新型纤维材料的开发及应用性能

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  随着科学技术的高度发展，纤维材料的应用范围不断扩展，从体育卫生、汽车工业以及建筑、军用等领域到航天航空、宇宙高性能纤维产品的应用都已涉足。新世纪的到来，对我国能源和环境问题提出更高要求。由此对新型材料及其应用性能的研究也产生了强烈的冲击，并将促使更新一代高性能纤维的研制及其产品应用领域的开发。　　

　　高性能纤维及其应用　　

　　高性能纤维具有高强力、高模量或具有耐高温、耐燃特性。高性能纤维在科学技术上所取得的进展使新品种不断出现，如有机类的芳族，碳氟化合物，乙烯基类；还有无机类的玻璃纤维，金属纤维，陶瓷纤维，碳纤维等。这些新品种又在生产新工艺中得到研究开发，如连续聚合，高速纺丝，复合纺丝等。芳纶是刚性链聚合物的高强高模纤维，高强聚乙烯则是柔性链高聚物产品，将柔性链高分子聚合物纺制成高性能纤维是由于凝胶纺丝工艺技术上的突破所引起的发展。高强聚乙烯较芳纶、碳纤维有更高的强力，更优异的性能，在某些应用领域成为芳纶的强劲竞争对手。如高强高模聚乙烯纤维已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。新型工艺技术的应用，又相继开发了柔性链超重分子量的高强聚乙烯醇纤维，高强聚丙烯腈纤维。强力和模量是纤维材料在许多应用领域中的重要指标，新工艺的突破使高强型高模型产品的开发成为可能。耐高温阻燃型高性能纤维的开发是高性能纤维致力于开发的另一主要方向。如碳纤维等具有耐高温耐化学剂作用，并保持其强力、模量在高温下不发生热降解。　　

　　高性能纤维的发展应用于复合材料中，促进了复合材料的发展。除了已广泛使用于纺织复合材料中的高强度涤纶，其玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和高强聚乙烯等高性能纤维作为增强纤维占据优势。由这些纤维材料制成的基布和氧类热固性树脂复合固化后产生的纤维增强复合材料，具有高强高模、轻而耐高温的优异性能，使产业用纺织品进入了传统的材料工业领域，应用于航天航空、装甲材料等高技术领域，也开始应用于石油化工、农业、电子通讯、水利、建筑、交通运输、医药卫生等各个领域。像波音777型和空中客车A320的部分主结构材料采用了碳纤维复合材料，它们还可用于火箭、导弹的耐热材料；赛车、自行车、船舶的结构材料；防弹衣和防护材料；体育用品如高尔夫球棒、网球拍、钓鱼杆、滑雪板等；绳缆、帘子线；耐高温过滤材料等。在建筑领域也开始应用碳纤维和芳纶，日本已在高层建筑中采用碳纤维增强水泥获得成功，降低了墙面厚度和建筑物重量。美国洛杉机和日本神户近年发生大地震后，已采用碳纤维和芳纶进行修补加固。这些高性能纤科维作用重大，用途广泛已成为高科技领域不可缺少的先进新材料。　　

　　绿色纤维及染色助剂　　

　　社会的发展，科技的进步，对能源和环境问题也提出了高标准要求。新型再生纤维素纤维Lyocell的产生就是绿色纺织的一大进步。Ly－ocell系以NMMO（N—甲替吗啉—N—氧化物）为溶剂，将木浆粕溶解，再经纺丝生成。NMMO在制造过程中可以回收，因而具有不会给地球环境带来危害的特点，同时保留了纤维良好的吸湿性、透气性、柔和光泽、优良的染色性及生物可降解性。伴随绿色纺织纤维的出现，人们也开始致力于绿色染料、绿色助剂等的研制。如被称为新一代绿色印染助剂的烷基多糖苷（APG），其无毒无刺激、对人体安全、生物降解快而彻底、对环境无害，而且集阴离子和非离子表面活性剂的优点为一体而被开发使用。近年来我国向德国、日本等国出口商品受阻的原因也是由于他们对环境要求越来越细致和严格。如纺织品中的化学品残留，污染物释放等受到控制。绿色标志已成为国际市场的通行证，因此积极开发清洁生产，研究安全无害的绿色技术，用高新技术改造传统的纺织工业，以高质量的环保产品参与国际市场竞争，是我国纺织材料特别是印染行业面临的新的挑战。　　

　　新型材料的整理加工　　

　　社会发展、科技进步的一个特征是需要防护织物向功能化发展，如抗菌抗紫外线、防辐射、防腐、阻燃、变色、保温、防水透湿以及各种卫生保健功能的需求增加。例如在各种火灾事故中，由纤维纺织品引起的占有相当大的比例，造成的损失相当严重。因此纺织品的阻燃引起了世界范围的关注。现已研制出的BPI纤维（聚苯并咪唑纤维），它有很好的绝缘性和阻燃性，通过烈焰仍能不失强力而保持常态。同时PBI纤维比棉花的吸湿性更好，能满足生理舒适要求。此外，德国还推出了以三聚氰胺为主要成分的耐高温阻燃纤维，用它制成的织物或无纺布防护服，可在220℃高温下长时间连续使用，在火焰中不熔融，并有很好的化学稳定性和可染性。目前阻燃纤维的研制方法主要有共聚阻燃改性，共混阻燃改性，复合纺丝阻燃改性，阻燃剂接枝阻燃改性，织物后整理阻燃改性等。　　

　　纺织品的功能性也可以通过织造结构设计，复合层压，化学整理等多种途径的结合使其更加完善。例如防水透湿织物的开发，以往通过传统的涂层整理其产品的舒适性及外观不能满足人们新的要求，因此新开发的产品从纤维着手，以超细纤维，高密机织，荷叶组织结构设计，加以化学整理使其具有良好的防水透气性和自然美的外观。又如间隔织物在纺织复合材料中的应用，就是采用高性能玻璃纤维或其他高性能纤维用机织或针织方法织造。创新的结构设计将两片平面织物在垂直的方向由纤维或纱线连接，织物的上层和底层之间形成中空间距，由此形成的织物易被压缩、回弹，得到轻重量夹心材料，经树脂固化成为具有高拉伸和高剪切强度的纤维增强材料。用于工业地板、汽车制造、船艇建造，如船艇甲板和船身的夹心结构等。