高分子材料纤维共79页

型号
SK60 SK71
拉伸强度/
（cN·dtex-）1 28 37
拉伸弹性模量/
（cN·dtex-）1 900 1 150
伸长率/%
4.0 3.7
密度/
(g·cm-3) 0.97 0.97
Dyneema R SK71 的模量、强度与 最 新 超 纤 维— ——PBO 纤维 （AS） 相当。
2.2 结节强度
链 末 端 缺 陷 分 子 质 量 聚 纺丝困难 上
减少，高强度 合物
溶液浓度 C/C*~2
尽量去除缠 C/C*＞20
结
低成本，性能差
取 得 均 匀 溶 球 晶 凝 胶 溶 可取得高浓度的
分批搅拌溶
溶解方式
液（黏度低较 解 法 ， 粉 状（高黏度弹性体）
解
易）
直接溶解法 均匀溶液
急冷凝胶化，
纺丝方式 温度（水冷）
的双圆筒容器中，使内侧圆筒旋转，看到在其表面
折出纤维状结晶，引出前端的丝制成连续的纤维。
制得的纤维状物质与温度、浓度、拉伸速度等有
关。据研究资料称，可取得高强度 （2.6 GPa）、高
弹性模量 （100 GPa）、结晶度很高的、有伸直链分子
结构的纤维。
图 1 表面成长法装置示意图
从工业化试验来看，纤维状物质的粗细和物性 变化大，不稳定，生产速度也很慢 （每分钟数厘米），
44
合成纤维 Synthetic Fiber in China
2011 年第 40 卷第 12 期
最后放弃了研究。但是后来的凝胶纺丝法就利用了 其半稀溶液的想法。 1.2 凝胶纺丝法
高强度聚乙烯的基本纺丝技术叫做“凝胶纺 丝法”，1979 年由荷兰 DSM 公司向世界提出专利 申请。关于凝胶纺丝法的评述有很多，这里仅解说 几点。凝胶纺丝法的基本概念如图 2 所示。超高相 对分子质量柔性链聚乙烯在溶液中，分子链呈扩展 状态，纺丝溶液的浓度达到半稀溶液时，纺丝，冷 却结晶，可取得理想的一个分子一个缠结的状态， 制得拉伸性非常好的凝胶丝。在高温时，聚乙烯分 子链间容易滑移，重新排列并可能结晶。因此凝胶 丝加热时，平稳的高倍拉伸 （超拉伸） 可制得缺陷 极少、分子高度取向，结晶度接近 100 %的高强 度、高弹性模量纤维。东洋纺公司于 1984 年与 DSM 开始共同研发高强度聚乙烯纤维，东洋纺负 责纺丝技术，DSM 负责聚合物聚合技术。1989 年 在日本建厂进行工业化生产，次年在荷兰建厂。经 过 20 年的发展，现在日、美、欧高强度聚乙烯的 生产规模超过 1 万 t/a。高强度聚乙烯纤维的初期强度 是 26 cN/dtex，最近开发了超过 35 cN/dtex 的新品 种，性能正逐步提高，如图 3 所示。

碳链高分子
分子主链全部由碳原子以共价键相连的高 分子（大多由加聚得到）如：
• 这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化
，耐热性较差。
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结构单元的化学组成
杂链高分子
分子主链由两种或两种以上原子如：O，N，
S，C等以共价键相连的高分子.
•这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的，因主链带
• ABS 可以是以丁苯橡胶为主链，将苯乙烯和丙烯腈接在支
链上；也可以以丁睛橡胶为主链，将苯乙烯接在支链上；
也可以以苯乙烯—丙烯睛为主链，将丁二烯和丙烯腈 接在支链上。
• ABS兼有三种组分的特性：丙烯腈有CN基，使聚合物耐化
学腐蚀，提高抗张强度和硬度；丁二烯使聚合物呈现橡胶 态韧性，提高抗冲性能；苯乙烯的高温流动性好，便于加 工成型，而且可以改善制品光洁度。
AAAAAABBBBBAAABBBBAAAAA 例如用阴离子聚合法制得的SBS树脂（牛筋 底）就是苯乙烯与丁二烯的嵌聚共聚物，其 分子链的中段是聚丁二烯（顺式），两端是 聚苯乙烯。
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• SBS：在120℃可熔融，可用注塑成形，冷
到室温时，由于PS的玻璃化转变温度高于
极性，易水解，醇解或酸解
•优点：耐热性好，强度高
•缺点：易水解
•这类聚合物主要用作工程塑料
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结构单元的化学组成
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举例
元素高分子
• 分子主链含Si，P， Al， Ti， As， Sb，

