介绍聚合物过程和纤维gydF4y2Ba

得出纤维单丝基于挤压技术改进性能。由于添加提取资金一步生产过程改善性能,宙斯画代表一个优越的单丝纤维相比,低成本和更商品化单丝聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙等。gydF4y2Ba

得出纤维用于广泛的应用程序包括over-braiding软管,医疗编织,编织除雾,加强工业带的应用,仪器和球拍字符串,甚至刷毛刷,包括牙刷。gydF4y2Ba

画的纤维gydF4y2Ba可以表现出各种属性基于他们的特定的聚合物和合成过程的细节。而化学属性的核心的纤维和聚合物性质,把观众的这篇文章将主要讨论宏观层面的属性。属性如玻璃化转变温度、熔化温度和众多关键力学特征的纤维和聚合物来自它们创建了概述。gydF4y2Ba

结晶度和聚合物链长度和他们的关系得出纤维属性是其他属性。在一起,这些特征有助于解释了纤维聚合物的行为。用树脂处理的这个问题将有希望作为一个入门学习最基本的描述这些光纤产品和如何使用这些信息来满足特定应用程序的参数。gydF4y2Ba

画画的过程gydF4y2Ba

一个行业术语用于描述一个增强的单丝挤压拉伸,拉或挤压后就纤维。“画纤维”是指纤维已经薄的特点由于绘图过程;因此,它一直在画下来大小(直径)。gydF4y2Ba

单丝这样是由高分子树脂材料,是由很长的高分子链分子。亚博网站下载在融化阶段,链排列在一个随机的或无序状态。挤压过程启动链的取向方向挤压(图1)。图纸或拉着挤压单丝进一步主导聚合物链的包装机器方向导致更接近聚合物链内的纤维(图1右)。gydF4y2Ba

提取资金流程的总体效果是增加聚合物链密度和强度。因此,得出纤维通常具有优越的和经常比机械属性相比,简单的挤压单丝。拉伸或挤压单丝的延伸是一个过程(图2)。在高温拉伸完成促进聚合物链的灵活性和更强的一致性。gydF4y2Ba

这是实现通过挤压单丝等热水浴或烤箱。在拉伸过程中,单丝纤维缠绕到导丝辊(也称为站或画站),一系列的多个off-aligned卷用于控制拉伸的速度不同。gydF4y2Ba

导丝卷通常是加热到促进拉伸过程。导丝卷可以用在一个广泛范围的组合,结构,和其他安排绘图过程的精确控制阶段。gydF4y2Ba

导丝辊也提供了一种方式来控制滑动的单丝。纤维强度最大时达到在绘图过程中聚合物链已经达到最大排列在同一方向(机)。gydF4y2Ba

图1所示。挤压过程的示意图表示。左gydF4y2Ba在融化阶段挤压前,聚合物链是随机的。melt-state材料迫使通过挤出机,挤出的聚合物链变得更加面向的方向。gydF4y2Ba正确的gydF4y2Ba插图显示在挤出过程中聚合物链取向的变化。Pre-extrusion,聚合物链松散;面向post-extrusion,链更密集,挤压方向。gydF4y2Ba

图2。代表示意图的组件在一个单丝提取资金。gydF4y2Ba摩擦或压力辊黄金所示。导丝辊温度控制,可以加热或冷却给更精确控制纤维提取资金的过程。烤箱等热源之间常用的起飞和垂伸卷。多个辊组合,结构,和其他安排之外的简化表示所示可以用来调节回火过程的各个方面。gydF4y2Ba

影响因素得出纤维聚合物性质gydF4y2Ba

许多不同种类的聚合物树脂可以产生纤维单丝。宙斯工业产品公司,例如,功能吸引纤维制成的(但不限于)聚乙二烯二氟化物(PVDF) polyfluoroalkoxy (PFA),氟化乙烯丙烯(聚全氟乙丙烯),乙烯chlorotrifluoroethylene (ECTFE),聚氟乙烯(ETFE)和聚醚醚酮(PEEK)(图3)。gydF4y2Ba

通过加入这些碳链组成单体形成长链分子骨干分子形成(图3)。长链分子,有时扩展数百个碳长,其属性是极大地改变从单体的甚至更短同系物。这种多重性聚合物的形成及其化学结构形式控制聚合物的基础属性。gydF4y2Ba

