几种化学纤维的各种性能及新型应用.docx
- 文档编号:24457093
- 上传时间:2023-05-27
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:21.73KB
几种化学纤维的各种性能及新型应用.docx
《几种化学纤维的各种性能及新型应用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《几种化学纤维的各种性能及新型应用.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
几种化学纤维的各种性能及新型应用
谈化学纤维的各种性能及新型应用
聚酰亚胺纤维是20世纪90年代兴起的一种
高分子有机合成纤维,纤维分子结构中含有稳定的
酰亚胺基团。
聚酰亚胺纤维具有耐腐蚀、耐辐射、
耐高温和电绝缘等特性,同时还有很好的机械性
能,其强度和模量全面超过了Kevlar-49纤维,在
航空航天、原子能、电子、核工业等领域得到了广泛
的应用[1]。
由于聚酰亚胺纤维良好的力学性能和
电绝缘性能,欧美及日本等一些发达国家已经将其
应用扩展到了造纸领域[2,3],并且做了初步的研究。
由于聚酰亚胺纤维性质稳定,表面钝化,没有
活性基团,且经过打浆处理也不会产生分丝帚化,
经过湿法成形得到的原纸强度较低。
为了提高其强
度,需要用树脂对原纸进行浸渍处理,但是浸渍量
过小纸页强度性能改善不明显,浸渍量过大则对纸
页撕裂强度和伸缩率有较大影响。
聚酯纤维具有较
好的介电性能和耐高温性能,其熔点在255~260℃
之间,在205℃时开始产生黏结,初始分解温度在
350℃以上,且纤维伸长率可达7.5%~12.5%;同时
还有优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性,有良好的
电绝缘性能,耐日光,耐摩擦,不霉不蛀,有较好的
耐化学试剂性能,能耐弱酸及弱碱,能够与其他具
有耐高温性能和电绝缘性能的合成纤维混合抄造
耐高温绝缘纸[4]。
在聚酰亚胺纤维原纸的抄造过程
中添加一定比例的聚酯纤维,不但能够提高纸张的
强度,还能在热压过程中发生熔融从而提高纤维间
结合力,改善纸张的电气性能。
本文主要研究聚酯纤维对聚酰亚胺纤维纸基
材料的强度性能、电气性能、耐高温性能和纸张表
面结构的影响,旨在为开发高性能聚酰亚胺纤维纸
基材料打下一定理论基础。
随着聚酯纤维添加量的增加,纤维间结合力
增强,成纸的抗张指数和伸长率逐渐增大,而撕裂
指数逐渐减小。
纸张的耐压强度和介电常数随着聚酯纤维添
加量的增大而上升,但介电损耗正切值受其影响不
大。
添加聚酯纤维后纤维间结合更加紧密,纸张
孔隙率降低,当聚酯纤维添加量为9%时纸张有较
好的强度性能和电气性能,但是对纸张的热稳定性
有一定影响。
聚乙烯醇纤维,即聚乙烯醇羧甲醛纤维,其英文缩写
为PVA,也简称维纶、维尼纶。
1924年,德国化学
家HermannWO和HannelW首先在实验室制得
水溶性聚乙烯醇纤维;1939年,日本的樱田一郎等人将这种水
溶性纤维用甲醛处理,制得耐热水的聚乙烯醇羧甲醛纤维,并
于1950年由可乐丽公司和尤尼契卡公司实现工业化生产,商品
名为维尼纶[1~3]。
聚乙烯醇纤维被认为是一种与棉花状态相
近的合成纤维,该纤维强度、耐磨性、吸湿性较好,耐腐蚀、耐
日晒,尤其是具有高强度、高模量的聚乙烯醇纤维发展迅速,
