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第一章
产业用纺织品可用于三个不同方面:
1、产业用纺织品可作为其它产品的一个组成部分,可直接对其产品的强度、使用性能以及其它特性产生影响。
例如,轮胎中加入的帘子布。
2、产业用纺织品可作为加工其它产品过程中使用的一个部件。
例如,食品生产过程中使用的过滤用纺织品;造纸过程中造纸机使用的织物。
3、产业用纺织品可单独使用来执行一种或几种功能。
例如,用于体育场蓬盖的涂层织物。
三、产业用纺织品与非产业用纺织品的区别
1、产业用纺织品的应用领域和使用对象不同
2、性能要求不同
对产业用纺织品的性能要求很高。
3、所用材料不同
产业用纺织品注重功能,而美观(如颜色等)并不是很重要。
4、加工方法和使用的设备不同
生产造纸机用织物必须使用特制的重型织机,其宽度很宽(最宽可达2740cm)。
5、测试方法不同
产业用纺织品测试也具有一定的难度。许多时候在试验室里不可能完全模拟产业用纺织品现场实际使用情况。
传统纺织品的试验方法通常不适宜产业用纺织品。
对于产业用纺织品而言,根据其用途从测试的结果即可认定其性能的好坏,得到客观的评定。这使得建立产业用纺织品的测试手段和试验方法相对容易一些,因此,确定其性能评定标准也是比较容易的。
6、使用寿命不同
通常产业用纺织品的寿命要比传统纺织品长得多。
7、价格不同
由于产业用纺织品具有许多优异性能,因此它的价格比传统纺织品高。
第二章
高性能纤维特性:
优点
极高的机械性能。高强度,高弹性模量。纤维材料的进步使得制造先进复合材料成为了可能。
高性能纤维具有耐高温性,具有高温下尺寸稳定性,热收缩率很低,因此在耐热防护材料上有特殊用途。
高性能纤维的另一优点是密度低。有利于制品的轻量化。
有机高性能纤维加工简便,容易成型。
有机和无机高性能纤维耐腐蚀。
不足:
不耐太空环境中温度的急剧变化;
真空下耐发射性辐照较差;
耐超低温性较差。
目前,高性能纤维的商品种类很多,性能差异很大,价格差异也很大,有些纤维购买渠道还不畅通等。
3、结构特征
芳纶是一种新型的合成纤维,它和聚酰胺纤维一样,在构成纤维的高聚物长链分子中含有酰胺基 —CO—NH—,因此其属于聚酰胺纤维。
但其又不同于普通的聚酰胺纤维,其构成纤维的大分子长链中,连接酰胺基间的是芳香环或其衍生物,所以把这类纤维统称为芳香族聚酰胺纤维,简称芳纶。
二、芳香族聚酯纤维
芳香族聚酯纤维(Polyarylate Fiber)是继全芳香族聚酰胺纤维(Aramid Fiber)开发成功之后,又一个通过高分子液晶纺丝而制得的高性能纤维。
聚对苯撑并双咪唑纤维(PBO)
PBO纤维它的强度、模量、耐热性和难燃性都比有机纤维的性能好许多,其强度和模量更超过了碳纤维和钢纤维,其耐热性比PBI要高许多,它在火焰中不燃烧、不收缩而且仍然非常柔软。
3、应用
——PBO纤维主要用于耐热的产业用纺织品和纤维增强材料这两个领域。
聚苯并咪唑纤维(PBI)
PBI纤维具有一系列的特殊性能,如耐高温性、阻燃性、尺寸稳定性和耐化学腐蚀性。PBI在恶劣环境中耐化学腐蚀性很好,在酸及碱溶液中浸泡100h以上,其强度保持率达90%,在150℃左右的蒸汽下,经过70h,纤维强度保持率为96%,对各种有机溶剂,几乎不受影响,其化学稳定性优于芳纶纤维。
3、应用
——由于PBI纤维的最大特点是耐高温性,因此从其诞生起,就应用于特殊的纺织品,如宇航服、飞行服等防护服装。
—可用于太空飞船中的密封垫、救生衣,可以防止身体被烧伤。
——近年来,由于石棉纤维的禁用,需要石棉纤维的替代品,而PBI纤维则是一种极好的石棉替代纤维,可应用于金属铸造工序、玻璃行业等隔热防护材料制品,如手套、工作服、输送带等,用PBI纤维制成的制品,其使用寿命比石棉制品长100倍。
——PBI纤维还可用于过滤材料制品。
——由于PBI纤维在高温下还具有石墨化的倾向,因此可用于制造石墨纤维。
四、高强高模聚乙烯纤维
1、结构特点
高强高模聚乙烯纤维与常规纤维的不同点在于:
