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幾種高強度高彈性超細纖維無紡布的制備及性能

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  “超細纖維無紡布”的性能高于普通纖維無紡布:①強度高、彈性模量高;②耐熱性好。狹義的定義是:①拉伸斷裂強度大于2gpa;②拉伸初始彈性模量大于50gpa。以下介紹了幾種高強度、高彈性超細纖維無紡布的制備及性能。

  1、超細纖維結構

  1.1超細纖維觀結構

  表1列出了由超細纖維分子結構得出的理論強度(極限強度)和理論彈性模量(極限彈性模量),以及商用超細纖維的強度和彈性模量。普通纖維的強度小于其極限強度的7%,除聚甲醛纖維外,普通纖維的彈性模量小于其極限彈性模量的40%,說明分子結構的力學特性尚未得到充分發展。

  成上述結果是由于纖維的內部結構。“超細纖維”的理想結構應如圖1(c)所示,纖維從一 端到另一端以—個分子連接,而且分子是直線狀致 密排列狀態,這時的強度和彈性模量即為纖維的極限強度和極限彈性模量。而實際看到的纖維形態 【圖1 (b)】是分子鏈成柬形成微原纖,微原纖成束 形成原纖,原纖再成柬而形成纖維。微原纖內的分子鏈不全是直線狀排列,也有折疊【圖1 (a)】,這部分分子間作用力弱,成為缺陷。另外,微原纖的末端及原纖的末端也成為缺陷。由于缺陷的存在, 因此纖維的強度只是其極限強度的7%以下。

幾種高強度高彈性超細纖維無紡布的制備及性能

  1.2“超細纖維”的分子設計

  為接近圖1(c)那樣的狀態,希望分子結構的狀態如下:①構成主鏈的鍵牢固;②分子鏈的構象接近直鏈;③分子鏈的占有面積小。

首先,極限強度是由分子的鍵斷裂決定的,因此必須使分子鍵有強的結構。表2列出了各分子鍵的鍵合能。與C_ 、C__N單鍵相比,C=C、C=N 雙鍵的鍵合能較強,因此最好要構建含雙鍵多的結構。

  2 、“超細纖維"的制造方法

  “超細纖維”的熔點或分解溫度如表3所示。

  2.1 UHMWPE纖維的制造方法UHMWPE纖維是在凝膠紡絲后經超倍拉伸而制得的。UHMWPE溶解于十氫萘等溶劑制成準稀溶 液,保留拉伸所需的最低限度分子間絡合,將溶液從噴嘴擠出,驟冷使分子間的絡合固定,在熔點附近溫度高倍拉伸,使分子折疊及分子間絡合減少。

  2.2 芳香族聚酰胺纖維、PBO纖維的制造方法芳香族聚酰胺纖維及PBO纖維等液晶剛直性高分子是用干噴濕紡紡絲法隙式)制得的圖2)。 樹脂溶解于溶劑,剛直性大分子的方向很混亂,但通過噴嘴的細孔時,大分子在纖維軸方向平行排列。經氣隙法冷卻、凝固,大分子處于高度取 =向狀態,沒有必要進行拉伸。

  3 “超細纖維"的特性

  “超細纖維”不僅是高強度、高彈性模量,而且具有各種特性。

  UHMWPE纖維耐熱性差,但密度小、質量輕,耐化學試劑性能也優。對位芳香族聚酰胺纖維、PBO纖維、芳香族聚酯纖維由于有芳香族環,吸收紫外線后,強度降低很大,耐氣候性差。芳香族聚酯纖維具有聚酯結構,因此耐酸性優。PB0纖維、 芳香族聚酯纖維由于低吸濕性,可在低溫下使用。利用這些纖維特性的應用列在表5中。

  “超細纖維”正廣泛用于高強度繩纜、防護材料。不同纖維的特性有不同用途,詳細情況可參照各企業的主頁介紹。

  “超細纖維”也有弱點,如染色性、耐氣候性差, 因此很難像普通纖維那樣用分散染料或陽離子染料染色,可以采用將顏料混于樹脂的原液著色法,因而色澤選擇受限。

  對于耐氣候性差的弱點,可采用表面涂層的方法等來解決。

  為了充分發揮“超級纖維”的性能,進行了分子設計,采用了創新的制造方法。各種纖維各有優缺點,但由于重量輕,有望在未來取代金屬纖維。這時,應該根據使用情況做出最合適的選擇。此外,我們也期待著現有“超級纖維”的改進和新“超級纖維”的出現來開拓市場。


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