化學纖維優(yōu)缺點

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化學纖維優(yōu)缺點范文第1篇

關鍵字：纖維混凝土性能研究 作用機理

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

中圖分類號：TV431+.3文獻標識碼：A文章編號：

1 引言

交通運輸是經(jīng)濟、社會發(fā)展的基本需要和先決條件，現(xiàn)代社會的生存基礎和文明標志，促進社會分工、大工業(yè)發(fā)展和規(guī)模經(jīng)濟的形成，鞏固國家的政治統(tǒng)一和加強國防建設，擴大國際經(jīng)貿(mào)合作和人員往來發(fā)揮重要作用，是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的公路交通向著高速、大流量、重載等方面發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土已不能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需要，開展新型混凝土的研制及研究工作就顯得非常重要，近年來發(fā)展了許多適應于不同氣候地質條件的混凝土，目前的研究思路有兩個方面：一個是是從添加劑上對混凝土性質進行加強和改善；另一個是加入纖維等筋材對混凝土性質進行補充和加強[1]。

2 加強混凝土的種類及作用

混凝土是現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物，其廣泛應用于工業(yè)與民用建設的各個領域，雖然如此混凝土也有自身的缺點，比如抗拉抗彎強度低、耐熱性能差、凝結過程中放熱等，所以在使用過程中必須取長補短，對其缺點進行相應的改善。眾所周知單純從外加劑上對混凝土性能進行改善是不夠的，尤其是混凝土應用于道路建設中，因為經(jīng)常受到無規(guī)律動荷載、重載的影響，混凝土構件很容易受到影響。應該從道路本身的特性出發(fā)，增加一部分筋材，從本質上進行改善，目前加筋混凝土的種類很多，主要由以下兩個方面：

1）鋼筋混凝土，通常混凝土結構擁有較強的抗壓強度（大約 3.000 磅/平方英寸）。但是混凝土的抗拉強度較低，通常只有抗壓強度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結構開裂和分離從而導致結構的破壞。鋼筋砼相較混凝土而言，鋼筋抗拉強度非常高，一般在200MPa以上，故通常人們在混凝土中加入鋼筋等加勁材料與之共同工作，由鋼筋承擔其中的拉力，混凝土承擔壓應力部分。

2) 纖維混凝土，其應用機理早已被混凝土工程界所認同，而纖維的種類、纖維的材料一直是國內(nèi)外工程界人士研究的課題，按纖維的種類劃分為硬纖維和軟纖維。硬纖維是經(jīng)過拉、拔、軋、切工藝制作的鋼纖維；軟纖維是由合成纖維制成，按期材料劃分為玻璃纖維、尼倫纖維，碳纖維，聚丙烯纖維，聚丙烯腈纖維等。經(jīng)過國內(nèi)外眾多專業(yè)工程師多年來對不同纖維的應用研究，發(fā)現(xiàn)纖維制品對混凝土有加強作用，但是有一些纖維由于自身的缺點應用嚴重受阻，比如剛纖維的對車輛的摩擦等，合成纖維由于自身的材料的可控性受到了工程界的極大關注，應用前景廣泛。

3 纖維混凝土的微觀作用機理

合成纖維是指用合成高分子化合物做原料而制得的化學纖維。我國合成纖維有四大品種：聚酰胺纖維素、聚酯纖維、聚丙烯晴纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維。其主要的微觀組成如下：(1)按主鏈結構可分碳鏈合成纖維，如聚丙烯纖維(丙綸)、聚丙烯腈纖維(腈綸)、聚乙烯醇縮甲醛纖維(維尼綸)；雜鏈合成纖維，如聚酰胺纖維(錦綸)、聚對苯二甲酸乙二酯(滌綸)等。(2)按性能功用可分耐高溫纖維，如聚苯咪唑纖維；耐高溫腐蝕纖維，如聚四氟乙烯；高強度纖維，如聚對苯二甲酰對苯二胺；耐輻射纖維，如聚酰亞胺纖維；還有阻燃纖維、高分子光導纖維等。這些纖維應用到混凝土里面極大的增強了混凝土的韌性和強度，提高混凝土的粘結力，通過均衡應力的分布，增加混凝土路面抗剪性、抗沖擊性、抗裂性等，也可以通過自身特性的改進，（比如引進乙烯醇等）滿足不同的使用功能[2]。