作为工业原料,其应用范围日趋广泛[4]。
造纸用聚乙烯醇纤维目前主要分为易溶、难溶两种,根
据其类型不同可用来生产增强纤维纸、水溶性纤维纸,也可
作为合成纤维纸的黏胶纤维等使用[5~7]。
聚乙烯醇纤维既可单
独抄纸,也可与植物纤维或其他合成纤维配抄,聚乙烯醇纤维
的存在可以明显改善纸页的强度性能[4]。
在合成纤维中,聚乙烯醇纤维占据了十分重要的位置,在造纸行业中广泛应用。
涉及聚乙烯醇纤维纸的原创专利大多为日本公司所有,如可乐丽股份有限公司,而国内申请大多是在日本原创专利的基础上对制备工艺进行改进。
但近年来国内申请人的专利申请量明显提升,表明国内申请人的研发热情、专利布局意愿和知识产权保护意识都在增强,但是真正获得应用,并在市场中产生良好经济、社会效益的专利技术从绝对数量上来说
仍很少。
此外,没有形成具有较强研发、生产能力的大公司和企业,国内申请人呈现分散、小型企业化、高校研究和个人申请多等特点。
笔者结合上述对造纸用聚乙烯醇纤维专利技术现状的分析,就如何发展高性能聚乙烯醇纤维纸给出如下建
议:
目前,日本的可乐丽、东丽等主要生产聚乙烯醇纤维的企业无论是在专利拥有量,还是企业销售量方面都占据主导地位,其中维纶纸水溶性材料专利技术已达到一个相当成熟的地步。
而最近几年国内的企业如中国印钞造币总公司在造纸
用聚乙烯醇纤维的研发方面有所突破,其通过共混改性、表面改性等方式提高了聚乙烯醇纤维的强度、防伪性能。
目前国内对导电维纶纸、核壳结构的聚乙烯醇维纶纸等并没有行研究、开发,国内申请人可尝试从造纸用聚乙烯醇纤维的制备过程出发,通过工艺过程的改进,或是通过物理共混、化学交联等改性方式制备得到性能优越的造纸用聚乙烯醇纤维。
同时,需要国家在这方面做好产业布局和规划,出台相应的政策鼓励和扶持企业进行研发和生产,做大做强一批龙头企业,鼓励优势企业之间进行强强联合,使产业链逐步完善,有利于优势互补和技术融合和促进;对具有重大开发利用价值的环保技术与装备组织攻关、试验鉴定和成果转化,建立范工程后进行推广应用。
聚乙烯醇(PVA)纤维是合成纤维主要品种之
一,早在1924年德国Hermann和Haehnel就将聚醋
酸乙烯醇解制得聚乙烯醇,随后又以其水溶液干法
纺丝制得纤维。
目前聚乙烯醇纤维主要有湿法、干
法、凝胶法3种纺丝方法,干法纺丝以其工艺流程
短、环保等优异特点而被用来生产聚乙烯醇水溶长
丝和其他多功能性或差别化聚乙烯醇纤维[1]。
干
法纺丝过程较复杂,纺丝原液经喷丝孔挤出后在纺
丝甬道中有拉伸流动,丝条在干燥凝固成形的过程
中伴随着传热和传质。
Ohzawa等[2-3]曾对聚乙烯
醇等几种干纺体系进行模拟,SanoY[4]基于纺丝工
艺对聚乙烯醇干纺体系进行了较准确的数学模拟,
并对丝条径向浓度分布进行了研究。
但已报道的干
法纺丝文献都采用逆流式进行模拟,而顺流式干法
纺丝纤维成形较缓和,更有利于生产聚乙烯醇水溶
长丝[1]。
本文通过建立一维顺流式干法纺丝模型,
从理论上研究了丝条凝固成形过程中速度、浓度、温
度、张力的分布规律。
在聚乙烯醇顺流式干法成形过程中,温度的
降低使丝条凝固,在纺丝速度较低的情况下,喷丝头
处的张力最大。
泵供量的增加使甬道风对丝条的干燥时间增长,使丝条在纺程更远处凝固,丝条内溶剂含量是控制丝条温度变化的关键因素。
提高甬道风风速不利于纺丝速度的提高,而提高甬道风温度对纺丝速度的提高影响很小。
