膠質纖維
膠質纖維
膠質纖維(Fiber),聚合物經一定的機械加工(牽引、拉伸、定型等)后形成細而柔軟的細絲,形成纖維。纖維具有彈性模量大,受力時形變小,強度高等特點,有很高的結晶能力,分子量小,一般為幾萬。
而纖維更大的作用早已不僅停留在日常穿著了,粘膠基碳纖維幫導彈穿上“防熱衣”,可以耐幾萬度的高溫;無機陶瓷纖維耐氧化性好,且化學穩定性高,還有耐腐蝕性和電絕緣性,航空航天、軍工領域都用得著;聚醯亞胺纖維可以做高溫防火保護服、賽車防燃服、裝甲部隊的防護服和飛行服;碳納米管可用作電磁波吸收材料,用於製作隱形材料、電磁屏蔽材料、電磁波輻射污染防護材料和“暗室”(吸波)材料。
目錄
纖維大體分天然纖維、人造纖維和合成纖維。
天然纖維
指自然界生長或形成的纖維,包括植物纖維(天然纖維素纖維)、動物纖維(天然蛋白質纖維)和礦物纖維。植物纖維包括:種子纖維、韌皮纖維、葉纖維、果實纖維。種子纖維是指一些植物種子表皮細胞生長成的單細胞纖維。如棉、木棉。韌皮纖維是從一些植物韌皮部取得的單纖維或工藝纖維。如:亞麻、薴麻、黃麻。葉纖維是從一些植物的葉子或葉鞘取得的工藝纖維。如:劍麻、蕉麻。果實纖維是從一些植物的果實取得的纖維。如:椰子纖維。動物纖維(天然蛋白質纖維)包括:毛髮纖維和腺體纖維。毛髮纖維:動物毛囊生長具有多細胞結構由角蛋白組成的纖維。如:綿羊毛、山羊絨、駱駝毛、兔毛、馬海毛。絲纖維:由一些昆蟲絲腺所分泌的,特別是由鱗翅目幼蟲所分泌的物質形成的纖維,此外還有由一些軟體動物的分泌物形成的纖維。如:蠶絲。
人造纖維是利用自然界的天然高分子化合物——纖維素或蛋白質作原料(如木材、棉籽絨、稻草、甘蔗渣等纖維或牛奶、大豆、花生等蛋白質),經過一系列的化學處理與機械加工而製成類似棉花、羊毛、蠶絲一樣能夠用來紡織的纖維。如人造棉、人造絲等。
合成纖維
合成纖維的化學組成和天然纖維完全不同,是從一些本身並不含有纖維素或蛋白質的物質如石油、煤、天然氣、石灰石或農副產品,加工提煉出來的有機物質,再用化學合成與機械加工的方法製成纖維。如滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、氯綸等。
纖維是天然或人工合成的細絲狀物質。在現代生活中,纖維的應用無處不在,而且其中蘊含的高科技還不少呢。導彈需要防高溫,江堤需要防垮塌,水泥需要防開裂,血管和神經需要修補,這些都離不開纖維這個小身材的“神奇小子”。
穿得舒服,禦寒防晒,是我們對衣服的最初要求,如今這個要求已很容易達到。海藻碳纖維做成衣服后,穿著時能長期使人體分子摩擦產生熱反應,促進身體血液循環,因此能蓄熱保溫,而防紫外線輻射的纖維製成衣服便可減少我們夏日撐傘的麻煩。
不過現在人們不僅要求穿得暖和,還增加了許多新要求,纖維都能一一滿足:過去的年代曾經流行過“滌蓋棉”、“丙蓋棉”,面料外滌里棉,是因為棉和肌膚的親和性好,而滌與丙綸結實耐磨,方便洗滌。現在的新材料有了顛覆性的轉變,可以“棉蓋滌”、“棉蓋丙”,新型的抗菌導濕纖維,比通常的纖維直徑?穴10μm一100μm?雪要小,織成的面料可以使汗液透過,卻不附著,這樣汗液便被排到外層的棉布層,衣服貼身面便可隨時保持乾爽……千變萬化,只為了幫我們穿著更舒適。
各行各業好幫手
