纖維材料總結(jié)

1、1. 關(guān)于化學(xué)纖維的一些常用概念 1) 長絲（filament yarn) 2) 短纖維 (staple fiber)： 棉型短纖維； 毛型短纖維； 中長纖維 3) 絲束 （Tow）,第一節(jié) 關(guān)于化學(xué)纖維及其紡絲的一些概念,4) 異形纖維 （shaped fiber, profiled fiber）,5) 復(fù)合纖維 （Bicomponent fiber, Composite

2、 fiber）,2, 化學(xué)纖維的生產(chǎn)方法,主要工序：1）原料準(zhǔn)備2）紡前準(zhǔn)備3）紡絲4）后加工,2.1 原料準(zhǔn)備,對成纖聚合物的一般要求：（1）成纖聚合物大分子必須是線型的、能伸直的分子，支鏈盡可能少，沒有龐大側(cè)基。（2）聚合物分子之間有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔昧?，或具有一定?guī)律性的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。（3）聚合物應(yīng)具有適當(dāng)高的相對分子質(zhì)量和較窄的相對分子質(zhì)量分布。（4）聚合物應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性，其熔點或軟化點應(yīng)比允許使用溫度高

3、得多。,2.3 紡絲成型,熔體紡絲法：紡速1000 ～ 2000m/min或更高 溶液紡絲法：濕法紡絲，干法紡絲 特殊紡絲方法，如乳液紡絲、 干濕法紡絲、凍膠紡絲、液晶紡絲,聚酰胺、聚酯、聚乙烯、等規(guī)聚丙烯等熔點低于熱分解溫度，可以進(jìn)行熔體紡絲。,熔體紡絲,聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇等成纖高聚物的熔點接近熱分解溫度甚至高于熱分解溫度，要采取溶液紡絲。,溶液紡絲,2.4 化學(xué)纖維的后加工,1）拉伸：提高斷裂強度，降低斷裂伸長，提

4、高耐磨性和對各種變形的疲勞強度 熔體紡絲纖維的總拉伸倍數(shù)為3 ～ 7倍 濕法紡絲纖維為8 ～ 12倍 生產(chǎn)高強度纖維時，拉伸倍數(shù)更高2）熱定型：消除內(nèi)應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)一步 改善其物理機械性能3)上油：提高纖維的平滑性、柔軟性、和抱合力，減少摩擦和靜電的產(chǎn)生，改善加工性能,聚酯（Polyester）通常是指二元酸和二元醇縮聚而得的高分子，其基本鏈節(jié)之間以酯鍵連接而得名。品種很多，有聚對苯二甲酸乙二醇酯

5、（PET),聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT), 聚對苯二甲酸丙二醇酯（PPT)。PET由對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ィ―MT）與乙二醇進(jìn)行酯化或酯交換后所聚合成的聚合物。商品名：PET含量大于85%的纖維簡稱為滌綸。國外商品名：美國的Dacron(達(dá)克綸），日本的Tetoron(帝特綸），英國的Terlenka(特麗綸）等,第二節(jié) 聚酯纖維,聚酯纖維一般以紡絲速度的高低來劃分紡絲技術(shù)路線的類型，如常規(guī)紡絲技術(shù)、高速紡絲技術(shù)和超高

6、速紡絲技術(shù)等。（1）常規(guī)紡絲：紡絲速度 1000～1500m/min。其卷繞絲為未拉伸絲，通稱 UDY（undraw yarn）。（2）中速紡絲：紡絲速度為1500～3000m/min。其卷繞絲具有中等取向度，為中取向絲， 通稱 MOY（medium oriented yarn）。,（3）高速紡絲：紡絲速度為 3000～6000m/min。紡絲速度為 4000m/min以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預(yù)取向絲 POY（pre-o

7、riented yarn）。若在紡絲過程中引入拉伸作用，可獲得具有高取向度和中等結(jié)晶度的卷繞絲，為全拉伸絲 FDY（full draw yarn）。（4）超高速紡絲：紡絲速度為 6000～8000m/min。卷繞絲具有高取向和中等結(jié)晶結(jié)構(gòu)，為全取向絲，通稱 FOY（fully oriented yarn）。 聚酯纖維紡絲技術(shù)在近年來得到迅速發(fā)展。今后仍將沿著高速、高效、大容量、短流程、高速自動化的方向發(fā)展，并將加強差別化、功

