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【前沿】高性能纤维技术进展综述

新材料在线  · 公众号  ·  · 2017-05-21 09:42

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芳纶纤维


芳纶纤维,又称芳香族聚酰胺纤维,是一种新型高科技合成纤维,主要包括2类:对位芳纶和间位芳纶。美国联邦贸易委员会(USFTC)将芳香族聚酞胺纤维命名为“Aramid fibers”,其定义是:一种人工制造的纤维,它们的成纤物质是长链合成聚酞胺,其中至少有85%酞胺基直接连到两个芳香环上。

来源:孙晓婷,郭亚.芳纶纤维的研究现状及应用[J].成都纺织高等专科学校学报,2016.33(3)

高启源.高性能芳纶纤维的国内外发展现状[J].化纤与纺织技术,2007(3)


纺丝工艺:

两步法

杜邦公司的Kevlar纤维用的就是两步法工艺,其步骤如下:(1)溶解。将合成好的聚合 物与冷冻浓硫酸混合,固含量约为19.4%;(2)熔融。将混合好的纺丝液加热到85℃的纺丝温度,此时形成液晶溶液;(3)挤出。纺丝液经过滤后用齿轮泵从喷丝口挤出;(4)拉伸。挤出液在一个被称为气隙的约为8 mm的空气层,在气隙中进行约为6倍的拉伸;(5)凝固。液态丝条在温度为5~20℃ ,含5%~20%硫酸的凝固浴中凝固成形;(6)水洗/中和/干燥。丝条从凝固浴出来后水洗,在160~210℃加热干燥;(6)卷绕。最后,干的Kevlar纤维在卷筒上卷绕。


两步法芳纶纺丝过程复杂,生产成本高,设备要求高,纤维的强度和模量低

一步法


旭化成公司工艺


帝人公司工艺

刘雄军,佘万能,何晓东.芳纶纤维的合成方法及纺丝工艺的研究进展 [J].化工技术与开发,2006,35(7)




2. 防腐蚀纤维

聚四氟乙烯纤维 (Teflon TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纤维(TeflonFEP)、聚偏氯乙烯纤维(Kynar)、乙烯-三氟氯乙烯共聚纤维(Halar)、 聚苯硫醚纤维 (PPS)等。


聚四氟乙烯纤维

PTFE典型性能指标

分类

性能

指标

测试标准

力学性能

拉伸强度(23℃)

7~28

D638-61T

断裂伸长率(23℃)/%

100~200

D638-61T

弯曲强度(23℃)

无裂痕

D790-61

弯曲模量(23℃)/MPa

350~630

D747-61T

冲击强度(24℃)/(J/m)

160

D256-56

洛氏硬度D

50~60

D1706-59T

压应力(变形1%,23℃)/MPa

4.2

D695-52T

负荷下变形

(26℃,13.72 MPa,24h)/%

15

D621-59

摩擦性能

静磨擦系数

0.05~0.08


磨损量(负荷2MPa,30mm)/mg

249


磨痕宽度(同上)/mm

15.8


热性能

熔点/℃

327


维卡软化点/℃

110


热分解温度

410


热导率(4.6mm)/[W(/m·K)]

0.24

Cenco-Fitc


PTFE应用实例

应用领域

主要产品

特征

化学领域

垫片、垫圈、填密料、管道、阀门、旋塞、

过滤膜、衬里、泵、热交换器

耐化学腐蚀、耐污染、质量轻、耐高温

机械领域

轴承、活塞环、机床滑动导轨

摩擦系数小、自润滑性、

耐疲劳性、耐高低温

建筑领域

桥梁、隧道、钢结构屋架、高速公路

和大型贮槽等的支架滑块

磨擦系数小、承受载荷能力高

电子领域

绝缘同轴射频电缆、绝缘安装线、薄膜涂色小截面安装电线、绝缘低噪音电缆、电池电极、电池隔膜、印刷电路板、传声隔膜、高精度电容器、电子管管座、接线柱、绝缘柱、压敏型可粘绝缘带

绝缘性、介电性、耐候性

医疗领域

缝合线、人工血管、人工十字韧带、人造关节、人造石道、人造尿道、人造胆汁管、人造心脏补片、内窥镜钳导管、瓶、管、烧杯、漏斗、量杯、表面皿、蒸发皿、过滤注射针、消毒垫

化学稳定性、生理惰性、不粘性、耐热性

其他领域

军用发动机内部零件、衬套、引信风帽、电器接插件、运动服、登山服、潜水服、雨衣、不粘锅

耐热性、耐蠕变性

来源:付海梅.聚四氟乙烯先进生产工艺[D].北京:北京化工大学,2006.


聚四氟乙烯(PTFE)纤维是使用聚四氟乙烯颗粒或乳液为原料,经制成薄膜后用道具切割或直接纺丝,从而制得的一种纤维。主由于聚四氟乙烯纤维具有良好的耐候性,化学稳定性,低摩擦系数和极佳的生物相容性,由其制成的产品广泛应用于:航海,航空,汽车机械,医疗等领域。 主要纺丝工艺包括:熔体纺丝法、糊料挤出法、膜裂纺丝法、载体纺丝法。


来源:张磊.聚四氟乙烯纤维的制备与表征[D].上海:东华大学,2014.


聚四氟乙烯纤维制备工艺及特点.1

制备方法

定义

熔体纺丝法

熔体纺丝法是将聚合物加热熔融,在熔体状态时,聚合物在压力作用下经过喷丝板,喷射成流,后冷却成型,初生丝条经牵伸定型、最后卷绕成丝。

糊料挤出法

糊料挤出法是选用的原材料是聚四氟乙烯粉末,将该粉末与煤油、石油醚、石脑油等易于挥发的烷烃溶剂充分混合,混合物呈糊状,将糊状物脱泡后通过挤压机,在压力作用下,糊状物通过一个具有狭长模孔的喷丝头,得到初生纤维,然后经干燥挥发除去溶剂,最后经热处理和牵伸得到白色的聚四氟乙烯纤维。

膜裂纺丝法

膜裂纺丝法是将聚四氟乙烯粉末烧结成预制坯,将预制坯经辊轧、压延或切削等工艺成片,片状聚四氟乙烯经拉伸成薄膜,用切刀将薄膜切割成丝,最后经热牵伸、定型等工艺制得聚四氟乙烯纤维

载体纺丝法

载体纺丝法是将 PTFE 乳液与载体聚合物溶液共混,配制成纺丝原液,经纺丝工艺成型得到初生纤维,初生纤维经烧结除去载体聚合物,最后经热牵伸等工艺得到聚四氟乙烯纤维。








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