高性能纤维——II - 东华大学精品课程网站
纤维材料改性国家重要实验室(东华大学)
纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）开放课题基金申请指南及管理办法（2018年修订版）为促进国内外学术合作和交流，扩大国家重点实验室作为学术交流和科学研究中心的作用，提高所在领域的学术研究水平，根据《国家重点实验室建设管理办法》、《国家重点实验室专项经费管理办法》及实验室发展规划，特设立纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）开放课题基金，支持与本实验室目前主要研究方向相关的基础研究项目，并鼓励应用基础和交叉学科研究。
一、实验室简介纤维材料改性国家重点实验室于1992年建立以来，坚持“开放、流动、联合、竞争”八字方针，在凝聚学科人才、促进科研发展、构筑研究平台、扩大学术交流等方面取得了显著成绩，2003、2008、2013年三次通过国家评估。
实验室目前主要研究方向为：1）高性能纤维与复合材料；2）功能纤维与低维材料；3）环境友好与生物纤维材料。
二、开放课题申请对象开放课题基金主要资助对象应具有副高职称及以上或博士学位，并在国内外知名高等院校、科研机构、产业部门中获得一定工作经验的教学、科研及工程技术人员。
为了鼓励年青人才脱颖而出，优先资助45岁以下的中青年专业人员作为课题负责人的研究项目，鼓励与实验室研究方向紧密结合、有助于提升实验室产业基础的企业相关技术人员申请。
申请人应以本实验室的一个研究组为依托，受到资助后与依托课题组合作开展实质性研究工作。
三、开放课题申请程序和管理办法1、申报受理时间依据申请指南发布时间。
2、课题申请根据资助的主要研究方面（见本指南第四部分）填写“东华大学纤维材料改性国家重点实验室课题申请书”一式二份（同时提交电子版）。
经所在单位同意盖章，向实验室提出申请。
申请课题应符合本实验室研究方向，与实验室在研课题有密切联系，有前沿性、开拓性、切实可行的技术路线和新颖的研究内容。
建议研究期限为2年。
3、课题审批完全或部分由实验室资助的课题，课题资助额度为5-15万元/项。
具体经费额度经专家组初审，主任办公会审议，由实验室学术委员会审定。
高性能PBO纤维的开发和应用
收稿日期：2010-04-09 修回日期：2010-05-24 作者简介：李旭 (1963~)，男，高级工程师，长期从事涤纶短纤维的 生产和研究开发工作。
180 t/a 纺丝生产线，并于 1995 年春开始投入部分 机械化生产，1998 年 PBO 的生产能力达到 200 t/a， 商品名为 Zylon。2003 年达到 500 t/a，2008 年达到 1 000 t/a [3]。现在日本东洋纺仍然是世界上唯一一家 可以进行商业化生产 PBO 纤维的公司。此外，荷 兰阿克苏诺贝尔公司纤维研究所和 DELF 大学于 1997 年合作开发了商品名为 M5 的新型 PBO 纤维， 但目前尚处在开发阶段 [4]。
232抗冲击防护服北京宇航通泰应用技术研究所特种纤维复合材料天津加工中心德国rbus公司中国总代理是从事高性能纤维应用产品研发生产与销售的高科技企业公司推出的p纤维防弹衣系列产品基于穿甲力学和创伤弹道生物力学的原理应用国外最新的p纤维软质防弹材料和国内先进技术采用该研究所独特的结构设计和制造新工艺不但能有效地防止不同级别弹头的贯穿同时能避免或显著地减轻人体受弹击时造成的非贯穿性损伤能完全吸收高能量子弹射入能量有效地防止子弹贯穿
国家尖端科技的发展水平，并成为一类具有战略意
义的材料资源。东洋纺生产的 Zylon 主要产品和规
格如表 1 所示。
表 1 东洋纺公司生产的 Zylon 主要产品和规格
东华大学高分子材料成型原理复习材料
1-1.通用高分子材料主要有那几大类？答：纤维、塑料、橡胶、胶黏剂、涂料1-2.高分子材料加工与高分子合成的区别？答：“高分子材料加工”定义为“对聚合物材料或体系进行操作以扩大其用途的工程”，它是把聚合物原材料经过多道工序转变成某种制品的过程。
经过高分子材料加工得到的制品在物理上处于和原材料不同的状态，但化学成分基本相同；而高分子合成是指经过一定的途径，从气态、液态、固态的各种原料中得到化学上不同于原料的高分子材料。