8、能化纖維紡制技術(shù)的開發(fā)。,五、滌綸的物理和化學(xué)性質(zhì),5.1 物理性質(zhì)1）強度和延伸度：取決于紡絲過程中的拉伸程度。有高模量型（強度高，延伸度低）、低模量型（強度低，延伸度高）、中模量型。一般拉伸倍數(shù)4-5倍，干強度3.5-4.4cN/dtex, 延伸度18-36%2）彈性和耐磨性：由于線形分子中分散著苯環(huán)，彈性非常高。耐磨性好，僅次于錦綸。3）“洗可穿”性：優(yōu)異的抗皺性和保形性,,4）優(yōu)良的耐熱性和熱穩(wěn)定性5）吸濕性差，標(biāo)準(zhǔn)吸濕

9、率0.4%，故干濕強度及延伸度相當(dāng)，易產(chǎn)生靜電，染色困難。6）起毛起球現(xiàn)象。圓形截面，表面光滑，抱合力差，故易摩擦起球，且強度高、彈性好，小球難于脫落,,5.1 化學(xué)性質(zhì) 分子鏈中苯環(huán)和亞甲基均較穩(wěn)定，且纖維的物理結(jié)構(gòu)緊密，故化學(xué)穩(wěn)定性高1）耐酸性好 應(yīng)用：爛花產(chǎn)品（用酸侵蝕滌棉包芯紗織物）2）在堿的作用下發(fā)生水解，由表面逐漸深入，產(chǎn)生“剝皮現(xiàn)象”。這是滌綸織物用堿處理后可以獲得仿真絲綢整理效果的原因。3）對氧化劑和還

10、原劑的穩(wěn)定性高,第四章 聚酰胺纖維,,,聚酰胺纖維分為兩大類：1）由二元胺和二元酸縮聚而得， 通式為： 根據(jù)二元胺和二元酸的碳原子數(shù)目，可以得到不同品種的命名，其前一個數(shù)字是二元胺的碳原子數(shù)，后一個數(shù)字是二元酸的碳原子數(shù)。如聚酰胺66（PA66）纖維是由己二胺［H2N(CH2)6NH2］和己二酸［HOOC（CH2）4COOH］縮聚制得。,,2）由ω-氨基酸縮聚合或由內(nèi)酰胺開環(huán)聚合制得的聚酰胺，通式為： 根據(jù)

11、結(jié)構(gòu)單元所含碳原子數(shù)目，亦可得到不同品種的命名。例如聚酰胺 6 纖維（錦綸 6）就是由含 6個碳原子的己內(nèi)酰胺開環(huán)聚合而得的。,4.3 聚酰胺的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),4.3.1 分子結(jié)構(gòu)： 聚酰胺的分子是由許多重復(fù)結(jié)構(gòu)單元，通過酰胺鍵（ CONH）連接起來的線型長鏈分子，在晶體中為完全伸展的平面鋸齒形構(gòu)型。成纖PA6的數(shù)均相對分子質(zhì)量為14000～20000左右，成纖PA66的相對分子質(zhì)量為 20000～ 30000左右。相對分子

12、質(zhì)量分布多分散指數(shù)Mw/Mn PA66為1.85 PA6 為2,聚酰胺的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)也是折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系；聚己二酰己二胺的晶態(tài)結(jié)構(gòu)有兩種形式：α型和β型。其分子鏈在晶體中具有完全伸展的平面鋸齒形構(gòu)象。,4.3.2 晶態(tài)結(jié)構(gòu),聚己內(nèi)酰胺大分子在晶體中的排列方式有平行排列和反平行排列兩種可能， 當(dāng)反平行排列時， 羰基上的氧和氨基上的氫才能全部形成氫鍵； 而平行排列時， 只能部分地形成氫鍵。,由于氫鍵作用的不同

