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高强高模聚乙烯纤维性能和用途.

高强高模聚乙烯纤维性能和用途.
高强高模聚乙烯纤维性能和用途.

高强高模聚乙烯纤维性能和用途

(一)性能介绍

UHMWPE纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量,而且能量吸收性能比芳纶优越,并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。它是目前强度最高的纤维之一,比强度能达到优质钢的15 倍,模量也很高,仅次于特种碳纤维。断裂伸长率较其它特种纤维高,断裂功很大。

UHMWPE 纤维性能指标:

回潮无沸水收缩率<1%,熔点135~145℃,导热率(沿纤维轴向)20w/m k ,热膨胀系数-12×106/k21,介电常数(22℃,10GHhz)2.25,介电强度900kv/cm 。

(1)优良的力学性能

高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3,只有芳香族聚酰胺纤维(芳纶)的2/3、高模碳纤维的1/2,而轴向拉伸性能很高。Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的,比拉伸模量比高模量碳纤维低,但比芳香族聚酰胺纤维高得多。如果再考虑比重的话,它是一种非常独特的纤维,在保持良好性能同时,还能省重量。高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的,因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。几种高性能纤维的性能比较表见表1—5。图1—12是各种纤维的应力—应变曲线,从图上可以看到,强度在2.734~3.5N/tex 范围内,高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%,相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说,拉断该纤维所花费的能量是最大的。图1—13对几种纤维的比强度、比模量进行了比较。从图中可以看出,高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维,在相同质量的材料中,强度最高。

(2)优良的耐冲击性能

UHMWPE 纤维是玻璃化温度低的热塑性纤维,韧性很好,在塑性变形过程中吸收能量,因此,它的复合材料在高应变率和低温下,仍具有良好的力学性能。抗冲击能力比碳纤维、芳纶纤维及一般玻璃纤维复合材料高。UHMWPE 纤维复合材料的比冲击总吸收能量Et/p 分别是碳纤维、芳纶和E 玻璃纤维的1.8,、2.6和3倍,其防弹能力比芳纶的装甲结构高2.5倍。UHMWPE 纤维的冲击强度几乎与尼龙相当,在高速冲击下的能量吸收是芳纶(PPTA )纤维、尼龙纤维的两倍。这种性能非常符合制作防弹材料。

(3) 极好的弯曲性能

超高分子量聚乙烯纤维具有极好的弯曲性能,能不断裂地形成针织线圈和打结头。而玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维的弯曲性能较差。对各种纤维加工性能进行比较,超高分子量聚乙烯具有很高的勾结强度和成环强度,UHMWPE纤维比芳纶成圈性能更好。

(4)纤维抗蠕变性能

HSHMPE纤维的蠕变性能取决于使用环境的温度和负荷情况,纤维在35℃和1g/d负荷状态下的蠕变情况如表3所示,与常规得到的纤维相比,其抗蠕变性能已经非常杰出。

(5)良好的抗湿性和抗化学腐蚀性能

由于聚乙烯的化学结构简单,因此耐腐蚀性能极好。用这种纤维制造的产品不会由于和酸、碱、污海水等接触而损失其强度。UHMWPE纤维具有高度的分子取向和结晶,大分子截面积小,所以链间排列紧密,从而有效地阻止水分子和化学试剂的侵蚀,因此使其具有了良好的耐溶剂溶解性能。Spectra纤维在多种介质中,如水、油、酸和碱等溶液中浸泡半年,其强度可完全保留。Spectra纤维在水中浸泡两年,仍可保留原有的强度,还可防生物腐蚀。表1—8列出了Spectra 纤维和Kevlar纤维在各种化学介质中的强度保留率。UHMWPE纤维大分子链上不含任何芳香环、氨基、羟基或其它易受活性试剂攻击的化学基团,结晶度又高,因此在各种苛性环境中强度均保持在90%以上,而芳纶在强酸、强碱中下降则很大。

表1—9给出了在室温条件下高强高模聚乙烯纤维耐化学性能的实测数据。结果表明,高强高模聚乙烯纤维经强酸作用一周后,其强度不变,模量损失10%;一个月后强度损失5%,模量损失10%。相比之下,虽然开始阶段模量稍有变化,但随着时间的增长,没有进一步变化的趋势。

(6)耐磨性能

材料的耐磨性能一般随着模量的增大而减小,但对于UHMWPE纤维,趋势却相反,这是因为它的摩擦系数低所致,故而其具有很高的耐久性。。Spectra900PE 纤维绳子的破断循环数n比芳纶高8倍,耐磨性和耐弯曲疲劳强度也比芳纶高适合做绳索。由于它的易加工性,在工业方面有很好的应用前景。UHMWPE的耐磨性能居塑料之冠,比碳钢、黄钢还耐磨数倍,它的耐磨性是普通聚乙烯的数十倍以上,并且随着相对分子质量的增大,其耐磨性能还进一步提高,但当相对分子质量达到一定数值后,其耐磨性能不再随相对分子质量的增大而发生变化。(7)电绝缘和耐光性能

UHMWPE纤维增强复合材料的介电常数和介电损耗值低,反射雷达波很少,因此对雷达波的透射率高于玻璃纤维复合材料。聚乙烯材料的介电常数的和节电损耗值这两个值最小,适用于制造各种雷达罩。此外,UHMWPE的介电强度约为700kV/mm,能抑制电弧和电火花的转移。

图1—14是各种纤维耐光性的比较,十分明显,UHMWPE纤维的耐光性是图中所有纤维中最好的。与芳纶纤维相比,UHMWPE纤维的断裂强度在长时间光照作用下依然有很高的保持率。芳纶纤维不耐紫外线,使用时必须避免阳光直接照射,而聚乙烯纤维由于化学结构上的优势,是有机纤维中耐光性最优异的纤维,

即使经过1500h光照之后,UHMWPE纤维的强度保持率还有68%左右,而其他纤维均在50%以下。

(8) 耐切割性能

高强高模聚乙烯纤维(商品名为Certran)具有良好的耐切割性能,与Kevlar29和Spectra1000的耐切割性能相当,可应用于加工制作防切割工作服等。由于该纤维比Kevlar29的加工工艺流程短、无溶剂回收问题、设备投资少、价格低,因此将会在制作防切割纺织品等方面受到重视。

(9) 耐高能辐射性能

超高分子量聚乙烯纤维在受到赣能辐射,如电子射线或r射线的照射时,分子链会发生断裂,纤维强度会降低。有研究表明,当对射线的吸收剂量达到1*102kj/kg时,会对纤维的性能产生显著的影响,但当吸收剂量高达3*106kj/kg 时,纤维还可以保持可用的强度,因此,在UHMWPE纤维正常生产和存储期间,无须对日照进行特殊防备。

(10) 耐低温

超高分子量聚乙烯纤维在液氦温度(-269℃)下仍具有延展性,而芳纶到-30℃便失去了防弹性能;超高分子量聚乙烯纤维在液氮中(-195℃),也能保持优异的冲击强度,这一特性是其他塑料所没有的,因而他能够用作核工业的耐低温部件。

(11) 优越的能量吸收性能

UHMWPE纤维是玻璃化转变温度较低的热塑性纤维,韧性很好,能在塑性变形过程中大量吸收能量;纤维的模量非常高,具有较低的伸长率,断裂所需的能量很大。因此,它的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能,抗冲击能力比碳纤维、芳伦纤维及一般玻璃纤维复合材料高。该纤维复合材料的比冲击总吸收能量Et/ρ分别是碳、芳伦和E玻璃纤维的1.8,2.6和3倍,其防弹能力是芳伦纤维的装甲结构高2.5倍。这些性能被用于弹道保护产品和防切割、防冲击产品上。

(12) 低的介电常数和介电损耗

UHMWPE纤维的介电常数和介电损耗值低,在各种制作复合材料的纤维中最小,反射雷达波最小,因此对雷达波的透射率很高,这个性能常被用来制作各型雷达的外罩。

(13)耐紫外线能力强

芳伦纤维不耐紫外光,使用时必须避免阳光直接照射,而UHMWPE纤维是有机纤维中耐光性最优异的纤维。同样经紫外光照射1500小时,该纤维的强度保持率在90%左右,而芳伦纤维只有30%。

(14) 热性能

普通聚乙烯纤维的熔点为134℃左右,UHMWPE纤维的熔点比其高10~20℃。所测的熔点值与施加在被测纤维上的张力有关,张力愈大熔点愈高。UHMWPE纤维的最高使用温度为80℃~100℃。但在稍高温度短时间下仍能保持原有性能,这一点对用于复合材料时的加工非常重要。纤维力学性能与使用加工温度有关,在80℃温度下,强度、模量约下降30%,在低温(-30℃)下强度和模量随之升高。热处理(130℃,3h)后,强度和模量均为未经处理纤维的80%。另外,高强聚乙烯纤维增强塑料的热传导率也很高,同钢一样高。