1-3.高性能纤维有哪些？答：低热稳定性，高强度纤维：、高热稳定性，高强度纤维（200-300℃）：对位芳纶、芳族聚酯、杂环聚合物纤维高热稳定性、耐热纤维（≤350℃）：间位芳纶、聚酰亚胺纤维、酚醛纤维、碳纤维高热稳定性、无机纤维：碳化硅纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维1-4.判断题经过加工过程，高分子材料在物理上处于和原材料相同的状态。
（×）1-5 选择题高强高模聚乙烯纤维材料和纤维材料分别属于③ 。
①生态高分子材料和智能高分子材料②智能高分子材料和功能高分子材料③高性能高分子材料和生态高分子材料④功能高分子材料和高性能高分子材料为什么纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法?纤维素大分子中含有大量的－基团，由于氢键的作用，使大分子间作用力较大，这将导致熔融热焓△H较大；另一方面，纤维素大分子中存在环状结构，使分子链的刚性较大，这将导致熔融熵变△S较小。
这两方面的原因使得熔融纤维素的温度（= △H / △S ）将变得较高,而纤维素的分解温度又相对较低，因此，当加热纤维素至一定温度时，会出现纤维素未开始熔融便已被分解的现象，因此，纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法。
请阐述选择聚合物溶剂的几种实用方法与其适用范围1. 可根据极性相近规律即极性的聚合物易溶于极性溶剂、非极性的聚合物易溶于非极性或弱极性溶剂的规律来初步选择溶剂。
2. 可根据溶度参数理论，按照溶剂与聚合物的内聚能密度或溶度参数应尽可能接近的规则来选择溶剂。
东华大学纺织材料学第一章纤维分类及发展
全脱胶：胶质全部脱去，纤维呈单根状态，如苎麻
半脱胶：仅脱去部分胶质，束状纤维，如亚麻、黄麻等
脱胶的方法主要有
微生物脱胶
黄红麻：剥皮法
麻株鲜剥→鲜皮（或晾干后的干皮）→选麻扎把→天然浸沤→洗麻→晾干整理分级→ 打包成件。
带杆法
亚麻
鲜麻株（或晾干后的麻株）→选麻成捆→天然浸沤→压麻剥洗→晒干、整理分级→打 包成件
纵向：天然转曲
the twists reverse in direction along the length
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
棉纤维的成熟度degree of maturity
定义—纤维细胞壁的增厚程度，胞壁越
厚，成熟度越好。
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
纺织纤维
长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可 挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤 维。
Small enough to be flexible
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
纤维的基本性能
(1)一定的长度和长度整齐度； (2)一定的细度和细度均匀度； (3)一定的强度和模量； (4)一定的延伸性和弹性； (5)一定的抱合力和摩擦力； (6)一定的吸湿性和染色性； (7)一定的化学稳定性。
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
麻
•东华大学纺织材料学第一章纤维 分类及发展
表1-3 部分麻纤维的化学组成
名称
纤维素 半纤维 果胶 木质素 其它 单纤维细 单纤维长 （%） 素（%） （%） （%） （%） 度（µm） 度(mm)
苎麻 65 ~75 14 ~16 4 ~5 0.8 ~1.5 6.5 ~14 30 ~ 40
东华大学 苏州大学 江南大学 纺织材料学考研历年真题名词解释答案
20111.纳米尺度和纳米纤维：纳米尺度：以纳米定义先定粗细尺度0.001~0.1μm，再以纤维密度取值1.5~2.5g/cm³计算纤维的线密度范围。
纳米纤维：直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。
广义上包括纤维直径为纳米量级的超细纤维，还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改造的纤维。
