耐火陶瓷纤维的分类

玻璃纤维和陶瓷纤维都是属于无机非金属材料，都是硅酸盐，他们既可以作为结构材料-即强调力学特性，也可作为功能材料-即强调电光声磁等特性，但： 1.一般来说玻璃一般是属于非晶物质，其纤维是通过熔融下拉丝形成；而陶瓷是具有晶体结构，其纤维是通过溶液或熔体导入晶种生长出来的，当然也可以通过化学合成或分解办法形成； 2.一般玻璃纤维可以拉得很长，用时根据要求剪短；而陶瓷受工艺条件影响，很难控制，且难生长出长纤维； 3.一般说的玻璃纤维耐温较低，最大的用途是做玻璃钢；陶瓷纤维耐温较高，最大的用途是作为耐火砖的结构材料，但一般不形成面料； 4.上述只能说一般，但也有特殊情况，如：碳纤维作为陶瓷纤维的一个特例，它就可以形成面料，其应用范围很广，从高温耐火材料、摩擦结构材料、火箭隔热材料、雷达隐身材料到民用的鱼竿等都有它的施展之处。

希望采纳

莫来石指的是一系列由铝硅酸盐组成的矿物统称，莫来石是Al2O3一SiO2系中稳定的二元化合物，这一类矿物比较稀少。

刚玉主要用于高级研磨材料，手表和精密机械的轴承材料。作为激光发射材料的红宝石系人造晶体。红宝石和蓝宝石都属于刚玉矿物，除星光效应外，只有半透明-透明且色彩鲜艳的刚玉才能做宝石。红色的称为红宝石，而其他色调的刚玉在商业上统称蓝宝石。

陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，因而在机械、冶金、化工、石油、陶瓷、玻璃、电子等行业都得到了广泛的应用。

多晶莫来石纤维并不具有致癌性。多晶莫来石纤维(PMF)是当今国内外最新型的超轻质高温耐火纤维，是整个Al2O3-SiO2系陶瓷纤维中的一种，使用温度在1500—1700℃，高出玻璃态纤维200-400℃。

自晶体纤维研制发功其独重量轻、耐高温、热稳定性、导热率低、热容量等优点广泛应用于世界各工业高温绝热领域。多晶莫来石纤维可应用于各种高温工业窑炉隔热陶瓷窑炉机械及冶金加热炉热处理炉及其它工业窑炉的热面内衬高温挡火隔焰窑门、窑车、膨胀缝等隔热材料玻璃窑隔热。

简介：山东民烨耐火纤维有限公司是一家专业从事陶瓷纤维材料的研制开发、生产经营及施工于一体的股份制企业，下属山东民烨耐火纤维有限公司淄川分公司、山东民烨耐火纤维有限公司微山分公司、山东民烨耐火纤维有限公司工程公司、山东民烨耐火纤维有限公司销售公司、怀仁县昌元陶瓷原料有限公司。

公司现有陶瓷纤维甩丝生产线35条，喷吹生产线4条、纤维毡、板半自动生产线10条，纤维毡、板自动流水生产线4条，船舶专用轻质耐火纤维毡、板、墙体房顶防火保温轻质板生产线2条。我公司陶瓷纤维系列产品主要有棉、毡、毯、纸、绳、布、折叠块、模块、晶体纤维等品种；温度为：普通型、标准型、高纯型、高铝型、低锆型、含镐型、晶体型等级别，总产量达9万余吨。产品销往全国并出口多个国家，受到客户朋友的好评。

我们始终坚持“诚信协作，追求卓越”的价值理念，以“为用户节能降耗创效益”为目标，服务用户、服务社会。

法定代表人：杨永清

成立日期：2002-04-08

注册资本：8800万元人民币

所属地区：山东省

统一社会信用代码：91370303738152211X

经营状态：在营（开业）企业

所属行业：制造业

公司类型：有限责任公司(自然人投资或控股)

英文名：North Refractories Co., Ltd.

