纤维新材料是一类具有特殊物理化学结构、性能和用途的化学纤维,它们大多应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学等领域。这些新材料包括高性能纤维、智能纤维、异形纤维等,它们具有高强度、高模量、耐高温性等特殊性能,是纤维科学和工程界开发的新一代合成纤维。
高性能纤维一般指强度大于17.6cN/dtex,弹性模量在440cN/dtex以上的纤维。这类纤维具有普通纤维没有的特殊性能,主要应用于军工和高科技产业各个领域。
智能纤维是由美国麻省理工研制的一种新的智能材料,通过在人造纤维中添加感光和感声材料,应用于从防侦探麦克风到精密医疗器械等各领域。
异形纤维是在纺丝成形加工中,采用非圆形孔眼的喷丝板制取的各种不同截面形状的纤维,如三角形、星形、多叶形等,具有多种特性,是相对于圆形纤维而言的。
此外,纤维新材料还包括中空纤维膜材料和功能纤维、聚合物新材料及其结构与性能研究、纤维增强复合材料等,这些材料的应用范围广泛,从航空航天到汽车工业,从风力发电到土木建筑,从海洋工程到体育休闲,都是高性能纤维及复合材料的“用武之地”。纤维新材料产业的发展水平事关国民经济发展和国家战略安全,是我国化纤行业重点发展的关键材料之一。
通用纤维材料:
通用纤维材料主要包括天然纤维和合成纤维两大类。
天然纤维主要包括植物纤维(如棉纤维)和动物纤维(如羊毛、蚕丝)。天然纤维的应用历史悠久,因其自然来源和优良的性能,在服装、家居用品等领域有着广泛的应用。例如,棉纤维因其透气吸湿、天然无刺激的特性,被广泛用于各类服装及床上用品的制作。蚕丝则以其轻柔、保暖、导热好的特点,常用于制作高档服装和装饰品。
合成纤维则是由人工合成的高分子化合物制成的,常见的合成纤维有涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、氨纶等。这些合成纤维因其独特的物理和化学性质,在服装、家居用品、工业用品等领域有着广泛的应用。例如,涤纶因其质量稳定、强度和耐磨性较好,常用于制作运动服、窗帘、床单等;锦纶则以其高强度和良好的弹性,常用于制作袜子、运动鞋等。
此外,还有一些特殊的纤维材料,如芳纶纤维,因其优异的力学性能、电绝缘性能等,被广泛应用于电子电气领域,如制作特种印刷电路板、雷达天线罩等。还有Lyocell纤维,这是一种再生纤维素纤维,具有优良的吸湿性和透气性,常用于制作高档纺织品。
高性能纤维材料:
高性能纤维材料是一类具有优异力学性能、环境稳定性的纤维材料,广泛应用于航空航天、国防军工、安全防护、交通工具、电子器件等多个领域。
高性能纤维材料主要包括碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二唑(PBO)纤维、聚酰亚胺纤维等。这些纤维因其独特的物理和化学性质,被视为支撑国家安全、科技进步等重要的战略材料。
碳纤维是由聚丙烯腈、粘胶或沥青基等有机纤维原丝经过一系列物理化学变化得到的含碳量大于93%的纤维材料,具有高强度、高模量、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀等特性,被誉为当今世界材料综合性能的顶峰。
芳纶(如Kevlar)是一种高强耐高温纤维,其强度是钢丝的5~6倍,而重量仅为钢线的1/5,具有优异的力学性质、热学性质和化学稳定性,广泛应用于防弹衣、轮胎帘子线等。
超高分子量聚乙烯纤维具有极高的强度和模量,良好的韧性及很低的延伸率,被用于制造防弹衣、绳索等。
聚对苯撑苯并二唑(PBO)纤维和聚酰亚胺纤维同样具有高强度和高模量,以及良好的耐高温和耐化学腐蚀性能,用于航空航天、电子器件等领域。
高性能纤维材料的制备方法多样,包括湿法纺丝、环化、交联、金属螯合、高温热处理、表面物理化学处理等,这些工艺保证了其优异的性能。主要分类包括耐腐蚀性纤维、耐高温纤维、抗燃纤维、高强度高模量纤维、功能纤维和弹性体纤维等。
绿色纤维材料:
绿色纤维材料是一种环保型纤维材料,它具有优良的环保性能和广泛的应用领域。绿色纤维材料主要包括聚乙烯醇纤维、再生纤维素纤维、竹纤维、大豆纤维等,这些纤维材料在生产过程中注重环保,废弃物可自然降解,且对环境友好。
聚乙烯醇纤维:这是一种合成纤维,具有高强度、高模量、低伸度、耐磨、抗酸碱、耐候性好等特点。它与水泥、石膏等基材有良好的亲和力和结合性,无毒无污染,不损伤人体肌肤,是一种新一代高科技的绿色建材。
再生纤维素纤维:也被称为Lyocell纤维,被誉为21世纪绿色纤维。它是以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)为溶剂,通过湿法纺制而成的再生纤维素纤维。这种纤维废弃物可自然降解,生产过程中的氧化胺溶剂可99.5%回收再用,毒性极低,不污染环境。
竹纤维:从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维。竹原纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性,具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能。
大豆纤维:属于再生植物蛋白纤维类,以食用级大豆蛋白粉为原料,利用生物工程技术提取出球蛋白,通过添加功能性助剂,与腈基、羟基等高聚物接枝、共聚、共混,制成一定浓度的蛋白质纺丝液,改变蛋白质空间结构,经湿法纺丝而成。