
高性能纖(xiān)維是纖維科學及工程界開發的一批具有高強度、高模量、耐高溫性(xìng)的新一代化學纖維。
由於高科(kē)技產業的興起,高速交通、海洋開發、超高(gāo)層建築(zhù)、醫療器材、環境保護和體育休閑業的發展都需要多種高性能纖維材料的支持,從而促進了高性能纖(xiān)維(wéi)產業的發展。
高性能纖維具(jù)有普通纖維沒有的特殊性能,應用於高科技產業的各個領域(yù)中。隨著科技的進步,有些品種纖維的性能還在不斷地改進提高,新的市場也在擴(kuò)大(dà)和開拓,已經形成具有特(tè)色的新一(yī)代纖維材(cái)料。和無機非金屬材料、金屬(shǔ)材料相比(bǐ),它是重(chóng)量輕、加工簡便(biàn)、容易成(chéng)型、物理性能好、不會(huì)鏽蝕的高性能材料;和普通有機高分子材料(liào)比較,它在材料的強韌度、耐(nài)熱性、尺寸穩定性方麵有很大的優勢,用它增強的複合材料(liào)被稱為先進複合材料。代表性高性能纖維的性能見表1。
表1 代表性高性能纖維的性能
| 纖維種類 | 強度/GPa | 斷裂伸長率(lǜ)/% | 彈(dàn)性模量/GPa | 密度/g·cm-3 | 熔點/℃ | |
| 對位芳(fāng)香族 聚酰胺纖維 | 2.8 | 2.4 | 132 | 1.44 | 560① | |
| 2.8 | 2.0 | 121 | 1.44 | 560① | ||
| 3.0 | 4.6 | 120 | 1.39 | 500① | ||
| 間位芳香族(zú) 聚酰胺纖維 | 0.5~0.8 | 25~45 | 6.7~9.8 | 1.38 | 430① | |
| 芳香族聚酯纖維 | 2.8 | 3.7 | 69 | 1.40 | 330 | |
| 芳雜環類(lèi)纖維 | 5.5 | 2.5 | 280 | 1.59 | 650① | |
| 0.38 | 25~30 | 5.7 | 1.43 | 4500① | ||
| 高強聚乙烯纖維 | 3.4 | 2.0 | 160 | 0.98 | 140 | |
| 碳纖維 | 高(gāo)強 | 4.9 | 2.1 | 230 | 1.80 | 3700① |
| 高模 | 3.92 | 1.8 | 540 | 1.80 | 3700① | |
| 高強玻璃纖維 | 3.5 | 2.0 | 87 | 2.50 | 1200 | |
| 鋼纖維 | 1.8 | 2.0 | 48 | 7.85 | 1600 | |
| 注:①為分解(jiě)溫度 | ||||||
從表1可見,高性能纖維除了強度大、模量高外,其密度相當低,和金屬比較,其比強度、比模量要高好(hǎo)幾倍,因(yīn)此作為結構材料應用時,輕量化特別明顯,這為(wéi)節(jiē)能、小型化、高速(sù)化、高技術產品帶(dài)來很多有利條件(jiàn)。表1中所示纖維大部分在市場上可以買到。高性能纖維種類(lèi)繁多,性能差異大,價格相差很多(duō),所以使用者要(yào)熟悉它(tā)們的特性,在考(kǎo)慮強度、模量等力學性能時,還需要(yào)根據最(zuì)終(zhōng)用途,綜合評估纖維的性價比。
高性能纖維的出現與發展隻有 40 多年(nián)的時間,但是人們對以(yǐ)芳綸及碳纖維為代表的高性能纖維已相當熟悉。防dan衣、宇宙服、光纖電纜、先進複合材料等jian端科技產(chǎn)品都離不開高性能纖維的支(zhī)撐。就是體育比賽用品,如高爾夫球杆、賽s車及車(chē)手防護頭盔等,也是高性能(néng)纖維製造的產品。
纖維科學家和係統工程師們對高性(xìng)能纖(xiān)維的大分子構造、聚合工藝學、高分子液(yè)晶態及流(liú)變學、纖維加工(gōng)技術等方麵進行(háng)了大量研(yán)究,奠定了高性(xìng)能纖維(wéi)的基礎科學理論。