人员规模：100-500人

企业地址：山东省淄博市高新区曹三村委西200米

经营范围：建材生产、销售(以上范围仅限山西分公司经营)生产、销售:硅酸铝纤维制品、碱土硅酸盐纤维制品、多晶纤维制品系列产品、耐火纤维纺织品、钙镁硅型可溶环保纤维制品系列产品、耐火材料系列产品、防火保温材料系列产品货物及技术进出口窑炉安装工程施工、技术咨询冶金工程施工窑炉设计、维修耐火材料、窑炉配套设备销售。(依法须经批准的项目,经相关部门批准后方可开展经营活动)**

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社旗县华恒晶体纤维有限公司是2017-11-03在河南省南阳市社旗县注册成立的有限责任公司(自然人独资)，注册地址位于社旗县赵河街道宏达路北侧。

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社旗县华恒晶体纤维有限公司的经营范围是：多晶莫来石纤维 陶瓷纤维及制品 生产 销售（涉及许可经营项目，应取得相关部门许可后方可经营）。

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材料类型极为繁杂，总体上的分类方法主要有下面七种。

一、按材料结晶状态分类

单晶质材料：有一个比较完全的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅等多晶质材料：由许多晶粒组成的材料，其性能与晶体大小和晶界的性质有 密切的关系。非晶态材料：由原子或分子排列远程无序的固体材料，如玻璃、高分子材料等。准晶态材料：不符合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体。

二、按材料尺寸分类零维材料：即粒子大小1-100nm的超微粒。

一维材料：光导纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。其晶须强度和刚度最高。二维材料：金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。

三维材料：块状材料。三、按化学组成分类 金属材料：

黑色金属及其合金

有色金属及其合金

非晶、微晶金属材料

低维金属材料

特种功能金属材料无机非金属材料：

玻璃与非晶无机非金属材料

低维无机非金属材料

人工晶体材料

无机陶瓷材料

特种功能无机非金属材料高分子材料：

塑料、橡胶和纤维

功能高分子材料

高性能高分子材料

高分子液晶材料复合材料：

金属基金复合材料

无机非金属基复合材料（如陶瓷基）

聚合物基复合材料（如树脂基）

其它复合材料（如碳-碳专用材料）四、按材料功能用途分类按功能分类，也就是按产品的使用性能及用途分类。可将材料分为结构材料及功能材料两大类。结构材料：具有较好的力学性能(比如强度、韧性及高温性能等等)、可用作结构件的材料， 它主要利用的是材料或制品机械结构的强度性能。例如，利用材料机械结构刚度与强度的建筑材料及工程材料，如水泥制品、建筑陶瓷、建筑玻璃、石棉水泥制品、石膏板、玻纤/环氧树脂、碳/酚醛树脂、精细陶瓷结构材料、云母陶瓷、云母塑料等。功能材料：具有特殊的电、磁、热、光等物理性能或化学性能的材料则可以统称为功能材料，它利用的是材料机械结构力学功能以外的所有其它功能的材料。例如利用材料的电、光、磁、热、摩擦、表面化学效应、胶体性能、填充密封性能等等。无论是结构材料，还是功能材料，其细分内容均十分繁杂，几乎可包含各个方面的用途。严格地说，结构材料也是一类功能材料，是属于力学功能型的一个大类。五、按物理性质分类导电材料

