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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

正文


高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维,按性能不同可分为耐腐蚀性纤维、耐高温纤维、高强度高模量纤维(一般指强度和模量分别高于18cN/dtex和450cN/dtex的纤维)和抗燃纤维等。




1.高强度高模量纤维

有聚苯二甲酰对苯二胺纤维(Kevlar)、芳香族聚酰胺共聚纤维(HM-50)、杂环族聚酰胺纤维(ΒниивлонСΒΜ)、碳纤维(Carbonfiber :Torayca)、石墨纤维(M40)、碳化硅纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。


碳纤维


碳纤维(CF)是纤维状的碳材料,其化学组成中,碳元素占总质量的90%以上。其结构为延纤维轴纵向排列的石墨结晶,各平行层原子堆积不规则,呈乱层结构。碳纤维具有一般碳素材料的特征,如耐高温、耐摩擦、导电以及耐腐蚀等,具有极佳的比强度和比刚度。

 

根据所用原料不同,可将碳纤维分为聚丙烯晴基纤维、沥青基纤维、纤维素基纤维、酚醛基纤维等。

来源:西鹏.高技术纤维概论[M].北京:中国纺织出版社,2015

 

PAN-CF聚丙烯晴基碳纤维市场情况

 

日本东丽公司以独有的新一代高强中模和M70J高模高强碳纤维技术与产品,占据着世界碳纤维技术与产品的领先地位。美国依赖日本的原丝技术发展起本国的碳纤维工业,但基于国家利益和战略考虑,一方面采用日本东丽技术在Cylex建设了DMSO法原丝生产线,同时以自主技术在Hexcel建设基于NaSCN法的碳纤维及原丝生产线。


各国PAN碳纤维原丝技术

Company

Toray(Japan)

Toho(Japan)

Mitsubishi(Japan)

Solvent

DMSO(wet-spinning/dry-spinning)

ZnCl2+HCl

DMF

Characteristic

of  CF

T300、T700 etc.high tensile strength CF

T800、T1000 etc.high tensile strength and middle modulus CF

M40  etc.high modulus CF

M40J、M70J etc. high tensile strength

and  high modulus CF

High  tensile strength (T800)(similar to Torayca T800),high modulus series (modulus  155~650GPa)

High  tensile strength(similar to Torayca T800)


Company

Asahi  Kasei

(Japan)

Hexcel

(America)

Cytex

(America)

Courtould

(England)

Solvent

HNO3

NaSCN

DMSO

NaSCN

Characteristic

of  CF

similar  to Torayca T300

similar  to Torayca T300~T800

similar  to Torayca high strength series

similar  to Torayca T300


世界PAN碳纤维总产能(t)

Years

Small  tow CF

Big  tow CF

Total  capacity

2008

48910

18050

66960

2009

53750

26550

80300

2010

62300

30750

93050

2011

65300

34050

99350

2012

66200

35950

102150

2013

66700

41950

108650

2014

66700

45200

111900


全球碳纤维需求(t)

Years

Industry  area

Aerospace  area

Other  area

Total

requirement

2008

17080

6630

11050

34760

2009

23240

7250

10750

41240

2010

44500

13000

17000

74500

2011

75500

16000

21200

112700


来源:徐樑华.高性能PAN基碳纤维国产化进展及发展趋势[J]. 中国材料进展,2013


日本东丽



日本东丽集团是一家综合性化工集团企业,其业务遍及全球26个国家和地区。东丽集团将纳米技术融入其事业领域之中,并将有机合成化学,高分子化学和生物技术作为其核心技术。其根基的纤维及纺织品,塑料及化成品事业,近年来涉足其他领域,诸如IT相关产品,碳纤维复合材料,医药和医疗产品,环境与工程包括水处理等。


东丽公司主要纤维产品(包括产业用材料)


