高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类.docx

高性能纤维 【摘要】本文主要介绍了几种高性能纤维的特性及应用与发展，认为高性能纤维的开发与应用前景十分广阔，加速高性能纤维工业化进程具有重大意义，对整个社会将带来很大的经济效益。 关键词：高性能纤维，分类，应用 高性能纤维（High-PerformanceFibers）是从20世纪60年代开始研发并推广的纤维材料，它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重（g/m3）等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。高性能纤维可用于防弹服、蹦床布等特种织物的加工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。 （一）高性能纤维的分类 高性能纤维包括有机和无机高性能纤维两大类。目前高性能纤维的代表品种主要有：有机纤维的对位芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺，也叫芳纶1414）、超高分子量聚乙烯、聚苯并双嗫唑纤维（PBO）；无机的碳纤维和高性能玻璃纤维等。本文主要分析和比较了玻璃纤维、碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑（PBO）纤维、M5纤维等高性能纤维的特性以及它们的应用状况。 一、玻璃纤维 玻璃纤维是复合材料中最主要的增强材料，它由氧化硅与氯化铝等金属氧化物组成的无机盐类混合物经熔融而成，冷却固化可制得多种玻璃产品，熔融的玻璃经过喷丝小孔，拉制成玻璃长纤维，起始于30年代，用玻璃纤维增强塑料，当时称为玻璃钢的复合材料，最早出现于40年代，并在航空工业上得到应用。经过近七十年的发展，现在的玻璃纤维工业已经具有众多类型和牌号的玻璃纤维产品。 玻璃纤维的抗张强度较高，其直径越细强度也就越高，但很细的玻璃纤维纺丝难度极大，随之生产成本上升，所以目前高强度的玻璃纤维产量还比较低。今年来玻璃纤维增强复合材料得到很大的发展，世界总产量达到200多万吨，我国玻璃纤维复合材料的生产能力已达到20万吨左右。 一般玻璃纤维可用于以下三个只要领域，即绝缘、过滤和复合增强。增强材料目前已用于航天航空和产业用品，以取代笨重的金属部件。玻璃纤维也可用于船艇，浴缸和淋浴装置，风轮机刀片，加固管道，汽车和器件组件，印刷电路板，防虫纱门，产业用织物（包括房子覆盖物和屋顶盖板），密封垫片和贮油槽，过滤及绝缘器材。由于玻璃纤维强力高、耐热性好、耐化学腐蚀，而价格相对便宜，所以作为纤维增强材料将会得到更大的发展。 二、碳纤维 碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为原丝，通过加热除去碳以外的其他一切元素制得的一种高强度、高模量纤维，它有很高的化学稳定性和耐高温性能，是高性能增强复合材料中的优良结构材料。 根据炭化温度的不同，碳纤维分为以下三种类型： 普通型（A型）碳纤维普通型（A型）碳纤维是指在900?1200。C下炭化得到的碳纤维。这种碳纤维强度和弹性模量都较低，一般强度小于107.7cN/tex，模量小于13462cN/tex。 高强度型（II型或C型）碳纤维高强度型（1I型或C型）碳纤维是指在130017000C下炭化得到的碳纤维。这种纤维强度很高，可达138.4?166.1cN/tex，模量约为13842?16610cN/tex。 高模量型（I型或B型）碳纤维高模量型（I型或B型）碳纤维又称石墨纤维，它是指在炭化后再经25000C以上高温石墨化处理得到的碳纤维。这类碳纤维具有较高的强度，约为97.8?122.2cN/tex,模量很高，一般可达17107cN/tex以上，有的甚至高达31786cN/tex。 碳纤维并不单独使用，它一般加入到树脂、金属或陶瓷等基体中，作为复合材料的骨架材料。这样构成的复合材料不仅质轻、耐高温而且有很高的抗拉强度和弹性模量，是制造宇宙飞船、火箭、导弹、高速飞机以及大型客机等不可缺少的组成原料。另外，其复合材料在原子能、机电、化工、冶金、运输等工业部门以及容器和体育用品（例如网球拍、冰球拍、高尔夫球拍、滑雪板、赛船、帆船）等方面也有广泛的用途。 三、超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在20世纪70年代出现，具有超高分子量，高取向度，且分子间距很近，使纤维具备高强高模的特征，其密度具有0.97g/cm3,是唯一能浮在水面上的高强高模纤维。除此之外，超高强聚乙烯纤维还具有很高的勾结强度和结节强度，所以具有很好的耐疲劳性和耐摩擦性，且均优于芳纶和碳纤维，而与常规的尼龙纤维和聚酯纤维相仿。因此，该纤维可以用普通纤维常用的加捻、机织、针织等工艺进行后加工。超高强聚乙烯纤维其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 四、芳香族聚酰胺纤维 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如Kevlar（聚对苯二甲酰对苯二胺纤维）、Twaron（聚对苯二甲酰间苯二胺纤维）、Technora（聚对