——尽可能提高聚合体的大分子的相对质量;
——尽可能提高非晶区缚结分子的含量;尽可能减少晶区折叠链的含量;
——尽可能将非晶区均匀分散到连续的结晶基质中去。
3、性能
(1)、高强高模聚乙烯纤维具有良好的力学性能。
(2)、高强高模聚乙烯纤维具有优良的耐光性。
(3)、高强高模聚乙烯纤维具有优良的耐化学腐蚀性。
(4高强高模聚乙烯纤维的热性能
(5)、高强高模聚乙烯纤维蠕变性能
(6)、高强高模聚乙烯纤维的其它性能
4、高强高模聚乙烯纤维的用途
(1)、绳索类。由于聚乙烯强度高、模量高、密度小、耐腐蚀性好,因此特别适合于作海洋航行用绳索。它的绳索的断裂长度达336km,是芳纶2倍。无论是降落伞用绳或海底层矿产开发,均以高强聚乙烯为首选。
(2)、防弹材料。由于高强高模聚乙烯纤维具有优良的吸收冲击的本领,纤维的可加工性好及特别小的密度使它在作防弹或防切割衣服方面具有其他纤维无法比拟的优点。
(3)、用作复合材料的增强材料。优良的力学性能赋予它成为增强材料的可能性,只需设法进一步改进与各种树脂的粘结性能即可。其作为复合材料的应用领域十分广泛,如军用及民用头盔、比赛用帆船、赛艇等。
2、碳纤维的分类
碳纤维的分类,按习惯大致有以下三种方法:
(1)、按原料分类:
碳纤维:纤维素基/聚丙烯晴基/沥青基
(2)、按制造条件和方法分类:碳纤维800-1600/ 石墨纤维2000-3000/活性碳纤维/气相生长碳纤维
(3)、按力学性能分类: 通用级(强度小于1.4GPa,拉伸模量小于140GPa)
高性能:中强型MT高强型HT超高强型UHT,中模型IM高模型HM超高模型UHM
3、碳纤维的性能
(十项优点;三项缺点)
(1)、在纤维轴方向显示高抗拉强度和高弹性模量(2)、比重轻——1.7~2.2(3)、纤度细(4)、不生锈、耐腐蚀
(5)、既能耐低温,又能耐超高温(6)、能耐温度急变,热膨胀系数小(7)、常温下导热性能良好,高温下导热性能低
(8)、突出的导电性能(9)、优良的吸附性能(10)、碳纤维还具有耐辐射,能反射中子等特性。
碳纤维的缺点:
——A、比较脆、怕受压和剪切,碳纤维尤其害怕“打结”和“急拐弯”。——B、抗氧化性差,碳纤维抗氧化性差,在高温下容易生成二氧化碳跑掉,所以它不耐氧化。
——C、破坏前无预报,碳纤维在断裂前没有预报。碳纤维由于弹性模量高,受力后产生的变形很小,所以即使当它被拉断时,也只产生0.5%的伸长变形。因此碳纤维在断裂之前,没有任何明显的征兆,人们不能在事故发生之前采取预防措施。
玻璃是由二氧化硅和各种金属氧化物组成的。
2、氧化铝和硅酸铝纤维的特性
氧化铝和硅酸铝纤维具有耐高温、抗热震、低热容、保温性能优良和化学稳定性好的优点。
(1)、纺织性能
——耐热性:一般低温型硅酸铝纤维的使用温度为1000℃左右;标准硅酸铝纤维的使用温度为1260℃左右;高温型硅酸铝纤维的使用温度为1400℃左右;氧化铝纤维的使用温度高达1600℃左右。而陶瓷纤维的熔点在1750—1800℃之间。
——导热性:纤维的导热性是所有耐火材料中最低的一种。500℃时硅酸铝纤维的导热系数为0.07—0.12W/m·K,为轻质耐火砖的1/3—1/5;1000℃时氧化铝纤维的导热系数为0.23W/m·K。
——耐热冲击性:纤维为在骤冷骤热的环境中,纤维不会发生剥落,还能抵御弯折、扭曲和机械震动。
——化学稳定性:纤维几乎不受冷、热水的影响,耐酸性也比较好。只是易受氢氟酸、磷酸和强碱的侵蚀。
——压缩回弹性:纤维制品柔软而有一定的弹性,受一定压力时能够压缩,压力取消后又能迅速恢复原状。
——电特性:纤维具有优良的电绝缘性,但绝缘电阻随着温度的升高而降低。
4、硼纤维的应用
由于硼纤维具有轻质、高强等优异性能。已在航空航天、体育用品、原子能工业等领域获得应用。
——航天飞机的中机身衍架用硼/铝复合材料管材制造,共用长度从600~2280mm的管材243根,总重150kg,取得减重20~66%的效果。
——航天飞机货仓间隔支柱,可减重44%。