半导体材料

绝缘材料

磁性材料

透光材料

高强度材料

高温材料

超硬材料

等等六、按物理效应分类压电材料

热电材料

铁电材料

非线性光学材料

磁光材料

光电材料

电光材料

声光材料

激光材料

记忆材料

等等七、按材料应用领域分类结构材料

电子材料

电工材料

光学材料

感光材料

信息材料

能源材料

宇航材料

生物材料

环境材料

耐蚀材料

耐酸材料

研磨材料

耐火材料

建筑材料

包装材料

等等上述未包含液体类材料。在实际应用中，为研究和应用的方便，上面各类材料又往往被人们分成更细更多的类型或品种。

高性能纤维性能分析【摘要】分析了碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑 (POB)纤维和 M5 纤维等高性能纤维的重要特性以及它们的应用状况。 【关键词】高性能纤维先进复合材料分子结构重要特性应用 [中图分类号]TS102，528 [文献标识码]A [文章编号]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从 20 世纪 60 年代开始研发并推广的纤维材 料， 它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。 所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩 3 强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m )等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分 子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高性能纤维可用于防弹服、 蹦床布等特种织物的加 工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。本文分析和比较了碳纤维、 超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5 纤维等高性能 纤维的特性以及它们的应用状况。 1 高性能纤维 1·1 高性能纤维分类 无机纤维:碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。 有机纤维:超高强聚乙烯纤维(HPPE)、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO) 纤维、M5 纤维等。 1·2 碳纤维 碳纤维的生产始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初， 由有机纤维如腈纶(PAN)纤维、 粘胶纤 维或沥青纤维经预氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纤维的石墨六方晶体结构决定了其强度 大、模量高等优良性能，如日本东丽公司生产的 T-400 碳纤维，拉伸强度可达 4.2GPa，断 裂伸长率为 1.5%。碳纤维不燃烧，化学性能稳定，不受酸、盐等溶媒侵蚀。 1·3 超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在 20 世纪 70 年代出现， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子间距很近， 3 使纤维具备高强高模的特征， 其密度具有 0.97g/cm ， 是唯--能浮在水面上的高强高模纤维。 除此之外，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 1·4 芳香族聚酰胺纤维 20 世纪 70 年代，人们开始从事液晶态纺丝技术的研究，用于纺制高性能纤维，与普通 纺丝的分子结构截然不同，液晶态纺丝时形成的分子链只有刚棒状高取向的有序结构。 图 1 液态高聚物分子的构型示意图 (a)为典型普通大分子，为无规则线团(b)为刚性大分子， 在没有良好侧向作用和导向情况下的状态(c)为无规的棒状 液晶(d)为向列型液晶 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如 Kevlar(聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维)、 Twaron(聚对苯二甲酰间苯二胺纤维)、 Technora(聚对苯二甲酰对苯 二胺纤维)等，如图 3 所示，为芳香族聚酰胺高结晶和高取向分子结构。这类纤维性能比较 均衡，具有高强伸性能， 高韧性、耐腐蚀、耐冲击、较好的热稳定性，不导电，除了强酸和强碱外，具有较强的抗化 学性能。 图 3 芳香族聚酰胺晶体结构图 聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维 1998 年国际产业纤维展览会上，日本东洋纺展出了商品名为 Zylon 的 PBO 纤维，其化 学名为聚对苯撑苯并双恶唑，化学结构为: 1·5 PBO 纤维采用液晶纺丝法纺丝，由苯环和苯杂环组成的刚棒状分子结构以及分子链的高 取向度， 决定了它的优良性能。 PBO 初纺普通丝(AS 丝-标准型)就具有 3.5N/tex 以上的强度 和 10.84N/tex 以上弹性模量， 经热处理后可得到强度不变、 模量达 176.4N/tex 的高模量丝 (HM 丝-高模量型)。PBO 作为一种新型高性能纤维，具有高强度、高模量、耐热性、阻燃性 4 大特点，其强度与模量相当于 Kevlar (凯夫拉)的 2 倍，限氧指数(L01)为 68，热分解温 度高达 650℃，在有机纤维中为最高，被认为是目前具有最高耐热性能的有机材料之一。 表 1 PBO 纤维的性能 性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 1.54 1.56 抗拉强度(GPa) 5.8 5.8 拉伸模量(GPa) 180 280 断裂延伸率(%) 3.5 2.5 热分解温度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纤维与其他纤维的主要性能比较 性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航级碳纤维 密度(g/cm ) 纤维直径(?m) 抗拉强度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 断裂延伸率(%) 3 1.56 24 5.8 280 2.5 1.45 12 3.2 115 2.0 1.80 6 3.58 230 0.5 热分解温度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纤维 PBO 纤维推出的几年后，阿克卓·诺贝尔(Akzo Nobel)公司开发了一种新型液晶芳族杂 环聚合物:聚[2,5-二烃基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]，简称 "M5"或 PlPD，化学结构为: M5 纤维的结构与 PBO 分子相似——刚棒结构。 