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新時代下纖維高值化途徑——添加納米微粒

添加石墨烯（GP）條帶狀GP或氧化石墨烯（GPO）增強纖維已問世，其代表商品是東麗生產的GP增強滌綸，綜合性能提高了，且附加了抗靜電等功能。德黑蘭大學研究用靜電紡絲法制備GP填充的聚偏氟乙烯（PVDF）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）納米纖維，可用于濾材、生物醫療、傳感器、電池隔膜、手機和沖擊防護產品等。中國臺灣清華大學通過靜電紡絲法研制含混雜銀、GP的自組合聚氨酯納米纖維，作為柔性透明的薄導電膜，表面電阻為150Ω/m2，適用于未來的電極材料。在高性能纖維領域，不少專利文獻報道了在對位芳酰胺或PAN紡絲原液中添加條狀GP后，紡出的纖維或燒成的PAN－CF的力學性能均有所提高。東華大學研發的含GP的超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPEF）工藝技術已在江蘇九九久科技建設的250t/a裝置上試生產，但由于采用的是非條狀的普通片狀GP，力學性能提高不明顯。添加碳納米管（CNT） CNT改性纖維的生產方式主要有以下幾種：將少量CNT直接加入紡絲原液中形成復合材料纖維；通過化學氣相沉積（CVD）在碳纖維表面上直接長出CNT；通過化學或物理鍵合將CNT接枝到碳纖維表面；借助表面處理劑涂覆到纖維表面上。美國喬治亞工業學院研制過在PAN紡絲原液中添加1％多壁碳納米管（MWCNT），通過凝膠紡絲后進行碳化，終碳化溫度只需1450℃就可制得導電度高達68％的碳纖維。其導熱系數約為3000W/（m•K），比美國赫氏的碳纖維IM7和東麗的T300 PAN－CF分別提高103％和146％，而前者的高碳化溫度高于2200℃；其拉伸模量比T300和IM7分別提高45％和21％，而拉伸強度略有下降，這是由于在制備過程中滲入了微量金屬之故。 CVD法的應用實例是將CNT沉積在氧化鋁纖維表面上，可明顯提高與樹脂界面的層間剪切強度，但力學性能有所下降。如日本尤尼契可公司利用其納米分散技術，將一根根CNT均勻且穩定地附著在PAN－CF表面上，提高了與樹脂界面的層間剪切強度，抑制剝離力提高約30％。由于提高了碳纖維增強塑料（CFRP）的模量、耐沖擊性和抗振動衰減性，其復材結構部件可設計成薄型和輕量部件。我國也有科研院所和高校研制類似的CNT/CF，但尚未形成實際應用。東華大學多年前研發了CNT增強UHMWPE的復合材料纖維，而且已在杭州東南紡織廠建設了百噸級生產線，原UHMWPEF的蠕變、耐熱、阻燃和抗靜電性得到了一定改善，但產品的穩定性尚待改進。

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