四大高性能有機(jī)纖維繩索
四大高性能有機(jī)纖維繩索
高性能纖維繩索具有特殊的物理和化學(xué)性能，在國防、軍工和航空航天等領(lǐng)域占有重要地位，是一類重要的戰(zhàn)略物資。根據(jù)化學(xué)成分的不同，高性能纖維繩索可分為無機(jī)和有機(jī)二大類。與以碳纖維為代表的無機(jī)纖維相比，有機(jī)纖維具有較好的耐磨性和可織性，因此，大部分繩索由有機(jī)纖維制成。有機(jī)高性能纖維繩索主要包括以芳綸、聚芳酯和聚酰亞胺為代表的芳香族類纖維和以超高分子量聚乙烯為代表的烯烴類纖維。
1、芳綸繩索
芳綸的全稱為芳香族聚酰胺纖維，芳綸繩索非常突出的優(yōu)點(diǎn)是170攝氏度高溫下仍保持優(yōu)異的力學(xué)性能。芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料可用于雷達(dá)天線罩、火箭整流罩和發(fā)動機(jī)殼體等，在提高性能的同時有效地降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。但芳綸與樹脂或橡膠基體的界面結(jié)合強(qiáng)度有待提高，等離子體、生物酶等多種方法的協(xié)同改性是未來的主要發(fā)展方向之一。
2、聚芳酯纖維繩索
聚芳酯纖維的全稱為液晶聚芳酯(LCP)纖維，由4-羥基苯甲酸和2-羥基-6-萘甲酸縮聚而成。與芳綸相比，聚芳酯纖維具有優(yōu)異的抗蠕變性能和化學(xué)穩(wěn)定性。聚芳酯纖維曾用于勇氣號和機(jī)遇號火星車的著陸緩沖氣囊以及好奇號火星車的著陸制動器繩索，未來有望應(yīng)用于火星服、充氣式著陸減速器和居住艙等火星探測裝備。但聚芳酯纖維經(jīng)紫外線照射后會出現(xiàn)明顯的性能退化，限制了其在平流層飛艇等空間充氣式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
3、超高分子量聚乙烯繩索
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維由聚乙烯單體聚合而成，相對分子質(zhì)量在350萬~750萬之間。UHMWPE纖維密度僅為0. 97克/立方厘米，其比強(qiáng)度可達(dá)到370cN/tex，是目前比強(qiáng)度最高的有機(jī)纖維。UHMWPE纖維常應(yīng)用于輕便的防彈材料和海洋繩纜。由于其分子鏈之間的作用力較弱，在高溫和外力作用下極易產(chǎn)生變形，因此，超高分子量聚乙烯繩索蠕變改性是近年來的研究熱點(diǎn)之一。
4、聚酰亞胺繩索
聚酰亞胺(PI)纖維主要由二酐和二胺2種單體合成，分子中包含大量與酰亞胺鍵連接的芳香族基團(tuán)，因此，聚酰亞胺纖維具有出色的熱穩(wěn)定性、耐輻射和介電絕緣性能，常用于航天器輕質(zhì)隔熱材料、結(jié)構(gòu)材料與輻射防護(hù)材料等。近年來，隨著高強(qiáng)高模PI纖維的發(fā)展，其強(qiáng)度和模量均優(yōu)于芳綸，在航天器承力結(jié)構(gòu)中具有巨大的應(yīng)用潛力。
綜上所述，芳綸繩索具有突出的高溫力學(xué)性能，適用于高溫應(yīng)用場景。與芳綸相比，聚芳酯纖維具有優(yōu)異的抗蠕變性能，適用于長期負(fù)載工況。超高分子量聚乙烯繩索具有非常優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度，但是對高溫和載荷非常敏感。聚酰亞胺纖維的耐輻射性與熱穩(wěn)定性非常突出，是代替芳綸的理想材料之一。四種高性能有機(jī)纖維的性能特點(diǎn)為滿足編織繩索選用纖維材料的需要提供了保障。
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