化学纤维优缺点

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化学纤维优缺点范文第1篇

关键字：纤维混凝土性能研究 作用机理

Abstract: in order to improve the performance of concrete, adding fiber is often taken one of the engineering measures. The microscopic characteristics from fiber, strengthen the species and concrete analysis of concrete adding fiber the performance improvement, combined with the engineering practice, it analyzes the change of the performance before and after fiber and show the concrete pavement of adding fiber its crack, anti-permeability, wear resistance, impact resistance, corrosion resistance, strengthen and improve the mechanism for the construction of a certain guiding significance.

Keywords: fiber concrete， performance research, mechanism

中图分类号：TV431+.3文献标识码：A文章编号：

1 引言

交通运输是经济、社会发展的基本需要和先决条件，现代社会的生存基础和文明标志，促进社会分工、大工业发展和规模经济的形成，巩固国家的政治统一和加强国防建设，扩大国际经贸合作和人员往来发挥重要作用，是国民经济发展的命脉。改革开放以来，随着我国经济的快速发展，我国的公路交通向着高速、大流量、重载等方面发展，传统的混凝土已不能满足现代化发展的需要，开展新型混凝土的研制及研究工作就显得非常重要，近年来发展了许多适应于不同气候地质条件的混凝土，目前的研究思路有两个方面：一个是是从添加剂上对混凝土性质进行加强和改善；另一个是加入纤维等筋材对混凝土性质进行补充和加强[1]。

2 加强混凝土的种类及作用

混凝土是现代化发展的产物，其广泛应用于工业与民用建设的各个领域，虽然如此混凝土也有自身的缺点，比如抗拉抗弯强度低、耐热性能差、凝结过程中放热等，所以在使用过程中必须取长补短，对其缺点进行相应的改善。众所周知单纯从外加剂上对混凝土性能进行改善是不够的，尤其是混凝土应用于道路建设中，因为经常受到无规律动荷载、重载的影响，混凝土构件很容易受到影响。应该从道路本身的特性出发，增加一部分筋材，从本质上进行改善，目前加筋混凝土的种类很多，主要由以下两个方面：

1）钢筋混凝土，通常混凝土结构拥有较强的抗压强度（大约 3.000 磅/平方英寸）。但是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。钢筋砼相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上，故通常人们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混凝土承担压应力部分。

2) 纤维混凝土，其应用机理早已被混凝土工程界所认同，而纤维的种类、纤维的材料一直是国内外工程界人士研究的课题，按纤维的种类划分为硬纤维和软纤维。硬纤维是经过拉、拔、轧、切工艺制作的钢纤维；软纤维是由合成纤维制成，按期材料划分为玻璃纤维、尼伦纤维，碳纤维，聚丙烯纤维，聚丙烯腈纤维等。经过国内外众多专业工程师多年来对不同纤维的应用研究，发现纤维制品对混凝土有加强作用，但是有一些纤维由于自身的缺点应用严重受阻，比如刚纤维的对车辆的摩擦等，合成纤维由于自身的材料的可控性受到了工程界的极大关注，应用前景广泛。

3 纤维混凝土的微观作用机理

合成纤维是指用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维。我国合成纤维有四大品种：聚酰胺纤维素、聚酯纤维、聚丙烯晴纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维。其主要的微观组成如下：(1)按主链结构可分碳链合成纤维，如聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维尼纶)；杂链合成纤维，如聚酰胺纤维(锦纶)、聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)等。(2)按性能功用可分耐高温纤维，如聚苯咪唑纤维；耐高温腐蚀纤维，如聚四氟乙烯；高强度纤维，如聚对苯二甲酰对苯二胺；耐辐射纤维，如聚酰亚胺纤维；还有阻燃纤维、高分子光导纤维等。这些纤维应用到混凝土里面极大的增强了混凝土的韧性和强度，提高混凝土的粘结力，通过均衡应力的分布，增加混凝土路面抗剪性、抗冲击性、抗裂性等，也可以通过自身特性的改进，（比如引进乙烯醇等）满足不同的使用功能[2]。

H(CH—CH2)mRnH

OH

4 合成纤维的优缺点

合成纤维的优点主要有以下三点：（1）价格低廉：合成纤维是石油化工大工业化产物，研究技术已经很成熟，可以根据人们的需求对其微观结构进行改善，应用于实际工程，切可以批量生产，造价相对较低。（2）可以根据需要键合改性（如增加羟基，就能使吸水性增加等）（3）强度韧性优于一般天然纤维（单晶纤维韧性可以承受几千米长的自身重量）

