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有機纖維

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有機纖維是指纖維材質為有機物的纖維,包括滌綸腈綸、錦綸、丙綸以及高性能纖維包括芳綸超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE纖維)、聚對苯撐苯並雙噁唑纖維(PBO纖維)、聚對苯並咪唑纖維(PBI纖維)、聚苯撐吡啶並二咪唑纖維(M5纖維)、聚酰亞胺纖維(PI纖維)等。
中文名
有機纖維
外文名
Organic fiber

有機纖維滌綸

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滌綸化學名稱為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維,是有機纖維的一個重要品種。它以對苯二甲酸(PTA)或對苯二甲酸二甲酯(DMT)與乙二醇(EG)為原料,通過縮合聚合成高聚物再經過紡絲加工而製得,可廣泛應用於製造衣着面料和工業製品等。 [1] 

有機纖維腈綸

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腈綸化學名稱為聚丙烯腈纖維(PAN纖維),由丙烯腈的共聚物製備而成。腈綸具有柔軟、膨鬆、易染、色澤鮮豔、耐光、抗菌等優點,可與羊毛混紡成毛線,織成毛毯、地毯等,還可與棉、人造纖維、其他合成纖維混紡,織成各種衣料和室內用品。高性能腈綸可經過氧化、碳化等加工處理製備碳纖維。 [2] 

有機纖維錦綸

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錦綸也稱為尼龍(Nylon)或聚酰胺纖維,其分子主鏈上含有重複酰胺基團(NHCO)。錦綸可由二元胺和二元酸縮聚而成,根據所用二元胺和二元酸的碳原子數不同,可以得到不同的錦綸產品,並可通過加在錦綸後的數字區別,其中前一數字是二元胺的碳原子數,後一數字是二元酸的碳原子數,例如錦綸66,説明它是由己二胺己二酸縮聚製得;錦綸610,説明它是由己二胺癸二酸製得;錦綸也可由己內酰胺縮聚或開環聚合得到,根據其單元結構所含碳原子數目,可得到不同品種的命名,例如錦綸6,説明它是由含6個碳原子的己內酰胺開環聚合而得。 [3] 

有機纖維丙綸

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丙綸聚丙烯纖維,由丙烯為原料製得。丙綸易燃,近火焰即熔縮,離火燃燒緩慢並冒黑煙,火焰上端黃色,下端藍色,散發出石油味,燒後灰燼為硬圓淺黃褐色顆粒,手捻易碎。丙綸可以純紡或與羊毛、棉等混紡混織來製作各種衣料,也可用於織紡製備各種民用或工業用針織品如地毯、漁網、帆布、水龍帶等。 [4] 

有機纖維芳綸

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芳綸芳香族聚酰胺纖維,是一種高分子主鏈主要由酰胺鍵和芳環組成的線性高性能有機纖維,主要包括間位芳香族聚酰胺纖維和對位芳香族聚酰胺纖維。 [5]  間位芳香族聚酰胺纖維主要為聚間苯二甲酰間苯二胺(PMIA),在我國常稱為芳綸1313,具有優良的耐熱性能和阻燃性能,主要用於航空軍事、高温濾材和安全防護服等方面;對位芳香族聚酰胺纖維即聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)纖維,在我國常稱為芳綸1414,也就是日常所説的高強高模芳綸,具有高強度、高模量、耐高温、優良的阻燃性和化學穩定性等特點,在航空航天、國防軍工、海洋開發、高速交通、環境保護和新型建材等領域都有着非常重要的應用,是目前應用量最大和應用面最廣泛的高性能有機纖維。 [6]  但是由於纖維結構的侷限性,PPTA纖維的耐光性較差,在紫外光線輻射下會發生降解,並且耐疲勞性、抗壓縮性和染色性較差。

有機纖維超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維

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超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE纖維)又被稱為高強PE纖維,與碳纖維芳綸纖維同稱為世界三大高性能纖維。UHMWPE纖維由於具有高度的取向結構和結晶程度,其拉伸強度可達3.1GPa,模量可達100GPa,而密度卻只有0.97g∙cm,並且具有優良的耐衝擊性能、耐化學腐蝕性能、耐磨性能、耐彎曲性能、耐光性能、抗切割性能和良好的絕緣性能,在安全防護、航空航天、國防軍工等重要部門發揮着舉足輕重的作用。 [7]  但是,由於表面光滑,並且單一的亞甲基結構使得纖維表面無反應活性點,不能使其與樹脂基體形成良好的界面作用,嚴重限制了UHMWPE纖維在樹脂基複合材料中的應用。此外,UHMWPE纖維的抗熱性能不佳,在環境温度超過100˚C的情況下,性能發生明顯下降,以致不能使用,限制了其在某些特殊領域的應用。 [8] 