生成的聚合物结晶度等属性,聚合度、分子量、摩尔体积成为最终的基础材料属性在宏观水平上。这些基本面提供基础来解释这里讨论的一些聚合物的性质和用于生产高性能纤维单丝。gydF4y2Ba

链长gydF4y2Ba

聚合物链长度是这些分子的基本特征。链长是连续的结果添加单体合成过程直到停止。聚合物链的长度通常可以控制通过增加试剂终止合成的化学反应,在合成。gydF4y2Ba

或者,合成反应可以被允许自行终止在反应物单体的疲惫。gydF4y2Ba聚合物链长gydF4y2Ba是一种有关重复单位的平均数量的聚合物材料。C60,例如,表明材料的平均聚合物分子链长度长60个碳碳骨架。同时,可以推断出链长度分子量(反之亦然)。gydF4y2Ba

大分子量比他们的低分子量聚合物有更多的重复单位同系物(图4)。许多商业描述聚合物以这种方式使用的聚合物的平均分子量聚合物质量。gydF4y2Ba

例如,5000年挂钩是指聚乙二醇与平均分子量为5000。此类聚合物混合物与某些链长度心态占据主导地位而不是统一收集相同的分子量。gydF4y2Ba

图3。6聚合物及其直接合成前体用于生产纤维。gydF4y2Ba从上到下:gydF4y2Ba聚乙二烯二氟化物(PVDF)是由结合亚乙烯基二氟化物单体;乙烯chrlorotrifluoroethylene (ECTFE)是由乙烯和chlorotrifluoroethylene (CTFE);聚氟乙烯(ETFE)是由乙烯和四氟乙烯(TFE);聚醚醚酮(PEEK)是由difluorobenzophenone和对苯二酚二钠;全氟烷氧基(PFA)是由TFE和全氟乙烯基醚;氟化乙烯丙烯(聚全氟乙丙烯)产于TFE、六氟丙烯(六)。聚合物链的灵活性在化学层面上减少从上到下在这个列表如图所示。gydF4y2Ba

图4。聚合物链的长度和分子量的关系简单的碳氢化合物的聚乙烯(PE)。gydF4y2Ba分子量隐式地描述了聚合物链长度随着分子量的增加,增加每一个CgydF4y2Ba_2gydF4y2BaHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba——单体。PE和类似的碳链类似物,链长度是由碳原子的数目表示分子式所示。gydF4y2Ba

聚合物链长是观察到的许多特性的根源为这些材料在宏观尺度。亚博网站下载化学性质,链长等至关重要的属性影响熔体温度(Tm)、分子量和抗拉强度。这些方面区分聚合物和小分子。长链聚合物链缠结经验超过他们的短链同系物(图5)。gydF4y2Ba

这个更大的纠缠导致更大的chain-to-chain交互也转化为增加抗拉强度(图8)。长链聚合物(高分子量)需要更多的能源(如热源)分离聚合物链和转变聚合物质量从固体到融化阶段。因此,长链聚合物显示较高的熔化温度,粘度大,抗拉强度高于短链聚合物分子量较低。gydF4y2Ba

图5。代表简单链聚合物(PE)显示潜力增加链缠结与链长增加。gydF4y2Ba长聚合物同系物的可能性会增加链缠结在融化阶段。与其他聚合物链长聚合物也有扩展纠葛除了自己纠结。gydF4y2Ba

结晶度gydF4y2Ba

固相聚合物的结晶度是另一个重要特性。硬度、密度、抗冲击性和熔体温度的属性受结晶度的影响。结晶度与分子量、链长,虽然没有直接与分子量有关。更重要的是,然而,结晶度是一个函数的分子链的化学拓扑结构和构象限制源于其化学特性。结晶度不是统一的。gydF4y2Ba

结晶度范围从完全非晶态(没有结晶度)为固相聚合物结晶度90%以上,根据聚合物(无花果。3和6)。链的灵活性,包括旋转能力沿着atom-atom债券,和分子间链相互作用,吸引和排斥,影响聚合物链可以安排自己原位导致晶体的形成。gydF4y2Ba