H(CH—CH2)mRnH

OH

4 合成纖維的優(yōu)缺點

合成纖維的優(yōu)點主要有以下三點：（1）價格低廉：合成纖維是石油化工大工業(yè)化產(chǎn)物，研究技術已經(jīng)很成熟，可以根據(jù)人們的需求對其微觀結構進行改善，應用于實際工程，切可以批量生產(chǎn)，造價相對較低。（2）可以根據(jù)需要鍵合改性（如增加羥基，就能使吸水性增加等）（3）強度韌性優(yōu)于一般天然纖維（單晶纖維韌性可以承受幾千米長的自身重量）

合成纖維的優(yōu)點主要缺點：（1）絕大部分不能像天然纖維一樣在自然界中降解（2）工藝的問題，可能有單體小分子的殘留（如聚氯乙烯中殘留氯乙烯），可能對人體有不良影響。考慮到合成纖維混凝土應用到道路建設中，廣闊大氣的稀釋作用，對人體的危害大大減低。

5 加合成纖維前后混凝土的性能變化

長沙-常德高速公路項目A2合同段，位于長沙市境內(nèi)，混凝土的設計強度等級為C25，施工混凝土強度標準差為5MPa，使用的材料為：雪峰牌P·032.5水泥，實測28d抗壓強度fce=37.2MPa，泰銀砂業(yè)的河砂和卵石，卵石Dmax=31.5mm，測定的表觀密度2.70g/cm3，現(xiàn)場石子含水率為1%，河沙為中砂，測定的表觀密度2.65g/cm3，現(xiàn)場砂含水率為3%，拌和用水為自來水，橋梁所處地區(qū)（w/c）max=0.60,Cmin=300kg/m3。水灰比：0.50；砂率Sp（%）=33。分別進行兩組試驗，一種直接制備混凝土，另一種加入不同量的聚乙烯醇纖維制備混凝土進行試驗，試驗結果如下：

水泥是堿性的硅酸鈣，其PH值可達11。把聚乙烯醇纖維受到PH=11強堿作用測量其強度只下降9.86%，彈性模量只下降13.5%;在干燥的氣候條件下加入1斤的即可降低收縮65%，對已有裂縫也有抑制作用。試驗表明，加入1斤的聚乙烯醇纖維，整個裂縫長度減少71.5%；加入1公斤聚乙烯醇纖維，裂縫長度減少83%。進行抗拉試驗可以得到纖維進入混凝土的最佳嵌入深度為5—10mm時，此時纖維全部受力并被拉斷。對抗彎強度的影響：纖維含量為達到1.8%時，抗彎強度比未加纖維時增加36.7%。加入聚乙烯醇纖維使混凝土中水的滲透率大大減少，對于0.15mm的裂縫，水的滲透率下降達87%；混凝土的抗拉強度可以增加15%左右，抗磨性、抗疲勞性的不同程度增加5%—8%左右。

6 小結

聚乙烯醇等合成纖維在混凝土中可以分散均勻，與水泥基體的握裹力強。通過物理作用改善混凝土的性能，同混凝土骨料，外加劑，摻合料的水泥混合后不發(fā)生明顯的化學反應。其物理，化學性能穩(wěn)定，故與混凝土材料有良好的親和力,也改善了混凝土的工作性能。聚乙烯醇纖維混凝土是以PVA纖維作為增強材料的水泥基復合材料，較之于普通混凝土具有更高的抗拉強度，抗折強度力學性能，并具有良好的抗沖擊，抗疲勞性能，抗?jié)B防水性能，抗凍性能和抑制早期塑性收縮裂縫的能力，從而提高混凝土的耐久性。試驗證明在混凝土中摻入聚乙烯醇纖維，通過調(diào)整混凝土的配合比，使混凝土拌和物具備良好的施工性能，對混凝土拌和物的坍落度、含氣量均得到改善，大幅度地降低了混凝土拌和物的泌水率；混凝土的劈拉強度均有增加；降低了混凝土的彈性模量；可以明顯地改善混凝土的變形性能；降低了混凝土干縮收縮值，這些對于混凝土溫控防裂是非常有利的。

