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書籍推薦丨《高性能聚酰亞胺纖維及應(yīng)用》北京化工大學(xué) 武德珍 齊勝利著
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年初時，小編有幸獲得了武德珍老師簽名的新書：《高性能聚酰亞胺纖維及應(yīng)用》，閱讀之后，獲益匪淺，故分享給大家! 圖片 內(nèi)容簡介 本書從制備、表征、結(jié)構(gòu)和形貌、性能、應(yīng)用的角度對聚酰亞胺纖維進(jìn)行了總結(jié)梳理，以饗讀者。本書將對從事聚酰亞胺材料和高性能纖維的研究人員、工程人員和研究生具有一定的參考價值,對從事高性能纖維應(yīng)用的企業(yè)和研究人員提供新的纖維選擇及解決方案。 圖片 關(guān)于聚酰亞胺纖維 作為一類綜合性能突出的高性能芳雜環(huán)聚合物,聚酰亞胺纖維一直以來都是高性能有機纖維領(lǐng)域關(guān)注的焦點，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高性能纖維品種，在航空航天、機械化工、原子能工業(yè)和國防軍工等重要領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，是重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新材料之一。 圖片 高性能聚酰亞胺纖維產(chǎn)品，圖片來源：江蘇先諾 近年來，我國聚酰亞胺纖維無論在基礎(chǔ)理論研究、工程化研究還是產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用研究方面都取得了突破性的進(jìn)展，特別是在高性能聚酰亞胺纖維研究方面。北京化工大學(xué)武德珍教授所在研究團(tuán)隊于2013年建成國際上首條30t規(guī)模高強高模聚酰亞胺纖維的生產(chǎn)線，2016年實現(xiàn)批量生產(chǎn)被鑒定為國際領(lǐng)先水平，2017年又成功建成百噸級生產(chǎn)線，技術(shù)水平和產(chǎn)品性能均實現(xiàn)了國際領(lǐng)跑。特別是近幾年，在聚酰亞胺纖維分子設(shè)計、微結(jié)構(gòu)調(diào)控、高性能化、產(chǎn)業(yè)化制備及應(yīng)用方面積累了大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化。 聚酰亞胺纖維的性能 聚酰亞胺纖維的結(jié)構(gòu)變化多端，性能差異也很大，其耐熱、力學(xué)、介電、阻燃等性能都可在一定范圍內(nèi)調(diào)控。 01 力學(xué)性能 由于聚酰亞胺纖維可選擇的單體有多種，結(jié)構(gòu)設(shè)計性強，所以其力學(xué)性能是一個范圍。理論上由PDA和PMDA合成的聚酰亞胺纖維，其模量可以達(dá)到500GPa，超過碳纖維T300的模量，但由于分子鏈剛性太大，很難紡絲，實際制備的纖維性能不高。目前文獻(xiàn)報道的聚酰亞胺纖維，實驗室最高拉伸強度可達(dá)到5.8GPa，初始模量可達(dá)到280GPa，但市場上并沒有相應(yīng)的產(chǎn)品。近年來，北京化工大學(xué)與江蘇先諾新材料科技有限公司(以下簡稱江蘇先諾)聯(lián)合攻關(guān)，不僅實現(xiàn)了高強高模，而且通過化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控實現(xiàn)了產(chǎn)品系列化。目前江蘇先諾生產(chǎn)的Shinofil高強高模聚酰亞胺纖維，其拉伸強度達(dá)4.0GPa，初始模量達(dá)160GPa。 圖片 江蘇先諾聚酰亞胺纖維產(chǎn)品 02 耐高低溫性能 一般來說，聚酰亞胺纖維的Td5（聚酰亞胺熱分解5%時的溫度）在500℃以上�；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)上的差異也可造成纖維耐熱性能的不同，其中BPDA/PDA體系聚酰亞胺纖維的Td5可達(dá)600℃，是迄今高分子聚合物中熱穩(wěn)定性最高的品種之一。另外,聚酰亞胺纖維在-269℃的液氦中仍不會脆裂，具備極好的耐低溫性能，可應(yīng)用于低溫環(huán)境。 03 耐輻照性能 聚酰亞胺纖維的耐輻照性能優(yōu)異，在80~100℃的紫外光下照射24h后其強度保持率在90%以上。經(jīng)過1x1010rad快電子照射后，聚酰亞胺纖維強度保持率為90%，其在耐輻照性能方面的表現(xiàn)是其他有機纖維無法比擬的。因此，聚酰亞胺材料作為放射性物質(zhì)及高溫介質(zhì)的過濾材料，也是航空航天領(lǐng)域的首選材料之一。 04 介電性能 普通的芳香鏈聚酰亞胺纖維的介電常數(shù)一般在3.4左右，而含氟體系聚酰亞胺纖維的介電常數(shù)可降到25左右介電損耗為10-3數(shù)量級，介電強度為100~300kV/mm，體積電阻率為1017Ω·cm。