缓慢冷却的融化阶段聚合物能增加结晶度而快速冷却减少潜在的晶体形成。更大的线性和简单的聚合物链的化学结构有利于晶体的形成。另一方面,复杂的链结构和刚性(灵活)分子减少晶体形成的能力。固相聚合物如聚苯乙烯具有高非晶(水晶)字符熔体温度和硬度较低,然而聚合物聚乙烯(PE)和聚四氟乙烯(PTFE)和更大的水晶(降低非晶)字符有较高的熔体温度和硬度。gydF4y2Ba

图6。插图显示无定形和结晶区域的固相半晶状的聚合物材料。gydF4y2Ba无定形区域更无序随机取向聚合物链结晶区域对齐在常规和有序排列。gydF4y2Ba

玻璃和橡胶态gydF4y2Ba

密切相关,玻璃化转变温度的聚合物的关键属性,Tg,结晶度或无定形聚合物的性质。固相聚合物材料含有晶体和无定形区域,它们的分子存亚博网站下载在于不同的环境。分子在无定形区域运动,但还是可以从高度受限的振动影响程度很小。gydF4y2Ba

这固相聚合物的低温度和有限的振动状态包括材料的玻璃态,只有相关的无定形区域。玻璃态聚合物显示特征类似于晶体硬,脆,刚性。gydF4y2Ba

与玻璃态聚合物链获得能量加热和变得更加移动增加振动,和增加障碍。然后高分子材料上显示一个橡胶态,那些典型的属性与橡胶相关联。gydF4y2Ba

在这个阶段,聚合物还具有无定形和结晶区域。无定形区域的温度范围或区域成为橡胶被称为玻璃化转变温度,Tg,这只发生无定形区域。gydF4y2Ba

聚合物的结晶区域显示熔点或温度、Tm,固相变为液相。半晶状的聚合物-聚合物材料具有无定形和结晶区域表现出Tg和Tm。亚博网站下载这两个温度是聚合物的重要特征,帮助建立其全球属性和行为。gydF4y2Ba

(还有其他因素影响行为和Tg和Tm包括交联聚合物的链,吊坠,增塑剂,不得这里讨论,但这些讨论将只关心这些特征对纯聚合物)。gydF4y2Ba

图7。聚合物玻璃化转变温度的变化,TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba链长度的变化。gydF4y2Ba聚合物链的迁移是在T的图形表示gydF4y2Ba_ggydF4y2Bavs链长。TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba高分子链的长度增加而增加,但少施加影响TgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba在很长链。gydF4y2Ba

除了质量,Tg在很大程度上是链流动的结果。因此,因素影响链流动必须,也对Tg的影响。再次,链长起着至关重要的作用,需要更多的能量来激励和动员伸展链分子。链长起缓解作用对Tg,然而,随着链长度的增加(图7)。gydF4y2Ba

其他重要特征链周围流动,包括链的灵活性(在原子级别)和链相互作用(包括排斥和吸引人的力量),Tg的影响。聚合物链与链高度的灵活性可以更容易地从玻璃态变成了橡胶态。gydF4y2Ba

换句话说,这种变化或过渡可以减少输入的能量,如热,这些分子。同样,链条,表现出高度的引力之间需要更多的能量从玻璃橡胶状态。因此,链的灵活性,链的长度和链链相互作用,扮演重要的角色在决定Tg和这些聚合物的行为。gydF4y2Ba

应力-应变关系gydF4y2Ba

大多数聚合物力学性能,尤其是那些最受欢迎感兴趣的可以在很大程度上被分组为应力-应变关系。这些关系是独一无二的每个材料。以抗拉强度为一个典型的例子,在其最简单的术语中,这是最大的力量,可以支持在不破坏材料。对于一个gydF4y2Ba画的纤维gydF4y2Ba这力量是应用于一个线性方向,因此分布在截面纤维的直径。这种力应用通过一个区域称为应力,σ(或机械应力),表示为每单位面积上的力:gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

亚博网站下载材料应用时可以变形应力。这个变形称为应变ε。数学,应变的变形方向作用力除以初始长度的材料。例如,如果材料的变形测量长度:=gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

几个基本特征的纤维可以显示图形绘制应力与应变(图8 b)。抗拉强度的外加应力对断裂纤维。屈服强度,另一方面,显示的线性弹性区域的应力-应变曲线;这个值说明形变开始发生的地方。拉伸模量和韧性可以建立使用应力应变曲线。gydF4y2Ba