在相同泵供量和纺丝速度下,增加溶剂溶度会使溶剂的蒸发速率减慢,丝条不易干燥固化。
增加卷绕速度可以加强传热传质过程,使溶剂更快地从丝条中挥发出来,但在较高的纺丝速度范围内,丝条溶剂含量变化不大。
采用化纤产业技术创新战略联盟研究开发的系
列新一代仿棉聚酯纤维,商品名称为“逸绵”。
其主
要通过聚合改性克服常规聚酯纤维的缺点,赋予了
聚酯纤维新的特性,使其服用舒适性大幅提高。
易染型聚酯纤维熔融温度约为236℃,介于锦
纶6和常规聚酯纤维之间,比常规聚酯纤维低20℃
左右,其DSC测试结果如图1所示[1]。
易染型聚酯纤维的玻璃化温度比常规聚酯纤维
低10℃左右,聚酰胺基团的引入破坏了聚酯纤维大
分子的规整性,使纤维的无定形区增加,染料分子更
容易进入纤维内部,所以,易染型聚酯纤维可以实现
分散染料无载体常压沸染。
易染型聚酯纤维目前主推品种为棉型短纤,单
丝线密度为1.2~1.6dtex,断裂强度为2.2~
2.8cN/dtex,初始模量≤50cN/dtex,断裂伸长率为20%~35%,回潮率为0.8%左右。
与常规聚酯纤维相比,易染型聚酯纤维的断裂强度和初始模量均大幅降低,只有常规聚酯纤维的50%左右,这个强
度可以满足服用要求,同时又使织物是有良好的抗
起球性能。
易染型聚酯纤维的初始模量低于长绒棉
纤维,低的初始模量使织物触感更加柔软[2-3],而且回潮率是常规聚酯纤维的2倍,有助于改善其亲水
性能和抗静电性能。
易染型聚酯纤维是常规聚酯纤维的升级换代产品,其强度适中,手感柔软,光泽柔和,抗起球性好,在强度、外观、手感、亲水性等多个方面都有优良的仿棉特性。
易染型聚酯纤维可常压无载体染色,摆脱了常规聚酯纤维需要高温高压染色的限制,对染色设备的适应性更广,其和棉混纺织物易于一浴一步染色,符合节能减排理念。
易染型聚酯纤维有良好的吸湿速干性能,其织物芯吸高度、液态水扩散速率、干燥速率等指标均优于纯棉和常规聚酯纤维织物,适合于各种纯纺或混纺产品,是开发各种休闲、运动面料的优良原料,应用前景非常广阔。
上世纪80年代悄然掀起的高端智能纺织材料,
在生物医学、航空航天、环境卫生、军事技术、建筑行
业、日常生活诸多领域得到了广泛的应用,引起了大
家的高度重视。
随着时代的发展,高端智能纺织材料
还将给人们带来更加惊喜的应用研究成果
在生物医学领域的应用
智能材料的特点,使其在医用领域已有了一定
的应用,如作为药物释放载体已有了实质性的进展,
原理是利用智能材料来感知病变部位各种环境信息
的变化,使药物在预定的时间或地点释放出所需要
的剂量,实现药物的定点、定时、定量释放。
目前利用
外界刺激的智能材料主要有物理、化学刺激敏感型
材料如pH敏感材料、温度敏感材料;生物化学敏感
型材料如葡萄糖敏感型材料、酶敏感型材料、基于抗
体识别功能设计的材料等。
纺织纤维材料及纺织品以其自身优势如良好的
柔韧性、机械性在未来智能材料及其组元材料开发
中具有重要的地位。
首先,从纤维加工制备的角度考
虑,可以通过纤维的功能化如内部包埋药物、纤维表
面接枝改性引入特定功能基团等,来构筑智能材料
应用于生物医用领域。
当这些具有特定功能的纤维
材料或纺织品与病人病变部位接触时,智能材料能
够迅速检测出病变部位释放出的物质,并作出响应
如释放药物等,当病变部位好转到一定程度或治愈
后,与其接触的智能纺织品停止释放药物。
如将药物
置于聚(N-异丙基酰)接枝的聚乙烯醇凝胶纤维
中,该纤维能够通过外界温度的变化(变化范围