而且，從低溫到高溫和從低頻到高頻的寬廣范圍內(nèi)，聚酰亞胺纖維的介電性能仍能保持較高的水平，使其在高端電子和透波領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。 05 耐水解性能 聯(lián)苯型聚酰亞胺纖維在85℃下濃度為40%的硫酸中浸泡250 h,可以保持93%的強度;在100℃的水蒸氣中放置 24 h可以保持60%的強度。但聚酰亞胺纖維在強堿性環(huán)境中性能下降明顯。 06 其他性能 由于結(jié)構(gòu)的特殊性，聚酰亞胺纖維為阻燃自熄材料，根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)差異極限氧指數(shù)為38%~50%，發(fā)煙率低，甚至無煙。聚酰亞胺纖維的熱膨脹系數(shù)小。為10-7~10-5℃-1數(shù)量級，與金屬處于同一數(shù)量級水平。聚酰亞胺纖維對有機溶劑較為穩(wěn)定，具有較低的吸水率，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，吸水率為0.5%~1.5%。另外、聚酰亞胺纖維具有良好的生物相容、絕熱和耐燒蝕等優(yōu)異性能。 聚酰亞胺纖維的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用 與其他纖維相比，聚酰亞胺纖維的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)一直落后于研究工作。聚酰亞胺纖維的工業(yè)化和商品化信息十分有限，尤其是高強高模聚酰亞胺纖維，更是屬于新產(chǎn)品，人們對其認(rèn)識還比較有限，應(yīng)用領(lǐng)域尚在開拓中。目前，商品化的聚酰亞胺纖維匯總?cè)缦拢?br /> 1. 耐熱型聚酰亞胺纖維產(chǎn)品 2010年以來，隨著合成工藝的改進(jìn)和紡絲技術(shù)的發(fā)展，我國聚酰亞胺纖維的工業(yè)化取得了顯著的成果。其中，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所和長春高琦聚酰亞胺材料有限公司合作采用濕法紡絲技術(shù)，開發(fā)出了一種名為“軼綸”的耐熱型聚酰亞胺纖維，并建立了年產(chǎn)千噸級的生產(chǎn)線。東華大學(xué)和江蘇奧神新材料股份有限公司進(jìn)行合作，采用干法紡絲工藝建成年產(chǎn)1000 t 耐熱型聚酰亞胺纖維規(guī)�；煞ā癆SPI-TM”的耐熱型聚酰亞胺纖維，現(xiàn)擴產(chǎn)到2000 t 規(guī)模。國內(nèi)長春高琦和江蘇奧神的產(chǎn)品耐熱性均高于國外產(chǎn)品50℃左右，同時還有成本優(yōu)勢，在很大程度上實現(xiàn)了對國外產(chǎn)品P84的替代。其長纖維和短切纖維制品可用于高溫除塵過濾、防護(hù)面料、工業(yè)阻燃隔熱等領(lǐng)域。 2. 高強高模聚酰亞胺纖維產(chǎn)品 在高強高模聚酰亞胺纖維方面，多家科研機構(gòu)都進(jìn)行了不同程度的研究。資料顯示，俄羅斯某機構(gòu)以聚酰胺酸溶液采用濕法紡絲工藝生產(chǎn)聚酰亞胺纖維長絲，主要用在航空航天所使用的輕質(zhì)電纜屏蔽護(hù)套、耐高溫特種編織電纜等，起減重作用，大大提高了其戰(zhàn)斗能力。但由于該技術(shù)敏感，俄羅斯對外一直實行消息封鎖，并限制這種聚酰亞胺纖維及相關(guān)產(chǎn)品出口，所以產(chǎn)品性能不是十分清楚。近來有報道稱，日本IST公司正在開展高強高模聚酰亞胺纖維的研究，實驗室制備的纖維拉伸強度達(dá)到3.0GPa。 我國在高強高模聚酰亞胺纖維的制備技術(shù)方面屬于領(lǐng)跑狀態(tài)。北京化工大學(xué)和江蘇先諾合作，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能聚酰亞胺纖維一體化連續(xù)制備技術(shù)，成功制備出具有高強高模特性的聚酰亞胺纖維，建成國內(nèi)外首條年產(chǎn)30和100t規(guī)模高強高模聚酰亞胺纖維一體化連續(xù)制備生產(chǎn)線，開發(fā)出系列纖維產(chǎn)品，產(chǎn)品強度可達(dá)3.6GPa以上，模量大于150GPa，無論技術(shù)工藝還是產(chǎn)品性能均處于世界領(lǐng)先水平，填補了國內(nèi)外市場空白。產(chǎn)出推出后，進(jìn)行了3~4年的應(yīng)用推廣和市場培育，用戶對高強高模聚酰亞胺纖維產(chǎn)品的認(rèn)識越來越清晰。 