第三十二页，共79页。
组别 A B C
肉芽及疤痕组织
范围较局限 范围较大
范围较大
炎症反应
肉芽肿反应
较轻
个别可见（粘胶渗入切口内）
较著
围绕粘结剂颗粒薄层反应
较重
围绕线头的异物反应
第三十三页，共79页。
8. 聚合膜韧性好
9. 组织相容性好 10. 适用范围广泛
11. 配备无菌的吸管和独特的定量转臂喷雾装置方便应用 12. 常温贮存可随时使用 13. 无刺激性异味
临床应用
第二十页，共79页。
康派特医用胶具有六大功效 止血
防漏
粘合剂
防粘连
封闭
第二十一页，共79页。
抑菌
创面血液、组织液中阴离子作用下， 快速聚合、固化成膜。胶膜与创面镶
术后第7、14、21天分别于以上切口上、中、下段各切取与切口垂直的一块皮 肤活体组织，活检切口均用胶粘合。
第三十一页，共79页。
各鼠的A、B切口涂胶后6秒钟即开始凝固，约20秒以内全部粘固 。 选择2条粘合切口作拉力实验用弹簧秤观察切口能耐受3公斤 以上的拉力。 术后第7天观察，A切口全部愈合良好
急救部门（外伤处理、止血等方面） 2、军队系统：
战场急救、训练急救、事故急救等方面
3、兽用： 手术、生殖等方面
4、民用： 家庭日常伤口包扎、止血，旅游急救、
5、美容院: 6、药物新剂型
α-氰基丙烯酸酯烷基酯高纯度单体可广泛应用于药物新剂型的开发，是纳米级靶 向药物制备载药系统毫微球、毫微囊（polyalkylcyanoacrylate-nanosphere,简称
第二十四页，共79页。
临床报告
α—氰基丙烯酸酯医用胶大鼠肝切除断面粘固止血的实验研究

喷丝（使熔融状态下高聚物转变成纤维）
两种实施方法： 1 、直接纺丝法，直接用聚合所得到的高聚 物熔体进行纺丝。简化生产流程，降低成本，但 单体和低聚物难以去除而产品质量较差。 2 、切片纺丝法，将聚合得到的高聚物熔体 经铸带、切粒等工序制成“切片”，然后在纺丝
机上将切片重新熔融成熔体并进行纺丝。
一般纺丝速度1000-2000m/min，高速纺丝 速度4000-6000m/min 喷丝板孔径0.2-0.4mm
常用的溶剂DMF、 DMAc、DMSO、EC、 NaSCN、HNO3、ZnCl2
40
聚丙烯腈纤维的性能
• 性能优良，外观、手感都类似羊毛，因此有“人
造羊毛”之称
• 很多性能指标超过羊毛，如腈纶的强度比羊毛高
1~2.5倍，密度小，保暖性及弹性好等 • 耐光性、耐候性是天然纤维和化学纤维中最好的 • 化学稳定性、对酸碱和氧化剂的稳定性也比较好
16000-20000 50000-80000
聚乙烯醇
全同聚丙烯
60000-80000
180000-300000
分子链间必须有足够的次价力 分子间次价力越大，纤维的强度越高。
具有可溶性和熔融性
将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、 凝固或冷却形成纤维。
三、纤维主要性能指标
1、纤度 表示纤维粗细的指标称纤度。
合成羊毛
主要原料
丙烯腈：分子中含有碳-碳双键 和腈基，化学性质很活泼
第二单体：丙烯酸酯、甲基
丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等为，用 量5%～10%，可减少 聚丙烯腈分 子间力，消除其脆性，从而可纺 制成具有适当弹性的合成纤维 ——腈纶纤维。
第三单体：用量很少，一般
低于5%，主要改进腈纶纤维的染色 性能，多是带有酸性基团的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、甲叉丁二 酸等；或是带有碱性基 团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、 2-甲基-5－乙烯基吡啶等。