參考文獻

[1]王麗艷.纖維混凝土特性及前景分析.科技資訊,2006,(7):22一23

化學纖維優(yōu)缺點范文第2篇

關鍵詞：納米材料；功能整理；天然纖維

中圖分類號：TS195.6 文獻標志碼：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

自上世紀合成纖維問世以來，合成纖維產(chǎn)業(yè)的日新月異發(fā)展帶動了纖維業(yè)向高技術產(chǎn)品的縱深延伸，也推進了現(xiàn)代人們的消費方式，作為單一天然纖維的應用歷史也告終結。從產(chǎn)業(yè)角度來看，天然纖維為了自身產(chǎn)業(yè)的生存，不斷進行著技術革新與改良，但天然纖維作為自然產(chǎn)生物，其產(chǎn)品的性能及功能的發(fā)展遠達不到合成纖維的技術發(fā)展速度。

而從上世紀末至近幾年，合成纖維已完成了仿真到超真的技術轉變，合成纖維超細化加工技術的實現(xiàn)進一步促進了合成纖維制品的多樣化和功能化，這對天然纖維產(chǎn)業(yè)所形成的發(fā)展壓力也是空前的。

但技術發(fā)展并不是單向性的，當合成纖維借助于功能材料技術的發(fā)展而壯大時，作為合成纖維制品實現(xiàn)了諸如抗紫外、抗菌等功能時，天然纖維也同樣獲得了現(xiàn)代材料技術發(fā)展這一平臺的支持，產(chǎn)品功能上也有效地獲得了技術突破，這一發(fā)展，有效地彌補了天然纖維單一的缺陷，也使天然纖維成功地走向了功能化之路。

近年來，產(chǎn)品消費的細分化現(xiàn)象日益顯著，各類紡織纖維在服裝產(chǎn)品的親肌膚性、友好性、美觀性、功能性等方面表現(xiàn)出了不同的特點和優(yōu)勢，從而也使各種紡織纖維在產(chǎn)品開發(fā)方面表現(xiàn)出了不同的特長，這在客觀上促進了紡織產(chǎn)業(yè)走向細分化、多樣化，也促使紡織技術產(chǎn)品的相互交叉或多重風格。

而在紡織產(chǎn)品的功能化實現(xiàn)中，納米材料的應用對于推進紡織品的功能化起到了十分重要的作用，但這一作用更多地體現(xiàn)在化學纖維的應用方面，在天然纖維領域，納米技術產(chǎn)品相對較少，所以也影響了天然纖維多樣化的實現(xiàn)。

納米技術及納米材料已經(jīng)成為21世紀世界各國爭相研究的重點，在紡織工業(yè)中，為功能紡織品的開發(fā)和紡織品應用領域的拓展提供了廣闊的思路和可行性。

1 納米技術在紡織產(chǎn)品中的應用

目前，利用納米材料對紡織材料進行改性通常有 4 種技術方法。

1.1 共混紡絲法

共混紡絲法可以用來制備合成纖維和再生纖維，即將功能納米材料與紡絲切片或紡絲液混合，通過熔融紡絲、濕法紡絲或干法紡絲等紡絲技術制備納米材料改性纖維。采用共混紡絲法制備的納米材料改性纖維具有性能穩(wěn)定，納米材料與纖維結合牢度高，穩(wěn)定性好，耐久性好等特點。采用共混紡絲法需要納米材料具備一定的性能，如采用熔融紡絲時，要求納米材料具有較好的耐高溫性能，并且粒徑足夠小；采用濕法紡絲或干法紡絲時，要求納米材料和溶劑或凝固劑無相互作用，并能在紡絲液中保持足夠的穩(wěn)定性。

