纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件

納米材料與納米纖維

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件1一、概述1984年，德國格萊特把6納米金屬粉末壓制成納米塊——第一塊納米材料問世。1990年，第一屆納米科技學術會議，正式列為材料科學分支。纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件2是一個長度概念：毫微米，十億分之一米。10-9米。1埃=10-10米，原子尺寸級。納米材料——由納米顆粒構成的固體材料。顆粒尺寸一般不超過100nm。是一個長度概念：毫微米，十億分之一米。10-9米。1埃=103納米顆粒由有限的原子構成，大量的原子處于表面，產生量子效應，影響到物質的性能和結構。在機械強度、磁、光、聲、熱、電等方面都與普通材料有很大不同。藉此可以制造各種性能優(yōu)良的特殊材料。納米顆粒由有限的原子構成，大量的原子處于表面，產生量子效應，4二、納米材料特性導電良好的金屬納米級——絕緣體銀到納米級——熔點只有100°C氯化鋅納米級——紫外線屏蔽劑化妝品防曬碳納米管——韌性好，導電性極強，微細探針，儲氫材料，制作新一代計算機納米塑料——蒙脫土，高強度、耐磨耐熱、輕、透明的塑料屏蔽的納米涂料——炭黑可變成彩色二、納米材料特性5玻璃和瓷磚涂以納米薄膜，可以自清潔。納米的催化作用，可以使污物、細菌變成氣體。納米粉可使廢水凈化。納米鐵粉摻入潤滑劑中，具有自修復功能。食品采用納米技術，提高腸胃吸收。靶向藥物，磁性導航定向治療。玻璃和瓷磚涂以納米薄膜，可以自清潔。納米的催化作用，可以使6三、納米纖維

直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。包括纖維直徑為納米量級的超細纖維，以及將納米顆粒填充到普通纖維中對其進行改性的纖維以及在納米級結構上進行控制加工的纖維。

納米纖維主要包括兩個概念：一是嚴格意義上的納米纖維，是指纖維直徑小于100nm的超細纖維。另一概念是將納米粒子填充到纖維中，對纖維進行改性和結構控制

三、納米纖維7（一）納米纖維的制造納米纖維的制造，大體可分為3大類。1、分子技術制備法用于單管或多管納米碳管束的制備，主要有3種：（1）電弧放電法：將石墨棒置于充滿氫氣的容器內，用高壓電弧放電，在陰極沉積成納米碳管。（2）激光燒蝕法：（3）固定床催化裂解法：由天然氣制備納米碳管，將氣體在分布板上有用活化了的催化劑吹成沸騰狀態(tài)，在催化劑表面生長出納米碳管。工藝簡便，成本低，納米碳管規(guī)模易控制，長度大，收率較高，但該方法中催化劑只能以薄膜的形式展開。

（一）納米纖維的制造8

2、紡絲法制備法：又可分為聚合物噴射靜電拉伸紡絲法、海島型多組分紡絲法和單螺桿混抽法。用單螺桿混抽法可制得0.001dtex（約10nm）的纖維。

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件93、生物制備法：利用細菌培養(yǎng)出更加細小的纖維素。我國科學家由木醋桿菌合成的納米級纖維素不含木質素，結晶度高，聚合度高，分子取向好，具有優(yōu)良的機械性能。

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件10（二）納米纖維的主要特點

1、表面效應粒子尺寸越小，表面積越大，由于表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩(wěn)定，易于其他原子結合，顯出較強的活性。

（二）納米纖維的主要特點112、小尺寸效應當微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長和超導態(tài)的相干長度透射深度近似或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學性質將會改變，如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等。

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件123、量子尺寸效應當粒子尺寸小到一定時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級，此時，原為導體的物質有可能變?yōu)榻^緣體，反之，絕緣體有可能變?yōu)槌瑢w。

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件134、宏觀量子的陽隧道效應：隧道效應是指微小粒子在一定情況下能穿過物體，就像里面有了隧道一樣可以通過。