2.吸湿平衡与吸湿滞后：吸湿平衡：纤维在单位时间内吸收的水分和放出水分在数量上接近相等，这种现象称之为吸湿平衡。
吸湿滞后：同样的纤维在一定的大气温湿度条件下，从放湿达到平衡和从吸湿达到平衡，两种平衡回潮率不相等，前者大于后者，这种现象称为吸湿滞后。
3.差别化纤维与高性能纤维：差别化纤维：指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程度改善的纤维。
高性能纤维：指高强，高模，耐高温和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。
4.粘-滑现象和伪浸润现象：粘-滑现象：纤维间相对低速滑移时，会发生时而保持不动（粘），纤维产生变形或同向移动；时而又相对快速滑移（滑），这种现象称为粘-滑现象。
伪浸润现象：指由于材料的表现形态与真实形态存在差异，或材料表面不同组分的组合，使液滴的三相交汇点落在某一位置或某一组分中而引起的表现接触角不能表达或不能完全表达真实浸润性的现象。
5.比模量与断裂长度：比模量：初始模量与纤维密度的比值。
断裂长度：纤维重力等于其断裂强力时的纤维长度，单位为千米（㎞）。
6.根数加权长度与巴布长度：根数加权长度：以纤维根数加权平均的长度简称根数（加权）平均长度，是将对应某一纤维长度的根数N l与该长度l（mm）积的和的平均值L n。
即：L n= 式中N 为纤维的总根数；N l为纤维频数分布函数；l max为最长纤维长度。
若以n（l）表示纤维长度的频率密度函数，即n（l）=N l/N，则：L n = 巴布长度：纤维质量加权长度L m一般是由分组称重方法得到，又称重量加权长度L w，最为经典的表达是巴布长度B，即L m=L w=B= 或B= 式中W l为重量的频数函数，w（l）为重量频数密度函数。
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
different impregnation processes
PAAs 质量分数 / %
0. 1
0. 3
0. 5
0. 7
图 2 不同浸渍工艺下上浆碳纤维的悬垂值
Fig. 2 Drape value of sized carbon fiber by different
第 4 期 赵新星等. 大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
9
2. 2 上浆碳纤维的可加工性能
碳纤维在卷绕、退绕及加工过程中因摩擦导
致部分纤维断开而产生毛丝,这些毛丝不仅影响
碳纤维的力学性能,而且会给碳纤维的后加工工
艺带来困难。 未上浆碳纤维的毛丝量非常大,达
impregnation processes
■—PAAs 质量分数 0. 1%;●—PAAs 质量分数 0. 3%;
▲—PAAs 质量分数 0. 5%;▼—PAAs 质量分数 0. 7%
从图 2 可以看出:随着浸渍时间的延长、上浆
剂浓度的提高,上浆碳纤维的悬垂值均呈上升趋
势,且上浆剂浓度对于悬垂值的影响更为明显;结
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合 成 纤 维 工 业 2023 年第 46 卷
8
有限公司制;Quanta-250 型扫描电子显微镜:美国
康塔克默仪器公司制;Escalab 250Xi 型光电子能
研究与开发
合 成 纤 维 工 业, 2 0 2 3 , 4 6 ( 4 ) : 7
CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
大丝束碳纤维的上浆工艺及其性能研究
聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能
ｓｐａｃｅ ｃｒａｆｔｓ ａｎｄ ｒｏｃｋｅｔｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ）（ＰＡＡ）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ，ｗｉｔｈ Ｎ，Ｎ—ｄｉｍｅｔｈｙｌａｃｅｔａｍｉｄｅ（ＤＭＡｃ）ａｓ ｓｏｌｖｅｎｔ，ｆｒｏｍ ４，４’一ｄｉａｍｉｎｏ ｄｉｐｈｅｎｙｌ ａｎｄ