13、，聚己內(nèi)酰胺的晶態(tài)結(jié)構(gòu)有γ 型（假六方晶系）；β型（六方晶系）；α型（單斜晶系）。α型晶體是最穩(wěn)定的形式，大分子呈完全伸展的平面鋸齒形構(gòu)象，相鄰分子鏈以反平行方式排列，形成氫鍵。,4.5 聚酰胺纖維的性能、用途及其改性,3.5.1 聚酰胺纖維的性能1.斷裂強度聚酰胺纖維因為結(jié)晶度、取向度高以及分子間作用力大，所以強度也比較高。 一般紡織用聚酰胺長絲的斷裂強度為4.4 ～ 5.7dN/tex，特殊用途的聚酰胺強力絲

14、斷裂強度高達(dá) 6.2 ～8.4dN /tex。聚酰胺纖維的吸濕率較低，其濕態(tài)強度約為干態(tài)的 85% ～ 90% 。,2.斷裂伸長：聚酰胺纖維的斷裂伸長隨品種而異，強力絲斷裂伸長約為 20% ～ 30% ，普通長絲為 25% ～ 40% 。通常濕態(tài)時的斷裂伸長較干態(tài)高 3% ～ 5% 。3.初始模量聚酰胺纖維的初始模量比其他大多數(shù)纖維都低，因此，聚酰胺纖維在使用過程中容易變形。在同樣的條件下，聚酰胺 66纖維的初始模量較聚酰胺 6纖維

15、稍高一些。,4，彈性聚酰胺纖維的回彈性極好，例如聚酰胺 6 長絲在伸長10%的情況下，回彈率為99%（在同樣伸長的情況下，聚酯長絲回彈率為67%，而粘膠長絲的回彈率僅為32% ）5.耐多次變形性或耐疲勞性,由于聚酰胺纖維的彈性好，因此它的打結(jié)強度和耐多次變形性很好。普通聚酰胺長絲的打結(jié)強度為斷裂強度的 80% ～ 90% ，較其他纖維高。聚酰胺纖維耐多次變形性接近于聚酯纖維，而高于其他所有化學(xué)纖維和天然纖維。因此聚酰胺纖維是制造輪胎

16、簾子線較好的纖維材料之一。,,6.耐磨性：聚酰胺纖維是所有紡織纖維中耐磨性最好的纖維，其耐磨性是棉花的10倍，羊毛的20倍，粘膠纖維的50倍，因此，最適合作襪子。7.吸濕性：天然纖維和再生纖維低，但在合成纖維中，除聚乙烯醇纖維外，它的吸濕性是較高的。聚酰胺 6 纖維中由于單體和低分子物的存在，吸濕性略高于聚酰胺66 纖維。,5.3 聚丙烯纖維的生產(chǎn),一般采用普通的熔體紡絲法和膜裂紡絲法。新型生產(chǎn)工藝：短程紡、膨體長絲、復(fù)合紡絲、紡

17、-牽一步法、紡粘和熔體鵬設(shè)法非織造布等,一、常規(guī)PP纖維的生產(chǎn)工藝,1）紡絲溫度：由于其熔體流動性差，需高出Tm 50-130℃左右擠出，為220-300℃2）冷卻條件：快速冷卻，以得到具有不穩(wěn)定的碟狀液晶結(jié)構(gòu)的初生纖維。在實際生產(chǎn)中，采用側(cè)吹風(fēng)時35-40℃，環(huán)形吹風(fēng)時30-40℃，風(fēng)速0.3-0.4m/s3）噴絲頭拉伸倍數(shù)：60倍左右,4）紡絲后拉伸：溫度120-130℃，4-8倍左右，拉伸速度一般偏低較好，過高的拉伸速度會使拉

18、伸應(yīng)力大大提高，纖維的空洞率增加，因而增加拉伸斷頭率。 結(jié)晶度由初生纖維的33-40%，提高到37-48%。5）熱定型：提高纖維的結(jié)晶度，降低沸水收縮率，提高其尺寸穩(wěn)定性。溫度：120-130℃。 若采用高相對分子量的PP，在盡可能低的噴絲頭拉伸下冷卻成型，然后進(jìn)行高倍拉伸，可得到高強度的聚丙烯纖維。,短程紡技術(shù)是較常規(guī)紡絲工藝流程短，紡絲工序與拉伸工序直接相連，噴絲頭孔數(shù)增加，紡絲速度降低的一種新工藝路線。工藝流程：