截面几何性质：惯性矩、惯性积，移轴公式。
第27页 / 共79页
材料力学
第一章 绪论及基本概念
四、对学生的能力的培养要求
通过材料力学课程的学习，学生应掌握杆件的强 度、刚度以及稳定性问题的基本概念、基础知识和一 定的分析能力，具有比较熟练的计算能力和一定的实 验能力。
第28页 / 共79页
材料力学
1、拉伸或压缩实例
第58页 / 共79页
材料力学
轴向拉伸或压缩 • 受力特征 • 变形特征
轴向拉伸
b 轴向压缩
第59页 / 共79页
材料力学
2、剪切实例
第60页 / 共79页
材料力学
第61页 / 共79页
材料力学
剪切
• 受力特征 • 变形特征
第62页 / 共79页
材料力学
3、扭转实例
第63页 / 共79页
第39页 / 共79页
材料力学
竹竿 金属杆 玻璃纤维 碳纤维复合材料
→ →→
撑 高 跳 女 皇
伊 辛 巴 耶 娃
第40页 / 共79页
材料力学
第41页 / 共79页
材料力学
材料力学与工程密切相关
力学是一种文化。 基础力学教育是一种素质教育。
第42页 / 共79页
材料力学
第一章 绪论及基本概念
三、材料力学课程内容及基本要求
总共9章：
1、绪论及基本概念（2课时） 材料力学的任务，可变形固体的基本假设，杆件变形的
基本形式。 2、轴向拉伸和压缩（8+2课时）
截面法，轴力和轴力图，横截面上的应力，纵向变形， 线应变，拉压胡克定律，变形和位移的计算，材料拉伸和 压缩时的力学性质，强度条件，应力集中的概念。

四、纤维的加工（一）纤维的加工方法
生产工序
原料的制备
纺丝熔体或溶液的制备
纺丝
后加工
纺丝是纤维生产过程的核心工序，对纤维的结构及性能 有重要影响。 根据纺丝前原料的状态的不同，将纺丝分为熔体纺丝和 溶液纺丝。 溶液纺丝中，由于凝固机理不同，又分为湿法纺丝和干 法纺丝。[纺丝方法] 象聚乙烯、聚丙烯、聚己内酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇 酯的熔点低于它们的热分解温度，可以进行熔体纺丝。 而聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚乙烯醇的熔点与热分解温度 接近，甚至高于热分解温度，纤维素及其衍生物观察不到熔 点，只能采用溶液纺丝。
（二）合成纤维
1. 聚酰胺纤维（酰胺纤维、尼龙、锦纶）（Polyamide fiber ） （1）含义：由熔融的聚酰胺树脂抽丝而成。 （2）品种：按原料中C原子的不同有： ①聚己内酰胺纤维（尼龙-6、锦纶、卡普纶） ②聚庚酰胺纤维（尼龙-7）③聚壬酰胺纤维（尼龙-9） ④聚w-氨基十一酰纤维（绚丽尼龙-11） ⑤聚酰胺-66纤维⑥ 聚酰胺-1010纤维 ⑦聚酰胺-610纤维 （3）特性：具有强度、弹性高，耐摩擦、冲击、疲劳，电 绝缘性好。耐碱而不耐酸，耐热和耐光较差，保暖性差，易 皱折，对氧化剂、化学腐蚀性尚好。不发霉、不怕虫蛀。 （4）用途：织造袜子和衣料，也用于制造帘子线，渔网， 绳索，传送带，降落伞等。
一、纤维的分类
1.按长度分 2.按来源分 3.按材质分 连续纤维，如聚酯长丝、真丝、单丝。 一定长度的纤维：长纤维（如羊毛），短纤维（如棉花）。
二、纤维的主要性能指标
1、纤度 2、捻度 用来表示纤维粗细程度的概念。有定长制和定重制两种衡 3、断裂强度 量方法。 捻度是指单位长度（cm）纱线上纤维缠绕的圈数，用捻数 表示。 4、断裂伸长率ε（延伸度） 常用相对强度来表示化学纤维的断裂强度，即纤维在连续 定长制是指用一定长度的纤维所具有的重量来表示纤维 5、弹性模量（初始模量或杨氏模量） 增加负荷的作用下，直到断裂所能承受的最大负荷与纤维的纤 指纤维或试样在拉伸至断裂长度比原来增加的百分数。 的粗细，单位有特数tex和旦数denier两种。 度的比值，单位如N/tex、N/denier等。 6、回弹率 特数是指1000m长纤维或纱线在公定回潮率时所具有质 指纤维受拉伸到伸长率为原长的1%时所需的应力。它表 量的克数。 7、吸湿性 征了纤维对小形变的抵抗能力。弹性模量的大小取决于聚合物 将纤维拉伸至产生一定伸长后撤去负荷，经一定时间 旦数则指9000m长的纤维或纱线在公定回潮率时所具有 的化学结构以及分子间相互作用力的大小，也与纤维的取向度 （30~60s，视测试器而定），测定纤维弹性回缩后的剩余伸长， 指在标准温度和湿度（20±3℃、相对湿度65%+3%）条 质量的克数。 和结晶度有关。 可回复的弹性伸长与总伸长之比称为回弹率。 件下纤维的吸水率。一般用回潮率R或含湿率M表示。 旦数与特数之间的关系为:1den=9tex。 定重制用一定质量的纤维或纱线所具有的长度来衡量纤 吸湿性低的纤维容易产生静电，不但给加工带来困难， 旦数和特数越大，表示纤维越粗。 维粗细程度，单位为支数，支数越大，表示纤维越细。 而且使织物附尘和沾污。另外，吸湿性差的纤维制成织物， 支数分为公制和英制。公制是在公定回潮率时每克（毫 不易吸收人体排出的潮分，使人有闷热和潮湿的感觉。 克）纤维所具有的长度米（毫米）数。 公支数 = 纤维的长度m（mm）/纤维重量g（mg）