聚酰胺纤维

TORAY  TETORON™

聚酯纤维

TORAYLON™

丙烯酸纤维

TOREX™  QUUP™

高吸排湿性尼龙纤维

TORCON™  特康™

聚苯硫醚纤维

地毯用 BCF(膨化变形长丝)尼龙

地毯用尼龙

ECODEAR™PLA

聚乳酸 (PLA) 纤维

TOYOFLON™

氟纤维

钓鱼线

AXTAR™

聚酯无纺布

聚丙烯长纤维无纺布

运输和包装用纤维产品

锥形鬃毛

TORAYGRIT™

研磨鬃毛

HEATMAX™

吸湿发热素材

ARTISYARN  安特雅™

抗菌防臭素材

抗菌除臭新素材

芳丽爽™

吸湿速干里纱






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。


聚四氟乙烯纤维制备工艺及特点.2

制备方法

特点

熔体纺丝法

挤出成型困难,设备复杂

糊料挤出法

设备要求低,工艺简单,

溶剂回收难,所得纤维没有确切的纤度

膜裂纺丝法

样品化学纯度高

设备相对复杂,对制膜工艺要求高,成本高,无固定纤度,直径不均匀,纤维富含微孔,热收缩率大

载体纺丝法

有碳的残留

来源:仇凯.水溶性高分子为载体的聚四氟乙烯纤维的制备[D].山东:济南大学,2016


相关企业

国内:



上海金由氟公司

上海金由氟材料股份有限公司是一家从事聚四氟乙烯(PTFE)纤维及其制品研发、生产、销售的企业,主要产品有PTFE长丝纤维、PTFE基布、PTFE缝纫线、PTFE牙线、PTFE短丝纤维。该公司是国内第一家研制成功“膜裂法聚四氟乙烯长、短纤维”的公司。自主研发的聚四氟乙烯长短纤维、PTFE基布、高弹性耐高温耐腐蚀聚四氟乙烯密封板、聚四氟乙烯微孔膜及纤维、膜裂法聚四氟乙烯纤维工业化生产技术与应用研究在国内获得多项荣誉。

 



国际:


奥地利Lenzing公司



兰精集团是一家国际化上市集团,总部设在奥地利,在特殊纤维素纤维和高科技塑料聚合物市场,兰精都处领先地位,是全球唯一能同时生产3种纤维素纤维(粘胶纤维,莫代尔,莱赛尔(lyocell)纤维)的企业。主营业务为人造纤维素纤维,包括溶解浆、标准和特种纤维素纤维。

 

TENCEL®:天丝®是兰精生产的莱赛尔纤维。它从木材中萃取,源于植物生态。兰精拥有100多项涉及天丝®发明的专利。纤维闭合式的生产过程十分环保,在独特的闭合式生产过程中所使用的溶剂几乎可以100%回收利用,该项特殊工艺获得了欧盟颁发的“欧洲环保大奖”。


Model®:兰精木代尔®是兰精公司生产的一种莫代尔纤维。兰精木代尔®纤维采用雪嶺花®纤维技术生产。雪嶺花(Edelweiss)所使用的浆粕原料与莫代尔纤维在同一工厂生产,从而在生产过程中节省了能源及其他资源。。兰精木代尔®生产物料的回收再循环率最高达到95%。正因为生产流程对环境的破坏性低,兰精木代尔®工厂才可以设在旅游区的中心地带。


Viscose®:兰精®粘胶是兰精公司生产的粘胶纤维,取材于可再生原材料木材。由于其源于纤维素,是一种天然植物生态纤维,能很好地吸收水分并且十分亲肤。在国际市场兰精®粘胶被作为一种优质产品广泛应用于各类服装以及卫生领域。在服装行业兰精®粘胶是时装面料的绝佳素材,而在注重产品纯净度和吸湿性能的卫生领域则被用于湿巾、卫生棉和伤口敷料。


Lenzing™FR:兰精公司生产的纤维素纤维Lenzing™ FR可以防止热应激反应。Lenzing™ FR取材于天然原材料榉木,可以在不同应用领域提供隔热、阻燃防护。这种由天然原料制成的纤维,在其横断面植入阻燃介质,从而确保了内在的阻燃防护。这种阻燃介质不能通过洗涤或摩擦去除,一旦植入便永久阻燃。




美国DuPont公司



杜邦公司成立于1802年,杜邦公司的业务遍及全球90多个国家和地区,2013年,公司研发投入为22亿美元,获批约1050项美国专利和约2500项国际专利,在全球拥有10000多名科学家和技术人员以及超过150家研发设施。