1.2 后整理法

對于一些天然纖維或者已經(jīng)以纖維或紡織品形式而存在的紡織材料而言，則無法通過共混紡絲法來實現(xiàn)納米材料對其的改性，因此后整理法可以解決這個問題。后整理法即是采用浸漬、浸軋、涂層或噴涂等方法將納米材料附加到纖維上，并使之固著在紡織材料上的一種方法。后整理法通常有以下幾種情況：（1）將紡織材料浸漬到納米材料分散液中，通過納米材料高的表面能使之吸附在紡織材料表面；（2）將納米材料分散在一定溶劑中，通過噴涂方式將納米材料一次或多次沉積在紡織材料表面；（3）將含有納米材料的整理劑在一定的粘合劑（如反應性樹脂）存在下涂覆到織物表面，形成一種功能性的涂層。

后整理法制備納米材料改性紡織品具有工藝簡單、可操作性強等優(yōu)勢。但加工過程中納米材料易團聚，納米材料與纖維結合牢度低；或者處理過程中通常含有一些有毒的溶劑或粘合劑，給紡織品帶來一些污染；再者一些粘合劑或涂層會改變纖維本身所具有的一些優(yōu)異的性能，如棉纖維柔軟、吸濕、透氣等特性，真絲纖維爽滑、和人體良好的親和力等，使之手感變差，穿著舒適性大大降低。

1.3 接枝改性法

由于后整理法中納米材料與紡織纖維間缺少相應的作用力，或者粘合劑和涂層的引入會影響織物的性能。因此，通過某種途徑賦予納米材料表面一定的官能團，再與纖維表面官能團直接或間接反應，將納米材料接枝到紡織材料表面，以提高其牢度且不影響材料本身。也可制備各種微膠囊，將納米材料置于微膠囊中，然后將微膠囊接枝到纖維材料上。但納米材料本身改性及微膠囊技術難度高，目前沒有得到廣泛應用。

1.4 原位生成法

以上方法都是將納米材料機械式的添加到纖維上，在加工中工藝復雜，或者效果較差，并且由于納米材料本身的團聚效應，使納米材料不能在纖維表面獲得很好的分布。對于天然纖維而言，納米材料只能簡單地添加在纖維表面，更加導致了其耐久性差。原位生成技術能夠同時在纖維的表面和內(nèi)部生成納米材料，在纖維上分布均勻。并且納米材料的制備和對紡織材料的整理同時進行，避免了納米材料在整理過程中團聚的問題。而且原位生成技術也使納米材料與纖維天然結合牢度高，因此，正越來越受到廣大納米材料和材料改性研究者的重視。

2 納米材料在天然纖維改性中的應用

通過長期對化纖類制品的消費認知，人們發(fā)現(xiàn)了天然纖維，在綜合性的因素（如舒適性、保健性等）方面，都具有不可替代性，尤其作為內(nèi)衣面料，天然纖維（特別是真絲和棉纖維）制品具有更大的優(yōu)越性能，這種通過反復實踐所獲得的消費認知所形成的對產(chǎn)品的“忠城”將在相當長的時期內(nèi)存在，這也將提醒研究者，在對天然纖維產(chǎn)品功能化研究中，必須充分尊重天然纖維這一特點。

天然纖維作為天然生成物，功能材料的導入方式，將影響天然纖維本身的自然優(yōu)勢。為了保護天然纖維與人體的友好性，在功能化改性中，可以采用以下兩種方式。

2.1 纖維表面非連續(xù)介質導入法

非連續(xù)介質導入，是指在纖維表面離散分布功能材料的細小微粒，不影響天然纖維本身與人體的接觸，這一思考依據(jù)，對于真絲制品尤其重要，眾所周知，真絲的蛋白質結構與人體蛋白質特征有無可比擬的相似性，所以，任何其他功能材料在真絲表面的連續(xù)覆蓋都將使真絲制品的友好性和親和性能受到影響。