拉伸模量E(也称为杨氏模量)、相关材料拉伸方向的刚度。这个特性可以被视为材料的抗变形。拉伸模量的比例是应力(σ)应变(ε):E =gydF4y2Ba。E是决定从直线的斜率地区弹性材料的应力-应变图(图8 b)。这个值提供了一个了解到变形的材料在外加应力成比例。拉伸纤维,这个属性可以被视为类似伸长对张力的方向。gydF4y2Ba

应力-应变曲线下的面积也很重要,因为它揭示了材料的韧性(图8 c)。韧性是材料在断裂前吸收能量的能力或破坏。应力-应变曲线下的面积越大,材料的韧性越大。gydF4y2Ba

后应用程序负载或压力的材料和伸长似乎停止,这种材料可能会继续变形虽然速度慢得多。这个时间持续变形在恒应力称为蠕变。这种类型的粘弹性变形是永久性的,可以通过情节的应变与时间显示(图8 d)。gydF4y2Ba

情节展示了如何应变可能成为常数随着时间的推移高分子材料(或纤维)继续变形。这里,链的灵活性和分子量扮演一个角色。高分子量聚合物和柔性链导致增加抗蠕变少。因此,蠕变应被视为一个长期的财产当考虑材料,将重要负荷下使用很长一段时间。亚博网站下载gydF4y2Ba

图8。代表图说明基本的聚合物财产关系。(一)gydF4y2Ba抗拉强度增加而增加分子量(MW),但MW少影响极长链高分子材料的强度。亚博网站下载gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba应力-应变曲线可以用来确定屈服强度、抗拉强度、拉伸模量、E。gydF4y2Ba(C)gydF4y2Ba压力下的面积与elongation-to-break(应变)曲线显示了材料的韧性。gydF4y2Ba(D)gydF4y2Ba应变对时间的图表材料连续负荷下说明粘弹性蠕变,材料的亚博网站下载永久变形。模拟中描述的关系是独一无二的每个高分子材料和独特的图形化表示。gydF4y2Ba

(虽然有更多的机械性能和其他的图形化表达这里讨论的现象,我们选择限制我们的讨论和描述这些基本属性的简要概述那些最相关的)。gydF4y2Ba

总结gydF4y2Ba

一个行业术语用于普通的单丝拉伸和挤压后就纤维。这个添加阶段创建的单丝进一步朝向聚合物链在机器方向,结果增加了聚合物材料的密度和抗拉强度。gydF4y2Ba

得出纤维通常拥有优越的机械属性相比,简单的挤压单丝在很大程度上归因于提取资金的一步。纤维特性可以控制在绘图过程中使纤维一个商业单丝纤维市场的首选材料。gydF4y2Ba

画在多个树脂纤维包括(但不限于)PVDF、PFA,聚全氟乙丙烯、ETFE, ECTFE,和PEEK是宙斯所提供。一个主要因素影响纤维品质是聚合物链长度。这个特性可以控制聚合物的合成。聚合物链的长度通常是描述中包含的碳链的平均数量或平均分子量的聚合物链。gydF4y2Ba

聚合物链长增加链缠结反过来影响其他重要聚合物属性包括抗拉强度。链的长度也会影响特征与链流动包括结晶度、Tm、Tg。聚合物链长导致更高的Tg。尽管结晶度,更与化学密切相关的性质和拓扑结构聚合物链包括链的灵活性。gydF4y2Ba

结晶度描述晶体和无定形区域内的比例影响Tm和Tg和高分子材料。因此,聚合物链的长度代表一个基础的这些属性最终负责全球聚合物的特性。除了拉伸纤维聚合物的物理性质,许多受欢迎的机械属性周围的应力-应变关系提供了一个有益的这些材料的概述。亚博网站下载gydF4y2Ba

应力与应变的情节显示屈服强度等关键因素,这正是它的止损点开始变形,抗拉强度,高分子材料开始断裂。应力-应变曲线也显示了聚合物的拉伸模量或比例载荷变形;和曲线下的面积显示材料的韧性,或能量,材料断裂前吸收。gydF4y2Ba

时间是考虑材料可能受到加载持续时间。亚博网站下载在这些情况下,聚合物可能出现永久变形称为蠕变,这应该考虑特征。图形情节展示这些属性是独特的聚合物,以及他们共同提供一个方便的基础为最佳实用描述这些材料。亚博网站下载gydF4y2Ba

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