杜邦研发了多款高性能纤维产品,如杜邦™ Kevlar® 芳族聚酰胺纤维可用于防弹保护、切割防护和增强;杜邦™ Nomex®阻燃纤维可用于防护服、汽车零部件、复合材料和过滤应用,以及变压器、马达和发电机中电气绝缘纸;杜邦™ Sorona®,创新型的地毯、衣服和车内用环保纤维,可减少对化石燃料的依赖并减少环境影响。


聚苯硫醚纤维


聚苯硫醚,又名聚亚苯基硫醚,英文名Polyphenylene Sulfide,简称PPS。由高分子量聚苯硫醚制成的聚苯硫醚纤维又名聚对苯硫醚纤维、聚苯撑硫醚纤维,是一种阻燃性纤维。具有优异的耐化学庸蚀性(200℃下无溶剂可溶)、200~220℃长期使用的热稳定性、阻燃(LOI=35)、耐辐射(GY>1×107)和良好的机械性能及优良的电绝缘性能等特点。


纺丝主要工艺参数

纺丝箱体温度/℃

305~325

喷丝板规格/(孔数×mm×mm)

750×0.3×0.6

过滤砂规格/目

40

纺丝速度/(m·min-1)

750±20

喂入速度/(m·min-1)

780±20

环吹风风温/℃

18~25

环吹风压差/Pa

50±20


PPS短纤维主要质量指标

线密度/dtex

2.03~2.10

断裂强度/(cN·dtex-1)

4.56~4.77

断裂伸长率/%

36.2~38.3

每25mm卷曲数/个

9.3~9.9

卷曲率/%

6.6~8.7

来源:赵永冰.聚苯硫醚纤维的发展和市场前景[J].合成纤维,2016


国外PPS纤维开发概况与市场应用


公司名称

开发概况

市场应用

荷兰Diolen工业纤维

世界上首次开发出基于PPS的高韧性纤维纱

适用于热气体或液体过滤等苛刻环境下的高温应用市场

美国纤维技术革新公司(FIT)

用直链形PPS树脂制成PPS纤维,除了有标准的圆形截面之外,还有其他各种形状、尺寸和长度的纤维

适用于高温场合,也能在各种化学环境下使用,在控制工业污染方面,是良好的过滤材料

日本东丽工业公司(Toray)

1988年成功开发衣料用PPS纤维

使用PPS复合丝作保温衣料用材料,可以减低16%穿衣时的冷感接触

日本东洋纺工业公司(Toyobo)

1996年推出产品名为Procon PPS纤维,长短纤皆有,实际年产250t

Procon几乎全部用来制作焚化炉袋装过滤材料

德国Rhodia Polyamide

欧洲首家PPS短纤生产厂家

用于发电厂、焚烧炉、石油沥青和钢铁工厂等行业的耐热滤袋器

来源:西鹏.高技术纤维概论[M].北京:中国纺织出版社,2015


PPS及其产品的国内外生产情况

 

国家

公司

树脂结构

品牌系列

美国

雪佛龙菲利普斯化学公司(CPC)

交联型,线性

Ryton

佛特隆工业公司(吴羽技术)

交联型,线性

Xtel

美国Ticona公司(吴羽技术)

交联型,线性

Fortron

RTP工程塑料公司

交联型,线性

Fortron

FIT公司



COOL聚合物

交联型,线性


日本

东丽工业公司

交联型,线性

CoolPoly

吴羽化学工业公司

交联型,线性

Torelina

东曹公司

交联型,线性

Fortron

大日本油墨化学公司

交联型,线性

Susteel

宝理塑料公司

交联型,线性

DIC

出光兴产公司

交联型,线性

Fortron

GE塑料公司


Idemitsu

三菱工程塑料公司


SUPEC

住友贝克莱特公司


NOVA

东洋纺株式会社



佛特隆工业公司(吴羽技术)

交联型,线性


旭化成株式会社


Fortron

英国

Bay塑料公司


Techtro

中国

四川华拓实业发展股份有限公司

交联型,线性

Haton

成都乐天科技有限公司

交联型,线性


自贡晨鹤特种塑料公司

交联型,线性


江苏瑞泰科技有限公司



来源:王桦.聚苯硫醚纤维的发展现状及其应用.产业用纺织品,2007(7)




