材料化学专业纤维论文

在二十一世纪的今天，高分子材料越来越得到人们的重视，人们的生活学习工作无时无刻不在使用着各种各样的高分子材料，可以这样说，高分子材料已经完全地与我们的各方面联系在了一起，而高分子材料的发展也无疑成为现在人们关注的焦点，因为一样新的高分子材料的出现，就有可能为我们地球节省出一点资源，为我们地球做出一点贡献，也为人类的生活等做出一点帮助，而高分子材料这门学科也是一门与多学科紧密交叉，互相渗透关联，且内容宽泛丰富的综合性学科，是材料科学与工程学科的一个重要组成部分，而我们今天要了解的，应该是一个比较为我们大家所熟悉的高分子材料：纤维。
首先，我想我们应该先来了解一下纤维的定义。纤维是指长径比大于1000：1的纤细物质。而纤维用聚合物往往带有一些极性基团，具有较高的结晶能力和结晶度，熔点在200度以上，300度以下，Tg适中。不易变形，伸长率小（<10%~50%），模量（>35000N.cm-2)和抗张强度（>35000N.cm-2)都很高。
纤维可分为天然纤维，人造纤维和合成纤维。而其中天然纤维有棉，麻，羊毛，蚕丝等动植物纤维;人造纤维是以天然聚合物为原料经过化学处理与机械加工而成，如黏胶纤维，醋酸纤维素等；合成纤维则右单体聚合而成，按主链结构，可分为碳链纤维和杂链纤维。
在了解这三种纤维之前，我们还是了解一下纤维在各行各业中的用途。纤维这种材料如今在各行各业中已经成为一种不可或缺的材料，我们先来看看纤维在纺织业中的用途，穿得舒服, 御寒防晒，是我们对衣服的最初要求，如今这个要求已很容易达到。海藻碳纤维做成衣服后，穿着时能长期使人体分子摩擦产生热反应，促进身体血液循环，因此能蓄热保温，而防紫外线辐射的纤维制成衣服便可减少我们夏日撑伞的麻烦。不过现在人们不仅要求穿得暖和，还增加了许多新要求，纤维都能一一满足：过去的年代曾经流行过 “涤盖棉”、“丙盖棉”，面料外涤里棉，是因为棉和肌肤的亲和性好，而涤与丙纶结实耐磨，方便洗涤。现在的新材料有了颠覆性的转变，可以“棉盖涤”、“棉盖丙”，新型的抗菌导湿纤维，比通常的纤维直径?穴１０μｍ一１００μｍ?雪要小，织成的面料可以使汗液透过，却不附着，这样汗液便被排到外层的棉布层，衣服贴身面便可随时保持干爽……千变万化，只为了帮我们穿着更舒适。而在军事业中，粘胶基碳纤维帮导弹穿上“防热衣”，可以耐几万度的高温，无机陶瓷纤维耐氧化性好，且化学稳定性高，还有耐腐蚀性和电绝缘性，航空航天、军工领域都用得着；聚酰亚胺纤

维可以做高温防火保护服、赛车防燃服、装甲部队的防护服和飞行服；碳纳米管可用作电磁波吸收材料，用于制作隐形材料、电磁屏蔽材料、电磁波辐射污染防护材料和“暗室”（吸波）材料。在环保这个现在全世界都在非常关注的问题中，纤维也有大用途。聚乳酸作为可完全生物降解性塑料，越来越受到人们重视。可将聚乳酸制成农用薄膜、纸代用品、纸张塑膜、包装薄膜、食品容器、生活垃圾袋、农药化肥缓释材料、化妆品的添加成分等。在医药中，甲壳素纤维做成医用纺织品，具有抑菌除臭、消炎止痒、保湿防燥、护理肌肤等功能，因此可以制成各种止血棉、绷带和纱布，废弃后还会自然降解，不污染环境；聚丙烯酰胺类水凝胶可能控制药物释放；聚乳酸或者脱乙酰甲壳素纤维制成的外科缝合线，在伤口愈合后自动降解并吸收，病人就不用再动手术拆线了。在建筑领域，防渗防裂纤维可以增强混凝土的强度和防渗性能，纤维技术与混凝土技术相结合，可研制出能改善混凝土性能，提高土建工程质量的钢纤维以及合成纤维，前者对于大坝、机场、高速公路等工程可起到防裂、抗渗、抗冲击和抗折性能，后者可以起到预防混凝土早期开裂，在混凝土材料制造初期起到表面保护。在公路、水电、桥梁、国家大剧院、上海市公安局指挥中心屋顶停机坪、上海虹口足球场等大型工程中已露了一手。而在新兴行业生物科技中，类似肌肉的纤维可制成“人工肌肉”、“人体器官”。聚丙烯酰胺具有生物相容性，一直是人体组织良好的替代材料，聚丙烯酰胺水凝胶能够有规律地收缩和溶这些特性正可以模拟人体肌肉的运动。胶原是人体中最多的蛋白质，人体心脏、眼球、血管、皮肤、软骨及骨路中都有它的存在，并为这些人体组织提供强度支撑。合成纳米纤维能在骨折处形成一种类似胶质的凝胶，引导骨骼矿质在胶原纤维周围生成一个类似于天然骨骼的结构排列，修补骨骼于无形之中。蜘蛛丝一直是人类想要模仿制造的，天然蜘蛛丝的直径为４微米左右，而它的牵引强度相当于钢的５倍，还具有卓越的防水和伸缩功能。如果制造出一种具有天然蜘蛛丝特点的人造蜘蛛丝，将会具有广泛的用途。它不仅可以成为降落伞和汽车安全带的理想材料，而且可以用作易于被人体吸收的外科手术缝合线。而纤维如果与别的材料搭配，也有很大的用途，比如塑料。纤维的充填能有效地提高塑料的强度和刚度。纤维增强塑料属刚性结构材料。纤维增强塑料主要有两个组分。基体是热固性塑料或热塑性塑料，用纤维材料充填。通常基体的强度较低，而纤维填料