(15) 其他性能

UHMWPE 纤维在高温和张力下使用会发生蠕变。蠕变行为的大小与冻胶纺丝中使用的溶剂种类有关,若使用的溶剂为石蜡油、石蜡,则由于溶剂不易挥发易残存于纤维内,蠕变倾向显著;而用挥发性溶剂十氢萘时,则所得纤维的蠕变性

能极大地改善。另外,UHMWPE 纤维质轻(特别低的比重),UHMWPE 是世界上唯一一种密度比1.0 还低的超级纤维,其比重为0.97,比水还轻,这种纤维能浮于水上。UHMWPE 纤维除具有上述性能外,还具有其它优异的物性。

(二)用途介绍

高强高模聚乙烯纤维除在现代化战争、宇航、海域、防御装备等方面发挥重要作用外。由于超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性,它在高性能纤维市场上,包括从海上油田的系泊绳到高性能轻质复合材料方面均显示出极大的优势。

1、国防军需装备方面

由于该纤维的耐冲击性能好,比能量吸收大,在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料。如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌等,其中以在防弹衣中的应用最为引人注目。超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值u,p是钢的l0倍,是玻璃纤维和芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。

防弹防护方面的应用:UHMWPE纤维在安全防护用品领域的应用集中体现了UHMWPE纤维的优异性能,UHMWPE纤维复合材料的抗冲击韧性很好,比冲击吸收能量是高级复合材料中最高的。防护用品包括防弹用品、防刺用品、防割(含防划伤)用品。防护用品是目前高强高模聚乙烯纤维的主要领域,单是UD布的生产就使用了高强高模聚乙烯纤维总量的45%以上,UD布是生产防弹衣、防刺服、防弹板、防弹装甲的核心材料,其中最主要的产品是软质防弹衣。高强高模聚乙烯纤维防护用品与芳纶、碳纤维防护用品,以及陶瓷、钢铁、合金防护用品相比,在保证防护性能的前提下,大大降低了防护用品质量。例如用于头盔可减重400g 左右,相当于壳体重的30%~40%,可大大减轻使用人员的负担,所以深受欢迎。在轻质装甲方面,高强高模聚乙烯纤维有很好的应用前景,如可用于直升机防护装甲、坦克装甲、装甲车装甲等,仅装甲一辆坦克或装甲车就需要UD产品400kg 或更多,如果能推广使用,用量将十分可观。随着军备水平的提高,对高强高模聚乙烯纤维的需求也将越来越多。高强高模聚乙烯纤维防护用品的使用温度可低至零下150℃,已经超出地球低温极限,而芳纶在零下30℃就会失去防弹性能,

因此在高寒地区,高强高模聚乙烯纤维产品是防护用品的首选。它具有轻柔的优点,现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。用UHMPE纤维制生产的安全带与一般纤维生产的产品相比,具有更高的撕裂强度;由于UHMWPE纤维的伸长较小,可以限制冲撞时乘客的移动量,尤其UHMWPE纤维所具有的耐磨损性、耐光性、耐水性及耐寒性,提高了安全带的使用寿命;另外,由于具有较高的强度,可以减少纤维的用量,使安全带的厚度减少,易于卷人收缩器,且手感柔软,佩戴舒适。利用UHMWPE纤维的超高强力、质轻以及良好的耐老化性,可以提高建筑物外防护网的安全系数和使用寿命。

2、航空航天方面的应用

在航天工程中,由于该纤维复合材料轻质高强和抗冲击性能好,适用于各种飞机的翼尖结构、飞船结构和浮标飞机等。以其制成的武装直升机和战斗机的壳体材料还具有优异的防弹性能。该纤维也可以用作航天飞机着陆的减速降落伞和飞机上悬吊重物的绳索,取代了传统的钢缆绳和合成纤维绳索,其发展速度异常迅速。

3、民用方面

(1)绳索、缆绳方面的应用:绳、缆、索类的重要指标之一是破裂强度。高强高模聚乙烯纤维的破裂强度大大高于其他高强度纤维,可制作各种捻制编制的耐海水、耐紫外线、不会沉浸而浮于水面的工具,用该纤维制成的绳索、缆绳、船帆和渔具适用于海洋工程,是UHMWPE纤维的最初用途。UHMWPE纤维具有轻质高强、使用周期长、耐磨、耐湿、断裂伸长大等特性,而普遍用于负力绳索、重载绳索、救捞绳、拖拽绳、帆船索和钓鱼线等。用此纤维制成的直径1cm的绳索断裂强度达120kN,与钢丝绳相比,重量减少50%,强度却能提高15%,寿命是钢丝绳几倍,使用及存放方便,有着广阔的前景。传统船用缆绳一般采用涤纶、锦纶和丙纶工业丝,国内生产使用较多的是锦纶缆绳和丙纶缆绳,两者约各占一半。采用UHMWPE纤维用于制造替代上述品种的缆绳,其成品不仅能克服丙纶制品易老化而导致强度迅速下降的一系列问题,还由于其密度小于水及其他纤维,从而解决了涤纶和锦纶缆绳操作重量大、沉入水中易缠绕螺旋桨而引起事故等各种难题。荷兰DSM公司的UHMWPE纤维用于制造缆绳的要占总产量的40%,说明绳索是UHMWPE纤维应用的重要领域。国内目前船用缆绳的年需求量接近10000吨。随

着我国经济发展水平的提高,高性能纤维制造的船用缆绳必将逐步替代现用船缆。

(2)渔网:目前合成纤维已成为制作渔网的最普遍的材料。国内用于织网的原料以锦纶和普通聚乙烯纤维为主,锦纶渔网丝年用量6000吨,聚乙烯年用量在20000—30000吨之间。在网线强度相同的条件下,用UHMWPE纤维加工成的渔网重量比普通聚乙烯纤维渔网轻50%以上,或同样重量的纤维可制造更大尺寸的网具,使其每平方米的拉网阻力减少40%,即在同等功率的船只上可使用开口面积更大的拖网,使捕鱼效率提高80%。

(3)体育器材用品:UHMWPE纤维可用于作各类球拍、安全帽、滑雪板、帆轮板、钓竿、冲浪板和自行车骨架材料的增强材料,也可直接用于制作钓鱼线和球拍弦。由于UHMWPE纤维复合材料比强度、比刚度高,韧性和损伤容限好,因此制成的运动器械既轻又耐用。此类休闲、消遣类产品随着生活水平的提高,需求量呈不断上升的趋势。

(4)医用高分子材料:高强高模聚乙烯纤维的生物相容性和耐久性都较好,化学稳定性好,不会引起人体的过敏反应和生物排斥反应,作为生物医用材料已成功应用于牙托材料、医用移植物和医用缝合线及人造器官,例如人造关节,人造韧带,人造肢体以及组织支架、输血泵等方面。在股关节中,高强高模聚乙烯纤维作为髋臼部件,在髋臼的凹处为金属、陶瓷股骨头旋转、往复运动提供活动空间。在膝关节中,高强高模聚乙烯纤维主要作为衬垫材料,承载上下骨的摩擦与运动;目前结合高强高模聚乙烯纤维挤出和计算机控制的堆积成型技术,可以制备形状复杂且具有多孔的支架材料,如现在已经成功开发出熔融堆积方法生产的人耳组织支架;将高强高模聚乙烯纤维作为血液泵的材料,经测试无生物毒性并且可以长期使用。高强高模聚乙烯纤维与乙烯、丁烯和苯乙烯弹性体共混作为血液袋可以耐-196℃温度,并且在低温下保持良好的塑性。

(5)工业上:该纤维及其复合材料可用作耐压容器、传迭带、过滤材料、汽车缓冲板等;建筑方面可以用作墙体、隔板结构等,用它作增强水泥复合材料可以改善水泥的韧度,提高其抗冲击性能。超高分子量聚乙烯纤维目前属世界范围内的稀缺物资,世界年需求量约5万吨,其中美国占70%。但目前全世界产量不足10000吨,缺口很大。据国内外专家预测,未来10年内每年超高分子量聚乙

烯纤维的市场年需求量将在l0万吨以上,市场潜力巨大,前景广阔。

薄膜:以板材为基础,高强高模聚乙烯纤维经切削加工可制成厚度在1mm以下的薄膜。高强高模聚乙烯纤维薄膜具有非常稳定化学性质,具有优秀的耐溶剂、抗腐蚀性,还具有优良的疏水性,耐冲击性和耐磨损性。

管材:高强高模聚乙烯纤维管材在2001年被科技部列为国家科技成果重点推广计划,属化工类新材料、新产品,同时将高强高模聚乙烯纤维管材列为当前优先发展的高科技产业重点领域项目。高强高模聚乙烯纤维管材作为一种高耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、自润滑、不结垢、内压强度高、噪音小、无毒、轻便的新型塑料管材,是固体、液体、气体三态物质均可输送的高性能工程塑料管材。如高强高模聚乙烯纤维管道优异的耐化学腐蚀性和耐环境应力开裂性,使其在各油田得到广泛的应用,同时解决了管道腐蚀的问题。