19、切片喂入—添加劑注入—切片共混—螺桿擠出—熔體過濾—熔體分配—紡絲—冷卻成型—上油卷曲—拉伸—卷取—熱定型—切斷—打包,二、聚丙烯短程紡技術(shù),第六章 聚丙烯腈纖維,,,聚丙烯腈（PAN）纖維：以丙烯腈(AN)為主要鏈結(jié)構(gòu)單元的聚合物紡制的纖維改性聚丙烯腈纖維：(AN)含量占35 ～85%的共聚物制成的纖維 以上兩種，統(tǒng)稱為腈綸,6.1 PAN的制備及性能,6.1.1 單體及其他基本原料1. 單體 制造聚丙烯腈的

20、主要單體為丙烯腈（AN）， 它可以用石油、天然氣、煤及電石等制取，有多種工藝路線。目前廣泛采用的是丙烯氨氧化法。 在所有的丙烯氨氧化法中， 以索遲歐（Sochio） 法最為重要， 此法使丙烯在氨、 空氣與水的存在下， 用鉬酸鉍與銻酸雙氧鈾作催化劑， 在沸騰床上于溫度為 450℃、 壓力為 150kPa 下反應(yīng)， 反應(yīng)按下式進(jìn)行：,由于用AN均聚物制成的纖維彈性差，通常采用的成纖聚丙烯腈大多為三元共聚物。第二單體的作用是降低大分子

21、間作用力，改善纖維彈性。通常選用含酯基的乙烯基單體，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯等，加入量約5 ～ 10%。加入第三單體的目的：改進(jìn)纖維的染色性及親水性。一般選用可離子化的乙烯基單體：1）對陽離子染料有親和力，含有羧基或磺酸基團的單體，如丙烯磺酸鈉、甲基丙烯磺酸鈉、衣康酸鈉鹽等；2）對酸性染料有親和力，含氨基、酰胺基、吡啶基等單體，如乙烯吡啶、2-甲基-5-乙基吡啶等，加入量約0.3 ～3%.,國內(nèi)的主要兩種產(chǎn)品,丙烯酸甲酯

22、為第二單體, 用量5-7%丙烯磺酸鈉為第三單體, 用量1-3%（金山）日曬牢度高,丙烯酸甲酯為第二單體, 用量5-7%衣康酸為第三單體, 用量1-3%（蘭州）染淺色時色彩鮮艷,* 共聚體分子鏈上三種單體隨機分布,2，溶劑：丙烯腈的聚合常采用溶液聚合法，常用溶劑有NaSCN水溶液和二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等3，引發(fā)劑：雖聚合路線不同而異。 硫氰酸鈉溶劑路線和二甲基亞砜溶劑路線多采用偶氮二異丁腈為引發(fā)劑4，其他

23、添加劑：為控制分子量，聚合過程中常加入異丙醇（IPA）,以硫氰酸鈉一步法均相溶液聚合為例， 其工藝流程如下,6.1.2 丙烯腈的聚合,引發(fā)劑：偶氮二異丁腈（AIBN）淺色劑：二氧化硫脲（TUD）NaSCN濃度：48.8%,6.1.3 聚丙烯腈的性能,丙烯腈外觀為白色粉末狀，密度為 1.14 ～ 1.15g/cm3，加熱至 220 ～ 230℃ 時軟化并發(fā)生分解。由于側(cè)基—氰基的作用，聚丙烯腈大分子主鏈呈螺旋狀空間立體構(gòu)象。引入第

24、二單體、第三單體后，大分子側(cè)基有很大變化，增加了其結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的不規(guī)則性。丙烯腈均聚物有兩個玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，分別為低序區(qū)的 80 ～ 100℃ 和高序區(qū)的140～ 150℃。而丙烯腈三元共聚物的兩個玻璃化溫度比較接近，約在 75～ 100℃ 范圍內(nèi)。,,聚丙烯腈的化學(xué)穩(wěn)定性較低，在酸或堿的作用下，PAN的氰基會轉(zhuǎn)變成酰胺基，酰胺基又可進(jìn)一步水解生成羧基和釋放出NH3。溫度越高，反應(yīng)越劇烈。聚丙烯腈的氰基中，碳和氮原子間的三價鍵（一個б