合成纤维的优点主要缺点：（1）绝大部分不能像天然纤维一样在自然界中降解（2）工艺的问题，可能有单体小分子的残留（如聚氯乙烯中残留氯乙烯），可能对人体有不良影响。考虑到合成纤维混凝土应用到道路建设中，广阔大气的稀释作用，对人体的危害大大减低。

5 加合成纤维前后混凝土的性能变化

长沙-常德高速公路项目A2合同段，位于长沙市境内，混凝土的设计强度等级为C25，施工混凝土强度标准差为5MPa，使用的材料为：雪峰牌P·032.5水泥，实测28d抗压强度fce=37.2MPa，泰银砂业的河砂和卵石，卵石Dmax=31.5mm，测定的表观密度2.70g/cm3，现场石子含水率为1%，河沙为中砂，测定的表观密度2.65g/cm3，现场砂含水率为3%，拌和用水为自来水，桥梁所处地区（w/c）max=0.60,Cmin=300kg/m3。水灰比：0.50；砂率Sp（%）=33。分别进行两组试验，一种直接制备混凝土，另一种加入不同量的聚乙烯醇纤维制备混凝土进行试验，试验结果如下：

水泥是碱性的硅酸钙，其PH值可达11。把聚乙烯醇纤维受到PH=11强碱作用测量其强度只下降9.86%，弹性模量只下降13.5%;在干燥的气候条件下加入1斤的即可降低收缩65%，对已有裂缝也有抑制作用。试验表明，加入1斤的聚乙烯醇纤维，整个裂缝长度减少71.5%；加入1公斤聚乙烯醇纤维，裂缝长度减少83%。进行抗拉试验可以得到纤维进入混凝土的最佳嵌入深度为5—10mm时，此时纤维全部受力并被拉断。对抗弯强度的影响：纤维含量为达到1.8%时，抗弯强度比未加纤维时增加36.7%。加入聚乙烯醇纤维使混凝土中水的渗透率大大减少，对于0.15mm的裂缝，水的渗透率下降达87%；混凝土的抗拉强度可以增加15%左右，抗磨性、抗疲劳性的不同程度增加5%—8%左右。

6 小结

聚乙烯醇等合成纤维在混凝土中可以分散均匀，与水泥基体的握裹力强。通过物理作用改善混凝土的性能，同混凝土骨料，外加剂，掺合料的水泥混合后不发生明显的化学反应。其物理，化学性能稳定，故与混凝土材料有良好的亲和力,也改善了混凝土的工作性能。聚乙烯醇纤维混凝土是以PVA纤维作为增强材料的水泥基复合材料，较之于普通混凝土具有更高的抗拉强度，抗折强度力学性能，并具有良好的抗冲击，抗疲劳性能，抗渗防水性能，抗冻性能和抑制早期塑性收缩裂缝的能力，从而提高混凝土的耐久性。试验证明在混凝土中掺入聚乙烯醇纤维，通过调整混凝土的配合比，使混凝土拌和物具备良好的施工性能，对混凝土拌和物的坍落度、含气量均得到改善，大幅度地降低了混凝土拌和物的泌水率；混凝土的劈拉强度均有增加；降低了混凝土的弹性模量；可以明显地改善混凝土的变形性能；降低了混凝土干缩收缩值，这些对于混凝土温控防裂是非常有利的。

参考文献

[1]王丽艳.纤维混凝土特性及前景分析.科技资讯,2006,(7):22一23

化学纤维优缺点范文第2篇

关键词：纳米材料；功能整理；天然纤维

中图分类号：TS195.6 文献标志码：A

Technological Model for Applying Nanomaterials in Natural Fiber Modification

Abstract： This paper expounded both advantages and disadvantages of four methods for using nanomaterials in fiber modification， including the blended spinning method， finishing method， the grafting modification and the in-situ formation method. Under the condition of remain the advantages of natural fiber， the author put forward two ways of functional finishing by using nanomaterilas， namely， introducing discontinuous nanomaterials on the surface of fiber and embedding nanomaterials inside the fiber， and the effectiveness of these methods was verified by testing samples.

Key words： nanomaterials； functional finishing； natural fiber

自上世纪合成纤维问世以来，合成纤维产业的日新月异发展带动了纤维业向高技术产品的纵深延伸，也推进了现代人们的消费方式，作为单一天然纤维的应用历史也告终结。从产业角度来看，天然纤维为了自身产业的生存，不断进行着技术革新与改良，但天然纤维作为自然产生物，其产品的性能及功能的发展远达不到合成纤维的技术发展速度。

而从上世纪末至近几年，合成纤维已完成了仿真到超真的技术转变，合成纤维超细化加工技术的实现进一步促进了合成纤维制品的多样化和功能化，这对天然纤维产业所形成的发展压力也是空前的。

