高技术纤维 绪论 王依民 电话：67792845 Email: ymw@dhu.edu.cn 答疑地点：材料大楼C516

纤维发展历史（1） 天然纤维的生产和使用 丝绸是一种天然高分子材料，它在我国有着悠久的历史，于十一世纪传到波斯、阿拉伯、埃及，并于1470年传到意大利的威尼斯，进入欧洲。 专家们根据考古学的发现推测，在距今五六千年前的新石器时期中期，中国便开始了养蚕、取丝、织绸了。到了商代，丝绸生产已经初具规模，具有较高的工艺水平，有了复杂的织机和织造手艺。

纤维发展历史（2） 1644年，英国科学家罗伯特·胡克撰文说人类应该能够仿效蚕蛾产丝的工序。 1883年，英国科学家约瑟夫·斯旺尝试种种供灯泡发电用的灯丝材料。他得出结论，如果把硝酸纤维素和醋酸混合，然后将混合物从一系列微小孔眼中“挤压出来”，或者说强迫其流出，就能制造出纤维。 与此同时，法国的坎特·希拉勒·德·查东内特也在通过孔眼挤出硝酸纤维素，来制造一种连续的细丝。查东内特称他的纤维是“人造丝”。后来它以“人造纤维”而闻名于世。 硝酸纤维素浸透后置于酒精和醚中溶解，以形成一种叫做胶棉的物质。它可挤压成人造纤维。

纤维发展历史（3） 自从Staudinger建立大分子概念以来，高分子材料以惊人的速度得到发展。 1932年，施陶丁格总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分子科学诞生的标志。认清了高分子的面目，合成高分子的研究就有了明确的方向，从此新的高分子被大量合成，高分子合成工业获得了迅速的发展。为了表彰施陶丁格在建立高分子科学上的伟大贡献，1953年他被授予诺贝尔化学奖。

纤维发展历史（4） 1935年，Carothers发明了尼龙纤维，并于1938年实现了生产的工业化。 卡罗瑟斯选择了己二胺和己二酸进行缩聚反应，终于在1935年2月28日合成出聚酰胺66。这种聚合物不溶于普通溶剂，具有263℃的高熔点，由于在结构和性质上更接近天然丝，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，而且原料价格也比较便宜，杜邦公司决定进行商品生产开发。 杜邦公司首创了熔体丝纺新技术，将聚酰胺66加热融化，经过滤后再吸入泵中，通过关键部件（喷丝头）喷成细丝，喷出的丝丝经空气冷却后牵伸、定型。1938年7月完成中试，首次生产出聚酰胺纤维．同月用聚酰胺66作牙刷毛的牙刷开始投放市场。1938年10月27日杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了，并将聚酰胺66这种合成纤维命名为尼龙（nylon），这个词后来在英语中变成了聚酰胺类合成纤维的通用商品名称。

尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿，1939年10目24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，混乱的局面迫使治安机关出动警察来维持秩序。人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维．到1940年5月尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。

纤维发展历史（5） 1953年，Ziegler 催化剂的问世使高密度聚乙烯在德国Hoechst公司首先实现了工业化。 1957年，Natta又使聚丙烯成为有用材料，并在意大利的Monecutin公司实现工业化。1958年该公司开发了商品名为Meraklon的聚丙烯纤维。

纤维发展历史（6） 60－70年代，纤维工业化已基本完善。五大纶（涤纶、锦纶、丙纶、腈纶和维纶） 氨纶 近年来，高性能纤维的应用不断拓宽，功能纤维的研究蓬勃开展。纤维材料在航天航空、国防军工、农林渔牧、建筑水利、医疗卫生、交通运输、体育运动以及其他工业领域中得到广泛的应用。

国内纤维发展历史（1） 50年代,确立了同时发展化纤和天然纤维的方针, 半个世纪以来，中国化纤工业取得快速发展。 新中国成立不久，恢复安东化纤厂和上海安乐人造丝厂的生产；从东德引进保定化纤厂粘胶长丝和北京合成纤维实验厂尼龙长丝生产技术和装备。

国内纤维发展历史（2） 六十年代，建设了一批粘胶纤维厂，如南京、吉林、新乡化纤厂；从日本引进万吨级规模的北京维尼纶厂，之后又在全国建设了9个维尼纶厂，岳阳、清江、榆次等基地，以及上海小化纤上马。 七、八十年代，建设了四大化纤和仪征化纤等基地以及平顶山帘子布、阿城涤纶等一些大厂。江苏和浙江一带小化纤纷纷上马。 九十年代，建设一批中等规模的化纤生产企业。