20~30℃)自动开启和闭合,从而实现自动控制药
物的释放;pH敏感型水凝胶纤维载药后在人体肠道
内部可以通过内部环境中酸碱性的改变,来实现选
择性地释放所载的药物。
今后,基于智能材料对外界
刺激反馈的不同作用原理,可以着重研究温敏、光
敏、磁敏等智能材料及组元,来开发具有多用途、特
殊功能的智能纺织品。
由具有形状记忆功能的纤维织制的纺织品并包
含药物,可以在医疗领域用作智能绷带。
如经聚乙二
醇处理过的棉、聚酯或尼龙/聚氯酯共聚纤维,含有
交联的多元醇,这种编织或机织的纺织品遇到血液
或酒精/水混合物等极性消毒溶液时会收缩。
用这
种纺织品做绷带,它在血液中收缩时使伤口上所产
生的压力可以止血,而绷带干燥时可回复至原始尺
寸,压力去除。
因此,它可以用于身体某些部位出血
时的包扎。
2在航空航天领域的应用
航空航天领域使用的材料需要经受住恶劣环境
的影响,它需要对自身状况进行诊断,并能自动加固
或自动修复材料中的伤痕或裂纹,从而避免大灾难
事故的发生。
航空航天飞行器的结构要求轻质、高可
靠性、高维护性、高生存能力,为此,必须增加材料的
智能性。
目前智能材料结构在航空飞行器上的应用
有智能蒙皮、自适应机翼、振动噪声控制和结构健康
监测等。
3在环境卫生领域的应用
环保用智能纺织材料在未来环境领域将会有重
要的应用前景,比如具有清洁功能的智能纺织品,它
的开发可以沿着两条思路进行,一是利用纺织品表
面特有的几何尺寸的形状界面结构,经过材料界面
技术处理后,由于织物表面尺寸低凹的表面可使吸
附气体原子稳定存在,所以在宏观表面上相当于有
一层稳定的气体薄膜,使油和水无法与材料的表面
直接接触,从而显示出卓越的拒水和拒油性能,而对
纤维的原有理化性能如纤维强度、染料亲和力、透气
性等没有影响,甚至还能增加杀菌、防辐射、防霉等
特殊效果。
当这类材料表面粘附灰尘后,在有水滴出
现时,水滴就会将灰尘带走,还原来纺织品表面一个
清洁的原貌。
这就是所谓的抗灰尘、防水智能纺织
品。
另一条途径是通过纺织品后整理,通过在纤维表
面改性整理,引入具有光催化降解功能的二氧化钛,
纺织品在紫外光照射下,其表面的有机污染物被分
解,进而被去除,恢复到原有的清洁表面。
4在军事领域的应用
在军事方面智能材料也有应用优势。
如智能材料应用于潜水艇上,能够改变形状,清除湍流,使流
动的噪声减弱,潜艇隐蔽性更好,这些智能材料或其
组元材料可以通过使用特种纺织纤维或纺织品织物
来实现。
5在建筑领域的应用
利用智能材料的自诊断、自调节、自修复功能,
可快速检测环境湿度、温度,取代温控线路和保护线
路;利用热电效应和热记忆效应的聚合物材料可用
于智能化多功能自动报警和智能红外摄像,取代检
测线路;利用智能纤维制作的混凝土,可取代复杂的
检测线路。
未来智能纺织品在建筑领域的应用主要
可以从材料本身的智能特性和具体使用环境角度考
虑,利用智能纤维或纺织品的特性来构筑智能混凝
土,使之成为具有自感知、记忆、自适应、自修复等特
性的多功能材料。
这些特性可以有效地预报混凝土
材料内部的损伤、满足结构自我安全检测需要、防止
结构潜在的脆性破坏,并能根据检测结果自动进行
修复,从而显著提高混凝土结构的安全性和耐久性
B纺织114
马闪闪
1110801416
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学纤维 各种 性能 新型 应用