高强高模纤维

High strength and high modulus fiber

关于高强高模纤维

p 高强高纤维目前尚无确切的定义

n  强度： >2GPa

n  模量： >50GPa

 

主要的高强高模纤维

p 碳纤维

p 芳纶纤维

p 高强高模聚乙烯纤维

p 其它纤维

工业化高强纤维及性能

碳纤维

按用途分：

p   作烧蚀材料

（主要为粘胶基碳纤维）

p   作结构材料

（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维）

碳纤维的强伸性能测试

 碳纤维的拉伸性能测试分单丝法和复丝法。碳纤维分离成为单纤维以后非常脆弱，剪切强度很低，稍有不慎就会断裂，因此在每次试验过程中，需要细心、耐心，不要对试样造成损伤。单纤维强伸性能试验通常采用纸框法固定试样，当然也不排除其他方法。单纤维强伸性能试验要采用能测试碳纤维的高强高模纤维强力仪。

高强聚乙烯醇（PVA）纤维

p  高分子量原料，采用冻胶纺丝，超拉伸技术

p  湿纺加硼交联技术

Poly-p-phenylenebenzobisthiazole （PBO）纤维

p   强度、模量比芳纶高出近一倍

p   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）

PBO的合成

PBO纤维与其他高性能纤维的比较

PBO纤维的卓越性能

p    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*其理想的纺织原料。

p    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。

PBO纤维-应用

p     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*扩音器振动板、新型通讯用材料；航空航天用材料等。

p     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。

p     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。

p     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。  

芳纶纤维

p  聚对苯二甲酰对苯二胺

p  通过液晶纺丝方法制成

p  分子链伸直平行排列

p  结晶度很高

 

芳纶的主要用途

p 复合材料增强

p 防弹材料

p 光缆、电缆加强材料

p 其他特殊用途

芳纶生产销售现状

p 已有30年的工业化历史

p 主要生产G：美G，日本，荷兰

p 目前世界市场供不应求

 

我G芳纶发展的情况

p  我G开发芳纶已有20年

p  东华大学是*早参与研究的单位之一，有自主的知识产权

p  目前准备开发芳纶纸

 

高强高模PE纤维

p 原料：分子量150-600万

p 采用冻胶纺丝，超拉伸技术

p 纤维具有部分伸直链结构

 

冻胶纺丝主流程

p纺丝

    溶解    脱泡   挤出成型    凝固

     冻胶丝络筒

p拉伸

     集束           萃取           干燥          超倍拉伸        卷绕

PE冻胶纺溶剂及萃取剂

p 主要溶剂

     十氢萘，煤油，白油，矿物油

p 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

p  浓度：3% - 10%

p  采用双螺杆帮助溶解和脱泡

p  用特殊的凝固浴解决并丝问题

p  分多*达到40倍以上拉伸

p  溶剂及萃取剂回收分离

 

高强PE的工业生产

p  主要生产G：

     荷兰，美G，日本，中G

p  产量：

     目前约4000吨/年，供不应求

防弹UD是无纬复合材料

UD的组成

UD截面扫描电镜照片

我G高强PE技术的特征

p  采用白油或矿物油

p  凝固浴采用独特的配方，解决了并丝问题

p  各生产厂有自己的知识产权

p  所有的生产厂，技术均由东华大学化纤研究所提供

G产和进口PE纤维性能比较

G产和进口纤维截面SEM照片

存在的问题和今后的工作

p 进一步提高G产高强PE的强度和均匀性

p 研究提高纤维抗蠕变能力的技术

p 提高纤维的使用温度

p 进一步降低单丝纤度

小结

p   从G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G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。