国内纤维发展历史（3） 九十年代中后期，三资企业、乡镇企业和民营企业的蓬勃发展，使中国化纤工业的总量又上了一个新台阶。 近20年年平均增长15%，2000年化纤产量约为700万吨，2002年940余万吨,2003年达1100万吨。 经过40多年的发展，从1998年起中国化纤产量首次并连续成为世界“第一大国”。

中国和美、日、西欧化纤产量比较 The comparison of China’s MMF Output with other countries 单位：万吨

中国化纤产量及其所占世界总量比例 CHINA’S MANMADE FIBER OUTPUT & SHARE IN WORLD 1000 TON

发展现状及地位 化纤在纺织纤维加工总量中占重要地位。在原 料、性能、花色品种、用途等多方面支持着纺 织工业的发展。 支持纺织品出口创汇逐年递增，在纺织品出口 中，原料1/3是化纤。 我国化学纤维工业品种齐全，已经发展成为一 个门类齐全的工业体系。

我国化纤工业体系 大类品种齐全：粘胶、涤纶、锦纶、腈纶、维 纶、氨纶和氯纶等都有生产，部分特种纤维也 有小规模的研制和生产。 已建立和发展了多个大型化纤原料联合企业。 已能自制现代化化纤设备，国产化率70%。 有了一定的工程建设和生产管理能力。

纤维的基本概念 天然纤维 化学纤维 人造纤维 长丝filament 短丝staple 合成纤维 初生丝：未拉伸丝（常规纺丝）（UDY）、半预取向丝（中速纺丝）（MOY）、预取向丝（高速纺丝）（POY）、高取向丝（超高速纺丝）（HOY） 拉伸丝：拉伸丝（低速拉伸丝）（DY）、全拉伸丝（纺丝拉伸一步法）（FDY）、全取向丝（纺丝一步法）（FOY） 变形丝：拉伸变形丝（DTY）、空气变形丝（ATY）

纤维的结构 纤维分子的近程结构 结构单元的化学组成 键接结构 支化和交联 构型 旋光异构 几何异构 纤维分子的远程结构 分子量 分子量分布 链的柔顺性

纤维的结构 纤维的超分子结构 结晶 取向 （液晶） 纤维的形态结构 原纤结构 纤维的截面

纤维的物理性能 力学性能 拉伸性能 粘弹性 回弹性 耐多次变形性

纤维的物理性能 纤维的热性能 三态的变化 耐热性 阻燃性

纤维的物理性能 电性能 导电性 介电性质 静电性质

纤维的物理性能 纤维的光学性质 反射与光泽 折射和双折射 耐光性 光致变色

纤维的主要指标 纤度 断裂强度、断裂伸长和初始模量 断裂功 回弹性 阻燃性 耐热、光性 吸湿性 染色性

高技术纤维的涵义 代表了当今纤维材料制造与发展的水平。 高性能纤维 功 能 纤 维 高 耐 耐 耐 耐 强 热,光,化 摩 高 防 耐 学 擦, 模,火,气 品,耐 低 耐 候 耐 疲 收 冲 腐 劳 缩 击 蚀 功 能 纤 维 光 分 导 电 高 光 蓄 自 导,离,电,磁 吸 反 热 粘 光 吸 绝 波 水 射,蓄 结, 敏,附,电,屏 光 光,光 抗 消 防 蔽 吸 热 菌 臭 辐 收 变 射 色 高感性纤维

高性能纤维 高性能纤维系指对外界的作用不易产生反应，亦即具备高模量、高强度、耐热性、耐候性、耐磨擦性、耐化学品性、电绝缘性的纤维材料。 它是支撑高技术产业发展的最重要的高科技新材料之一。 高性能纤维以高强度、高模量的超级纤维(Superfiber)为代表。高性能纤维一般是指强度在17.7cN/dtex(2.5Gpa)、模量在441.5cN/dtex (55Gpa)以上的纤维。

几种高性能纤维主要品种 芳香族聚酰胺纤维 芳香族聚酯纤维 聚苯并噁唑纤维PBO 聚苯硫醚纤维(PPS) 萘环聚酯 (PEN) 高强聚乙烯醇纤维(DP2000以上) 高强高模聚乙烯（超高分子量聚乙烯） 碳纤维 (PAN基，沥青基，粘胶基) 陶瓷纤维

高性能纤维强度 - Up to what weight could a filament of 1mm2 in sectional area support? - Ordinary Fiber Nylon & Polyester For Industrial Aramid(Kevlar) Polyarylate Nylon & Polyester For Textile 60kg 150kg 320kg