3.耐高温纤维

有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(No-mex)、聚酰亚胺纤维(PI)、聚苯砜酰胺纤维(СульФон-Τ)、聚酰胺酰亚胺纤维(Kermel)、聚苯并咪唑纤维(PBI)等。


聚酰亚胺纤维

聚酰亚胺(PI)纤维是指聚合物分子主链上包含酰亚胺环结构的一类高性能纤维。PI纤维是利用二酐和二胺在溶剂中缩合成聚酰胺酸,然后进行纺丝,最后亚胺化得到聚酰亚胺纤维,或者直接利用聚酰亚胺溶液或熔体进行纺丝得到聚酰亚胺纤维。

 

由于聚酰亚胺分子主链结构中含有酰亚胺环,主链结构的高度共轭与芳香性,赋予该纤维高强、高模、耐高温等优良性能,可广泛应用于航空航天、绝缘阻隔、环境保护等领域,且以综合的优良性能而拥有巨大的潜在市场需求。

 

熔融纺丝法

日本帝人公司将聚醚酰亚胺在350°C-475°C温度下进行熔融纺丝,并使其经过200°C-350°C的加热管热处理,所得纤维具有一定的物理力学性能,但仍不具备高强高模性。

 

日本三井东压化学成功开发出新的全芳型热塑性聚酰亚胺(NEW TPI),它具有明显的Tg(250°C)和Tm(388°C),在400°C以上熔融黏度低流动性好,已被确认可以作为熔融纺丝纺丝液

来源:常晶菁.聚酰亚胺纤维的结构调控与性能研究[D].北京:北京化工大学

来源:向红兵,陈蕾,胡祖明.聚酰亚胺纤维及其纺丝工艺研究进[J].高分子通报,2011



日本帝人公司



帝人公司成立于1918年,资本金708.16亿日元,总部位于日本大阪。帝人是在全球范围内开展高性能纤维、化学品、复合成形材料、医药、家庭医疗、IT等业务的集团企业。纤维方面的主要产品包括阻燃纤维Pyromex®、高性能涤纶纤维Teijin®Tetoron®和PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)纤维Teonex®。


产品

分类

品牌名称

芳纶

芳纶纤维

对位芳纶:Twaron®、Technora®

间位芳纶:Teijinconex®

高性能聚乙烯

高性能聚乙烯Endumax®

碳纤维、复合成形材料

碳纤维、中间材料(预浸料、纺织品)

Tenax®

碳纤维复合材料


阻燃纤维

Pyromex®

纤维・产品

高性能涤纶纤维

Teijin®Tetoron

PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)纤维

Teonex®

人工皮革

Cordley®

涤纶/再生涤纶的纤维及纺织品

ECOPET®


日本三井化学公司


三井化学公司,于1997年10月1日由日本三井石油化学工业公司和三井东压化学公司合并成立的,在世界大石化公司中列第16位。




ADMER™(粘接性聚烯,变性聚烯)

复合螺栓・软管,复合膜・座椅,钢管内・外套管,流动浸渗・静电涂漆用粉末

APEL™(环状聚烯烃聚合物)

镜片,光学部品,医疗用包装材料・容器,食品包装,一般工业部品

ARLEN™(改性聚酰胺6T)

电气・电子部品,汽车部品,汽车电装部品

ICROS™ TAPE(高清洁粘贴胶带)

硅片背面打磨用正面(回路面)保护膜

OPULENT™(TPX™薄膜)

印刷电路板用脱型薄膜,尖端复合材用脱模薄膜

TAFMER™(聚烯烃弹性体)

热可塑性树脂的改质材

HI-ZEX MILLION™(超高分子量聚乙烯)

耐磨・耐滑动・耐冲击部品,纤维,各种过滤器,滑动粘合胶带

Mitsui EPT™(乙烯-丙烯三元共聚物)

汽车部品,电线被覆,防水・堵水板,工业部品

MILASTOMER™(烯系热可塑性合成橡胶)

汽车部品,土木建筑用品,电线被覆,家电部品,运动用品





玄武岩纤维


连续玄武岩纤维(Continous Basalt Fiber,以下简称,GBF) 是一种无机纤维!它是以天然玄武岩矿石作为原料,将其破碎后加入熔窑中,在1450℃~1500℃熔融后,通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。具有较好的耐高温性、化学稳定性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性和抗摩擦性。