东华大学 硕士学位论文 聚酰亚胺纤维的制备及结构与性能 姓名：高晋 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：陈大俊
20040201
东华大学硕士论文
聚酰亚胺纤维的制务及结构与性能
摘要
聚酰Ⅱ胺纤维是典型的高性能纤维，与Ｋｅ］ｖｌａｒ纤维比较有更高的热稳定 性，更高的弹性模量，更低的吸水性，更优异的抗电磁屏蔽性能。可望在更严酷 的环境中使用，如原子能工业、航空航天、军事等重要领域。日前美国等发达国 家都正在加紧研究聚酰亚胺纤维，由于高强高模的聚酰亚胺纤维属于先进复合材 料的增强剂，用于航空、航天器及火箭的制造，有关的研究报道较少。
ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ＳＥＭ， Ｔｈｅ ａｓ··ｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｐｒｅ—－ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ＦＴＩＲ，ＴＧＡ，ＤＳＣ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．ＦＴＩＲ ａｎｄ ＤＳＣ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｓ·ｓｐｕｎ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｉｄｉｚｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ １５０＂Ｃ一２５０℃．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ａｂｏｕｔ ４５—６６ｋＪ／ｍ０１．Ｔｈｅ ｉｍｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ ｎ ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．７０·０．７３．Ｔｈｅ ＴＧＡ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｆｉｂｅｒｓ ｉｓ ａｂｏｕｔ １０ ｌｄ／ｍｏｌ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄ ｏｎｅ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．
东华大学服装材料-常用纤维结构性能特点ppt课件
第一章 服装材料用纤维
第四节 常用纤维的结构 与性能特点
腈纶 腈纶为聚丙烯腈纤维，商品名称有Orlon〔奥纶）、Exlon
〔依克丝兰）、Acrilan〔阿克利纶〕等 。 种类：以短纤维为主。 结构及形态
第一章 服装材料用纤维
第五节 纤维的鉴别
纤维名称 接近火焰 在火焰中
纤维素纤 不熔不缩 维
羊毛、蚕 收缩 丝
第一章 服装材料用纤维
第三节 常用纤维的结构与性能 特点
性能特点 羊毛的缩绒性：指羊毛纤维集合体在湿热条件和化学试剂的作用下，受
到机械外力的挤压、揉搓而粘合成毡绒的性质。 体积质量：1.32 g/cm3 力学性能 干态强力 较低 湿态强力 降低 断裂伸长率较高，25～40％ 初始模量较低 弹性好
第一章 服装材料用纤维
第一章 服装材料用纤维
第五节 纤维的鉴别
燃烧法 基本原理：纤维的化学组成不同，燃烧特征不同。 鉴别方法：
是用镊子夹住一小束纤维，慢慢移近火焰。仔细观察纤 维接近火焰时、在火焰中以及离开火焰时，烟的颜色、燃 烧的速度、燃烧后灰烬的特征以及燃烧时的气味，对照下 表加以判断。 局限性：燃烧法只适用于单一成分的纤维、纱线和织物的鉴
性能特点 染色性优于亚麻，可印染更多的颜色； 强度很高，刚性很大，断裂伸长率小，弹性恢复率低，弹性
差； 纤维易皱且不易消失； 吸湿、放湿性能很好，透气性能好，耐热性一般； 耐碱不耐酸，耐水洗、耐海水侵蚀； 抗霉和防蛀性能较好。
第一章 服装材料用纤维
第三节 常用纤维的结构与性能 特点
亚麻 结构及形态 纤维素70 ﹪ ～ 80 ﹪其他伴生物 长度 纵横截面形态：纵向有横节、竖纹；横向为多角形，中腔较小。 性能特点 染色性较差； 强度和刚度远大于棉纤维，但小于苎麻。伸长率很低，弹性模量高。 吸湿性仅次于苎麻；?