M5 分子链的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基团，容易形成强的氢键。如图 4 所示，与芳香族聚酰胺晶体结构不同，M5 在分子内与分 子间都有氢键存在，形成了氢键结合网络。 图 4 为 M5 纤维沿分子链轴方向的晶体结构，虚线为氢键。 图 4 M5 晶体结构 比较图 3 与图 4 可以清楚地看出，M5 大分子所形成的双向氢键结合的网络，类似一个 蜂窝。这种结构加固了分子链间的横向作用，使 M5 纤维具有良好的压缩与剪切特性，压缩 和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最。 2 高性能纤维特性分析比较 碳纤维石墨层面上碳-碳共价交键的存在，使作用于碳纤维上的应力，从一个石墨层转 移到相邻层面， 这些共价交键保证了碳纤维具有高的拉伸模量和压缩强度。 但这些共价键为 纯弹性键，一旦被打破，不可复原，即不显示任何屈服行为。所以碳纤维受力时，应力-应 变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的。 有机纤维的性能取决于分子结构、分子链内键及分子链间结合键。如前所述，超高强聚 乙烯纤维、PBO 纤维都具有优良的性能，但由于超高强聚乙烯纤维大分子链间的结合键为弱 的范德华键，使其纤维易产生蠕变，压缩强力较低，另外超高强聚乙烯纤维耐热性和表面粘 合性有限，因而不适合用作加固纤维。而 PBO 纤维也因大分子链间没有形成氢键结合、作用 力较弱，使得其压缩和扭曲性能较低，加之纤维表面惰性强，与树脂的结合能力较差，在复 合材料成型过程中，有明显的界面层，从而影响也限制了 PBO 的应用。 芳香族聚酰胺纤维高结晶度、高取向度的分子结构，使其具有高强伸性能，也是由于大 分子链间弱的作用力 (范德华键)，造成大分子链间剪切模量及压缩强度低。芳香族聚酰胺 纤维由氢键结合成的薄片状结构在受压缩载荷作用时易塑性变形， 薄片相对容易断开， 在严 重过载时会出现原纤化，最终导致压缩失效。 分子链间结合键以 M5 比较理想， M5 大分子间和大分子内的 N-H-O 和 O-H-N 的双向氢 在 键结构，是其具有高抗压性能的原因所在，热处理后的 M5 纤维，拉伸模量可达 360GPa，拉 伸强度超过 4GPa，剪切模量和抗压强度可达 7GPa 和 1.7GPa。此外 M5 而大分子链上含有羟 基，使它与树脂基体的粘结性能优良，采用 M5 纤维加工复合材料产品时，无需添加任何特 殊的粘合促进剂，且具有优良的耐冲击和耐破坏性。有资料显示，以 M5 为加固纤维的复合 材料，在压缩过载的情况下，测试样品仍能继续承受显著的(压缩)载荷，与之相比，碳纤复 合材料会粉碎，而芳香族聚酰胺复合材料则会被挤成纤丝状薄片(原纤化)。如图 5、图 6 分 别为一个碳纤维和一个 MS 纤维复合材料的失效测试条，显示了脆性与韧性失效之间的明显 差异。此外，M5 纤维的刚棒结构又决定了它有高的耐热性和高的热稳定性，空气中热分解 温度达到了 530℃，超过了芳香族聚酰胺纤维，与 PBO 接近，极限氧指数（LOI）为 59，在 阻燃性方面也优于芳纶。 图 5 碳纤维复合材料测试条的失败 图 6 M5 纤维料测试条的失败 表 1 为几种高性能纤维力学及物理特性。 表 1 高性能纤维的力学和物理特性 特性 高 强 度 超高强聚 高 模 量 芳 香 族 高 模 量 高模量 M5 纤 碳纤维 乙烯纤维 聚酰胺纤维 PBO 纤维 维（实验值） 抗拉强度(GPa) 伸长率(%) 拉伸模量(GPa) 压缩强度(GPa) 压缩应变(%) 密度(克/cm ) 标准回潮率(%) 限氧指数（LOI） 3 3.58 1.5 230 2.10 0.90 1.80 0.0 一 3.43 4.0 98.0 一 一 0.97 一 一 3.2 2.0 115 0.58 0.50 1.45 3.5 29 5.8 2.5 280 0.40 0.15 1.56 0.6 68 5.0 1.5 330 1.70 0.50 1.70 2.0 59 空气中热老化起 800 150 450 550 530 始温度(℃) 从表 1 看，M5 纤维的各种性能指标都接近或超过其它高性能纤维，为综合性能优良的 高性能纤维。 3 应用与前景 目前超高强聚乙烯纤维的应用主要是加工防弹用特种织物、防弹板、渔业用绳网、极低 温绝缘材料、混凝土补强加固用试验片材、光缆补强材料、降落伞绳带、汽车保险杠等。芳 香族聚酰胺纤维常见的品种 Kevlar、Twaron、Technora 纤维等，主要应用有作为复合材料 的增强体、渔业工业等用绳网、防弹服、防弹板、头盔、混凝土补强材料等。碳纤维的优良 特性使其广泛用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料，应用于宇宙机械、电波望远镜 和各种成型品，还有直升飞机的叶片、飞机刹车片和绝热材料、密封填料和滤材、电磁波屏 蔽材料、防静电材料、医学材料等。PBO 纤维从问世以来就受到人们的关注，其应用主要有 防冲击方面的加固补强材料、复合材料中的加固材料，用于防护的防弹服、防弹头盔、消防 服、高性能及耐高温传动带、轮胎帘子线、光纤电缆承载部分、架桥用缆绳、耐热垫材等。 与各种高性能纤维相比，M5 纤维的综合性能更优越，这使得它的应用领域更广泛。尤 其是 M5 纤维的抗冲击力和耐破坏性，使它在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用 前景，如应用于航空航天等高科技领域，在高性能纤维增强复合材料中 M5 也具有很强的竞 争力。当前 M5 纤维的研究比较活跃，随着研究的深人，其性能和应用将得到不断的提高和 拓展。 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进步， 随着 世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，以及军事、航空航天、海洋开发、产业应用的 迫切需要，高性能纤维的开发与应用前景将更为广阔。