有機纖維聚對苯撐苯並雙噁唑(PBO)纖維

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聚對苯撐苯並雙噁唑 (PBO) 纖維是一種採用液晶紡絲工藝製備的芳香族雜環高性能纖維。 [9]  20世紀70年代,美國首先對PBO纖維進行研究,但一直未能成功對其進行工業化成產,直至1998年由日本的東洋紡公司成功將其商品化生產,並命名為Zylon,PBO纖維具有極其優異的力學性能和耐熱性能,其拉伸強度和拉伸模量分別高達5.8Gpa和280Gpa,它是耐熱性能最好的有機纖維熱分解温度達到了650oC,但是PBO纖維的耐光性較差、染色性較差且價格昂貴,這些都是其發展前景的重要決定因素。 [10] 

有機纖維聚苯並咪唑(PBI)纖維

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20世紀60年代開始美國Celanese公司開始開展對聚苯並咪唑(PBI)纖維的研發工作,至1983起可以批量生產PBI纖維,此纖維具有優異的耐高温性能、耐低温性能以及阻燃性能等,但由於其力學性能有限且合成困難價格昂貴,限制了其進一步發展。 [11] 

有機纖維聚苯撐吡啶並二咪唑(M5)纖維

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1998年荷蘭Akzo Nobel 公司在PBO的基礎上開發出了一種新型芳雜環類高性能有機纖維,即聚2,5-二羥基-1,4-苯撐吡啶並二咪唑{poly[2,6-diimidazo(4,5-b4’,5’-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylene]}纖維,簡稱“M5”或“PIPD”纖維。M5纖維結構與PBO纖維類似而性能更加優異,但由於合成困難等原因M5纖維還處在研發階段。 [12] 

有機纖維聚酰亞胺(PI)纖維

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聚酰亞胺纖維聚酰亞胺材料的一種非常重要的應用形式。聚酰亞胺纖維除了具備聚酰亞胺材料本身所具有的耐高温、耐低温、耐化學腐蝕、耐輻照、良好的介電性能和尺寸穩定性等優異性能外,由於其沿纖維軸方向高度取向,因此聚酰亞胺纖維又具有高強高模的特性。 [13] 
聚酰亞胺纖維作為高性能有機纖維的一種,早在20世紀60年代中期就由美國首先對其進行研究,隨後前蘇聯和日本也展開了積極的研究工作,我國對聚酰亞胺纖維的研究工作同樣始於20世紀60年代中期,但遺憾的是由於種種原因研究工作並未持續下去也沒有太多的科研資料保留下來。 [14]  聚酰亞胺纖維問世以後並沒有像Kevlar纖維那樣迅猛發展並工業化,這並非是因為聚酰亞胺纖維性能不佳而是限於當時的技術和成本所致,直至80年代,日本出現了高強高模型聚酰亞胺纖維的報導。 [14]  從此聚酰亞胺纖維尤其是高強高模的聚酰亞胺纖維越來越受到各界的重視而得以不斷髮展。俄羅斯報導了一種含有嘧啶單元的聚酰亞胺纖維,它的強度達到了5.8GPa模量達到了280GPa,這是目前高性能有機纖維中最好的力學性能。
從工藝條件上來説聚酰亞胺纖維的製備方法可以分為幹法紡、濕法紡、乾濕法紡、熔融紡、靜電紡等。其中應用最廣的的濕法紡和乾濕法紡。幹法紡在研究聚酰亞胺纖維的初期曾被應用,靜電紡主要用來製備納米纖維膜。 [15] 
聚酰亞胺纖維的理化性質決定了它可以在很多極端的環境下工作。隨着工業的發展和科學技術的進步人類的生產力水平不斷提高,環境的問題已經越來越受到全世界的關注,尤其是霧霾現象日趨嚴重。聚酰亞胺纖維由於其耐熱性能、耐化學腐蝕性能、耐輻射性能以及耐候性能優異是目前性能最好的高温煙氣過濾材料,可經過編織等技術用於水泥、冶金、鍊鋼、發電、化工等高污染行業。 [16] 
高強高模的聚酰亞胺纖維可以作為增強體制備先進複合材料,該複合材料可以用於製造導彈的彈體彈翼、整流罩、飛機等航天器的機身、機翼以及火箭發動機殼體等,在航空航天、軍事國防等領域有廣闊的應用前景。 [17] 
參考資料
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