关于高强高模纤维
高强高纤维目前尚无确切的定义 强度：
2GPa以上
模量：
50GPa 以上
主要的高强高模纤维
碳纤维
芳纶纤维
高强高模聚乙烯纤维 其它纤维
工业化高强纤维及性能
纤维种类 对位芳纶 聚芳酯 高强 PE 碳纤维 高强 PVA *
为分解温度
商品名 Kevlar Vectran
东华大学是最早参与研究的单位之
一，有自主的知识产权
目前准备开发芳纶纸
高强高模PE纤维
原料：分子量150-600万 采用冻胶纺丝，超拉伸技术 纤维具有部分伸直链结构
冻胶纺丝主流程
纺丝
溶解 脱泡 挤出成型 冻胶丝络筒
拉伸
凝固集束 萃取 卷绕 Nhomakorabea干燥
超倍拉伸
PE冻胶纺溶剂及萃取剂
主要溶剂
下图）
芳纶纤维
聚对苯二甲酰对苯二胺
通过液晶纺丝方法制成
分子链伸直平行排列 结晶度很高
芳纶的主要用途
复合材料增强
防弹材料
光缆、电缆加强材料 其他特殊用途
芳纶生产销售现状
已有30年的工业化历史 主要生产国：美国，日本，荷兰
目前世界市场供不应求
我国芳纶发展的情况
我国开发芳纶已有20年
防弹UD是无纬复合材料
0° 层 90° 层
UD的组成
热熔PE层 UD 0°, 90° UD 0°, 90° 热熔PE层
面密度：145 g/m²
UD截面扫描电镜照片
我国高强PE技术的特征
采用白油或矿物油 凝固浴采用独特的配方，解决了并
丝问题
各生产厂有自己的知识产权 所有的生产厂，技术均由东华大学