具有较高的刚性但呈脆性。两者复合得到的增强塑料中，纤维承受很大的载荷应力，基体树脂通过与纤维界面上的剪切应力，支撑了纤维传递了外载荷。热固性塑料纤维增强塑料略写成FRP（fiber reinforced plastics）,热塑性纤维增强塑料略写成FRTP（fiber reinforced thermoplastics）.若用玻璃纤维增强则前缀G，如GFRP、GFRTP；如用碳纤维增强前缀C；用硼纤维则前缀B；用芳纶聚酰胺纤维（Kevlar）增强则前缀K。增强塑料以玻璃纤维使用占优势，其品种很多，无碱玻璃（E-glass）为常用普通纤维，碱金属氧化物含量很低，具有优良的化学稳定性和电绝缘性。高强度玻璃纤维（S-glass）含有镁铝硅酸盐等成分，具有比E-glass纤维高10%-50%的强度。由于化学成分和生产工艺的不同，还有高模量、中碱和高碱等各种玻璃纤维。碳纤维具有较大的刚性和优良的耐腐性，常用于增强热固性塑料。硼纤维本身是钨丝和硼的复合材料，具有较高的弹性模量，但纤维较粗且制造成本高。常用环氧树脂作基体。低密度的芳纶纤维国内已经躬行并使用，它用于承受拉应力的缆绳和承力构件。表面处理是在纤维表面涂覆表面处理剂，表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂。偶联剂能在纤维与基体树脂间形成一个良好黏合界面，从而有效提高两者的黏结强度，也提高了增强塑料的防水、绝缘和耐磨等性能。
了解完纤维的用途，下面我们正式介绍下天然纤维，人造纤维及合成纤维。
天然纤维是指自然界存在和生长的、具有纺织价值的纤维。人类使用天然纤维的历史可以追溯到远古时代，据中国科学技术史记载，我国于4000-5000年前已出现蚕丝及麻类织物，3000年前出现毛布，2000年前出现棉类织物。全世界天然纤维的产量很大，并且在不断增加，是纺织工业的重要材料来源。天然纤维的种类很多﹐长期大量用于纺织的有棉﹑麻﹑毛﹑丝四种。棉和麻是植物纤维，毛和丝是动物纤维。石棉存在于地壳的岩层中，称矿物纤维，是重要的建筑材料，也可以供纺织应用。棉纤维的产量最多，用途很广，可供缝制衣服、床单、被褥等生活用品，也可用作帆布和传送带的材料，或制成胎絮供保温和作填充材料。麻纤维大部分用于制造包装用织物和绳索，一部分品质优良的麻纤维可供作衣着。羊毛和蚕丝的产量比棉和麻少得多，但却是极优良的纺织原料。用毛纤维制成呢绒，用丝纤维制成绸缎，缝制作衣着，华丽庄重，深受人们喜爱。在纺织纤维中中，只有毛纤维具有压制成毡的性能。毛纤维也是纤制地毯的最好的原料。植物纤维主要组成物质是纤维素，又称为天然纤维素纤维。是由植物上

