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多组分纤维的前沿应用研究

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2018年04月12日14:38 纺织导报
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20世纪60年代,美国DuPont(杜邦)公司利用多种聚合物物料,成功得到纤维截面结构各异的双组分纤维,使得双组分纤维功能性的变化受到纤维厂家的普遍重视,其产品陆续进入传感器、药液控释、光电传输及电磁屏蔽等领域。

多组分纤维的应用研究基本集中于3个类型,即并列型、皮芯型和多芯配置的纤维。随着碳纳米管(CNT)的出现,添加单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)的复合材料赋予了多组分纤维很好的电、磁性能,导热性能和机械特性,进一步拓展了功能性纺织品的应用市场。下面盘点近年来多组分纤维的前沿应用研究。


多组分光催化纤维及其在水净化和异味消除方面的应用

目前去除水中有机污染物的途径主要是采用膜过滤、活性炭吸附、生化处理、臭氧氧化或高端氧化技术,这些方法存在着成本高、能耗高的缺陷。而多组分光催化纤维具有节能的优点,即可借助于太阳能降解有机污染物或去除病原体,光催化不需要高温高压条件,一般情况下也无需添加化学氧化剂。

研发中的TiO2/纤维素纳米纤维复合材料在UV环境下表现出了十分好的光催化特性,再进行改性处理后得到的Ag/TiO2/纤维素纳米纤维和Au/TiO2/纤维素纳米纤维复合材料均可在可见光中显示出良好的光催化功能特性,可用于饮用水净化和农业用水处理。此外,采用TiO2光催化纤维能够分解气味,可用于消除纺织品的异味。

多组分导电纤维及其在复杂环境下材料结构检测方面的应用

德国亚琛大学纺织研究所(RWTH)开展了聚合物传感器纤维项目的研究,研究中使用压电聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂为皮层,PP-CNT-低熔点金属制剂为芯组分,该压电传感器纤维在外界环境条件变化时,复合纤维可转化出电信号,用于复杂环境下的材料结构的检测,比如用于土木工程、风能设备结构的强度和叶片负荷状况变化的监测,被认为是最具价值的应用领域之一。


双组分纤维在增强混凝土施工中的应用

混凝土增强用双组分纤维经济性好,并已证实可以替代钢纤使用。聚烯烃双组分纤维已成功用于混凝土工程,其皮层添加纳米粉末和添加剂,可大大改善混凝土的断裂强度、弹性模量和机械性能。通过平板试验和四点弯曲试验,以及实际应用和现场检测数据显示,聚烯烃皮芯型复合纤维的结构具有在负荷下不出现剥离的优点,有效改善了纤维与混凝土间的黏合力,提高了混凝土的抗弯曲强度,可用于预制件、工业地面施工和地震防护设施的建设。

流动芯双组分纤维及其在个体防护领域的应用

流动芯双组分纤维对于来自外部环境的碰撞冲击,传统的个人防护方法是靠增强复合材料的壳体承载力,以防止或减缓人体可能受到的伤害。而利用流动芯纤维材料正成为个人防护材料的新理念,液态组分填塞型纤维有望成为一种全新的、适用度极高的防护材料。

 

开发中的流动芯型复合纤维,基于芯层的流变特性,展现出了与速率相关联的黏弹性。芯层采用聚合物和可流动介质,面对外来冲击,流变芯层的移动可明显减缓冲击强度,大大强化了纤维材料对冲击变化的自适应性。

美国Hills(希尔)公司通过不同流体和各种注入方式的组合实验,成功地为流变芯双组分纤维成形提供了专用成形组件,其流变芯的使用量可占据芯层腔体的36%。目前流动芯纤维研究中,可选择使用的皮层材料包括PP、低密度聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)6、PA12等。流变芯组分主要是聚二甲硅氧烷、聚乙二醇、聚烯烃低聚物。

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