(6)其它复合材料的应用: UHMWPE纤维及其复合材料在此方面具有巨大的发展潜力,因而成为世界材料界瞩目的一种高技术材料。专家学者通过研究开发,大大拓宽了其应用领域。高强高模聚乙烯纤维及其织物经表面处理后,可改善其与聚合物树脂基体的粘合性能,从而达到增强复合材料的效果。这种材料的质量大幅度减轻,冲击强度较高,消震性明显改善。此外,用高强高模聚乙烯纤维增强的复合材料具有较好的介电性能,抗屏蔽效果也优异,因此,可用作无线电发射装置的天线整流罩、光纤电缆加强芯、X光室工作台。表1-14列出了Dyneema 复合防弹板在不同类型军用弹种下的实验参数。表1-15列出了用不同高性能纤维制备的军用头盔的防弹性能。其他复合材料的应用。

(a)极低温材料:近年来,日本东洋纺公司利用Dyneema纤维复合材料(DFRP)的耐极低温性将它应用于超导设备、电力、车辆和医疗领域。过去在电力领域一直期待采用超导线圈,但绕于卷框上的导体会产生热收缩及与卷框间的摩擦热,从而破坏了超导状态,使线圈无法发挥正常功能,而改用DFRP卷框后,由于可耐温-196—-269 ℃,因此可解决此问题。东京电力公司与东芝公司共同开发的限流器交流线圈的卷框,自1994年起改用了DFRP制品,使用效果良好。在医疗器械、传感器的支承柜等领域采用DFRP材料,可降低占制造成本90%以上的加工费用。

(b)高性能的薄壁高压容器:由于UHMWPE纤维的抗拉强度高,抗化学腐蚀和抗

溶解性能好,以其为原料通过缠绕或手糊的方式制成的复合材料可制成耐压容器,适用于存贮各种气体或液体介质。它的形状转换有效性约为98%,UHMWPE 纤维制成的耐压容器的性能系数比芳纶制成的产品大45%。

(c)雷达的透射和吸收材料:UHMWPE纤维的介电常数低,介电损耗值低,电信号失真小,比传统用作雷达的玻璃纤维低得多,而它的透射系数却比玻璃纤维高,是制作高性能轻质雷达罩的首选材料,以其复合材料制成的各种类型的雷达罩可应用于不同场合。

(d)水上结构材料:由于UHMWPE纤维复合材料具有防湿性、防海水腐蚀、耐磨性和防切割性,以UHMWPE纤维复合材料制成的舰船、赛艇等具有重量轻、船身经久耐用的优点,还可用它制作潜望镜和海上平台等结构材料,以提高其综合性能。它被广泛地用作救生船、风帆、帆布篷和防水衣服等。

(e)建筑材料:

UHMWPE纤维复合材料可用作墙体、隔板结构等,以高强PE短纤维增强的水泥复合材料,可以改善水泥的韧度和强度,提高了抗冲击性能,综合性能远远优于普通的钢筋水泥材料。此外,UHMWPE纤维复合材料还可用于道路、桥梁、建筑物和管道的修补,其工艺简单快捷、成本低、可靠性高。

纤维增强型基布材料:UHMWPE纤维作为基布材料,在蓬盖布、运输带、挡油堤以及其他领域的应用具有重要地位.UHMWPE纤维可用于制成撕裂强度高而且质轻的蓬盖布,并且具有良好的防水性和紫外线照射性能。运输带今后的发展方向是强力型,因此UHMWPE纤维在该领域极具发展前途。海上油船由于事故造成原油及其他化学产品泄漏,对生态平衡和渔业资源会造成严重的破坏。国外现已成功运用UHMWPE纤维材料制成充气浮体作为挡油堤,将原油等污染物与其他海域隔离,从而营造出好的“回收环境”。

防洪抢险新材料:作为防洪抢险用的高强塑料网石兜的最大特点是高强度、轻量化、大容量。在防洪抢险中能发挥操作便捷、施工速度快、抛投效果显著的作用。此外,可用于各类堤防工程的防冲护趾、护底、护坡,也可用于滋洪道,水闸防冲槽,桥墩部位的加固和防护,抗洪抢险中封堵缺口、漏洞和坍塌等,围堰工程可用作浅水作业打堰基。

十五种化纤的用途

系列一、粘胶纤维:rayon,viscose fiber 1、普通粘胶纤维: 1.粘胶棉型短纤维切断长度35~40mm,纤度1.1~ 2.8dtex(1.0~2.5旦)与棉混纺可做细布、凡立丁、 华达呢等。 2.粘胶毛型短纤维,切断长度51~76mm,纤度 3.3~6.6dtex(3.0~6.0旦),可纯纺,也可与羊毛混 纺,可做花呢,大衣呢等。 2、富强纤维: 1.是粘胶纤维的改良品种。 2.纯纺可做细布、府绸等。 3.与棉、涤等混纺,生产各种服装。 4.耐碱性好,织成织物挺括,洗涤后不会收缩和变形,较为耐穿耐用。 3、粘胶丝: 1.可做服装、被面、床上用品和装饰品。 2.粘胶丝与棉纱交织,可做羽纱,线绨被面。 3.粘胶丝与蚕丝交织,可做乔其纱,织锦缎等。 4.粘胶线与涤、锦长丝交织,可做晶彩缎、古香缎等。 4、粘胶强力丝: 1.强力比普通粘胶丝高一倍。 2.加捻织成帘子布,用于汽车、拖拉机、马车轮胎。 系列二、涤纶纤维:polyester fiber 1.短纤维: 可以纯纺,但通常与棉、毛、粘等纤维混纺,以改善它的服用性能。 1.棉型纤维1.65~ 2.2dtex(1.5~2.0D)*35~40mm 涤棉混纺为主,混纺比一般涤65%~67%,棉35%~33%,亦可以其他比例混纺 高强低伸型: 强力高、伸长小、棉纺可纺性好,细纱品质指标高,织物挺括、滑爽、保形性好,主要用于与棉混纺,根据规格不同,可纺制各种轻薄、滑爽衣料,高强度针织纱,缝纫用线等 低强高伸型; 织物染色性好、手感软,耐磨、耐冲击,不易起球,服用性能佳,但强力较低,细纱断头多,主要用于与毛、粘混纺

2.中长型2.2~ 3.3dtex(2~3D)*51~76mm 主要用于与毛型粘胶纤维混纺,混纺比和棉涤混纺比大致相同。为降低成品和织物价格,粘胶纤维可增至50%。织物用于缝制外衣、便服、衬衫、女裙、运动服等 3.毛型2.75~ 4.4dtex(2.5~4D)*35~40mm 主要用于与毛混纺,混纺比:涤纶45%~55%,羊毛55%~45%,织物主要用于缝制外衣用,除以上用途外,涤纶短纤维还可与其他天然纤维以及天然纤维下脚料等混纺,也可与其他两种纤维混纺,制备三合一织物。随着新品种的开发,涤纶的某些缺点正在得到改进,用途更为广阔 2.长丝: 包括预取向丝(POY)和拉伸丝(DTY)主要用于加工成低弹丝后进行织造,也可直接进行机织或针织加工 1.常规丝 110~165dtex(100~150D)以上 适用于做各类仿毛织物等中厚衣料 78.4~82.5dtex(68~75D) 适于做一般的服用衣料 33~55dtex(30~50D) 适于做各种薄型仿丝绸织物、内衣料、被面、装饰布等 2.异形丝 丝的横截面不同于常规圆形截面,有三角形截面丝光足,宜制各类仿丝绸织物;多叶形截面被覆性好,织物松软,有弹性,毛型感强,适宜加工仿毛产品;中空形截面纤维轻、软、保温性、回弹性好,可仿羽绒,做絮棉、棉胎、枕芯等 3.空气变形丝 单丝相互缠结,形成在纱表面具有小丝圈的变形纱。该纱不仅保留了涤纶强度高、耐磨性好、织物挺括、易洗快干等优点,而且克服了涤纶低弹丝无法克服的极光、蜡感和透气性差等缺点。可直接机织、针织,省去卷曲、切断、打包、再送至纺织厂进行清花、钢丝、并条、粗纱、细纱等多道工序。所制织物在满足舒适性、仿真丝外观、膨松性和覆盖性能等方面可与精纱相匹敌。仿毛型制成的织物不仅手感和外观酷似纯毛织物,而且物美价廉 4.网络丝(免浆丝) 单丝间抱合力高,集束性好,可直接机织、针织,省却加捻、上浆等工序。根据交络不同,可织丝绸、派力司、华达呢、花色呢等 5.混纤丝(花色丝) 利用合纤的各种特性将不同组分的原丝或不同截面、不同收缩率以及不同光泽、色泽的改性、变形丝、复丝或化纤以无规、嵌段、皮芯、并列等形式合股或交捻地混在一起,产品变化无穷。根据不同的花色丝,能织出各种不同效果的织物,能生产仿毛、仿真丝、仿麻等织物 6.细旦丝 均可仿制人造麂皮,超细纤维更为柔软,织物可做外套、皮鞋面料等 7.有色丝 纤维有着色均匀、色牢度好、产品质量高、后加工成本低、三废污染少。可纯纺、混纤、色织加工成各种衣着用品及耐光性能良好的制品] 8.改性丝(主要指阳离子染料可染改性涤纶) 可在常温、常压下用阳离子染料或分散性染料染色。产品色泽鲜艳、色调浓、色牢度、成本低、易用匹染的方法使产品获得交染、留白、深浅色的效果,对于改变花色,更换品种,既快又经济。

