高强高模纤维研究

强度、模量比芳纶高出近一倍
中文名：聚对苯撑苯并双口恶唑，是一种杂环芳香 族的聚酰胺（分子式见下图）
高端PBO纤维产品的强度为5.8GPa，模量180GPa，在现有的化学纤维中最高； 耐热温度达到600℃，极限氧指数68，在火焰中不燃烧、不收缩，耐热性和难 燃性高于其它任何一种有机纤维。主要用于耐热产业纺织品和纤维增强材料。
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
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
为分解温度
商品名 Kevlar Vectran
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
荷兰，美国，日本，中国
产量：
目前约4000吨/年，供不应求
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
模量
(cN/dtex)
伸长 (%)
国产和进口纤维截面SEM照片
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
小结

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
超
PE冻胶纺溶剂及萃取剂
主要溶剂
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：
PBO纤维与其他高性能纤维的比较
性能指标 纤维品种 zylonHM zylonAS 对位芳族聚酰胺 同位芳族聚酰胺 钢纤维 碳纤维 高模量聚酯 聚苯并咪唑(PBI) 断裂强度 模量 N/tex 3.7 3.7 1.95 0.47 0.35 2.05 3.57 0.28 GPa 280 180 109 17 200 230 110 5.6 断裂伸长率 % 2.5 3.5 2.4 22 1.4 1.5 3.5 30 密度 g/cm3 1.56 1.54 1.45 1.38 7.80 1.76 0.96 1.40 回潮率 % 0.6 2 4.5 4.5 0 0 1.5 68 68 29 29 16.5 41 LOI 裂解温度 ℃ 650 650 550 400 150 550
PBO纤维-应用



长丝的应用，可用于轮胎、胶带(运输带)、胶管等橡胶制品的补强材 料；各种塑料和混凝土等的补强材料；弹道导弹和复合材料的增强组 分；纤维光缆的受拉件和光缆的保护膜；电热线、耳机线等各种软线 的增强纤维；绳索和缆绳等高拉力材料；高温过滤用耐热过滤材料； 导弹和子弹的防护设备、防弹背心、防弹头盔和高性能航行服；网球、 快艇、赛艇等体育器材；高级扩音器振动板、新型通讯用材料；航空 航天用材料等。 短切纤和和浆粕的应用，可用于摩擦材料和密封垫片用补强纤维；各 种树脂、塑料的增强材料等。 纱线的应用，可用于消防服；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；防切伤的保护服、安全手套和安全鞋；赛车 服、骑手服；各种运动服和活动性运动装备；Carrace飞行员服；防 割破装备等。 短纤维的应用，主要用于铝材挤压加工等用的耐热缓冲垫毡；高温过 滤用耐热过滤材料；热防护皮带等。
PBO的合成
HO OH + H2N NH2 130-200oC HCl + HOOC COOH
PPA
N * O
N * O
PBO是由4，6—二氨基苯酚盐酸盐(二氨基间苯二酚盐酸盐)与对苯二甲酸以多 磷酸(PPA)为溶剂进行溶液缩聚而制得，也可利用P2O5脱水进行缩聚，PPA既 是溶剂，也是缩聚催化剂。
高强高模纤维
High strength and high modulus fiber
关于高强高模纤维
高强高纤维目前尚无确切的定义
强度： 模量：
>2GPa
>50GPa
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 *
我国开发芳纶已有20年 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 冻胶丝络筒
拉伸
挤出成型
凝固
集束 倍拉伸
萃取 卷绕
干燥
Dyneema 3.4
200-300 1.8
碳纤维
按用途分：
作烧蚀材料 （主要为粘胶纤维和沥青基碳纤维）

高强聚乙烯醇（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
Poly-p-phenylenebenzobisthiazole （PBO）纤维
段。
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
PBO纤维的卓越性能


耐热性和抗燃性，特别是PBO纤维的强度不仅超过钢纤维， 而且可凌驾于碳纤维之上。此外，PBO纤维的耐冲击性、 耐摩擦性和尺寸稳定性均很优异，并且质轻而柔软，是极 其理想的纺织原料。 PBO作为21世纪超性能纤维，具有十分优异的物理机械 性能和化学性能，其强力、模量为Kevlar(凯夫拉)纤维的 2倍并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能，而且物理化学性能 完全超过迄今在高性能纤维领域处于领先地位的Kevlar纤 维。一根直径为1毫米的PBO细丝可吊起450千克的重量， 其强度是钢丝纤维的10倍以上。