——制造多种发动机和风扇、压气机叶片。美国P&W公司在发动机上用硼/铝合材料取代钛合金制作叶片,可减重10%。
——军用飞机机尾水平稳定器
——高尔夫球杆、网球拍和滑雪撬等。
硼纤维对中子具有吸收能力,可用作核废料的运输、贮存容器等。
2、抗静电纤维的种类
(1)、表面活性剂添加型纤维
采用表面活性剂直接对合成纤维及制品表面进行抗静电处理的方法始于上世纪50年代,适合于各种纤维材料。作用原理为表面活性剂分子疏水端吸附于纤维表面、亲水性极性基团指向空间,形成极性表面,吸附空气中的水分子,降低纤维的表面电阻率,加速电荷逸散。所用表面活性剂包括阳离子型、阴离子型和非离子型。
(2)、共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维
共混、共聚合和接枝改性型抗静电纤维的共同特点是在成纤高聚物中添加亲水性单体或聚合物,提高吸湿性、从而获得抗静电性能。
4、导电纤维的发展方向
使用导电纤维是纺织材料抗静电技术发展的基本方向。从国内外应用经验来看,被覆型和复合型有机导电纤维最适合于制造永久性抗静电的纺织品。从纺织产品抗静电功能的需求特征来看,导电纤维应着重发展如下两大类品种:
——适应民用纺织品各种染色性能需要的金属化合物复合白色高电导有机导电纤维;
——适应特殊功能纺织品(如无尘无菌防爆工作服、电磁屏蔽织物等)需要的碳黑涂敷或碳黑复合高电导有机导电纤维。
2、金属纤维制作方法
制作金属纤维的方法很多,大体上分为拉拔、切削和熔抽三类。其中使用最多的是集束拉伸法、振动切削法和悬滴熔融纺丝法
(1)、拉拨法
——单线拉拔法。产品表面光滑、尺寸精确,但是工序繁琐、生产周期长价格昂贵,而且将普通强度的金属要拉到直径10微米以下,则几乎是不可能的。
——集束拉伸法。此法是把几十甚至上万根金属线包在圆管里进行拉拔,实现了拉伸过程中多根线同时减径,待拉到所需的芯丝直径时剥去包复管,把芯丝分离开来。这种方法提高了生产效率,降低了成本。以直径12μm的不锈钢细丝为例,其价格仅为单线拉拔法的1/30~1/50。目前主要用于不锈钢纤维的生产,每年有大量产品上市。
(2)、切削法
切削法是以固态金属作为原料.用刀具切削成纤维屑,其方法简单,生产周期短,成本低,但是很难得到截面均匀光滑的纤维,主要用来生产短的金属纤维。具体有如下方法:
——振动切削法。产品最小直径可达20μm,长度0.5~20mm,截面多为扁状。凡是切削性能良好的金属几乎都可能实现振动切削,如碳钢、不锈钢、铜铝及其合金。
——纵切法。这种方法的成材率稍低。
——剃削法等。
(3)、熔抽法
熔抽法是从液态金属直接生产金属纤维的方法,成本较低但是需要专门的设备。具体方法有:
——熔融纺丝法。这是一种类似生产玻璃纤维及合成纤维的方法。用来生产铝、锡、锌及铅等低熔点金属的纤维,可以制出直径25—250μm的长纤维。
——悬滴熔融牵引法。
——玻璃包复熔纺法。自由飞出熔纺法,可以获得连续的长纤维也可生产短纤维,用这种方法已经制成铍、高温合金、铝、硼及不锈钢纤维。
——熔融抽拉法等。
四、氟纶纤维
4、应用
(1)、轴承和轴衬。轴承、低摩擦元件轴承、轴衬和其它工程元件是氟纶连续长丝和织物应用的主要范
(2)、交通工具。氟纶纤维提供了干式操作,极长的寿命和高环保协调性。使用寿命也得到了延长。
(3)、食品加工。食品加工机器中加入氟纶纤维,可消除湿式或多油式造成的污染,确保制品的卫生性
(4)、纺织工业。氟纶纤维制造高性能的缝纫线。氟纶亦使用在医疗用纺织品领域。
(5)、过滤材料。Teflon使用在热气体过滤器。Teflon过滤器也收集类似于碳、二氧化钛及重金属等。
(6)、其它。Teflon纤维使用在办公机器上,如清洁衬垫、刷、罗拉、润滑毡等皆使用较细的Teflon纤维。
Teflon纤维的耐热性可用于用盐水电解法生成苛性钠和氯。
Teflon纤维亦使用在航空、航天和其它等高要求的电缆线上,作为包覆扁平可弯曲电缆的编结绳。亦可作宇航服等。
在建筑业上,Teflon纤维亦使用在桥梁上的免保养膨胀接头以及其它建筑用元件。