超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展

超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展 第1期50 2011年3月 纤维复合材料 FIBERCoMPoSITES Nl Mar.,2011 超高分子量聚乙烯纤维的技术与市场发展 赵刚,赵莉,谢雄军 (中国航天第三研究院,北京100074) 摘要本文简要介绍了世界高性能纤维主要品种——超高分子量聚乙烯纤维的基本性能和主要应用领域,重点 归纳了十几年来国内外相关企业的生产,技术和行业发展状况,综合分析了国内外超高分子量聚乙烯纤维及其复 合材料市场的供需趋势,指出了该种纤维行业具有良好的产业发展优势与前景. 关键词高性能纤维;超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE纤维,HS—HMPE纤维);复合材料市场 UltraHighMolecularWeightPolyethyleneFiberMaterial TechnologyandMarketDevelopmentProspect ZHAOGang,ZHAOLi,XIEXiongjun (TheThirdResearchAcademyofChinaAerospace,Beijing100074) ABSTRACTThissummarydescribeshighperformancefiber_一ultrahighmolecularweightpolyethylene(UHMW— PE)fiberintheword,anditsbasicperformanceandmainapplicationarea,focusrelatedenterp riseofproduction,technolo? gYandindustrydevelopmentstatus,analysisthemarketofthesupplyanddemandtrendsofthe fiberanditscomposites,

碳纤维综述

PAN 基碳纤维 摘要: 聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能,是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料,同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本文简要介绍了其结构,制备方法,性能,应用领域及其前景。 关键词:PAN 基碳纤维 碳纤维结构 PAN 基碳纤维制备 PAN 基碳纤维性能 PAN 基碳纤维应用前景 航天 军事 体育用品 1. 碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳,它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物,碳化历程不同,形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别,这主要是由于其结构不同,碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体,含碳量约75%~95%;石墨纤维的结构与石墨相似,含碳量可达98%~99%,杂志少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2. PAN 基碳纤维的制备 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤:PAN 的聚合, 原丝的制备,原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN 的聚合 由于PAN 分子结构的特性,纯聚体PAN 不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中,往往采用共聚PAN 来制备PAN 原丝。引入共聚单体可以起到如下作用:减少聚合物原液中凝胶的产生;增加聚合物的溶解性和可纺性;降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些负作用:降低原丝的结构规整性和结晶度;增加大分子链结构的不均匀性;引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN 在熔点(317°C )以下就开始分解,因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离,纤维的成形机理有所改变,因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失,干湿法纺丝的原丝表面及内单体引发剂 聚合 纺丝 原丝 预氧化 预氧丝 炭化 石墨化 表面处理 上浆 碳纤维 石墨纤维

棉纤维的吸湿性能

(一)棉纤维得吸湿性能 棉纤维就是一种多孔性物质,由于纤维素大分子上存在很多得游离亲水性基团(羟基),所以能从潮湿空气中吸收水分与向干燥空气放出水分,这种现象称为棉纤维得吸湿性。棉纤维得吸湿性,对其她各项物理性能都有影响。如棉纤维吸湿后,重量增加,密度先增大后减小,强伸度增加,导电性能增强,纤维膨胀等。因此,在籽棉加工、农商交接、纤维性能测试以及纺织生产等过程中,都要规定并控制棉纤维得吸湿量。 棉纤维得吸湿就是比较复杂得物理化学现象。棉纤维含水得原因,主要有纤维本身结构以及大气温度与相对湿度等。 1.影响棉纤维吸湿得内部因素 亲水基因:棉纤维得主要成分就是纤维素。纤维素大分子上每个葡萄糖剩基上有3个羟基,它们属于亲水基因,对水分子有相当得亲与力,所以棉纤维分子结构中得自由羟基得数目越多,棉纤维得吸湿能力就越大。 棉纤维内得纤维素大分子上除羟基直接吸附水分以外,已被吸附得水分子,由于它本身也具有极性,帮也可吸附其她水分子,使后来吸附得水分子积聚在上面,称为间接吸附得水分,这些水分子排列不定,结合力也比较弱,存在于纤维内部得微小间隙成为微毛细水;当温度很高时,这种间接吸收得水分可以填充到纤维内部较大得间隙中,成为大毛细水。随着微毛细水与大毛细水得增加,棉纤维发生溶胀可以拆开分子间得一些联结点,使得更多得自由羟基与水分子结合。 分子排列:棉纤维中纤维素分子链相互间排列不匀,存在着结晶区与非结晶区。在结晶区,纤维素分子链排列整齐,分子间距较大,仅在少数点联结,结合力弱,就是一种松弛得网状结构,大多数自由羟基都向水分子开放,水分子很容易进入,所以棉纤维得吸湿主要发生在非结晶区。因此棉纤维得结晶度越低,吸湿能力越强。对单根棉纤维来说,初生层得非结晶区比次生层得多,不成熟得棉纤维非结晶区所占得比例比成熟棉纤维得大。因此,不成熟得低级棉常含有较高得水分。 除了结晶度影响纤维得吸湿性外,在同样得结晶度下,微晶体得大小对吸湿性也有影响。一般说来,晶体小得吸湿性较大。另外,大分子得取向度一般对吸湿性得影响较小,但聚合度有时对纤维得吸湿能力有一定得影响。 表面吸附:棉纤维暴露在大气中,就会在纤维表面吸附一定量得水汽与其她气体,这一般称为物理吸附。表面吸附能力得大小与纤维比表面积有一定得关系。单位体积得棉纤维所具有得表面积,叫棉纤维得比表面积。棉纤维愈细,棉纤维中缝隙孔洞愈多,比表面积愈大,吸湿性也要大一些。所以棉纤维得比表面积得大小,也就是影响吸湿性得一个因素。例如,在同样条件下,成熟差得棉纤维比成熟好得棉纤维比表面积大,其吸湿性也较大。 纤维素伴生物:棉纤维除主要成分就是纤维素外,还有少量得果胶、蛋白质、多缩戊糖、脂肪与蜡质、以及某些无机盐类等伴生物。脂肪与蜡质就是疏水物质,能保护棉纤维不易受潮。果胶、蛋白质、多缩戊糖,以及无机盐类中得氧化铁、氧化镁、氧化钙等就是亲水物质,能使棉纤维得吸湿性增强。因此,棉纤维中纤维素伴生物得性质与含量,也影响棉纤维得吸湿程度。另外,棉纤维在采集与初加工过程中还保留一定数量得杂质,这些杂质往往具有较高得吸湿能力。因此,棉纤维中含杂得多少,对棉纤维得吸湿性也有一定得影响。 2.影响棉纤维吸湿得外部因素 与棉纤维含水有关得外部因素有大气压力、温度与相对湿度。由于地球表面上大气压力得变化不大,这里主要讨论空气温度与相对湿度对棉纤维吸湿能力得影响。 相对湿度:棉纤维含水大小与空气得相对湿度密切相关。在一定得大气压力与温度下,相对湿度愈高,空气中水蒸气分压愈大,即单位体积内得空气中水分子数目愈多,水分子进入棉纤维中得机会愈多,其吸湿时就愈大。反之,当空气中水蒸气分压与相对湿度降低时,棉纤

高强高模聚乙烯纤维性能和用途.