新型高性能纤维M5的研究与应用

摘要:本文介绍了一种新型液晶芳族杂环聚合物,聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5).简述了M5纤维的制作方法,M5纤维特殊的分子结构特征,并通过与其它高性能纤维的比较,阐述了M5纤维优良的性能,特别是其良好的压缩与剪切特性.除此之外,M5纤维的高极性还使其更容易与各种树脂基体粘接,这使M5纤维的综合机械性能比目前其它高性能纤维都好.文中还展望了M5纤维的应用前景.

前言

近年来,随着对有机高性能纤维的不断深入研究,在刚性高性能纤维领域已经取得了很大的进展.但大多数高性能纤维,因分子间结合力的薄弱而导致某些力学性能上的不足,如PBO纤维大分子链间较弱的结合力,使其压缩和扭曲性能较差.纤维材料的压缩性能,主要取决于纤维大分子之间的相互作用程度[1,2].通常纤维扭转模量可作维表征大分子之间相互作用程度的一个量度.因此,如何增强大分子链之间的相互作用,已成为进一步强化刚性聚合物纤维力学性能的一个重要问题.

作为Akzo-Nobel实验室的研究成果,一种新型的高性能纤维,即著称的M5已经被研究出来.聚合物是聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)[3].由于M5纤维沿纤维径向即大分子之间存在特殊的氢键网络结构,所以M5纤维不仅具有类似PBO纤维的优异抗张性能,而且还显示出优于PBO纤维的抗压缩性能.

1高性能纤维M5

1.1 单体的选择及M5的合成[4]

在M5聚合物的制备过程中,其关键步骤是单体2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成.TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)经硝化还原后制成,反应方程式如下所示:

在M5的合成过程中,TAP需经盐酸化处理并以盐酸盐形式参与聚合反应.若TAP直接以磷酸盐的形式参与反应,不但可以避免盐酸腐蚀作用,还可以加快聚合反应速度,但却易发生氧化作用.

另一单体2,5-二羟基对苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制备M5聚合物的重要环节,可由2,5-二羟基对苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反应方程式如下所示:

M5纤维的聚合过程与聚对苯撑苯并二恶唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可将TAP和DHTA两种单体按一定的等当比同时加入到聚合介质多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脱除HCI后逐渐升温至180℃,反应24h,得到M5聚合物,反应方程式如下所示:

2 M5的分子结构特征及聚合物的聚集态结构

2.1 M5的分子结构特征

M5纤维在分子链的方向上存在着大量的-OH和-NH基团,容易在分子间和分子内形成强烈的氢键.因此,其压缩和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最.M5纤维的刚棒状分子结构特点决定了M5纤维具有较高的耐热性.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.图1热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图[5].图2热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图[5].图1和图2都显示了热处理后PIPD纤维的微观二维结构,即在大分子间和大分子内分别形成了N-H-O和O-H-N的氢键结构,这种双向氢键的网络结构正是M5纤维具有高抗压缩性能的原因在.

图1 热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图

图2 热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图

2.2 M5的聚集态结构

图3 PIPD-AS沿C轴方向的分子结构示意图

如图3所示,为含有21%左右水分子的PIPD-AS纤维的结晶结构.由于PIPD-AS纤维中存在着大量的水,因而使得PIPD-AS纤维有很大的质量热容,而且具有良好的耐燃性能.表2和表3所列出的实验结果也证实了这一结论[16,19].

如图4所示,为不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图[16].从图4可以看出,PIPD-AS纤维在热处理过程中晶体中的水分被脱出,变成无水聚合物晶体,从而在垂直于纤维方向的平面内形成二维氢键网状结构.有实验表明,经过热处理后PIPD纤维的结晶度和取向度都有很大的提高.