五、 防紫外线纤维
2、防紫外线纤维的类型
(1)、自身就具有抗紫外线破坏能力的纤维
腈纶纤维是一种优良的防紫外线纤维,它的结构中的—CN基能吸收紫外线能量并转变成热能散失,所以传导到纤维中的能量很少,能起到防紫外线的作用。
(2)、含有防紫外线添加剂的纤维
大多数合成纤维的防紫外线能力较差,在成纤高聚物中添加少量防紫外线添加剂可纺丝制成防紫外线纤维。防紫外线添加剂有两种。
——无机防紫外线添加剂。
能使紫外线散射而消除的无机物质有二氧化钛、氧化锌、滑石粉、陶土、碳酸钙等。这些无机物具有较高的折射率,能使紫外线发生散射从而防止紫外线入侵皮肤,其中二氧化钛、氧化锌的紫外线透射率较低,为大多数防紫外线纤维所选用。
——有机防紫外线添加剂
凡能吸收波长为270~400nm紫外线的有机化合物,称为紫外线吸收剂。此类有机化合物的共同点是在结构上都含有经基,在形成稳定氢键,氢键整合环等过程中能吸收能量转变成热能散失,所以传导到高聚物中的能量很少,起到了防紫外线的作用。
五、新型弹性聚酯纤维
3、特性
1)、抗压性。比较不同装饰材料的抗压性能,Elk纤维的耐久性使它从传统的纤维材料中脱颖而出,并达到了PUE泡沫塑料的抗压性。
(2)、压缩回弹性。EIK比同样压缩回弹力的PUE泡沫塑料要轻30%。
(3)、透气性。泡沫塑料由于是由不连续的宏观多孔结构材料组成的,具有阻挡空气进入的特性,因而导致汗水聚集时出现粘附现象,Elk纤维的结构可以防止这类现象,具有有效的透气性。
(4)、安全性。Elk燃烧实验表明,Elk能经受住无后处理的45℃亚甲胺试验,满足装饰材料的一般测试要求。这种材料也符合轿车座位的FMVSS302标准,以及车箱座位的A-A测试标准,由于它使用100%的PET材料,在燃烧过程中,不会逸出有害气体,只产生一氧化碳和二氧化碳,而PUE材料则发出氢氰化物有害气体。
(5)、可回收性。Elk可以采用多种简单方法进行回收处理,例如粉碎和作为纤维重复利用,熔化喷入塑料材料,以及通过燃烧方式来回收利用。
六、Lyocell纤维
3、Lyocell纤维的生产原理及绿色概念
Lyocell纤维的生产是一种不经化学反应,用纯物理反应而生产纤维素纤维的过程。它是利用NMMO中N—甲基吗啉的杂环胺氧化物可以溶解纤维素的特性,将纤维素浆粕溶解,得到粘度适宜的纺丝液,然后经过纺丝得到纤维素纤维,同时经过凝固浴洗除纤维素中的溶剂,凝固浴中的NMMO被回收利用。
NMMO即N—甲基氧化吗啉是由二甘醇与氨反应生成的吗啉经过甲基化而成。它是一种无毒、无腐蚀性的有机溶剂,在室温下为水合结晶体,含水率为13.3%的晶体最稳定,熔点为76℃。NMMO为环壮结构,与纤维素结构相似,有利于纤维素的溶解。NMMO溶解纤维素的机理是:纤维素的羟基首先与胺氧化物的氧之间形成较强的氢键,生成络合物,该络合物在过量胺NMMO中溶解,从而达到纤维素溶解的目的。
第三章
(2)、 三维正交机织物的织造原理
三维正交机织物的织造方法是:第一步,提升最上层的所有地经,形成一次梭口,引入一根纬纱;然后,梭口保持不变,只是次上层的地经上升,再引入一根纬纱;依次类推,直至所有地经全部上升,仅留缝经在下,此时,引入最后一根纬纱,集中打一次纬(或每引入一纬打一次,或同时开多个梭口同时引入多根纬纱)。第二步,提升缝经及除最下层地经之外的所有地经,形成一次梭口,引入一根纬纱;然后,梭口保持不变,只是次下层的地经下降,再引入一根纬纱;依次类推,直至所有地经全部下降,仅留缝经在上,此时,引入最后一根纬纱,集中打一次纬纱。至此,完成一个组织循环。重复进行上述步骤,即可使织造连续进行。
从图及上述织造过程可以看出,若将地经层数进行适当调整,缝经组数不止一组,而是两组或更多组,则可制得横截面各异的制品,从而达到直接成型的目的。若将上述三维正交机织物中缝经的运动方式加以改变,使缝经沿与方向成一定角度排列,并与地经和纬纱交织,则可获得角锁结构的三维立体结构。
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