高强高模聚乙烯纤维性能和用途 (一)性能介绍 UHMWPE纤维特殊的结构特征决定了它具有许多良好的优异的性能。一般而言,高强高模聚乙烯纤维本身具有三种形状:即单丝、复丝和带子,形状规格不同其物理性能差异较大。UHMWPE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和模量,而且能量吸收性能比芳纶优越,并且也弥补了高性能的碳纤维、碳化硅纤维等断裂应变小的弱点。同时它还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。它是目前强度最高的纤维之一,比强度能达到优质钢的15 倍,模量也很高,仅次于特种碳纤维。断裂伸长率较其它特种纤维高,断裂功很大。 UHMWPE 纤维性能指标: 回潮无沸水收缩率<1%,熔点135~145℃,导热率(沿纤维轴向)20w/m k ,热膨胀系数-12×106/k21,介电常数(22℃,10GHhz)2.25,介电强度900kv/cm 。 (1)优良的力学性能 高强高模聚乙烯纤维的密度为0.97g/cm3,只有芳香族聚酰胺纤维(芳纶)的2/3、高模碳纤维的1/2,而轴向拉伸性能很高。Spectra1000纤维的比拉伸强度时现是高性能纤维中最高的,比拉伸模量比高模量碳纤维低,但比芳香族聚酰胺纤维高得多。如果再考虑比重的话,它是一种非常独特的纤维,在保持良好性能同时,还能省重量。高强高模PE纤维的理论值可达320km,约为芳纶的二倍。由于复合材料的拉伸强度是由纤维控制的,因此高强高模聚乙烯纤维单向增强复合材料的纵向拉伸性能也很好。几种高性能纤维的性能比较表见表1—5。图1—12是各种纤维的应力—应变曲线,从图上可以看到,强度在2.734~3.5N/tex 范围内,高强高模聚乙烯纤维的断裂伸长率为3%~5%,相对于碳纤维、玻璃纤维和芳香族聚酰胺纤维来说,拉断该纤维所花费的能量是最大的。图1—13对几种纤维的比强度、比模量进行了比较。从图中可以看出,高强高模聚乙烯纤维的比强度、比模量明显高于其他纤维,在相同质量的材料中,强度最高。

碳纤维的特性及应用

碳纤维的特性及应用 碳纤维是高级复合材料的增强材料,具有轻质、高强、高模、耐化学腐蚀、热膨胀系数小等一系列优点,归纳如下: 一、轻质、高强度、高模量 碳纤维的密度是1.6-2.5g/cm3,碳纤维拉伸强度在2.2Gpa以上。因此,具有高的比强度和比模量,它比绝大多数金属的比强度高7倍以上,比模量为金属的5倍以上。由于这个优点,其复合材料可广泛应用于航空航天、汽车工业、运动器材等。 二、热膨胀系数小 绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数,室内为负数(-0.5~-1.6)×10-6/K,在200~400℃时为零,在小于1000℃时为1.5×10-6/K。由它制成的复合材料膨胀系数自然比较稳定,可作为标准衡器具。 三、导热性好 通常无机和有机材料的导热性均较差,但碳纤维的导热性接近于钢铁。利用这一优点可作为太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。 四、耐化学腐蚀性好 从碳纤维的成分可以看出,它几乎是纯碳,而碳又是最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外,对酸、碱和有机化学药品都很稳定,可以制成各种各样的化学防腐制品。我国已从事这方面的应用研究,随着今后碳纤维的价格不断降低,其应用范围会越来越广。 五、耐磨性好 碳纤维与金属对磨时,很少磨损,用碳纤维来取代石棉制成高级的摩檫材料,已作为飞机和汽车的刹车片材料。 六、耐高温性能好 碳纤维在400℃以下性能非常稳定,甚至在1000℃时仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐热性,树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右,陶瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航空航天工业。 七、突出的阻尼与优良的透声纳 利用这二种特点可作为潜艇的结构材料,如潜艇的声纳导流罩等。 八、高X射线透射率 发挥此特点已经在医疗器材中得到应用。 九、疲劳强度高 碳纤维的结构稳定,制成的复合材料,经应力疲劳数百万次的循环试验后,其强度保留率仍有60%,而钢材为40%,铝材为30%,而玻璃钢则只有20%-25%.因此设计制品所取的安全系数,碳纤维复合材料为最低。

我国高强高模聚酰亚胺纤维技术国际领先

我国高强高模聚酰亚胺纤维技术国际领先 2016.6 “年产30吨高强高模聚酰亚胺纤维制备技术及装备”项目通过科技成果鉴定 2016年6月25日,中国石油和化学工业联合会在北京组织召开了由北京化工大学和江苏先诺新材料科技有限公司共同完成的“年产30吨高强高模聚酰亚胺纤维制备技术及装备”项目科技成果鉴定会。 中国科学院院士周其凤,中国工程院院士陈祥宝以及行业专家组成的鉴定委员会对该项目进行了评定。鉴定委员会听取了项目完成单位的各项报告,审阅了相关材料,观摩了系列产品,经过质询和讨论,一致同意通过鉴定,该成果整体处于国际领先水平。 该成果创新性地设计出具有高强高模特点化学结构的聚酰亚胺纤维,实现了结构性能的调控。开发了高强高模聚酰亚胺纤维一体化纺丝工艺,提高了单体的可选择性、纤维结构和性能的可调控性,更加环境友好。自主设计研发成功高强高模聚酰亚胺纤维一体化制备工艺和成套设备,建成了国内外首条年产30吨规模高强高模聚酰亚胺纤维一体化生产线,并实现了小批量稳定化生产,具有自主知识产权。

该成果制备的聚酰亚胺纤维拉伸强度≥3.5GPa,模量≥150GPa,具有非常优异的综合性能,在轻质高强防弹、透波、压力容器、热防护等领域具有广阔的应用前景。 专家认为,该成果对我国自主高性能材料保障下游供给具有重要意义,并建议进一步加大投入,加强应用研究和推广,尽快实现规模化生产,进一步巩固我国在该领域的领跑地位。 目前,北京化工大学武德珍教授团队正在着手进行百吨级生产线的建设。 高强高模聚酰亚胺纤维简介

高强高模聚酰亚胺纤维由于含有特殊的酰亚胺环结构,能够同时具有非常优良的机械性能、耐高低温性能、自熄性能、耐辐射性能,以及优良的介电性能、耐腐蚀性能、生物相容性和低密度性,是综合性能最为优异的一款高性能有机纤维,在航空航天、国防军工、核工业、微电子等领域具有广阔的应用前景。但是,由于聚酰亚胺不溶不熔的特点,使高强高模聚酰亚胺纤维极难纺制。 (来源:中国化工报)

棉纤维性质

棉纤维性质 长度 棉纤维长度是指纤维伸直时两端间的距离,是棉纤维的重要物理性质之一。棉纤维的长度主要由棉花品种、生长条件、初加工等因素决定。棉纤维长度与成纱质量和纺纱工艺关系密切。棉纤维长度长,整齐度好,短绒少,则成纱强力高,条干均匀,纱线表面光洁,毛羽少。 棉纤维的长度是不均匀的,一般用主体长度、品质长 棉纤维化学、物理性质 度、均匀度、短绒率等指标来表示棉纤维的长度及分布。主体长度是指棉纤维中含量最多的纤维的长度。品质长度是指比主体长度长的那部分纤维的平均长度,它在纺纱工艺中,用来确定罗拉隔距。短绒率是指长度短于某一长度界限的纤维重量占纤维总量的百分率。一般当短绒率超过15%时,成纱强力和条干会明显变差。此外,还有手扯长度、跨距长度等长度指标。 线密度 棉纤维的线密度是指纤维的粗细程度,是棉纤维的重要品质指标之一,它与棉纤维的成熟程度、强力大小密切相关。棉纤维线密度还是决定纺纱特数与成纱品质的主 不同日均温、土壤水量下不同品种棉纤维长度 要因素之一,并与织物手感、光泽等有关。纤维较细,则成纱强力高,纱线条干好,可纺较细的纱。 成熟度

棉纤维的成熟度是指纤维细胞壁的加厚程度,即棉纤维生长成熟的程度,它与纤维的各项物理性能密切相关。正常成熟的棉纤维,截面粗、强度高、转曲多、弹性好、有丝光、纤维间抱合力大、成纱强力也高。所以,可以将成熟度看成棉纤维内在质量的一个综合性指标。 强度和弹性 棉纤维的强度是纤维具有纺纱性能和使用价值的必要条件之一,纤维强度高,则成纱强度也高。棉纤维的强度常采用断裂强力和断裂长度表示。细绒棉的 常用纤维的基本性能 强力为3.5~4.5cN,断裂长度为21~25km;长绒棉的强力为4~6cN,断裂长度为30km.由于单根棉纤维的强力差异较大,所以一般测定棉束纤维强力,然后再换算成单纤维的强度指标。棉纤维的断裂伸长率为3%~7%,弹性较差。 吸湿性 棉纤维是多孔性物质,且其纤维素大分子上存在许多亲水性基因(—OH),所以其吸湿性较好,一般大气条件下,棉纤维的回潮率可达8.5%左右。 耐酸碱性 棉纤维耐无机酸能力弱。棉纤维对碱的抵抗能力较大,但会引起横向膨化。可利用稀碱溶液对棉布进行“丝光”。 此外,棉纤维中还夹着杂质和疵点,杂质有泥沙、树叶、铃壳等,疵点有棉结、索丝等。它们即影响纺织的用棉量,也影响加工和纱部质量,所以必须进行检验,严格控制。 编辑本段棉型织物的特点 棉型织物是指以棉纱或棉与棉型化纤混纺纱线织