图4 不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图

Klop EA等[22]通过PIPD晶体结构的X射线衍射实验研究发现,因PIPD试样的处理温度不同,在PIPD的分子内部可出现不同形式的结晶结构—单斜结晶晶胞和三斜结晶晶胞(如图5和图6所示).单斜和三斜的晶胞参数分别为:

单斜结晶: a=12.49 ,b=3.48 ,c=12.01 ,=90°,=107°,=90°

三斜结晶:a=6.68 ,b=3.48 ,c=12.02 ,=84,=110°,=107°

Takahashi等[20,21]采用中子方法测得的PIPD-HT晶胞参数为:

a=13.33 ,b=3.462 ,c=12.16 ,=84°,=105.4°,空间结构为P21/,

单斜晶胞区别于三斜晶胞的不同之处在于,三斜晶胞的氢键网络结构仅仅是靠沿对角线平面的大分子连接的,而单斜晶胞可在垂直于纤维方向的平面内形成了二维氢键网络结构,显然这种二维氢键网络结构,使得M5具有其它高性能纤维所无法比拟的高剪切强度,剪切模量和压缩强度.

图5 PIPD单斜晶胞在ab面和ac面上的投影 图6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影

3 M5纤维的纺丝工艺[9,16]

3.1 M5纤维的成形

M5纤维的纺丝是将质量分数为18~20%左右的PIPD/PPA纺丝浆液(聚合物的MW为6.0×104~1.5×105)进行干喷湿纺,空气层的高度为5-15cm,纺丝温度为180℃,以水或多聚磷酸水溶液为凝固剂,可制成PIPD的初生纤维.其中,实验用喷丝孔直径范围为65-200 m,喷头拉伸比取决于喷丝空的直径,可达70倍,所得纤维直径为8-14 m.所得M5的初生纤维需在热水中进行水洗,以除去附着在纤维表面的溶剂PPA,并进行干燥.

图7 M5纤维的热处理示意图

3.2 M5纤维的热处理

为了进一步提高初生纤维取向度和模量,对初生纤维在一定的预张力下进行热处理,如图7所示.在这一过程中,M5纤维取向度将伴随着由其分子结构的改变引起的剪切模量的增加而增大.对M5初生纤维进行热处理能够改善纤维的微观结构,从而提高纤维的综合性能.M5初生纤维再进一步用热水洗涤除去残留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮气环境下于400℃以上进行大约20s的定张力热处理,最终可得到高强度,高模量的M5纤维.在此需要特别指出的是,如果热处理温度过低或处理时间过短,则PIPD-AS和PIPD-HT的转变是可逆的.因此,热处理温度与热处理时间对M5纤维的模量影响很大.

4 M5纤维的性能

4.1 力学性能

图8 PIPD-AS和PIPD-HT纤维的应力-应变曲线图

如图8所示,热处理后的PIPD纤维同PIPD的初生纤维相比较,二者的力学性能截然不同,PIPD-AS纤维存在屈服,而PIPD-HT纤维不存在这种现象.Lammwers M[18]等研究发现,经过200℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的0.7Gpa提高到1.7Gpa,而经过400℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的0.7Gpa提高到1.1Gpa.显然对于PIPD的初生纤维来讲,并非热处理温度越高越好.通过用偏光显微镜观察发现:在400℃热处理的纤维中存在裂纹,这可能是导致压缩强度下降的原因,因此,热处理温度不宜太高.

表1[9-14]给出了几种高性能纤维的力学性能和其它性能的对比数据,其中的力学性能包括拉伸强度,断裂伸长,模量以及抗压缩强度等.与其它3种纤维相比,M5的抗断裂强度稍低于PBO,远远高于芳纶(PPTA)和碳纤维,其断后延伸率为1.4%与其它高性能纤维相比,M5纤维的模量是最高的,达到了350GPaM5的压缩强度低于碳纤维,但却远远高于Twaron-HM纤维和PBO纤维,这归因于M5的二维分子结构[17].