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（三）納米纖維的用途

納米纖維的用途很廣，如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，制成雙疏性界面織物，既可防水，又可防油、防污；（三）納米纖維的用途15用納米纖維制成的高級防護服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過，具可呼吸性，還能擋風和過濾微細粒子，對氣溶膠有阻擋性，可防生化武器及有毒物質。此外，納米纖維還可用于化工、醫(yī)藥等產品的提純、過濾等。

用納米纖維制成的高級防護服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透16添加不同功能的納米顆粒，可以獲得具有各種高級功能的纖維。

添加不同功能的納米顆粒，可以獲得具有各種高級功能的纖維。17（四）市場前景

去年美國推出納米纖維生產的機械方法，被稱為新型離心力紡紗(Forcespinning)。目的是提高生產率，加強納米纖維的應用。與現有的納米纖維生產方法相比，該方法至少將生產力提高一個量級。目前納米纖維市場規(guī)模大約1.40億美元，到2020年預期達到22億美元。（四）市場前景18中子吸收劑主要含硼、鋰等化合物，如碳化硼、氮化硼、氟化硼、氟化鋰等。纖維基體一般是聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺等。

纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件19制造方法：

（1）離子交換纖維吸附法：普通陰離子交換纖維置于硼元素的化合物（硼砂、硼酸）中浸泡?；蜿栯x子交換纖維在鋰的化合物（氫氧化鋰、鹵化鋰、碳酸鋰）浸泡一定時間。水洗-脫水-干燥。

制造方法：20制造方法：

（2）紡絲法：聚酯、聚烯烴等作基體。添加鋰-6、硼-10或其他化合物作吸收中子的微粒（1微米以下），進行共混或復合紡絲。復合紡絲制取防中子纖維芯材：70%聚丙烯+30%B4C。芯皮質量比：10:90