• 粘胶纤维应用广泛，其长丝称为人造丝， 可织成各种平滑柔软的丝织品，毛型短 纤维俗称人造毛，是毛纺厂重要的原料， 棉型粘胶短纤维俗称人造棉，可织成各 种色彩绚丽的人造棉布。
三、聚酯纤维
• 聚酯纤维通常是指聚对苯二甲酸乙二酯 （PET），为目前发展速度最快、产量 最大的合成纤维品种。
• 聚酯纤维又称涤纶，的确良，特丽纶、 达克纶、帝特纶等，是以对本二甲酸二 甲酯、乙二醇为原料，经酯交换、缩聚、 纺丝和纤维后加工等四个步骤而得。
也是高强高模量的重要条件。
PBI
• PBI纤维是一种金黄色纤维，相对密度1.32 • 强度433~512mN/tex，伸长19%~24%，初始模量
9.3~12.4N/tex。 • 分解温度为660℃ • 具有好的热稳定性(在250℃下剩余强力75%) • 较低的热收缩性(在450℃收缩8%)，在550℃下仍保持
• 2．相对强度： 它的单位用（gf/den）、 （N/tex）或（N/dtex）表示。即每旦、每特或 分特纤维被拉断时所能承受的最大力称为相 对强度。纤维的相对强度在干燥条件下测定 者叫干强度，在湿润条件下测定者叫湿强度。
• 3． 回弹率： 把纤维拉伸到一定的伸长率 （一般为2~5%），当外力除去后，松弛一段 时间后（30～60秒内）测定形变恢复的程度 称回弹率，以百分数（%）表示。回弹率越 高，纤维的耐疲劳性能越好。
• ①取向态由结晶结构维持―――若解取向必须破坏结 晶和再生结晶（必须在熔点以下）
• ②结晶结构内部的缺陷、无序结构―――弹性 • 稳定取向与弹性的统一
三、纤维的主要性能指标
• 1. 线密度（纤度）： • 线密度为表示纤维粗细程度的指标。 • 线密度—指一定长度纤维所具有的重量，
其单位名称为“tex”—特（克斯），1/10 称为分特（克斯），单位符号dtex 。 1000m长纤维重量的克数称为“特”。 • 支数—单位重量的纤维所具有的长度。对 于同一种纤维，支数越高，纤维越细。