棉纤维的性能及其应用

棉纤维的性能及其应用 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

课文翻译: 吸湿性和良好的吸湿排汗性能使棉纤维的一个更舒适的一个比较高的水平。因为在纤维素的羟基基团,棉花对水有很强的吸引力。当水进入纤维棉,膨胀,其截面变得更圆。水分和膨胀时湿让棉花吸收水的重量约四分之一的高亲和力的能力。这意味着,在炎热的天气里,身体的汗会吸收棉织品,沿运纱布的外表面和蒸发到空气中。因此,身体会帮助维持其温度。 不幸的是,棉花的亲水性使得它容易受到水渍。如在咖啡或葡萄汁的水溶性色素会渗入纤维随着水;当水分蒸发,着色剂是困在纤维。也许主要的缺点,棉织品是他们的倾向,皱纹和去除皱纹的困难。棉纤维的刚度降低纱线抗起皱能力。当纤维弯曲的一种新的配置,氢债券持有的纤维素链在一起破裂和分子滑动以减少纤维中的应力。在新的位置的氢键的改革,所以当破碎力去除纤维保持在新的位置。这是氢键,有助于保持皱纹的断裂和改革,使棉织品要熨。 棉花是具有良好的耐磨性和尺寸稳定性好,中等强度的纤维。这是抵抗酸,碱和有机溶剂,通常提供给消费者。但由于它是一种天然物质,它是受攻击的昆虫,霉菌和真菌。最突出的是棉花霉烂的倾向,如果允许存在潮湿。 棉花抗太阳光和热,虽然直接暴露于恒定的强烈的阳光会引起黄的最终降解纤维。变黄时也可能出现在气干燥器干燥棉织品。颜色的变化是一种化学反应的纤维素和氧或氮氧化物之间在热空气中干燥的结果。棉花将保留其白度较长时,线干或在电干燥器中干燥。 主要感兴趣的是事实,棉纱时干时湿比。此属性的宏观和微观结构特征的纤维的结果。当水被吸收,纤维膨胀,其截面变得更圆。通常这种大量的外来物质的吸收会导致内部应力较高,导致纤维弱化。然而,棉花,水的吸收导致的内部应力减少。因此,减少内部应力来克服,肿胀的纤维变得更强。同时,在纱线溶胀纤维按对彼此更强烈。的内部摩擦增强纱线。此外,所吸收的水作为一个内部润滑剂,赋予纤维较高水平的灵活性。这说明棉花衣服更容易熨潮湿时。纯棉织物易收缩不利于洗涤。 也许比任何其他纤维,棉满足服装,家居家具,休闲的要求,和工业用途。它提供了强大的,面料轻薄,柔软,易干燥,易清洗。在服装,棉提供服装,舒适,容易干燥,在明亮的,持久的色彩,容易照顾。主要的缺点是一种棉纱和棉布收缩起皱的倾向。收缩可以由应用程序的控制防缩整理。免烫性能可以通过化学处理或由棉纤维混纺传授更多的抗皱,如涤纶。 在居家摆设,耐用是棉花,织物一般服务。虽然他们可能缺乏来自其他纤维材料的形式出现,棉织品提供一个舒适,温馨的环境。棉织物一直是几十年来的床单和毛巾的支柱,因为他们是舒适,耐用,和吸湿剂。涤/棉混纺织物提供没有铁的床单和枕套,保持一个清晰的现代消费,新鲜的感觉。 用于娱乐用途,棉花已被用于帐篷和野营装备,船帆,运动鞋和运动服。棉花是特别适合的帐篷。一个帐篷织物必须能够“呼吸”,让居住者不被自己的二氧化碳。此外,与外界空气交换减少湿度在帐篷和使它变得闷。机织物棉可以打开足够舒适,提供良好的透气性。帐篷也流下的水,当被雨水打湿,棉纱膨胀,降低纱线和抗水渗透之间的间隙。今天,然而,沉重的帆布齿轮被取代的轻质尼龙检测设备。

1.高强高模天然纤维——蜘蛛丝要点

——蜘蛛丝 作者:凌正 摘要:蜘蛛丝是一种天然动物蛋白纤维,含有(GPGXX)n/(GPGQQ)n、An/(GA)n、(GGX)n等多种重复多肽序列,具有多样的分子结构、机械性能与生物生态学功能,同时还具有强度高、弹性好、初始模量大、断裂能大、可生物降解、生物相容性好、保湿性好、轻盈等其它合成高性能纤维所无法比拟的优良机械性能及特性。为此,本研究对蜘蛛丝的组成、结构、机械性能、纺丝机理、应用前景进行了概述,并且通过对蜘蛛丝的氨基酸组成及其丝纤维的表面形态结构和蜘蛛丝的分子构象与聚集态结构的分析研究,探索蜘蛛丝的组成与结构对其性能的影响,对于开发新型纤维材料具有重要启迪意义。 关键词:高强、高模、天然纤维、蜘蛛丝、结构、机械性能、应用前景。

正文: 前言 蜘蛛因具有许多天然纤维甚至高性能合成纤维无法比拟的优异力学性能,而成了国内外许多研究机构和学者关注的焦点,近年来,国外的学者在研究蜘蛛丝结构和性能的同时,借助于日益发展的生物技术,采用基因移植的方法研制了人工合成蜘蛛丝蛋白,并采用化学纤维纺丝的方法将其制成类蜘蛛丝,但由于性能上的缺陷、加工过程复杂、成本高等因素,仿蜘蛛丝尚未实现工业化生产。从材料科学的角度来看,纤维的性能取决于其大分子链结构和聚集态结构,探明纤维性能形成机理的根本在于:掌握其结构和性能间的本构关系。因此,要使蜘蛛丝的力学性能在人造生体高分子纤维上得到表达,研究其性能的结构机理和形成这种结构的方法原理是至关要的。本文以广泛分布于我国各地的大腹圆蛛为研究对象,在研究分析其三种主要的丝纤维——牵引丝、蛛网框丝、包卵丝的力学性能、色泽、密度与吸湿性以及热学性能的基础上,从以下几方面探索了蜘蛛丝优异力学性能的形成机理。研究了蜘蛛丝力学性能的分子基础分析大腹圆蛛丝纤维的氨基酸组成特征,并通过与其他种类蜘蛛丝及蚕丝丝素纤维的比较,研究蜘蛛丝的氨基酸组成对其分子结构和分子排列的影响。采用激光拉曼光谱和红外光谱技术,分析了不同功能蜘蛛丝的分子构象,探索了蜘蛛丝的氨基酸组成及分子结构和其力学性能间的关系。蜘蛛丝优异力学性能的结构机理及其模化摘要研究了蜘蛛丝力学性能与微观结构的关系采用x射线衍射技研究和分析了蜘蛛丝的结晶结构及其取向。通过对蜘蛛丝的物理、化学处利用扫描电镜观察和分析了蜘蛛丝的微观结构特征,发现了蜘蛛丝具有皮术理芯层结构和原纤化构造。分析了结晶度不足10%的蜘蛛丝具有高强度和高伸长的原因,研究了皮芯层结构对蜘蛛丝力学性能的影响以及不同功能蜘蛛丝应力一应变行为差异的形成原因。研究了成丝条件与蜘蛛丝分子结构及性能的关系在分析蜘蛛丝生物纺丝机制的基础上,研究了成丝过程中蜘蛛丝蛋白分子构象的变化规律,探索了成丝条件对蜘蛛丝分子结构的影响以及蜘蛛随着生存环境和成丝方式的不同对丝纤维性能的自动调控能力,并进一步分析了分子结构和蜘蛛丝力学性能间的关系。研究了皮芯层的比例和性能特征对蜘蛛丝纤维拉伸断裂模式的作用,并建立了理论方程。