制造方法：21制造方法：（3）熔噴紡絲法：將中子吸收劑與聚合物、溶劑混合液在熔噴紡絲機經高壓噴出散纖維，直接制成非織造布。

制造方法：22制造方法：（4）含硼陶瓷纖維直接成形法：用轉化法可制成碳化硼、氮化硼、氧化硼纖維。

制造方法：23織物的熱中子屏蔽率：織物層數14610

厚度/mm1.305.207.8013.00屏蔽率/%368595.298.6

織物的熱中子屏蔽率：24用途：醫(yī)療、宇航、核能工業(yè)、軍事航空領域等輻射場合的防護用品

用途：253、防X射線輻射纖維將重金屬化合物加入普通纖維中。獲得較高的抗X射線輻射功能。3、防X射線輻射纖維26制造方法：（1）離子交換纖維吸附法：將常規(guī)制成的陽離子交換纖維，浸泡在鉛鹽或其他重金屬離子的溶液中，調整溶液的濃度和pH值，使纖維充分吸附，沖洗干燥。制造方法：27制造方法：（2）共混紡絲法：將氧化鉛或硫酸鋇微粉與聚合物共混，通過熔融紡絲或溶液紡絲。重金屬化合物含量可達30~60%。制造方法：28制造方法：（3）復合紡絲法：芯層中加入重金屬微粉，外包不含重金屬的高聚物，可避免重金屬直接接觸人體。制造方法：29用途：核電站消防服、醫(yī)院放射科防護服、工業(yè)射線防護用品。用途：30八、光導纖維導光纖維、光學纖維。把光能閉合在纖維中而產生導光作用的纖維。由兩種或兩種以上折射率不同的透明材料制成。八、光導纖維31基本類型：有起導光作用的芯材和能將光能閉合于芯材之中的皮層構成的?；绢愋停河衅饘Ч庾饔玫男静暮湍軐⒐饽荛]合于芯材之中的皮層構32可分為:無機（玻璃、石英）和有機（塑料）?？蓳闲院筒豢蓳闲?。皮芯型和自聚型。傳光和傳像?？梢姽?、紅外光、紫外光和激光?？煞譃?331、塑料光導纖維聚合物光纖、有機光導纖維、有機光纖、塑料光纖，POF主要由皮芯結構，芯絲直徑為0.005~0.1mm。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）外層為低折射率的薄膜皮層。1、塑料光導纖維34用途通訊、傳輸、醫(yī)學、交通、裝飾等領域。如網絡寬帶、數碼傳輸、照明、標示、光學計量測試、復印、醫(yī)療器械、光導向器、數字顯示、光傳感器、廣告、工藝品等。用途352、皮芯型玻璃光導纖維由兩種或兩種以上折射率不同的玻璃以皮芯形式復合而成。芯材：折射率和透明度高的玻璃，以鑭系或鉛系玻璃為主。直徑小于100微米。粗者易斷。2、皮芯型玻璃光導纖維36從可見光到紅外線波段內，都有較好的透光性。不能單獨使用，制成傳光束、傳像束、纖維板、光纜等。用于胃鏡等醫(yī)用纖維內窺鏡、工業(yè)用內窺鏡及精密傳感器的圖像傳送元件，也可用于光通訊。從可見光到紅外線波段內，都有較好的透光性。373、漸變型玻璃光導纖維又稱聚光纖維，類透鏡纖維折射率從纖維的軸心沿徑向遞減，光在纖維內通過反復聚焦、散射而向前傳遞。3、漸變型玻璃光導纖維38每根纖維相當于眾多微型透鏡的組合，可傳遞物體的圖像。具有光程短、無全反射損失、透過率極高的特點。主要用于激光通訊。每根纖維相當于眾多微型透鏡的組合，可傳遞物體的圖像。具有光程39制造方法：離子交換法：使玻璃纖維內、外的某些離子發(fā)生置換，離子的濃度由纖維內向外逐漸減小。離子濃度的梯度變化使纖維的折射率發(fā)生遞變。制造方法：40套管法：幾種不同折射率的光學玻璃制成管材，按折射率高低由里向外層層相套，在加熱爐內拉制成多層次的纖維復合體，經一定溫度下熱處理后，使各層間發(fā)生離子交換而成。纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件41水分擴散法：根據玻璃中水分影響折射率的原理，先制成含有一定水分的玻璃纖維，再使水分向外擴散形成梯度分布。纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件424、耐熱光導纖維耐熱溫度在120°C以上的有機光導纖維，最高可耐溫度為180°C。纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件43芯材大多采用改性聚碳酸酯，其耐熱壽命為普通聚碳酸酯的4倍，也可采用降冰片烯樹脂和甲基丙烯酸甲酯與異丙基馬來酰亞胺共聚體。皮層為折射率低于芯材的耐熱氟樹脂。用于汽車和要求耐熱性的電器內部配線。纖維新材料及應用8納米及其他纖維課件44八、醫(yī)用纖維醫(yī)療用纖維材料。包括人體代用材料和醫(yī)療衛(wèi)生材料等。要求纖維無毒、純凈、無過敏反應、無致癌性、不產生血栓、不破壞血細胞、不改變血漿蛋白成分等。八、醫(yī)用纖維45對周圍組織不引起炎癥和異物反應，長期埋植在體內或作為內臟的組成部分不會喪失抗張強度和彈性等物理機械性能，能經受必要的消毒措施而不產生變性以及易于加工成復雜的形態(tài)等。對周圍組織不引起炎癥和異物反應，長期埋植在體內或作為內臟的組461、多肽纖維縮多氨酸纖維一種含有重復肽鍵或縮氨酸鍵（-CO-NH-）的聚氨基酸類纖維。1、多肽纖維47主要指標：線密度：5.6~105dtex強度：0.9~26cN/tex伸長率：2.1%~45%初始模量：13~645cN/tex主要指標：48制法：將分子量為8*104~35*104的多肽，與少量尿素溶于六氟異丙醇溶劑中，經濕紡、干紡或干噴-濕紡后，再進行拉伸處理。制法：49用途：用于合成或模擬食物，紡織品，人體軟組織置換、人造線帶和韌性復合材料。用途：502、生物活性纖維一種能保護人體不受微生物侵害或具有某種療效的纖維。