来源:吴佳林.连续玄武岩纤维的研究进展及应用[J].化纤与纺织技术,2012,41(3)

 

玄武岩纤维的生产方法目前主要是过热蒸气或压缩空气垂直喷吹法、离心喷吹法和火焰喷吹法。


蒸气或压缩空气垂直喷吹法

是利用位于漏板下的喷嘴喷出高速气流垂直冲击漏嘴流出的熔体流股。在高速气流的作用下,熔体流股被分散并被牵引伸成许多细纤维。


离心喷吹法

是熔体不断落入离心机的分配器内,在离心力的作用下,熔体从分配器向外甩至离心机的内表面,并从离心器筒体壁上的0.8~1.2μm的小孔甩出。软化的细流股在高温高速的气流中被拉伸成细纤维。


火焰喷吹法

是生产玄武岩超细纤维的主要方法,其工艺过程如下:将玄武岩原料加入池窑,熔化后从漏嘴流出,在漏板下方形成一次纤维;一次纤维在旋转胶辊和导丝装置的引导下,被成排地送到燃烧器喷出的高温高速气流中,经二次熔化、拉伸,形成20~200nm的定长超细纤维。


来源:霍冀川,雷永林,王海滨,等.玄武岩纤维的制备及其复合材料的研究进展[J].

材料导报,2006,20(Ⅵ)


国内生产玄武岩纤维企业主要有上海横店、浙江石金、四川航天拓鑫、牡丹江金石、山西巴塞奥特、辽宁金石、营口洪源、江苏天龙、河北通辉等9家。


来源:吴佳林.连续玄武岩纤维的研究进展及应用[J].化纤与纺织技术,2012,41(3)


目前,世界上玄武岩纤维工业生产技术主要集中在乌克兰、俄罗斯、格鲁吉亚、中国、韩国!奥地利、比利时和德国。2011年,全世界玄武岩纤维产量约为6500t,其中俄罗斯1500t,乌克兰1000t,中国2500t,韩国、奥地利、比利时等总计1500t。有学者预测,到2020年,世界玄武岩纤维总产量将超过20万t。


来源:林希宁,张凤林,周玉梅.玄武岩纤维及其复合材料的研究进展[J].玻璃纤维,2013(2)




4.


酚醛纤维(Kynol)、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维(Pyromex)等。


酚醛纤维


酚醛纤维是将热塑性酚醛树脂经熔融纺丝,再经固化交联反应制得的一种新型纤维材料,它具有较高的残炭率,在高温下能有效地转化为炭纤维而保持纤维原有的形状,且强度大幅度提高。同时也是一种三维交联的阻燃有机纤维。

 

1968年由美国金刚砂(Carborundum)公司的J.Economy首次申请相关专利,该纤维的问世打破了三维交联树脂无法成纤的固有观念,并促进了蜜胺等交联纤维的相继出现。

来源:柳春艳,吕华,吕虎,等。酚醛纤维的研究进展及应用[J].广州化工,2011


酚醛纤维制备方法

 

熔融纺丝:

是以相对分子质量约800~1000的热塑性酚醛树脂为原料,通过熔融纺丝获得原丝;或为了提高纤维的强度,改善加工性能,用聚酰胺6(PA6)作为纤维成形载体,通过与热塑性酚醛树脂共混纺丝,最终在甲醛及盐酸等的水溶液中交联固化,成为体型结构的酚醛纤维。

 

湿法纺丝

该法以聚乙烯醇(PVA)为纤维成形载体,与羟甲基为端基的可溶性酚醛树脂共混,通过湿法纺丝成形,然后在150℃下加热交联1h,得到体型结构的酚醛纤维。

 

熔喷纺丝:

预先在热塑性酚醛树脂中混入少量的固化剂(如六亚甲基四胺或多聚甲醛)制成模塑树脂,经熔喷后制得自固化酚醛纤维,只需热处理就可在短时间内固化,从而使纺丝和固化处理连续化,该法提高了固化速率,简化了制备工艺。

来源:焦明立,杨凯,刘红燕,等.酚醛纤维的制备及改性研究进展[J].合成纤维工业,2013

 