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十氢萘，煤油，白油，矿物油
主要萃取剂
汽油，低聚烃，卤代烃，苯及其衍 生物
PE冻胶纺工艺关键
浓度：3%
- 10%
采用双螺杆帮助溶解和脱泡 用特殊的凝固浴解决并丝问题
分多级达到40倍以上拉伸
溶剂及萃取剂回收分离
高强PE的工业生产
主要生产国：
荷兰，美国，日本，中国
产量：
目前约4000吨/年，供不应求
存在的问题和今后的工作
进一步提高国产高强PE的强度和
均匀性
研究提高纤维抗蠕变能力的技术 提高纤维的使用温度 进一步降低单丝纤度
结束语
从国防科技发展的战略高度出发，开发
高强高模纤维刻不容缓；
我国已有开发高强纤维的基础，迄今高
强PE和碳纤维已经工业化，有待于开发
其下游产品；芳纶纤维及其制品、PBO纤
维等的生产技术尚属开发阶段。
200-300 1.8
碳纤维
按用途分：
作烧蚀材料
（主要为粘胶基碳纤维）
作结构材料
（主要为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤 维）
高强PVA纤维
高分子量原料，采用冻胶纺丝，超
拉伸技术
湿纺加硼交联技术
PBO纤维
强度、模量比芳纶高出近一倍
日本东洋纺已开始产业化进程
聚对亚苯基苯并双恶挫纤维（分子式见
化纤研究所提供
国产和进口PE纤维性能比较
生产厂 强度
(cN/dtex)
DSM 联信
同益中 大成
中泰
26.59 24.41 24.89 1039 926 2.82 2.77 1297 2.39
22.59 22.57 881 3.14 862 2.99
模量
(cN/dtex)
伸长 (%)
国产和进口纤维截面SEM照片
强度 模量 (Gpa) (Gpa) 2.8 2.8 5.5 3-7 2.1 132 69 280 160 46
密度 熔点 (g/cm3) (℃) 1.44 1.4 1.59 0.98 1.32 560* 270 650* 140 245*
芳杂环纤维 PBO Torayca Kuvaion
Dyneema 3.4
高强高模纤维
材料学院化纤研究所
刘兆峰
关于高强高模纤维
高强高纤维目前尚无确切的定义 强度：
2GPa以上
模量：
50GPa 以上
主要的高强高模纤维
碳纤维
芳纶纤维
高强高模聚乙烯纤维 其它纤维
工业化高强纤维及性能
纤维种类 对位芳纶 聚芳酯 高强 PE 碳纤维 高强 PVA *
为分解温度
商品名 Kevlar Vectran
东华大学是最早参与研究的单位之
一，有自主的知识产权
目前准备开发芳纶纸
高强高模PE纤维
原料：分子量150-600万 采用冻胶纺丝，超拉伸技术 纤维具有部分伸直链结构
冻胶纺丝主流程
纺丝
溶解 脱泡 挤出成型 冻胶丝络筒
拉伸
凝固集束 萃取 卷绕 Nhomakorabea干燥
超倍拉伸
PE冻胶纺溶剂及萃取剂
主要溶剂
下图）
芳纶纤维
聚对苯二甲酰对苯二胺
通过液晶纺丝方法制成
分子链伸直平行排列 结晶度很高
芳纶的主要用途
复合材料增强
防弹材料
光缆、电缆加强材料 其他特殊用途
芳纶生产销售现状
已有30年的工业化历史 主要生产国：美国，日本，荷兰
目前世界市场供不应求
我国芳纶发展的情况
我国开发芳纶已有20年
防弹UD是无纬复合材料
0° 层 90° 层
UD的组成
热熔PE层 UD 0°, 90° UD 0°, 90° 热熔PE层
面密度：145 g/m²
UD截面扫描电镜照片
我国高强PE技术的特征
采用白油或矿物油 凝固浴采用独特的配方，解决了并
丝问题
各生产厂有自己的知识产权 所有的生产厂，技术均由东华大学