25、鍵和兩個π鍵）能吸收較強的能量如紫外光的光子，轉(zhuǎn)化為熱，使聚合物不發(fā)生降解，因此腈綸具有非常優(yōu)良的耐光性能。聚丙烯腈有較好的熱穩(wěn)定性，一般成纖用聚丙烯腈加熱到170～ 180℃ 時不發(fā)生變化。聚丙烯腈對各種醇類、有機酸（甲酸除外）、碳?xì)浠衔?、酮、酯及其他物質(zhì)都較穩(wěn)定，但可溶解于濃硫酸、酰胺和亞砜類溶劑中。,6.2 聚丙烯腈纖維的生產(chǎn),6.2.1 紡絲原液的制備聚丙烯腈纖維一般采用濕法或干法紡絲成型。聚丙烯腈的溶劑包括有機溶劑和無

26、機溶劑兩大類。有機溶劑如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜及碳酸乙烯酯等；無機溶劑主要有硫氰酸鈉、氯化鋅水溶液及硝酸等。按紡絲原液的生產(chǎn)工藝又可分為一步法和二步法兩類。,,以硫氰酸鈉一步法為例，一般濕法紡絲原液的質(zhì)量指標(biāo)控制如下：原液粘度（s ）95～ 115（升泡法） 280～ 380（落球法）聚合物濃度 ： 13.2～ 13.8%NaSCN 含量 ：44～ 45%聚合物增比粘

27、度： 0.35～ 0.45聚合物粘均相對分子質(zhì)量： 60000～ 80000原液溫度： 25～ 35 ℃原液中殘存單體含量 < 0.3%,,二步法制備紡絲原液： 用水相沉淀聚合或乳液聚合得到的粉狀或顆粒狀PAN固體，溶解在適當(dāng)?shù)挠袡C或無機溶劑中，經(jīng)過混合、脫泡、過濾等，制成滿足紡絲工藝要求的紡絲溶液。,6.2.2 濕法紡絲,濕法紡絲機示意圖,* 濕法紡絲中的雙擴散過程,濕法紡絲中影響纖維成型的因素,1）原液中聚合物的

28、濃度2）凝固浴的組成3）凝固浴溫度4）凝固浴循環(huán)量5）凝固浴中浸長,6.2.3 干法紡絲,干法紡絲占25-30%，溶劑主要是二甲基甲酰胺,原液濃度：25 ～ 30%溶解溫度：80 ～ 100℃紡絲原液溫度：110 ～ 120℃紡絲甬道溫度：165 ～ 180℃,干法紡絲工藝參數(shù),1）聚合物相對分子量：3.5～4萬2）原液濃度 25 ～ 30%3）紡絲甬道長度：一般4～8m,內(nèi)經(jīng)約150～300mm4）紡絲甬道中溶劑蒸

29、汽濃度：35～45g/cm35）紡絲溫度：包括噴絲頭出口處原液溫度、通入甬道熱空氣溫度(230～260℃)、甬道夾套溫度6)紡絲速度： 100～300m/min7）拉伸：,干法紡絲與濕法紡絲的比較,6.3 腈綸的結(jié)構(gòu)與性能,濕紡腈綸基本上是圓形截面，有微小空隙。,干紡腈綸纖維的截面形狀,橫截面為腰果型，縱向截面比較粗糙，顯微鏡下能看到表面原纖結(jié)構(gòu)，原纖間有縱向溝槽。,第七章 聚乙烯醇纖維,聚乙烯醇纖維的常規(guī)產(chǎn)品是聚乙烯醇縮甲醛纖維