但技术发展并不是单向性的，当合成纤维借助于功能材料技术的发展而壮大时，作为合成纤维制品实现了诸如抗紫外、抗菌等功能时，天然纤维也同样获得了现代材料技术发展这一平台的支持，产品功能上也有效地获得了技术突破，这一发展，有效地弥补了天然纤维单一的缺陷，也使天然纤维成功地走向了功能化之路。

近年来，产品消费的细分化现象日益显著，各类纺织纤维在服装产品的亲肌肤性、友好性、美观性、功能性等方面表现出了不同的特点和优势，从而也使各种纺织纤维在产品开发方面表现出了不同的特长，这在客观上促进了纺织产业走向细分化、多样化，也促使纺织技术产品的相互交叉或多重风格。

而在纺织产品的功能化实现中，纳米材料的应用对于推进纺织品的功能化起到了十分重要的作用，但这一作用更多地体现在化学纤维的应用方面，在天然纤维领域，纳米技术产品相对较少，所以也影响了天然纤维多样化的实现。

纳米技术及纳米材料已经成为21世纪世界各国争相研究的重点，在纺织工业中，为功能纺织品的开发和纺织品应用领域的拓展提供了广阔的思路和可行性。

1 纳米技术在纺织产品中的应用

目前，利用纳米材料对纺织材料进行改性通常有 4 种技术方法。

1.1 共混纺丝法

共混纺丝法可以用来制备合成纤维和再生纤维，即将功能纳米材料与纺丝切片或纺丝液混合，通过熔融纺丝、湿法纺丝或干法纺丝等纺丝技术制备纳米材料改性纤维。采用共混纺丝法制备的纳米材料改性纤维具有性能稳定，纳米材料与纤维结合牢度高，稳定性好，耐久性好等特点。采用共混纺丝法需要纳米材料具备一定的性能，如采用熔融纺丝时，要求纳米材料具有较好的耐高温性能，并且粒径足够小；采用湿法纺丝或干法纺丝时，要求纳米材料和溶剂或凝固剂无相互作用，并能在纺丝液中保持足够的稳定性。

1.2 后整理法

对于一些天然纤维或者已经以纤维或纺织品形式而存在的纺织材料而言，则无法通过共混纺丝法来实现纳米材料对其的改性，因此后整理法可以解决这个问题。后整理法即是采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将纳米材料附加到纤维上，并使之固着在纺织材料上的一种方法。后整理法通常有以下几种情况：（1）将纺织材料浸渍到纳米材料分散液中，通过纳米材料高的表面能使之吸附在纺织材料表面；（2）将纳米材料分散在一定溶剂中，通过喷涂方式将纳米材料一次或多次沉积在纺织材料表面；（3）将含有纳米材料的整理剂在一定的粘合剂（如反应性树脂）存在下涂覆到织物表面，形成一种功能性的涂层。

后整理法制备纳米材料改性纺织品具有工艺简单、可操作性强等优势。但加工过程中纳米材料易团聚，纳米材料与纤维结合牢度低；或者处理过程中通常含有一些有毒的溶剂或粘合剂，给纺织品带来一些污染；再者一些粘合剂或涂层会改变纤维本身所具有的一些优异的性能，如棉纤维柔软、吸湿、透气等特性，真丝纤维爽滑、和人体良好的亲和力等，使之手感变差，穿着舒适性大大降低。

1.3 接枝改性法

由于后整理法中纳米材料与纺织纤维间缺少相应的作用力，或者粘合剂和涂层的引入会影响织物的性能。因此，通过某种途径赋予纳米材料表面一定的官能团，再与纤维表面官能团直接或间接反应，将纳米材料接枝到纺织材料表面，以提高其牢度且不影响材料本身。也可制备各种微胶囊，将纳米材料置于微胶囊中，然后将微胶囊接枝到纤维材料上。但纳米材料本身改性及微胶囊技术难度高，目前没有得到广泛应用。

1.4 原位生成法

以上方法都是将纳米材料机械式的添加到纤维上，在加工中工艺复杂，或者效果较差，并且由于纳米材料本身的团聚效应，使纳米材料不能在纤维表面获得很好的分布。对于天然纤维而言，纳米材料只能简单地添加在纤维表面，更加导致了其耐久性差。原位生成技术能够同时在纤维的表面和内部生成纳米材料，在纤维上分布均匀。并且纳米材料的制备和对纺织材料的整理同时进行，避免了纳米材料在整理过程中团聚的问题。而且原位生成技术也使纳米材料与纤维天然结合牢度高，因此，正越来越受到广大纳米材料和材料改性研究者的重视。