常见化学纤维的性能和用途解析

常见化学纤维的性能和用途 不同的化学纤维,因化学组成不同,性能各异,所以在应用上也是扬长避短,充分发挥其优势。下面简单介绍几种常见化学纤维的性能和用途。 ☆粘胶纤维它是人造纤维,在1891年发明,1905年投入工业生产。它吸湿性好,容易染色,干态时的强度接近棉纤维。它的缺点是湿态时强度较低,容易变形。它广泛用作棉、毛、丝绸厂的原料,常跟棉纤维、涤纶、锦纶等混纺。工业上用它作制造轮胎的帘子布。 ☆涤纶它是最常见的合成纤维,在1941年发明,1953年投入工业生产。它的最大特点是弹性好,抗皱、保型,强度高,耐磨性比棉高1倍、比羊毛高3倍。热稳定性好,电绝缘性优良,不发霉,不怕虫蛀。缺点是吸湿性、染色性较差。它主要用于生产各种混纺或交织品,大量用作衣料。目前通过纺织加工,生产各种仿丝、仿毛、仿棉、仿麻织品。这类混纺织品的效果越来越近似于天然纤维织品,在工业上作绝缘材料,传送带、轮胎的帘子线等,在医疗上用于制造血管、角膜支架、心瓣膜、心血管等。最近,用针织涤纶和硅橡胶试制成人造头颅骨。参考资料https://www.docsj.com/doc/406194003.html,/study/1/stu-info1585.html ☆锦纶它在1935年发明,1939年投入工业生产。它的耐磨性比棉纤维高10倍,比羊毛高20倍。它强度高,弹性好,耐腐蚀,不霉、不蛀。缺点是耐光、耐热性较差。它主要用于生产长丝,是各种针织品和丝绸品的原料。短纤维主要跟羊毛或其他纤维混纺,增强织物的牢度。它在工业上制作渔网、降落伞,也是生产日用品牙刷、衣刷、绳索的材料。 ☆腈纶它在1942年发明,1950年投入工业生产。腈纶质轻而柔软,弹性特别好,蓬松而保暖,性能胜过羊毛,还耐热、耐晒、耐酸腐蚀,不霉、不蛀。缺点是耐磨性差,吸湿、染色性能不够好。它主要用于生产短纤维,用以代替羊毛纯纺,或跟羊毛和其他化纤毛型产品混纺,如腈纶膨体纱、混纺毛线及各种混纺衣料。腈纶长丝能织成绸缎,还是生产工业用石墨纤维和碳纤维的原料。 ☆维纶它在1939年发明,1950年投入工业生产。它的最大优点是吸湿性好,在标准条件下的吸湿率是4.5%~5%。它结实耐磨,比棉纤维高5倍多,还耐酸、耐腐蚀,不蛀。缺点是耐光、耐热性较差,不容易染色,织物不够挺括。它的短纤维主要跟棉纤维混纺,少量跟粘胶纤维混纺,制成隐条、隐格。工业上做帆布、过滤布、输送带、包装材料和劳动保护品,更宜做渔网、舰船绳缆等。 ☆丙纶它在1954年研制成功,1957年投入工业化生产。丙纶强度高,耐磨性能仅次于锦纶,弹性好。它密度小,能浮在水面上,吸水率低,还耐酸、碱腐蚀,不霉不蛀。最大的缺点是难染色,容易老化。这一缺点限制它应用在服饰上。它主要用于生产不经传统的机织、针织或编织等加工制成的无经、无纬之别的纺织品,广泛用于建筑、水利、装潢、医疗和服装等各个行业。丙纶经改性后能制成抗老化、着色和吸水性好的特色纤维。https://www.docsj.com/doc/406194003.html,贡献 ☆氯纶氯纶于1941年研制成功,1950年投入工业生产。它的主要特点是难燃,离火后自熄,能耐酸、碱、氧化剂和还原剂,稳定性极好,而且保暖性能好,耐晒、耐磨。利用氯纶

聚丙烯腈基碳纤维及其增强复合材料_柴晓燕

2011年第7期广东化工 第38卷总第219期https://www.docsj.com/doc/406194003.html, · 293 · 聚丙烯腈基碳纤维及其增强复合材料 柴晓燕,朱才镇,刘剑洪 (深圳大学化学与化工学院,广东深圳 518060) [摘要]聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为一种高比强度和高比模量的增强型与功能型高性能纤维材料,在航空航天、国防军工及文体用品等方面都有广泛的应用。文章主要介绍了聚丙烯腈基碳纤维的制备、结构与性能及其在复合材料中的应用。 [关键词]碳纤维;增强;复合材料 [中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2011)07-0293-03 PAN-based Carbon Fibers And Reinforce Composite Materials Chai Xiaoyan, Zhu Caizhen, Liu Jianhong (College of Chemistry and Chemical Engineering, ShenZhen University, Shenzhen 518060, China) Abstract: Polyacrylonitrile carbon fibers were widely used in many fields, such as aerospace, strategical missile, sports and leisure industries, because of which are the most crucial and imperative part of the reinforce of the composition. The paper mainly introduces the production, structure and property of PAN-based carbon fiber, and the applications in the composite materials. Keywords: carbon fibers;reinforce;composite material 碳纤维是由有机纤维经过一系列的热处理转化而成的含碳量在90 %以上的脆性材料,是一种纤维状的碳材料。作为一种新型材料,碳纤维具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温和低温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数小等一系列的优异性能,结构独特,集众多优异性能于一身,它既可以作为结构材料的增强基承载负荷,又可作为功能材料[1]。由于碳纤维的强度比钢大,相对密度比铝还轻,并且具有上述电学、热学和力学性能,在现代科学技术、现代工业和现代国防的发展中起着重要作用。随着碳纤维产量的提高,碳纤维市场的扩大,价格不断降低,民用应用领域不断扩大。目前碳纤维已经渗透到高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、钓鱼竿、游艇、赛艇、汽车构件、火车零件、石油、化工等多个领域,被誉为21世纪最有生命力的新型材料[2]。 碳纤维起源于19世纪60年代,而工业化则起步于20世纪50~60年代,是应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求而发展起来的。l9世纪末,爱迪生首先用碳丝制作了白炽灯的灯丝,1959年,日本大阪工业试验所的近藤昭男发明了利用聚丙烯腈(PAN)纤维制造碳纤维的新方法,这一工艺很快受到重视,并实现了通用型PAN基碳纤维的工业化生产。而英国在此基础上开发了高性能的PAN基碳纤维的生产技术,处于了领先地位。20世纪70年代后,由于美国航天工业的高速发展,极大地促进了聚丙烯腈基碳纤维的发展[2]。 目前工业生产中主要采用聚丙烯腈(PAN)纤维、沥青纤维和粘胶纤维为原丝来生产碳纤维[3]。其中粘胶基和沥青基碳纤维用途较单一,产量也较为有限,而聚丙烯腈基碳纤维生产工艺简单,产品力学及高温性能优异,具有良好的结构和功能特性,因而发展较快,成为高性能碳纤维发展和应用的最主要和占绝对地位的品种,主要用于高性能结构及功能复合材料,在航天,航空、兵器、船舶等国防领域具有不可替代的作用。 1 PAN基碳纤维 1.1 PAN基碳纤维的制备工艺 PAN基碳纤维的制备包括PAN原丝的纺丝、预氧化和碳化三大工艺过程。优质的PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要条件。原丝纺丝工艺有湿法、干法、干湿法和熔融法等[3-5],其中干湿法和熔融法是新的发展趋势,而湿法工艺则相对较为成熟。湿法成形的纤维纤度变化小、残留溶剂少,而且容易控制原丝质量,因而湿法纺丝仍是目前广泛应用的纺丝工艺。PAN基碳纤维的制备工艺流程如图1所示。 PAN原丝的预氧化,又称热稳定化,一般在180~300 ℃的空气气氛中进行。因为当温度低于180 ℃时反应速度很慢,耗时太长,生产效率过低;然而,当温度高于300 ℃时将发生剧烈的集中放热反应,导致纤维熔融断丝。在预氧化过程中要对纤维施加适当牵伸以抑制收缩、维持大分子链对纤维轴向的取向。预氧化的目的是使热塑性PAN线形大分子链转化为非塑性的耐热梯形结构,从而使纤维在碳化高温下不熔不燃,继续保持纤维形态[7-9]。预氧化方法包括恒温预氧化、连续升温预氧化和梯度升温预氧化。其中,前两种预氧化方法效率较低,目前主要用于实验室研究,而梯度升温预氧化则是当前工业化生产所普遍采用的。预氧化温度及其分布梯度、预氧化时间、张力牵伸等是影响预氧化过程的主要工艺参数。恰当的预氧化工艺可以在较短的时间内使纤维得到稳定化,为后期碳化提供均质的预氧丝;而不恰当的预氧化工艺则会造成原丝热稳定化的过度或不足,在高温碳化过程中纤维可能发生熔断或形成较多结构缺陷,严重影响最终碳纤维的性能。预氧化过程在整个碳纤维制备流程中耗时最长,预氧化时间一般为60~120 min,碳化时间为几分钟到十几分钟,而石墨化时间则以秒计算。可见,预氧化过程是决定碳纤维生产效率的主要环节。 碳化过程一般包括低温碳化和高温碳化两个阶段,低温碳化的温度一般为300~1000 ℃,高温碳化的温度为1100~1600 ℃。碳化时需要采用高纯度氮气作为保护气体。在碳化过程中,较小的梯形结构单元进一步进行缩聚,且伴随热解,向乱层石墨结构转化的同时,释放出许多小分子副产物。非碳元素O、N、H 逐步被脱除,C元素逐步富集,最终生成含碳量在90 %以上的碳纤维。 图1 PAN基碳纤维的制备工艺流程[6] Fig.1 The production of PAN-based carbon fiber 1.2 聚丙烯腈基碳纤维的结构 丙烯腈(AN)在一定的聚合条件下双键被打开,生成大分子链,同时放出反应热。氰基中的氮原子电负性大于碳原子,使氰基中的碳原子与氮原子间的电子云偏向氮原子,氮原子呈负电性,碳原子呈正电性。与氰基相连的主链上的碳原子与氰基中碳原子之间的电子云由于诱导作用的影响,偏向氰基碳原子,所以形成了很强的偶极矩。同一条聚丙烯腈大分子链上的氰基极性相同,互相排斥,呈现出僵硬的刚性,按照一定角度排列形成了对称的圆棒体,如图2所示。圆棒体的直径约为0.6 nm,长度约为10~100 nm。几根至几十根圆棒平行排列形成了有序的结晶区,而杂乱堆砌的大分子链则形成非晶区,即无定形区如图3所示。 聚丙烯腈原丝的预氧化过程从无定形区开始,逐渐发展到结晶区。纤维在预氧化初期是半融状态,丝束结构消失后呈块状的堆垛结构;预氧化中期,块状堆垛结构由束状向片状发散排列结构转变,并且在预氧化的后期趋于稳定。碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构,通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成,其中孔洞的含量、 [收稿日期] 2011-06-10 [作者简介] 柴晓燕(1985-),女,浙江人,硕士,助教,主要研究方向为碳纤维的结构与性能。