高性能纤维强度 — Up to what weight could a filament of 1mm2 in sectional area support? — Super Fiber Super Polyethylene PBO Fiber Carbon Fiber 440kg 590kg 700kg

阻燃纤维 LOI(Limiting Oxygen Index) LOI<21 可燃性纤维或易燃性纤维 LOI>25 阻燃性纤维

几种纤维的LOI(Limiting Oxygen Index)值 天然和一般纤维 难燃、防火合成纤维 棉 18～20 聚氯乙烯 35〜37 羊毛 24～25 芳纶 25〜37 尼龙 20～22 PBI 30〜43 涤纶 20～22 酚醛树脂 30〜36 腈纶 18～20 PBO 〜70

高性能纤维的耐高温性能 氧指数 70 PBO 60 50 PBI 40 PI PPS 30 Polyester m-Aramid p-Aramid 20 10 100 200 300 400 500 600 700 熔融或降解温度

几种高性能纤维的性能比较 品种 比重 强度 模量 伸长 熔点 (g/cm3) (GPA) (GPA) (%) （C） 品种 比重 强度 模量 伸长 熔点 (g/cm3) (GPA) (GPA) (%) （C） HSHMPE 0.97 3.5 160 2.5 140 芳 纶 1.44 2.8 132 2.5 560 碳纤维 1.78-1.85 14-22 300-1000 0.5-1.4 － 聚芳酯 1.4 4.1 134 3.0 380 杂环PBI 1.43 0.38 5.7 25-30 450 PBO 1.59 5.5 350 2.5 650 PBZT 1.58 4.2 385 1.4 600 高强PVA 1.32 2.1 46 4.9 245 氧化铝纤维 4.0 2.9 250 1.5 钢纤维 7.86 2.8 225 1.1 1600

(单位：千米) 336 193 171 92 76 37 几种纤维在空气中自重断裂时的长度 高强高模PE 芳 纶 碳纤维 尼龙6纤维 玻璃纤维 钢纤维 336 193 171 92 76 37

高性能纤维面临的问题 玻璃纤维：脆性，耐摩性差，柔软性差，不耐弯曲 对位芳香族聚酰胺纤维：对紫外线敏感 超高分子量聚乙烯纤维：耐温性差，蠕变 PBO纤维：耐光性差 与基体的粘合性差 价格昂贵，应用只集中在军事、航空、航天、航海及其它高科技领域

高功能纤维 高功能纤维系指具有特殊功能的纤维。这里所谓的特殊功能包括光传导功能、物理分离吸附功能、高吸水性功能、导电功能、抗静电功能、电磁波屏蔽功能、光反射及光吸收功能、蓄热功能及卫生保健功能等。

防护性功能纤维 防辐射纤维 防中子辐射纤维（含锂、硼元素） 防α、γ射线纤维（Pb） 抗紫外纤维 抗静电纤维 阻燃、耐热、保温纤维

生物、卫生、医疗用功能纤维 医用材料（医用缝合线，人造脏器） 高分子药物

传导性纤维 导电纤维 超导电纤维 光导纤维

智能纤维 形状记忆纤维 自适应性凝胶纤维 蓄热调温纤维 变色纤维

高感性纤维 高感性是指纤维材料或织物具有与人体视觉、触觉及环境相和谐一致的感觉。所谓高感性纤维是指具有手感柔软、美观、穿着舒适、透气性好等特点的纤维，它们构成了高技术纤维的支柱。在人类追求高生活质量的时代，高感性纤维不仅提供了优良的手感与外观，而且创造出传统纤维所没有的新颖风格。

高感性纤维的分类 仿真、超仿真纤维 超细纤维 异形截面纤维 仿生纤维 变色纤维

溶剂法纤维素纤维Tencel 高弹纤维Lycra 高湿模量粘胶纤维ModaI 改性锦纶Tactel 醋酯纤维Acetate

Special Fibers for Apparel Use ＋ 易回收性；可分解性、再生 省能効果；非环境汚染性 环境保护

下堂课内容 高感性纤维

作业 请列举2～5种仿生纤维及其制备方法，并分别说明其借鉴了哪种生物的什么功能。

考试说明 每人翻译一篇英文文献 根据此文献，再查阅相关文献，写一篇综述，题目自拟。

综述写作格式 中文题目 班级、姓名、学号 中文摘要和关键词 英文题目 英文摘要和关键词 正文 参考文献

要求 打印稿和电子稿 不得少于5篇参考文献 参考文献必须在文中进行标注 综述不必写具体实验步骤

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