2 纳米材料在天然纤维改性中的应用

通过长期对化纤类制品的消费认知，人们发现了天然纤维，在综合性的因素（如舒适性、保健性等）方面，都具有不可替代性，尤其作为内衣面料，天然纤维（特别是真丝和棉纤维）制品具有更大的优越性能，这种通过反复实践所获得的消费认知所形成的对产品的“忠城”将在相当长的时期内存在，这也将提醒研究者，在对天然纤维产品功能化研究中，必须充分尊重天然纤维这一特点。

天然纤维作为天然生成物，功能材料的导入方式，将影响天然纤维本身的自然优势。为了保护天然纤维与人体的友好性，在功能化改性中，可以采用以下两种方式。

2.1 纤维表面非连续介质导入法

非连续介质导入，是指在纤维表面离散分布功能材料的细小微粒，不影响天然纤维本身与人体的接触，这一思考依据，对于真丝制品尤其重要，众所周知，真丝的蛋白质结构与人体蛋白质特征有无可比拟的相似性，所以，任何其他功能材料在真丝表面的连续覆盖都将使真丝制品的友好性和亲和性能受到影响。

2.2 纤维内部填埋法

纤维内部填埋，依据来自天然纤维（蚕丝、棉、麻等）本身的结构具有原纤特征，这种原纤特征决定了天然纤维内部具有众多的微孔和微隙，给功能材料的导入提供客观便利，这种导入方式，也对天然纤维功能的长效性有很大的益处，但这一导入手段对技术的要求相对较高。从现有的技术来看，纤维内部组装技术是一种有效的方法，而前述的原位生成技术，也属于这一范畴，这种原位生成技术的特点在于：在功能材料组装前，功能材料本身以离子或分子形式游离进入天然纤维内部，再通过特定的反应环境，使进入纤维内部的离子或分子反应生成具有特定结构的固体材料，从而使功能材料支撑在纤维内部，实现在保护天然纤维本身优势性能的同时，实现其功能的长效性。

从本质上来看，功能纳米材料是最符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的功能元素，也符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的技术要素，由于不同纳米材料所表现的功能性各不相同，可以根据开发的功能，选择不同的纳米材料，但这里所言的纳米技术本身，不仅仅是纳米材料，更重要的是制备纳米材料的工艺过程，只有这样，才能实现从常规整理技术到纳米组装技术的突破。

3 实施案例分析

为了能更好地说明问题，笔者选择自己的部分研究结果进行对比分析。

3.1 形态比较

从图 1 和图 2 比较，图 2 采用了原位生成纳米银技术，有效实现了在真丝纤维表面的离散的非连续纳米银分布，纳米银颗粒细小，不影响真丝材料原有的表面特征。

3.2 吸附量比较

表 1 为普通纳米银助剂整理和采用同样浓度制备工艺原位生成技术（组装技术）两种不同方法处理的真丝织物中的纳米银含量，可以看出，随着银浓度的提高，整理到织物上的纳米银含量增加。比较同一浓度下两种方法整理的真丝织物中的银含量，采用原位生成整理的真丝织物银含量明显高于常规浸渍法整理的真丝织物。说明浸渍法整理真丝织物时，纳米银难于均匀地吸附到真丝织物的内部，主要集中在纤维表面。而原位生成、自组装技术整理时，银离子能够均匀渗透到真丝纤维内部的各个部位，再将其还原，自组装生成纳米银，所以其银含量要高于浸渍法整理的真丝织物。

3.3 耐洗牢度比较

为了比较两种方法整理的真丝织物上的纳米银的牢度，选取两个具有相近银含量的样品进行耐洗牢度测试，在经过不同次洗涤后测试样中的银含量，以此评价其耐洗牢度。表 2 中列出了分别经过10、20和30次洗涤后的样品中的银含量，由表中数据可见，浸渍法整理的真丝织物在经过10次洗涤后，银含量从125.94 mg/kg下降到81.63 mg/kg，下降了35.2%，在经过30次洗涤后，银含量下降到56.48 mg/kg，相比未洗涤的样品下降了55.2%。而通过原位生成法整理的真丝织物洗涤30后，银含量从116.48 mg/kg下降到101.29 mg/kg，仅下降了13.0%。证明了原位生成法处理后，因纳米银分布于纤维内部，并支撑在纤维微孔和间隙中，所以纳米银和真丝纤维的结合牢度远高于普通浸渍整理法，具有很好的耐洗牢度。

以上结果表明，原位生成法整理真丝纤维或制品不仅可以获得较高的银含量，提高纳米材料的利用率，同时还能获得很好的耐洗牢度。

3.4 抗菌性能分析

笔者选择低含量原位生成技术制备的纳米银真丝面料，进行抗菌耐冼性分析，表 3 显示，真丝面料经30次洗涤还具有优异的抗菌性能，能有效满足日常生活中的抗菌要求，也有效节约了生产成本。

4 结语