高强高膜聚乙烯纤维

高强高膜聚乙烯纤维的性能及其应用 摘要:高强高模聚乙烯纤维是新兴的高分子纤维,与碳纤维、芳伦并列为三大高性能纤维,其性能优异,已在广泛应用于各个领域。对此,本文对该纤维进行介绍,了高强聚乙烯纤维的性能及其应用发展。 1 高强高膜聚氯乙烯纤维的定义 高强高模聚乙烯纤维(也称为超高分子量聚乙烯纤维,英文Ultr a High Molecular Weight Polyeth ylen e Fiber,简称UHMWPE),是上世纪80年代初研制成功的高性能有机纤维,它是当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳伦、高强高模聚乙烯纤维)之一,是一种具有高度取向直链结构的纤维。 2.高强高膜聚乙烯纤维生产工艺方法 UHMWPE 纤维的生产采用凝胶纺丝(又称冻胶纺丝) 方法进行。现有的生产工艺可以分为两大类, 一类以DSM 和东洋纺为代表的干法纺丝法,另一类以Hon eywell 为代表的湿法纺丝法。两者的主要区别是采用了不同的溶剂和后续工艺。DSM工艺采用十氢萘溶剂。十氢萘易挥发,可以采用干法纺丝, 省去了其后的萃取工段; Hon ey well 采用石蜡油溶剂,需要后续的萃取工段,用第2溶剂( 萃取剂) 将第1溶剂萃取出来。Hon ey well 等公司采用的石蜡油( par affin oil) , 又称矿物油( min er al oil) 或者白油( whit e oil)。一般为沸点高于350的烃类混合物。国内现有的生产厂家大多数都采用石蜡油为溶剂的湿法纺丝工艺。 3. 高强高膜聚乙烯纤维的性能 超高分子聚乙烯纤维具有高取向度,高结晶度,微纤沿拉伸方向排列规整度高,使用电子显微镜还能够观察到“串晶”结构。这些结构赋予其良好的机械性能: 沿纤维轴向方向,纤维具有很高的耐拉伸性,比强度,比模量都较高; 即使在很低的温度下,该纤维仍能够保持柔软,有研究表明,即使在- 150℃的条件下,纤维也无脆化点。

高强高模聚乙烯醇纤维说明

兰州宏颖新材料开发公司 高强高模聚乙烯醇纤维说明 高强高模聚乙烯醇纤维简称(高强高模PV A纤维)是一种具有高抗拉强度、高杨氏模量、高耐碱性的合成纤维,该纤维是密度大、直径小,许多性能都优于其它合成纤维,同时对水泥、石膏等基材具有极强的亲和力。 一高强高模聚乙烯醇纤维的技术指标 项目指标 纤维直径(dtex) 2.0±2 (12±2μm) 抗拉强度(cn/dtex) ≧ 11 (1428MPa) 杨氏模量(cn/dtex)≧ 290 (37.9GPa) 断裂伸度(%) 6~8 密度(g/cm3) 1.3 耐热水性(o C)≧ 104 干热软化点(o C)≧ 216 二不同有机纤维的物理力学性能

三高强高模聚乙烯醇纤维应用 我们只需要在水泥、石膏等基材中均匀加入0.3%~0.5%的高强高模聚乙烯醇纤维及少量的高分子聚合物,我们就可以有效的改变水泥、石膏等基材的脆性、消除这些基材在水化过程中产生的裂纹。由于纤维的存在既消耗了能量又缓解了应力,阻止裂纹进一步发展,起到了阻断裂缝的作用,所以在水泥、石膏制品内掺入少量高强高模聚乙烯醇纤维,可以达到: 1 、提高基体的抗拉强度。 2 、阻止基体原有缺陷裂缝的扩展,并延缓新裂缝的出现,提高耐水性、抗渗性、抗冻性。 3 、提高基体的变形能力,从而改善其韧性和抗冲击能力。 四、应用领域: 1、大体积砂浆/混凝土浇筑 2、工业及民用建筑的屋顶处理,地下室防水,内外墙薄抹灰砂浆 3 、粉体建材、抗裂砂浆、保温砂浆、粉刷石膏、粉刷腻子、嵌缝腻子 4 、道路、桥梁、高速公路的路面及护栏 5 、水坝、水池、停车场、飞机跑道及停机坪等混凝土浇筑。 6 、隧道、矿井、地铁、边坡面等喷射混凝土 7、沿海滩涂、堤坝、盐碱地带、化工腐蚀场地。 8、混凝土构件、欧式构件、城市艺术雕塑、预应力砼管、板材

棉纤维的性能及其应用

棉纤维的性能及其应用 Prepared on 22 November 2020

课文翻译: 吸湿性和良好的吸湿排汗性能使棉纤维的一个更舒适的一个比较高的水平。因为在纤维素的羟基基团,棉花对水有很强的吸引力。当水进入纤维棉,膨胀,其截面变得更圆。水分和膨胀时湿让棉花吸收水的重量约四分之一的高亲和力的能力。这意味着,在炎热的天气里,身体的汗会吸收棉织品,沿运纱布的外表面和蒸发到空气中。因此,身体会帮助维持其温度。 不幸的是,棉花的亲水性使得它容易受到水渍。如在咖啡或葡萄汁的水溶性色素会渗入纤维随着水;当水分蒸发,着色剂是困在纤维。也许主要的缺点,棉织品是他们的倾向,皱纹和去除皱纹的困难。棉纤维的刚度降低纱线抗起皱能力。当纤维弯曲的一种新的配置,氢债券持有的纤维素链在一起破裂和分子滑动以减少纤维中的应力。在新的位置的氢键的改革,所以当破碎力去除纤维保持在新的位置。这是氢键,有助于保持皱纹的断裂和改革,使棉织品要熨。 棉花是具有良好的耐磨性和尺寸稳定性好,中等强度的纤维。这是抵抗酸,碱和有机溶剂,通常提供给消费者。但由于它是一种天然物质,它是受攻击的昆虫,霉菌和真菌。最突出的是棉花霉烂的倾向,如果允许存在潮湿。 棉花抗太阳光和热,虽然直接暴露于恒定的强烈的阳光会引起黄的最终降解纤维。变黄时也可能出现在气干燥器干燥棉织品。颜色的变化是一种化学反应的纤维素和氧或氮氧化物之间在热空气中干燥的结果。棉花将保留其白度较长时,线干或在电干燥器中干燥。

主要感兴趣的是事实,棉纱时干时湿比。此属性的宏观和微观结构特征的纤维的结果。当水被吸收,纤维膨胀,其截面变得更圆。通常这种大量的外来物质的吸收会导致内部应力较高,导致纤维弱化。然而,棉花,水的吸收导致的内部应力减少。因此,减少内部应力来克服,肿胀的纤维变得更强。同时,在纱线溶胀纤维按对彼此更强烈。的内部摩擦增强纱线。此外,所吸收的水作为一个内部润滑剂,赋予纤维较高水平的灵活性。这说明棉花衣服更容易熨潮湿时。纯棉织物易收缩不利于洗涤。 也许比任何其他纤维,棉满足服装,家居家具,休闲的要求,和工业用途。它提供了强大的,面料轻薄,柔软,易干燥,易清洗。在服装,棉提供服装,舒适,容易干燥,在明亮的,持久的色彩,容易照顾。主要的缺点是一种棉纱和棉布收缩起皱的倾向。收缩可以由应用程序的控制防缩整理。免烫性能可以通过化学处理或由棉纤维混纺传授更多的抗皱,如涤纶。 在居家摆设,耐用是棉花,织物一般服务。虽然他们可能缺乏来自其他纤维材料的形式出现,棉织品提供一个舒适,温馨的环境。棉织物一直是几十年来的床单和毛巾的支柱,因为他们是舒适,耐用,和吸湿剂。涤/棉混纺织物提供没有铁的床单和枕套,保持一个清晰的现代消费,新鲜的感觉。 用于娱乐用途,棉花已被用于帐篷和野营装备,船帆,运动鞋和运动服。棉花是特别适合的帐篷。一个帐篷织物必须能够“呼吸”,让居住者不被自己的二氧化碳。此外,与外界空气交换减少湿度在帐篷和使它变得闷。机织物棉可以打开足够舒适,提供良好的透气性。帐篷也流下的水,当被雨水打湿,棉纱膨胀,降低纱线和抗水渗透之间的间隙。今天,然而,沉重的帆布齿轮被取代的轻质尼龙检测设备。

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