表1 M5纤维与其它高性能纤维的比较

纤维

拉伸强独/Gpa

断裂伸长/%

初始模量

/ Gpa

压缩强度

/ Gpa

压缩应变

/ %

密度/(g.cm-3)

回潮率

/%

Twaron-HM

3.2

2.9

115

0.48

0.42

1.45

3.5

C-HS

3.5

1.4

230

2.10

0.90

1.80

0.0

PBO

5.5

2.5

280

0.42

0.15

1.56

0.6

M5

5.3

1.4

350

1.60

0.50

1.70

2.0

纤维

空气中的热稳定性

/℃

LOI

/%

电导性

抗冲击性

抗破坏性

编制性能

耐紫外性

Twaron-HM

450

29

-

++

+

+

-

C-HS

800

N/A

++

--

--

--

++

PBO

550

68

-

++

N/A

+/-

--

M5

530

>50

-

++

++

+

++

M5纤维特殊的分子结构,使其除具有高强和高模外,还具有良好的压缩与剪切特性,剪切模量和压缩强度分别可达7GPa和1.6GPa,优于PBO纤维和芳香族聚酰胺纤维,在目前所有聚合物纤维中最高.

图9 M5纤维的轴向压缩SEM图

一般来讲,当高性能纤维受到来自外界的轴向压缩力时,其纤维内部的分子链取向会因轴向压缩力的存在而发生改变,即沿着纤维轴向出现变形带结构.而对M5纤维来讲只有当这种轴向压缩力很大时才会出现这种结构[11].如图9所示,当M5纤维受到外界的轴向压缩力时,压缩变形后的M5纤维中也会出现一条变形带结构,但与其它高性能纤维(如PBO)相比较,M5纤维的变形程度要小很多.

4.2 阻燃性能

表2 PIPD-AS和PIPD-HT纤维耐燃性能的重要参数[5]

试样

PHRR①

(kWm-2)

TTI②

(s)

SEA③

FPI④

(sm2kW-1)

残留量

(%)

PIPD-AS

43.7

77

224

1.760

61

PIPD-HT

53.7

48

844

0.890

62

PBO-HM

47.7

56

2144

1.170

72

Twaron

204.4

20

70816

0.098

11

Nomex

160.4

14

38670

0.087

24

PVC

253.0

14

113937

0.055

15

注:①热量释放最大速率(PHRR)②引燃时间(TTI)③比消光面积(SEA)④耐燃性能指数(FPI)

表2所列数据是热量计热流为75kW/m2时测得的,也就是在试样表面温度为890℃左右时测得的值.纤维试样放在一块1cm2的线网上.试样原始重量在10.3g-11.5g之间.

从表2可以看出,PIPD-AS纤维热量释放最大速率(PHRR)为43.7kWm-2,也就是说单位时间内PIPD-AS释放出最小的热量,与其它高聚物相比是一种较好的阻燃剂用材料.PIPD-AS纤维的点燃时间最长为77s,远高于Nomex纤维.SEA是用来衡量单位物质燃烧时产生的烟雾量,PIPD-AS纤维达到了224m3/kg,而Nomex纤维为38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纤维的SEA值远低于Nomex纤维,说明PIPD-AS纤维燃烧时产生的烟雾量要远少于Nomex纤维.同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纤维的耐燃性能指数(FPI)最高为1.76sm2kW-1.从表2中各项耐燃性能参数可以看出PIPD纤维在耐燃性方面,要好于其它高性能纤维,即PIPD纤维在耐燃性方面将具有较好多应用前景.

M5纤维的刚棒状分子结构决定了它具有较高的耐热性和热稳定性.从表2中可以看出,PIPD-HT纤维具有与聚对苯亚基苯并双嗯哇(PBO)纤维相似的FPI值,但它在燃烧过程中更不容易产生烟.M5在空气中的热分解温度为530℃,超过了芳香族聚酰胺纤维,与PBO纤维接近.M5纤维的极限氧指数(LOI)值超过50,不熔融,不燃烧,具有良好的耐热性和稳定性[7].

4.3 界面粘合性能

与PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纤维相比,由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.采用M5纤维加工复合材料产品时,无需添加任何特殊的粘合促进剂.M5纤维在与各种环氧树脂,不饱和聚酯和乙烯基树脂复合成形过程中,不会出现界面层,且具有优良的耐冲击和耐破坏性[6,8].

