新時代下纖維高值化途徑——添加納米微粒

添加石墨烯（GP） 條帶狀GP或氧化石墨烯（GPO）增強(qiáng)纖維已問世，其代表商品是東麗生產(chǎn)的GP增強(qiáng)滌綸，綜合性能提高了，且附加了抗靜電等功能。 德黑蘭大學(xué)研究用靜電紡絲法制備GP填充的聚偏氟乙烯（PVDF）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）納米纖維，可用于濾材、生物醫(yī)療、傳感器、電池隔膜、手機(jī)和沖擊防護(hù)產(chǎn)品等。 中國臺灣清華大學(xué)通過靜電紡絲法研制含混雜銀、GP的自組合聚氨酯納米纖維，作為柔性透明的薄導(dǎo)電膜，表面電阻為150Ω/m2，適用于未來的電極材料。 在高性能纖維領(lǐng)域，不少專利文獻(xiàn)報道了在對位芳酰胺或PAN紡絲原液中添加條狀GP后，紡出的纖維或燒成的PAN－CF的力學(xué)性能均有所提高。 東華大學(xué)研發(fā)的含GP的超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPEF）工藝技術(shù)已在江蘇九九久科技建設(shè)的250t/a裝置上試生產(chǎn)，但由于采用的是非條狀的普通片狀GP，力學(xué)性能提高不明顯。 添加碳納米管（CNT） CNT改性纖維的生產(chǎn)方式主要有以下幾種：將少量CNT直接加入紡絲原液中形成復(fù)合材料纖維；通過化學(xué)氣相沉積（CVD）在碳纖維表面上直接長出CNT；通過化學(xué)或物理鍵合將CNT接枝到碳纖維表面；借助表面處理劑涂覆到纖維表面上。 美國喬治亞工業(yè)學(xué)院研制過在PAN紡絲原液中添加1％多壁碳納米管（MWCNT），通過凝膠紡絲后進(jìn)行碳化，終碳化溫度只需1450℃就可制得導(dǎo)電度高達(dá)68％的碳纖維。其導(dǎo)熱系數(shù)約為3000W/（m•K），比美國赫氏的碳纖維IM7和東麗的T300 PAN－CF分別提高103％和146％，而前者的高碳化溫度高于2200℃；其拉伸模量比T300和IM7分別提高45％和21％，而拉伸強(qiáng)度略有下降，這是由于在制備過程中滲入了微量金屬之故。 CVD法的應(yīng)用實例是將CNT沉積在氧化鋁纖維表面上，可明顯提高與樹脂界面的層間剪切強(qiáng)度，但力學(xué)性能有所下降。如日本尤尼契可公司利用其納米分散技術(shù)，將一根根CNT均勻且穩(wěn)定地附著在PAN－CF表面上，提高了與樹脂界面的層間剪切強(qiáng)度，抑制剝離力提高約30％。由于提高了碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）的模量、耐沖擊性和抗振動衰減性，其復(fù)材結(jié)構(gòu)部件可設(shè)計成薄型和輕量部件。 我國也有科研院所和高校研制類似的CNT/CF，但尚未形成實際應(yīng)用。東華大學(xué)多年前研發(fā)了CNT增強(qiáng)UHMWPE的復(fù)合材料纖維，而且已在杭州東南紡織廠建設(shè)了百噸級生產(chǎn)線，原UHMWPEF的蠕變、耐熱、阻燃和抗靜電性得到了一定改善，但產(chǎn)品的穩(wěn)定性尚待改進(jìn)。

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