30、，國內(nèi)簡稱維綸。,,二、聚乙烯醇的制備 成纖用PVA是將醋酸乙烯在甲醇或氫氧化鈉作用下醇解反應(yīng)制得。,1）高堿醇解法（濕法醇解）反應(yīng)體系中含水約6%，每摩爾聚醋酸乙烯鏈節(jié)需加堿0.1-0.2mol左右。,1）低堿醇解法（干法醇解） 反應(yīng)體系中含水量0.1-0.3%一下，每摩爾聚醋酸乙烯鏈節(jié)加堿0.01-0.02mol左右。醇解中堿以甲醇溶液的形式加入。,1，紡絲原液準(zhǔn)備： 以水為溶劑配置PVA紡絲原液，經(jīng)水洗

31、、脫水得到精PVA，送到溶解機用熱水溶解（一般是常壓80-98℃，2-8h），混合、過濾、脫泡。 水洗的目的是降低聚乙烯醇物料中醋酸鈉含量，使之不超過0.05-0.2%，否則將使纖維在熱處理時發(fā)生堿性著色。同時，水洗可以除掉一部分低分子量的PVA 溶解：用熱水95-98℃，常壓下；2-8h 紡絲原液濃度：濕法紡絲用為14-18% 干法紡絲用為30-40%,7

32、.3 聚乙烯醇纖維的生產(chǎn),2，紡絲成型一般用濕法紡絲生產(chǎn)短纖維，用干法紡絲制備一些專用長絲。 濕法紡絲的凝固浴有無機鹽水溶液、NaOH水溶液以及某些有機溶劑。,3、后加工,1）拉伸 經(jīng)過拉伸，提高大分子取向度和結(jié)晶度。一般在不同介質(zhì)中分段拉伸。最大拉伸倍數(shù)10-12倍。,包括拉伸、熱處理、縮醛化、水洗、上油干燥等工序,3）縮醛化處理：,縮醛化一般用硫酸作為催化劑，甲醛作為醛化劑，主要分子內(nèi)構(gòu)成相鄰羥基的內(nèi)縮合，極少部分也發(fā)生

33、分子間縮合。實際生產(chǎn)中縮醛化溫度控制在70 ℃左右通過縮醛化降低其親水性，提高纖維的耐熱水性，使原來在水中的軟化點（90℃）提高到110℃以上。,在縮醛化反應(yīng)中，除了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)外，纖維還發(fā)生溶脹和松弛，使其物理性能有所降低，染色性能也有所變化?？s醛度（摩爾分?jǐn)?shù)）：進(jìn)入縮醛化反應(yīng)的羥基數(shù)占大分子上原來所含全部羥基數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一般為30-36%。低于20-30%時，溶脹起主要作用，能破壞濕法形成的表皮結(jié)構(gòu)，釋放出部分自由羥基而使染色性

34、改善，高于20-30%時，封閉羥基起主導(dǎo)作用，使染色性下降。,用聚丙烯腈纖維制備碳纖維的制造工序大體分為四步：預(yù)氧化、碳化、石墨化和表面處理。PAN法生產(chǎn)CF的工藝過程為：,1）聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）的制造,第十章 高性能纖維,2.碳纖維的結(jié)構(gòu),石墨晶體是一種三維有序的六方晶體點陣結(jié)構(gòu)。其特征：層面內(nèi)C原子sp2雜化；層與層間靠范德華力聯(lián)結(jié)，距離較大；相鄰層面間的C原子位置有固定的層間對應(yīng)關(guān)系。,碳纖維的結(jié)構(gòu)與石墨晶體類

35、似。,2）CF的結(jié)構(gòu),1）理想的石墨晶體結(jié)構(gòu),（1）熱處理（HTT）對CF強度和模量的影響：HTT提高，CF模量提高，強度會出現(xiàn)峰值。（2）潤濕與粘接：CF結(jié)晶好，碳原子排列整齊、晶粒大，晶棱小，表面缺陷小，樹枝對碳纖維的潤濕性不好，需進(jìn)行表面處理。（3）PAN原絲本身質(zhì)量、缺陷對CF有影響。,3）CF結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,3.碳纖維的性能,碳纖維的強度σfu高、模量Ef大。由于密度ρf小，所以具有較高的比強度σ/ρ和很高得比模量E/ρ