有抗微生物、消炎、止血、麻醉、抗凝血、抗腫瘤、抗燙傷、含酶纖維等。2、生物活性纖維51制法：化學改性法：將藥物接枝到聚合物上，藥物與纖維進行化學結合。物理方法：將藥物固定在纖維的微結構內。制法：52用途：包扎材料：藥棉、療巾。消炎材料：傷口消炎。麻醉功能：傷口麻醉，減輕痛覺。抗腫瘤：手術后阻緩腫瘤轉移。免疫：皮膚移植和內臟移植的免疫。用途：533、生物相容性纖維多種纖維經過改性后都可具有生物相容性。3、生物相容性纖維54要求與人體相互適應。并滿足以下條件：無毒無害、不干擾免疫功能。耐生物老化、足夠的化學穩(wěn)定性抗凝血性，不破壞血液有效成分足夠的機械性能，滿足人體要求能承受高溫、輻射、消毒等處理要求與人體相互適應。并滿足以下條件：55制法：改性聚丙烯纖維：物理改性可采用單孔或多孔空心聚丙烯單絲，孔型可是圓形或異形，內孔面積為纖維截面的5%~12%。具有較好的柔順性和結節(jié)防滑性。制法：56聚四氟乙烯：用聚四氟乙烯直接紡絲。聚氨酯纖維：將含有85%以上的聚醚型嵌段聚氨酯溶于溶液，濃度為36%，再把小于1微米的硫酸鋇微粉摻入二甲基乙酰溶劑中，制成漿狀物，制成紡絲液，進行紡絲，可做人工韌帶。聚四氟乙烯：用聚四氟乙烯直接紡絲。57羥基磷灰石纖維：水25%、羥基磷灰石35%、磷酸鈣30%、粘合劑10%，適量有機酸或多元醇的增塑劑制成紡絲液。紡絲后加熱、焙燒可以和生物吸收材料結合制成人工骨。羥基磷灰石纖維：58陰離子改性超細纖維：可以是多種原料，如聚酯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚烯烴、聚氨酯等，按常規(guī)方法制成超細纖維。再進行陰離子改性，獲得親水性。陰離子改性超細纖維：59體內導電纖維：在普通纖維表面度一層金屬導電層。用于電刺激治療某些疾病。體內導電纖維：60人工肌肉纖維：在聚乙烯溶液中摻加高分子電解質紡絲而成。電解質是指高分子鏈中含有解離基，一旦溶于水就會發(fā)生解離，形成高分子離子。人工肌肉纖維：61這種纖維通電后變形、彎曲，斷電后恢復原狀。主要用于醫(yī)療器件的傳感器，藥物緩釋系統(tǒng)，電子開關、檢測儀器等，將來可能用于人體假肢和人體修復。這種纖維通電后變形、彎曲，斷電后恢復原狀。624、藥物纖維：在普通纖維中加入某種藥物。4、藥物纖維：63九、其他功能纖維1、負離子纖維電氣石纖維在常規(guī)纖維中加入可產生負離子的礦石物質制成。九、其他功能纖維64可釋放負離子的礦石較多。奇冰石：含硼、少量鋁、鎂鐵、鋰的環(huán)狀結構的硅酸鹽。電氣石：三方晶系硅酸鹽。蛋白石：含水非晶質或膠質的活性二氧化硅。古代海底礦物層：硅酸鹽為主要成分的無機多孔物質。

奇才石：二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵?？舍尫咆撾x子的礦石較多。65制造方法：粉碎成微米或納米級粉末進行共混紡絲。微粉與粘合劑制成負離子漿，將纖維浸入烘干。