根據(jù)高強高模聚酰亞胺纖維的性能特點，主要應(yīng)用在以下方面:在結(jié)構(gòu)材料方面，利用其高強高模高韌等特點，能夠彌補碳纖維韌性的不足，加之與樹脂良好的界面相容性，可用于增強樹脂基體，制備高強高韌復(fù)合材料，也可以與碳纖維混合使用，獲得兼具碳纖維和聚酰亞胺纖維特點的復(fù)合材料;利用其低介電、低吸水率等特點，在一些領(lǐng)域替代石英玻璃纖維，加之其高模量和低密度的特性，制備輕質(zhì)高強高模透波復(fù)合材料，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化，在航空航天和電子等領(lǐng)域發(fā)揮作用;利用其高強、耐輻照等特性，用于空間繩索、光纜保護(hù)、核工業(yè)線纜等領(lǐng)域;利用其高強耐高溫等特點，用于鋁材、玻璃等高溫制造行業(yè)。經(jīng)過三年多的努力，用戶應(yīng)用評價結(jié)果表明，高強高模聚酰亞胺纖維的使用可以顯著提升航天器、武器等裝備水平，可實現(xiàn)一代材料、一代裝備。 圖片 高性能聚酰亞胺繩索及聚酰亞胺紗線 聚酰亞胺纖維行業(yè)發(fā)展趨勢 由于聚酰亞胺纖維突出的綜合性能，特別是高強高模聚酰亞胺纖維的推出，在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。近二十年來，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的聚酰亞胺纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)逐漸提高，規(guī)模逐漸放大，產(chǎn)品品種逐漸增多，性能也在不斷改善，聚酰亞胺纖維的發(fā)展十分迅速。過去高性能聚酰亞胺纖維的應(yīng)用僅僅局限在耐高溫過濾裝置和阻燃防護(hù)等領(lǐng)域，近幾年高強高模聚酰亞胺纖維產(chǎn)品逐漸得到各應(yīng)用領(lǐng)域的認(rèn)可，并發(fā)揮出獨特的作用，對于我國發(fā)展高端制造、航空航天、國防軍工等高科技領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略意義。 高性能纖維屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，制備技術(shù)和市場推廣都需要長期的積累和沉淀。與其他高性能纖維相比，聚酰亞胺纖維的研究、產(chǎn)業(yè)化和市場化時間還較短，技術(shù)水平和產(chǎn)品性能還有上升的空間，應(yīng)用技術(shù)研究尚不完善，市場推廣還很不夠。后續(xù)還要加大研發(fā)投入，利用聚酰亞胺纖維結(jié)構(gòu)可調(diào)控性強的特點，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝優(yōu)化開發(fā)更高性能或差異化性能的纖維，如更高的力學(xué)性能、更優(yōu)的耐熱性、更高的阻燃性和更低的介電性能等，滿足不同領(lǐng)域需求;同時加大應(yīng)用技術(shù)開發(fā)。針對聚酰亞胺纖維的特點，開發(fā)下游產(chǎn)品的制備技術(shù)，使其性能得到更好發(fā)揮;加大產(chǎn)品市場推廣應(yīng)用，通過典型應(yīng)用案例實現(xiàn)以點帶面，使其在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用。在進(jìn)行技術(shù)提升和應(yīng)用推廣的同時，加快規(guī)�；偷统杀净苽�，讓更多的領(lǐng)域能夠用得上和用得起。 2.png |
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tzynew2樓
2021-12-24 08:52
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nono20093樓
2021-12-24 09:11
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2021-12-24 09:42
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2021-12-24 12:19
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春意-盎然6樓
2021-12-24 14:23
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~ 發(fā)自小木蟲Android客戶端
2021-12-25 18:47
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rosine8樓
2022-01-13 10:48
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送紅花一朵
cs779樓
2022-04-26 14:14
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