纖維在環保上也是好幫手。聚乳酸作為可完全生物降解性塑料,越來越受到人們重視。可將聚乳酸製成農用薄膜、紙代用品、紙張塑膜、包裝薄膜、食品容器、生活垃圾袋、農藥化肥緩釋材料、化妝品的添加成分等。
纖維在醫藥方面的應用已非常廣泛。甲殼素纖維做成醫用紡織品,具有抑菌除臭、消炎止癢、保濕防燥、護理肌膚等功能,因此可以製成各種止血棉、繃帶和紗布,廢棄后還會自然降解,不污染環境;聚丙烯醯胺類水凝膠可能控制藥物釋放;聚乳酸或者脫乙醯甲殼素纖維製成的外科縫合線,在傷口癒合后自動降解並吸收,病人就不用再動手術拆線了。
在建築領域,防滲防裂纖維可以增強混凝土的強度和防滲性能,纖維技術與混凝土技術相結合,可研製出能改善混凝土性能,提高土建工程質量的PP纖維,對於大壩、機場、高速公路等工程可起到防裂、抗滲、抗衝擊和抗折性能,在國家大劇院、上海市公安局指揮中心屋頂停機坪、上海虹口足球場等大型工程中已露了一手。
生活難離新材料
隨著生物科技的發展,一些纖維的特性可以派上用場。類似肌肉的纖維可製成“人工肌肉”、“人體器官”。聚丙烯醯胺具有生物相容性,一直是人體組織良好的替代材料,聚丙烯醯胺水凝膠能夠有規律地收縮和溶脹,這些特性正可以模擬人體肌肉的運動。
膠原是人體中最多的蛋白質,人體心臟、眼球、血管、皮膚、軟骨及骨路中都有它的存在,並為這些人體組織提供強度支撐。合成納米纖維能在骨折處形成一種類似膠質的凝膠,引導骨骼礦質在膠原纖維周圍生成一個類似於天然骨骼的結構排列,修補骨骼於無形之中。
蜘蛛絲一直是人類想要模仿製造的,天然蜘蛛絲的直徑為4微米左右,而它的牽引強度相當於鋼的5倍,還具有卓越的防水和伸縮功能。如果製造出一種具有天然蜘蛛絲特點的人造蜘蛛絲,將會具有廣泛的用途。它不僅可以成為降落傘和汽車安全帶的理想材料,而且可以用作易於被人體吸收的外科手術縫合線。
纖維的充填能有效地提高塑料的強度和剛度。纖維增強塑料屬剛性結構材料。
纖維增強塑料主要有兩個組分。基體是熱固性塑料或熱塑性塑料,用纖維材料充填。通常基體的強度較低,而纖維填料具有較高的剛性但呈脆性。兩者複合得到的增強塑料中,纖維承受很大的載荷應力,基體樹脂通過與纖維界面上的剪切應力,支撐了纖維傳遞了外載荷。
熱固性塑料纖維增強塑料略寫成FRP(fiberreinforcedplastics),熱塑性纖維增強塑料略寫成FRTP(fiberreinforcedthermoplastics).若用玻璃纖維增強則前綴G,如GFRP、GFRTP;如用碳纖維增強前綴C;用硼纖維則前綴B;用芳綸聚醯胺纖維(Kevlar)增強則前綴K。
增強塑料以玻璃纖維使用佔優勢,其品種很多,無鹼玻璃(E-glass)為常用普通纖維,鹼金屬氧化物含量很低,具有優良的化學穩定性和電絕緣性。高強度玻璃纖維(S-glass)含有鎂鋁硅酸鹽等成分,具有比E-glass纖維高10%-50%的強度。由於化學成分和生產工藝的不同,還有高模量、中鹼和高鹼等各種玻璃纖維。碳纖維具有較大的剛性和優良的耐腐性,常用於增強熱固性塑料。硼纖維本身是鎢絲和硼的複合材料,具有較高的彈性模量,但纖維較粗且製造成本高。常用環氧樹脂作基體。低密度的芳綸纖維國內已經躬行並使用,它用於承受拉應力的纜繩和承力構件。
表面處理是在纖維表面塗覆表面處理劑,表面處理劑包括浸潤劑及一系列偶聯劑和助劑。偶聯劑能在纖維與基體樹脂間形成一個良好黏合界面,從而有效提高兩者的黏結強度,也提高了增強塑料的防水、絕緣和耐磨等性能。