种籽、果实、茎、叶等处获得的纤维。根据在植物上成长的部位的不同，分为种子纤维、叶纤维和茎纤维。而动物纤维主要组成物质是蛋白质，又称为天然蛋白质纤维，分为毛和腺分泌物两类。天然纤维主要用作衣物及各种纺织品。粘胶丝主要用于代替部分棉花，做各种织物及服装等。粘胶丝纤维还可用做碳纤维的原料，来烧制高强度高模量碳纤维，还可以在成纤过程中将纤维素溶液纺制成“中空”的管状纤维，用做污水处理，饮用水净化技术（制作饮用“矿泉水”）中的膜分离材料。天然纤维及人造纤维产业主要在纺织领域，研发各种适于市场需求的物美价廉纺织产品及服装制品等，是纺织行业的主要目标之一。而天然纤维作为高分子来讲，研究它的化学改性及高分子资源的综合利用，是天然纤维资源另一方面的研究课题。
人造纤维是化学纤维的两大类之一，是指用某些天然高分子化合物或其衍生物做原料，经溶解后制成纺织溶液，然后纺制成纤维，竹子、木材、甘蔗渣、棉子绒等都是制造人造纤维的原料。根据人造纤维的形状和用途，分为人造丝、人造棉和人造毛三种。重要品种有粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维等。而其中比较多的是再生纤维与天然纤维。再生纤维：再生纤维素纤维、用纤维素为原料制成的、结构为纤维素II的再生纤维。由于耕地的减少和石油资源的日益枯竭，天然纤维、合成纤维的产量将会受到越来越多的制约；人们在重视纺织品消费过程中环保性能的同时，对再生纤维素纤维的价值进行了重新认识和发掘。如今再生纤维素纤维的应用已获得了一个空前的发展机遇。再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段，形成了三代产品。第一代是20世纪初为解决棉花短缺而面世的普通粘胶纤维。第二代是20世纪50年代开始实现工业化生产的高湿模量粘胶纤维，其主要产品包括日本研发的虎木棉(后命名为Polynosic)和美国研发的变化型高湿模量纤维HWM以及兰精公司80年代后期采用新工艺生产的Modal纤维。60年代后期开始，由于合纤生产技术的迅速发展，原料来源充足和成本低廉，合成纤维极大地冲击了再生纤维素纤维的市场地位。许多研究机构和企业更多地关注了新合纤的开发和应用。在此期间，世界再生纤维素纤维的发展趋于停滞。第三代产品是以20世纪90年代推出的短纤Tencel(天丝)、长丝Newcell为代表。受健康环保意识、崇尚自然等因素的影响，人们对再生纤维素纤维有了新的认识，新一代再生纤维素纤维的理化性能也有了充分的改进，因此，再生纤维素纤维的应用重新出现了迅猛的增长。 天然纤维：纤维素酯纤维

，从天然蛋白质制成的性质类似羊毛的纤维。羊毛、蚕丝等为天然蛋白质纤维。1866年英国人E.E.休斯首先成功地从动物胶中制出人造蛋白质纤维。他将动物胶溶于乙酸，在硝酸酯的水溶液中凝固抽丝，然后以亚铁盐溶液脱硝，进一步加工得到蛋白质纤维，但未工业化。1935年意大利弗雷蒂才用牛乳内提取的奶酪素制成人造羊毛。天然蛋白质制成的蛋白质纤维与羊毛的性质差不多 。基本结构单元都是氨基酸，以酰胺键（肽键）结合在一起的高分子。比天然羊毛优越之处在于不易皱缩，不易虫蛀，易保存；缺点是保暖性及柔软性较天然羊毛差些。工业生产蛋白质纤维的主要原料是乳酪素、花生蛋白及大豆蛋白等。指从木材、棉短绒等植物材料中提取得到的纤维素，与有机酸等反应所生成的纤维素衍生物——纤维素酯为原料制得的、最终纤维大分子化学结构仍保持纤维素酯结构的纤维均属之。 蛋白质纤维和其他天然高分子物纤维。人造纤维一般具有与天然纤维相似的性能，有良好的吸湿性、透气性和染色性能，手感柔软，富有光泽，是一种重要的纺织材料。它可以纯纺或与羊毛、丝等天然纤维、合成纤维混纺，制得各种衣料。粘胶纤维中的强力丝因强度高，抗多次变形性好，可用在工业方面。再生蛋白质纤维具有类似羊毛的性质，可代替羊毛。目前，可用蛋白质与其他纤维接枝共聚或共混以改善其他纤维的性质。1984年，人造纤维的产量约为 3.1Mt，占化学纤维总产量的21.3％。
合成纤维是化学纤维的一种，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。通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。与天然纤维和人造纤维相比，合成纤维的原料是由人工合成方法制得的，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。合成纤维按主链结构分类：1.、碳链合成纤维，如聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维尼纶)； 2、杂链合成纤维，如聚酰胺纤维(锦纶)、聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)等。而按性能功用分类的话，可分为：1、耐高温纤维，如聚苯咪唑纤维；2、耐高温腐蚀纤维，如聚四氟乙烯；3、高强度纤维，如聚对苯二甲酰对苯二胺；4、耐辐射纤维，如聚酰亚胺纤维；5、另外还有阻燃纤维、高分子光导纤维等。而合成纤维的生产有三大工序：合成聚合物制备、纺丝成型、后处理。
了解完这三大类纤维，我想大家

对纤维又有了新的认识。如今，我们人类生活工作越来越离不开高分子材料，而我们越来越先进的技术也正把高分子材料带入我们千家万户，真正做到方便人民，而纤维，恰恰就是其中对我们人类生活工作有极大帮助的高分子材料，更好地了解它，也就能更好的热爱我们的生活，热爱我们的地球。

参考文献
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[2]曹艳，邱清华，郭宝春，贾德民。高分子材料科学与工程。2004。
[3]王颖。环境保护。2002。