制造方法：66將帶有活性反應基團的負離子材料與纖維上的羥基、氨基形成共價鍵，制成耐久的負離子纖維。有粘膠型、滌綸型、丙綸型。

將帶有活性反應基團的負離子材料與纖維上的羥基、氨基形成共價鍵67用途：裝飾用品：窗簾、床單、地毯等交通工具：汽車、輪船火車座椅服裝玩具：內衣、外衣、毛絨玩具。

用途：682、磁性纖維磁保健纖維在纖維中添加磁性物質。

2、磁性纖維69磁粉的類型：鐵、鈷、鎳的金屬或合金。氧化鐵、鐵氧體為主的金屬氧化物。稀土類元素化合物。聚合物：聚酯、聚酰胺、聚烯烴、聚氨酯等。

磁粉的類型：70制法：共混紡絲法復合紡絲法浸泡填充法表面涂層法定位合成法

制法：71用途：儀器儀表、電子、宇航、醫(yī)療、保健、環(huán)保等領域。如保健用品中的護膝等對關節(jié)疼痛、滑膜炎、偏頭痛、搓傷、劍鞘炎、骨內寒冷感有一定改善或減輕?？煽椚爰徔椘分杏糜谠诰€檢測、自動控制。防偽等商業(yè)保護。

用途：723、發(fā)光纖維蓄光纖維、夜光纖維。在常規(guī)纖維中加入長余輝發(fā)光顏料。該顏料由銪離子或多離子激活的堿土鋁酸鹽組成。

3、發(fā)光纖維73該纖維能在白天或燈光下將光能吸收貯存，到夜間或黑暗處發(fā)出亮光，并能保持數小時至十多個小時以上。

該纖維能在白天或燈光下將光能吸收貯存，到夜間或黑暗處發(fā)出亮光74主要為丙綸纖維。發(fā)光顏料的用量為5%~6%較好。

主要為丙綸纖維。75用途：安全標志、防偽、玩具等。便于黑暗中司機、醫(yī)生、戰(zhàn)士、野外工作者使用。交通、安全、礦山、海上救生、海洋捕撈等領域。用途：764、熒光防偽纖維纖維在特殊光線照射下，呈現不同顏色。用于紙幣、證件、證券、商標、商品包裝、防偽紙、檢驗檢測等。4、熒光防偽纖維77在普通纖維中加入熒光化合物。主要有兩類：稀土有機熒光化合物，三價稀土β-二酮熒光配合物（AA），苯甲酰丙酮（BA），二苯甲酰甲烷（DBM）、苯甲酰三氟丙酮（TTA）

高分子熒光化合物，包括摻雜型和鍵合型熒光高分子。在普通纖維中加入熒光化合物。78制法：熔融紡絲：共混，或制成熒光母粒再混入，或復合紡絲作芯（耐溶劑、耐日光）。溶液紡絲法：不會出現熱分解或氧化現象。制法：79制法：表面涂層法：溶解在溶劑中，與樹脂或粘合劑混合，制成熒光色漿，對纖維涂層。高速氣流沖擊法：使用高速氣流裝置，將熒光化合物與纖維放在一起進行高速沖擊，使纖維表面牢固吸附一層熒光化合物。制法：80制法：鍵合法：以單體形式參與聚合物的聚合，或將熒光化合物配位在聚合物側鏈上。制法：815、遠紅外纖維遠紅外發(fā)射纖維，遠紅外吸收纖維。在普通常規(guī)纖維中加入特殊發(fā)射或吸收遠紅外線的陶瓷微粉。5、遠紅外纖維82常溫下具有較高的發(fā)射或吸收遠紅外線功能。遠紅外纖維可吸收人體或外界熱能、光能后轉化為遠紅外線，可促進人體血液循環(huán)和新陳代謝。常溫下具有較高的發(fā)射或吸收遠紅外線功能。遠紅外纖維可吸收人體83一般纖維都具有遠紅外發(fā)射功能，加入功能材料后要提高10%以上，最高反射率可以達到94%，一般多在80%~90%。一般纖維都具有遠紅外發(fā)射功能，加入功能材料后要提高10%以上84遠紅外陶瓷粉：氧化物氮化物硼化物碳化物硅化物復合物：莫來石、堇表石、粘土、云母、絹云母。遠紅外陶瓷粉：85選擇發(fā)射率較高的陶瓷粉，粉碎成微粉，按其綜合性能進行復配、修飾、分散均勻，減輕團聚。選擇發(fā)射率較高的陶瓷粉，粉碎成微粉，按其綜合性能進行復配、修86制法：共混熔融紡絲：1.5%~6%。直接紡絲法：將氧化鋁、氧化鋯、