4.4 热力学性能

图10 四种不同含水量M5纤维的DSC扫描图

图10为M.G.NoRTHoLIT[19]等用SetaramC80D热量计测得的四种不同含水量M5纤维的DSC谱图.研究发现将1g试样材料放在一个开放的测试槽内,以0.2℃/min的速度,在30℃-200℃范围内得到一张扫描图,如图5所示.从DSC谱图可以看出,四种不同含水量M5纤维的吸热峰面积及位置与开放测试槽内水分的蒸发有关.从表3可以看出,含有结晶水的M5初生纤维的热吸收值与不含结晶水的M5纤维的热吸收值之间存在着较大的差别,而PIPD初生纤维和PIPD HT试样的热吸收值之间几乎没有什么差别.通过以上研究发现完全干燥的PIPD初生纤维的晶体结构与PIPD-HT试样结构类似.

表3 不同含水量的PIPD纤维的热吸收值

试样

热吸收值(J/g)

PIPD初生纤维(含水量20%)

637

PIPD初生纤维(干燥)

163

PIPD HT(含水量7%)

378

PIPD HT(干燥)

185

5 应用及展望

作为一种先进复合材料的增强材料,M5纤维具有许多其它有机高性能纤维不具备的特性,这使得M5纤维在许多尖端科研领域具有更加广阔的应用前景M5纤维可用于航空航天等高科技领域用于国防领域如制造防弹材料用于制造运动器材如网球拍,赛艇等.

M5纤维特殊的分子结构决定了其具有许多高性能纤维所无法比拟的优良的力学性能和粘合性能,使它在高性能纤维增强复合材料领域中具有很强的竞争力.与碳纤维相比,M5纤维不仅具有与其相似的力学性能,而且M5纤维还具有碳纤维所不具有的高电阻特性,这使得M5纤维可在碳纤维不太适用的领域发挥作用,如电子行业.由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接.

正是由于M5纤维具有许多其他高性能纤维所无法比拟的性能和更加广阔的应用前景,这使得众多的科研工作者都积极地致力于M5纤维的研究.相信在不久的将来,随着对M5纤维研究的进一步深入,作为新一代的有机高性能纤维—M5纤维必将得更加广泛的应用.

如果我们想要使用它的话，就要先清楚硅酸铝耐火保温材料的组成是怎么样的，而且，还必须要知道耐火保温材料都有哪些，这样的话才可以在所有的材料中选出一款合适的。

可能很多人对于保温材料非常的陌生，这种材料从字面意义上来理解的话就是有保温效果的，其实并不是这样，如果我们想要使用它的话，就要先清楚硅酸铝耐火保温材料的组成是怎么样的，而且，还必须要知道耐火保温材料都有哪些，这样的话才可以在所有的材料中选出一款合适的。

硅酸铝耐火保温材料的组成

按其中氧化铝含量的多少可分为半硅质〔氧化铝为15％一30％｝，粘土质〔氧化铝为30％一48％｝，高铝质（氧化铝大于48％）三类。属于多组分的混合晶体，生成熔体时通常存在着熔融和溶解两个比较复杂的过程。一般以叶蜡石、硅质土、耐火粘土和高铝矾土为主要原料，其产品品种多，使用范围广，在耐火材料生产中占有较大的比重。除制成烧成或不烧砖外，还可以制熔铸制品，以及不同档次的捣打料、浇灌料、耐火涂料等多种不定形耐火材料。

该材料具有重量轻、耐高温、热稳定性、导热率低、热容量小、机械振动性好、加热、保温性能好、膨胀性好，通过特殊处理制成的铝硅酸盐纤维板、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维毡、硅酸铝纤维毡制品。模型密封材料具有导热系数低、耐高温、重量轻、使用寿命长、抗拉强度高、弹性好、无毒性等特点，是新型材料代替石棉，广泛应用于冶金、电力、机械、化工等行业的保温隔热。

耐火保温材料有哪些

耐火保温材料主要是指无机保温材料和复合型保温材料。按形态可分为：纤维状的饰面、矿渣棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉、陶瓷纤维等，微孔桩的硅藻土、硅酸钙、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土等，气泡状的泡沫玻璃、火山灰玻璃、泡沫黏土、发泡混凝土等，膏浆状的胶粉聚苯颗粒保温浆料等。

它们的共同特点是难燃防火，可用于防火等级要求高的建筑物，其中硅酸钙、硅酸铝、石棉等还可用于温度高的输热管道保温。

上面的这篇文章主要给大家讲了一下硅酸铝耐火保温材料的组成是怎么样的，文章里给你们介绍的这些知识都是一些比较通俗易懂的语言，我们一看就可以看的懂，那么，从中已经知道了它是由什么组成的，这样的话在使用的时候就会容易很多了，同时，文章里也告诉了大家耐火保温材料都有哪些。