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十大高性能纤维技术进展综述(下)

2017/10/3 16:52:26 人评论 次浏览 来源:新材料在线 分类:新闻


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。


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。


产品应用

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)




抗燃纤维


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。




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





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。


-end-




随着碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰亚胺(PI)纤维等高性能纤维材料研发与稳定性生产陆续展开,使得高性能纤维的成本逐渐降低,相关配套工装设计与制造技术的不断进步,从而使低成本,规模化供应的高性能纤维复合材料创造有利条件。


为此,寻材问料?11月23~25日在常州(拟定)举办《2017中国国际高性能纤维及其复合材料产业峰会暨碳纤维及其复合材料产业峰会》,通过参加本次峰会为高性能纤维及其复合材料生产企业、科研单位、大学院校等提供一个技术交流、行业上下游商务洽谈、战略合作的平台;同时,将邀请各行业终端用户,共同探讨碳纤维及其复合材料产业,共同促进整个产业的市场发展及创新应用。


会议时间:2017年11月23~25日

会议地点:常州(拟定)

会议规模:800人

主办单位:寻材问料?

协办单位:碳纤维资讯 红眼兔

媒体支持:新材料在线?、寻材问料?、测了么、碳纤维资讯、中国复合材料网

大会形式:主题论坛+展台展示


峰会议程


主要议题

单位

11月24日 上午

主办方致辞

待定

高性能纤维及其复合材料的产业应用和创新

拟邀朱美芳东华大学

新概念、新方法和新技术如何在新材料与结构技术的突破——轻量化与复合材料

拟邀  杜善义院士

高性能纤维及其复合材料助力通用航空发展的突破与创新

拟邀杨凤田院士

 休息15分钟

高性能纤维及其复合材料在产品中的结构及分析分享

拟邀沈真教授

复合材料在军工领域的应用及军民协同创新的思考和建议

拟邀中国兵器工业集团魏化震

如何提升产业技术成熟度,促进国产碳纤维应用发展

拟邀徐梁华北京化工大学

11月24日 下午

碳纤维及其复合材料在产品中的应用及案例

待定

复合材料循环再利用技术和创新

待定

热塑性短纤维增强材料在产品中应用

待定

技术与市场展台洽谈会(时间:3小时)

晚宴交流

  11月25日 上午

 分论坛一:碳纤维及其复合材料技术与应用发展论坛

复合材料在轨道交通领域的应用及发展

待定

热塑性碳纤维复合材料在汽车轻量化解决方案

待定

热固性碳纤维复合材料在产品中的应用

待定

CAE分析在复合材料产品中的技术应用

待定

关于聚合物基复合材料阻燃性能的应用和发展

待定

待增


分论坛二:高性能纤维及其复合材料技术与应用发展论坛

高强高模量聚乙烯产业应用及发展趋势

拟邀中石化

高性能纤维及其复合材料在土木工程中的创新应用

拟邀  同济大学

高强高模量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料及其应用

待定

高性能芳纶纤维在产品中的应用及发展

待定

待增



注:更多议题,火热征集中……

承办单位答谢


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