高聚物 聚酰胺-6或-66 聚酯 聚丙烯腈 相对分子质量 16000-22000 16000-20000 50000-80000 高聚物 聚乙烯醇 全同聚丙烯 相对分子质量 60000-80000 180000-300000
3、成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力
高聚物的
物理-力学性能与次价力有密切关系。分子间次价力越大，纤
丝巾
§9-3-5 化学纤维

化学纤维(man-made fibers)：是指用天然的或合成的高聚
物为原料，经过化学和机械方法加工制造出来的纤维。
1、再生纤维：以天然聚合物为原料，经过化学和机械方
法制成的，化学组成与原高聚物基本相同的化学纤维。
– 如粘胶纤维(Vicose Rayon) 、醋酸纤维(Cellulose acetate) 、
涤纶纤维（聚酯纤维）

纤维表面光滑，强度高，吸湿性差，弹性接近羊 毛，定形好，尺寸稳定性高 耐热性和热稳定性在合成纤维织物中是最好的。 耐磨性好，仅次于锦纶，耐光性好，仅次于腈纶， 染色性较差，但色牢度好，不易褪色。 涤纶纤维面料的纯纺、混纺或交织的产品种类较 多，目前，涤纶织物正向着仿毛、仿丝、仿麻、 仿鹿皮等合成纤维天然化的方向发展。
动物纤维：从动物身上或分泌物取得的天然纤维，也称天然蛋白 质纤维。其主要组成物质是蛋白质。
– 有毛发纤维（如绵羊毛、山羊绒、骆驼毛、兔毛、 马海毛）和丝纤维（桑蚕丝、柞蚕丝）wool and silk
矿物纤维：从纤维状结构的矿物岩石取得的纤维。主要由硅酸盐 组成,属于天然无机纤维。
– 石棉(asbestos)
铜氨纤维（Cuprammonium fibers）Lyocell纤维、Tencel 纤维、Modal纤维等。

第11页/共44页三、聚酯纤维的结构、性能及用途
1．聚酯纤维的结构 聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线性聚合物， 易于取向和结晶，具有较高的强度和良好的成 纤性及成膜性，结晶度为40%～60%，结晶速 度慢。
第12页/共44页
2．聚酯纤维的性能 聚酯纤维一般为乳白色，相对密度为1.38～1.4，回 潮率很低，具有易洗快干的特性。在纺织时，容易 产生静电，其纺织品在使用过程中易积累静电荷而 吸灰尘。 聚酯纤维的熔点为255～265℃，软化温度230～240℃。 遇明火能燃烧，有黑烟并有芳香气味，离火后自息。 聚酯纤维在承受外力时不易发生变形，纺织品尺寸 稳定性好，使用过程中褶裥持久。耐磨性仅次于聚 酰胺纤维。 在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱和强酸，但不 耐强碱；对丙酮、苯、卤代烃等有机溶剂较稳定， 但在酚类及酚类与卤代烃的混合溶剂中能溶胀。
成纤高聚物应具有可溶性和熔融性 只有这样才能 将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、凝 固或冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。
第7页/共44页
2 涤纶纤维
涤纶纤维是以聚酯为基础制得的纤维。聚酯是由 饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类 线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种因随使用 原料或中间体而异，故品种繁多数不胜数。但所 有品种均有一个共同特点，就是其大分子的各个 链节间都是以酯基“－COO－”相联，所以把这 类缩聚物通称为聚酯。涤纶是三大合成纤维（涤 纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。
第31页/共44页
聚丙烯的纺丝
聚丙烯的纺丝方法主要是熔融纺丝。熔融纺丝的 温度控制在220～280℃（Mn120000左右，200000左右） 纺丝时，将粒状聚丙烯先在螺杆挤出机的进料段预热 软化（要用惰性气体将粒间空气排除），在压缩段熔 融、压缩、混炼、脱泡，再经计量段进一步熔化，建 立熔体压力并将熔体挤出，然后到机头过滤、均化。 从挤出机出来的聚丙烯熔体用计量泵加压计量送至喷 丝头纺丝。由喷丝头喷出的细丝经过冷却套筒，穿过 上油盘，最后卷绕在丝筒上，其他与聚酯、取酰胺加 工过程相同。