2.2 纖維內(nèi)部填埋法

纖維內(nèi)部填埋，依據(jù)來自天然纖維（蠶絲、棉、麻等）本身的結構具有原纖特征，這種原纖特征決定了天然纖維內(nèi)部具有眾多的微孔和微隙，給功能材料的導入提供客觀便利，這種導入方式，也對天然纖維功能的長效性有很大的益處，但這一導入手段對技術的要求相對較高。從現(xiàn)有的技術來看，纖維內(nèi)部組裝技術是一種有效的方法，而前述的原位生成技術，也屬于這一范疇，這種原位生成技術的特點在于：在功能材料組裝前，功能材料本身以離子或分子形式游離進入天然纖維內(nèi)部，再通過特定的反應環(huán)境，使進入纖維內(nèi)部的離子或分子反應生成具有特定結構的固體材料，從而使功能材料支撐在纖維內(nèi)部，實現(xiàn)在保護天然纖維本身優(yōu)勢性能的同時，實現(xiàn)其功能的長效性。

從本質上來看，功能納米材料是最符合纖維表面非連續(xù)介質導入法和纖維內(nèi)部填埋法的功能元素，也符合纖維表面非連續(xù)介質導入法和纖維內(nèi)部填埋法的技術要素，由于不同納米材料所表現(xiàn)的功能性各不相同，可以根據(jù)開發(fā)的功能，選擇不同的納米材料，但這里所言的納米技術本身，不僅僅是納米材料，更重要的是制備納米材料的工藝過程，只有這樣，才能實現(xiàn)從常規(guī)整理技術到納米組裝技術的突破。

3 實施案例分析

為了能更好地說明問題，筆者選擇自己的部分研究結果進行對比分析。

3.1 形態(tài)比較

從圖 1 和圖 2 比較，圖 2 采用了原位生成納米銀技術，有效實現(xiàn)了在真絲纖維表面的離散的非連續(xù)納米銀分布，納米銀顆粒細小，不影響真絲材料原有的表面特征。

3.2 吸附量比較

表 1 為普通納米銀助劑整理和采用同樣濃度制備工藝原位生成技術（組裝技術）兩種不同方法處理的真絲織物中的納米銀含量，可以看出，隨著銀濃度的提高，整理到織物上的納米銀含量增加。比較同一濃度下兩種方法整理的真絲織物中的銀含量，采用原位生成整理的真絲織物銀含量明顯高于常規(guī)浸漬法整理的真絲織物。說明浸漬法整理真絲織物時，納米銀難于均勻地吸附到真絲織物的內(nèi)部，主要集中在纖維表面。而原位生成、自組裝技術整理時，銀離子能夠均勻滲透到真絲纖維內(nèi)部的各個部位，再將其還原，自組裝生成納米銀，所以其銀含量要高于浸漬法整理的真絲織物。

3.3 耐洗牢度比較

為了比較兩種方法整理的真絲織物上的納米銀的牢度，選取兩個具有相近銀含量的樣品進行耐洗牢度測試，在經(jīng)過不同次洗滌后測試樣中的銀含量，以此評價其耐洗牢度。表 2 中列出了分別經(jīng)過10、20和30次洗滌后的樣品中的銀含量，由表中數(shù)據(jù)可見，浸漬法整理的真絲織物在經(jīng)過10次洗滌后，銀含量從125.94 mg/kg下降到81.63 mg/kg，下降了35.2%，在經(jīng)過30次洗滌后，銀含量下降到56.48 mg/kg，相比未洗滌的樣品下降了55.2%。而通過原位生成法整理的真絲織物洗滌30后，銀含量從116.48 mg/kg下降到101.29 mg/kg，僅下降了13.0%。證明了原位生成法處理后，因納米銀分布于纖維內(nèi)部，并支撐在纖維微孔和間隙中，所以納米銀和真絲纖維的結合牢度遠高于普通浸漬整理法，具有很好的耐洗牢度。

以上結果表明，原位生成法整理真絲纖維或制品不僅可以獲得較高的銀含量，提高納米材料的利用率，同時還能獲得很好的耐洗牢度。

3.4 抗菌性能分析

筆者選擇低含量原位生成技術制備的納米銀真絲面料，進行抗菌耐冼性分析，表 3 顯示，真絲面料經(jīng)30次洗滌還具有優(yōu)異的抗菌性能，能有效滿足日常生活中的抗菌要求，也有效節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 結語