美国金刚砂公司和日本克诺尔(Kynol)公司皆采用熔融纺丝,采用相对分子质量为10330的酚醛树脂,经熔融纺丝制得拉伸强度为147.3MPa断裂伸长率为58%的酚醛纤维。

 

日本东洋纺和新日本制铁公司开发湿法纺丝制酚醛纤维并工业化。




5.功能纤维

有中空纤维半透膜(B-9、B-10、PRISM等)、活性碳纤维(KF等) 、超细纤维毡(Ф∏∏15等)、吸油纤维毡(Tafnel等)、光导纤维(Crofon、Eska等)、导电纤维(Antron Ⅲ)等。


光导纤维


光导纤维是一种把光能闭合在纤维中,产生导光作用的光学复合材料,简称光纤。它把以光的形式出现的电磁波能量利用全反射的原理约束在其界面内,并引导光波沿着光纤轴线的方向前进。光纤的传输特性有其结构和材料决定。


光导纤维特点

制造材料

特点

高纯度熔石英光纤

材料的光传输损耗低,有的波长可低到0.2dB/km,一般均<1dB/km。

多玻璃组分光纤

芯—皮折射率可在较大范围内变化,因而有利于制造大数值孔径的光纤,成本低,但材料损耗大,温度性能较差。

红外光纤

可透过近红外(1~5μm)或中红外(5~10μm)的光波。

晶体光纤

纤芯为单晶,可用于制造各种有源无源光纤器件。

液芯光纤

纤芯为液体,因而可满足特殊需要。

来源:李瑞.无机光导纤维与有机光导纤维的性能与应用[J].非织造布,2010


光导纤维按所使用的材质分类,可分为石英玻璃光纤和塑料光纤(POF)两大类,前者主要应用于较长距离的光通信领域,取代同轴电缆和微波通信,它又可分为石英光纤、氟化玻璃光纤和硫化玻璃光纤等,而后者按所使用的聚合物种类(包括芯鞘不同材质)又可分为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PSt)、含氟透明树脂和氘化PMMA等。

 

2009年日本旭硝子(AGC)成功开发新型的全氟塑料光纤“FONTEX”,除可满足10 GB/s的大容量通信外,还可以使该光纤在小曲折的状态下继续正常通信。

 

旭硝子于2009年3月开始提供一种创新的氟树脂基POF,它可用于高容量数据传输,而且可弯成5 mm或更小的曲率而不影响传输。该产品也是与庆应义垫大学联合开发的,其特点是具有不同折射率的双鞘结构的光纤,可明显地改进光在光纤芯部的封闭传输,且可反复弯曲1×103~1×105次。


来源:李瑞,李宝洲,乔欣.无机光导纤维与有机光导纤维的性能与应用[J].非织造布,2010

罗益锋.光导纤维的发展动向和新进展[J].高科技纤维与应用,2010




导电纤维


导电纤维是通过电子传导和电晕放电而消除静电的功能性纤维。通常是指在标准状态下(20℃、65%相对湿度)比电阻在107Ω·cm以下的纤维,导电性能优良的纤维其比电阻在102~105Ω·cm,甚至小于10Ω·cm,而此时涤纶的比电阻大约为1014Ω·cm睛纶为1013Ω·cm丙纶为6.5×1015Ω·cm。由于导电纤维比电阻值远低于普通纤维,同时电荷半衰期很短,导电纤维在任何情况下都可在极短的时间内消除静电。

 

来源:丁长冲,程博闻,任元林,等.导电纤维的发展现状及应用前景[J].

第六届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集.2016,5

邹菁云,赵静娜,张骁骅,等.碳纳米管基轻质高导电纤维研究进展[J].

材料导报A:综述篇,2014,28(11)


企业

产品

产品规格

深圳市中晟创新科技

股份有限公司

DDY复合导电长丝

22dtex/4f,33dtex/4f,66dtex/8f

DDY复合导电短纤

1.65dtex×51mm,56.1dtex×51mm

湖南锦宏新合纤有限公司

复合丝——

黑色涤纶DTY或FDY

55dtex/85dtex/110dtex





6.弹性体纤维

有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纤维(Spandex)、聚丙烯酸酯类纤维(Anidex)、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维(Fibre-L)等。


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