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新时代下纤维高值化途径——添加纳米微粒

城南二哥2024-08-14 14:27:06复合面料资讯136来源：复合布料_复合面料网

添加石墨烯（GP）条带状GP或氧化石墨烯（GPO）增强纤维已问世，其代表商品是东丽生产的GP增强涤纶，综合性能提高了，且附加了抗静电等功能。德黑兰大学研究用静电纺丝法制备GP填充的聚偏氟乙烯（PVDF）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纳米纤维，可用于滤材、生物医疗、传感器、电池隔膜、手机和冲击防护产品等。中国台湾清华大学通过静电纺丝法研制含混杂银、GP的自组合聚氨酯纳米纤维，作为柔性透明的薄导电膜，表面电阻为150Ω/m2，适用于未来的电极材料。在高性能纤维领域，不少专利文献报道了在对位芳酰胺或PAN纺丝原液中添加条状GP后，纺出的纤维或烧成的PAN－CF的力学性能均有所提高。东华大学研发的含GP的超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPEF）工艺技术已在江苏九九久科技建设的250t/a装置上试生产，但由于采用的是非条状的普通片状GP，力学性能提高不明显。添加碳纳米管（CNT） CNT改性纤维的生产方式主要有以下几种：将少量CNT直接加入纺丝原液中形成复合材料纤维；通过化学气相沉积（CVD）在碳纤维表面上直接长出CNT；通过化学或物理键合将CNT接枝到碳纤维表面；借助表面处理剂涂覆到纤维表面上。美国乔治亚工业学院研制过在PAN纺丝原液中添加1％多壁碳纳米管（MWCNT），通过凝胶纺丝后进行碳化，终碳化温度只需1450℃就可制得导电度高达68％的碳纤维。其导热系数约为3000W/（m•K），比美国赫氏的碳纤维IM7和东丽的T300 PAN－CF分别提高103％和146％，而前者的高碳化温度高于2200℃；其拉伸模量比T300和IM7分别提高45％和21％，而拉伸强度略有下降，这是由于在制备过程中渗入了微量金属之故。 CVD法的应用实例是将CNT沉积在氧化铝纤维表面上，可明显提高与树脂界面的层间剪切强度，但力学性能有所下降。如日本尤尼契可公司利用其纳米分散技术，将一根根CNT均匀且稳定地附着在PAN－CF表面上，提高了与树脂界面的层间剪切强度，抑制剥离力提高约30％。由于提高了碳纤维增强塑料（CFRP）的模量、耐冲击性和抗振动衰减性，其复材结构部件可设计成薄型和轻量部件。我国也有科研院所和高校研制类似的CNT/CF，但尚未形成实际应用。东华大学多年前研发了CNT增强UHMWPE的复合材料纤维，而且已在杭州东南纺织厂建设了百吨级生产线，原UHMWPEF的蠕变、耐热、阻燃和抗静电性得到了一定改善，但产品的稳定性尚待改进。