36、。,1）力學(xué)性能,碳纖維的模量隨碳化過程處理溫度的提高而提高，在1300-1700℃范圍內(nèi)，強度出現(xiàn)最高值。碳纖維的脆性很大，沖擊性能差密度適中，在1.5-2.0g/cm3之間。,（1）熱性能： 耐高低溫性能好 導(dǎo)熱性能好。導(dǎo)熱系數(shù)雖溫度升高而減小，有方向性，沿纖維軸向的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于垂直方向。 Ι型碳纖維遠(yuǎn)小于ΙΙ型碳纖維。 線膨脹系數(shù)沿纖維軸向具有負(fù)的溫度效應(yīng)，可制成零膨脹復(fù)合材料，尺寸穩(wěn)定

37、性好，耐疲勞性能好。但與基體的熱膨脹系數(shù)的差異大，所以復(fù)合材料在固化后冷卻過快或經(jīng)受高低溫變化時易產(chǎn)生裂紋。 （2）表面活性低，與樹脂的粘結(jié)性差。所以碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強度較低。,2）物理性能,碳纖維沿纖維方向的導(dǎo)電性好，摩擦系數(shù)小，具有自潤滑性能。,4) 其他性能：,3）化學(xué)性能：,在空氣下的耐熱性比GF差，利用能被強氧化劑化，將 表面碳氧化為含氧基團，從而提高碳纖維的界面黏結(jié) 性能。具有較好的普遍耐酸堿

38、耐腐蝕性能；耐濕性能 較好,二、 芳綸,美國杜邦公司1960年研制出間位芳香族聚酰胺纖維（商品名為（Nomex），1968年開始研究對位芳香族聚酰胺纖維，1972年工業(yè)化，取商品名為Kevlar。芳香族聚酰胺纖維稱為芳綸（aramid），以杜邦公司首先推出的Kevlar纖維為典型代表。 Kevlar纖維是一種密度低，強度、模量高和耐腐的有機纖維，是目前復(fù)合材料應(yīng)用最廣的高模量有機纖維。,芳綸紡絲工藝及進(jìn)展,芳綸是一種高強度，高模

39、量，低密度和耐磨性好的耐熱阻燃纖維，全稱是芳香族聚酰胺纖維。目前商業(yè)用芳綸主要有間位芳綸和對位芳綸，間位芳綸主要有Nomex（杜邦）、Conex（帝人）等；對位芳綸主要有Kevlar（杜邦），Technora（帝人）、Twaron（帝人）等產(chǎn)品。,Kevlar（芳綸1414）聚對苯二甲酰對苯二胺,Nomex（芳綸1313）聚間苯二甲酰間苯二胺,簡稱PPTA纖維，由對苯二胺與對苯二甲酰縮聚反應(yīng)，反應(yīng)而制得。這類纖維的主要商品有杜邦的

40、Kevlar、荷蘭阿克蘇（AKZO）的Twaron、國產(chǎn)的芳綸-Ⅱ（芳綸1414）等。,（2）聚對苯二甲酰對苯二胺,（3）Kevlar纖維的制備,聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）由對苯二胺和對苯二甲酰氯縮聚反應(yīng)制得：,杜邦生產(chǎn)Kevlar的典型縮聚反應(yīng)有三種方式（間歇縮聚、連續(xù)縮聚、氣相縮聚）,分縮聚和紡絲兩大步驟,1）縮聚,P65掃描,圖13 Kevlar纖維干噴濕紡示意圖,最高紡絲速度可達(dá)2000m/min,（4） Kevlar

41、纖維的結(jié)構(gòu),PTAA分子間纏結(jié)少，剛性很強。分子鏈良好的規(guī)整性使芳綸高度的結(jié)晶性，在纖維的軸向高度定向。分子鏈上的氫原子，和其它分子鏈上的酰胺上的羰基結(jié)合成氫鍵，成為高聚物分子間的橫向連接。,1）化學(xué)結(jié)構(gòu),圖2-14 Kevlar纖維分子的平面排列圖,（5） Kevlar纖維的性能,(1) 彈性模量高：Kevlar-49纖維的拉伸模量為125GPa，約為GF的兩倍，但比CF低(2) 強度高： Kevlar-49纖維拉伸強度為362