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纳米纤维:分类和功能材料的变化

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:纳米纤维与组成无关,可以是无机物、有机物,或低分子和高聚物,但准确的分类依据是制取方式。而纳米纤维的量子尺寸和宏观量子隧道效应又使纤维膜的声、光、电、磁、热力学性质发生一系列变化,称为功能材料。废弃纤维的可回用性不仅取决于加工与使用的损伤、纤维的混杂程度和安全卫生性,而且取决于纤维集合体的松紧及易开松性。

纳米纤维:分类和功能材料的变化

纺织纤维种类繁多,按来源和习惯分为天然纤维和化学纤维两大类。凡用天然的或合成的高聚物,或无机物为原料,经过加工制成的纤维状物体,统称为化学纤维。常见的纺织纤维有以下几类。

1.天然纤维

凡是自然界里原有的或从种植的植物、饲养的动物和矿岩中直接获取的纤维,统称为天然纤维。根据纤维的物质来源属性,将天然纤维分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维,并依据动、植物的名称加丝、毛,或加纤维命名,甚至简化统称为棉、毛、丝、麻这四大类纤维。

2.再生纤维与无机纤维

再生纤维是以高聚物溶解或熔融纺丝而成的纤维,早期称“人造纤维”,如再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、再生甲壳质纤维和再生合成质纤维。天然与合成高聚物共混或共聚的纤维,因非生物质高聚物,应划出再生纤维,归入合成纤维。天然聚合物间的共混仍属再生纤维,如甲壳质黏胶、角蛋白/丝素、原纤增强角蛋白纤维等。

无机纤维是以无机物熔融、溶解丝或用高聚物纺丝后碳化、烧结成型的纤维,包括岩矿、金属、陶瓷和碳化等纤维,如玄武岩纤维、不锈钢纤维氧化铝纤维、碳纤维等。以金属镀层的合成纤维,因金属为主导作用,也归入金属纤维。合成的PAN基碳纤维和再生的黏胶沥青基碳纤维也归为无机纤维。

3.合成纤维

合成纤维是以有机低分子单体均聚或共聚或聚合物的共混或复合得到的高聚物,经溶液或熔体的纺丝而成的纤维。其特征是由低分子人工合成高分子,与再生纤维的高分子即高聚物组成分子不变的加工不同,显得更智慧。人们将再生纤维与合成纤维统称为化学纤维。

合成纤维按其聚合物构成形式,分为均聚、共聚、共混和复合四类纤维,如涤纶、锦纶、PVA/大豆蛋白纤维等。(www.xing528.com)

4.纳米纤维

粗细在纳米(1~100 nm)尺度的纤维称为纳米纤维,是典型的再生纤维。纳米纤维与组成无关,可以是无机物、有机物,或低分子和高聚物,但准确的分类依据是制取方式。依此有三类:自生长纤维,即在一定介质条件下,由无机或有机分子自组装生长的纳米晶须;静电纺纤维(丝),即溶液或熔体在高压电场作用下牵伸或分劈拉细而成的纳米、亚微米纤维;天然原纤,即从具有多级原纤结构的天然纤维中溶解分离提取的纳米或亚微米原纤(或称晶须)。其小尺度和大表面效应使其纤维膜的增强效果优异。虽纤维自身强度相等或较小,但纤维膜强度明显高于微米尺度的同组成纤维膜,复合体的强度高于其本身和基质体50%~200%且模量高、韧性大;使纤维膜吸附、导通、过滤性能成倍甚至数十倍地增加。而纳米纤维的量子尺寸和宏观量子隧道效应又使纤维膜的声、光、电、磁、热力学性质发生一系列变化,称为功能材料。

纺织材料中,目前,纳米纤维的制备以静电纺丝为主,大部分纤维的聚合物和无机物都可用于静电纺丝,但纤维强度偏低(<1 cN/dtex的主要利用其表面效应;纤维偏粗,多在100~600 nm,实为亚微米(0.1~1μm)尺度,故称亚微米纤维。

5.回用纤维

回用纤维是加工中或使用后废弃纤维的总称。分为以下几类:加工回用纤维,即纺纱加工中废弃的废纺纤维和废品与边角料中的废品纤维,其损伤小、安全卫生,多被回用;用弃回用纤维,即使用后纺织品中的纤维,其损伤大且多色、多组分混杂,回用难度大。废弃纤维的可回用性不仅取决于加工与使用的损伤、纤维的混杂程度和安全卫生性,而且取决于纤维集合体的松紧及易开松性。可回用性的排序为散纤维、絮材、纱线、非织、针织、机织、涂层、浸胶织物。

以上为目前纺织品开发常用纤维原料(表7-1),此外,新型纤维原料也被广泛采用,使纺织品实用性和功能性大为提升(表7-2)。

表7-1 常用纤维原料

表7-2 新型纤维原料及其特点

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