上篇　排气滤料篇

第二章　滤料纤维

排气滤料的主要原料是纤维，纤维的类型和性能决定滤料的性能。滤料纤维的主要性能包括纤维长度、细度、断裂强度、断裂伸长、初始模量、回弹率、吸湿性、耐热性、阻燃性、水解性和氧化性等。本章介绍各种滤料纤维的主要特点与性能。

第一节　纤维分类和性能

一、滤料纤维分类

滤料纤维分类如图2-1所示。

二、对滤料用纤维的基本要求

对用于生产制造滤料的纤维而言，基本要求如下：①耐温性能好，纤维开始软化、蠕变以及断裂的温度越高越好，至少应高于250℃；②断裂强度越高越好，至少不小于5cN/dtex；③纤维既有高度韧性又有良好刚性，即钩接强度应较高，断裂伸长应在15%左右；④在标准温度、湿度状态下，纤维初始模量不小于70cN/dtex，且在湿态情况下不小于45cN/dtex；⑤良好的耐酸、碱及有机溶剂腐蚀性；⑥良好的吸湿性和耐磨性；⑦良好的阻燃性，用于加工生产滤料的纤维应难燃或燃烧离开火源后即很快自熄并无阴燃或余燃现象；⑧可纺性，作为滤料用纤维原料应易于进行纺织和后整理加工，特别是能在通常国产纺织机器、针刺机等常用设备上加工；⑨来源广泛性和经济性；⑩滤料用纤维在使用性能上还可以提出其他一些要求，如防虫蛀霉变性、耐日晒气候性、染色性等。

三、滤料纤维的性能表示

天然纤维、化学纤维（特别是合成纤维）、无机纤维以及金属纤维均可作为滤料用纤维原料，其主要理化性能如长度、细度、断裂强度和断裂伸长、初始模量、回弹率、吸湿性、耐热性、阻燃性、耐腐蚀性、电学性能等均应适应和满足生产加工成滤料的要求。

1.长度

纤维长度是指纤维在不受外力影响下，伸直时测得的两端间距离。计量单位为毫米（mm），对棉等天然纤维而言，单纤维越长，可纺支数越高。

2.细度

细度（或称纤度）是表示纤维粗细的程度，它对滤料成品质量影响很大，单纤维越细，则纤维成纱、成网进而形成的织物或针刺毡更均匀，成品的变形小、尺寸的稳定性越好。细度在我国的法定计量单位中称“线密度”，单位名称为“特（克斯）”，单位符号为“tex”即号数。1000m长的纤维重为1g时称为1特（tex），1000m长的纤维重1/10g时称为1分特（dtex）即1分号数。表示纤维粗细程度的其他单位制还有英制支数制、公制支数制和旦尼尔（Denier）制（简称旦制）等。纤维各种细度指标换算公式见表2-1、表2-2。

3.断裂强度

断裂强度是用来衡量纤维品质的主要指标之一。在很多情况下，提高纤维的断裂强度可以直接改善滤料成品的使用性质。纤维的断裂强度通常有下列几种表示方法。

（1）绝对强力（P）　纤维在连续增加的负荷作用下，直至断裂时所能承受的最大负荷称为纤维的绝对强力。单位为牛顿（N）。

（2）强度极限（σ）　纤维受断裂负荷的作用而断裂时，单位面积上所承受的力称为强度极限。强度极限可按下式计算：

式中，P为纤维的绝对强力，N；A为负荷作用前纤维的横截面积，mm²。

（3）相对强度（P_T）　纤维的绝对强力和细度之比称为相对强度，单位为牛顿/特（N/tex）。

4.断裂长度和断裂伸长

（1）断裂长度（L_P）　单根纤维悬挂重力等于其断裂强力时的长度，称为纤维的断裂长度，单位为千米（km）。常用来表示断裂强度的相对强度，过去习惯上用克/旦来表示（符号为gf/den）。它们相互间换算关系式如下：

1gf/den=0.0882N/tex=0.882dN/tex=8.82cN/tex

（2）断裂伸长　断裂伸长是指纤维在连续增加负荷作用下产生伸长变形并直至断裂时所具有的长度。一般用相对伸长率来表示，即纤维在拉伸负荷作用下至断裂时所伸长部分同纤维原来长度之比。

计算式为：

式中，Y为相对伸长率，%；L为纤维被拉伸至断裂时总长度；L₀为纤维原有长度。

纺织纤维的断裂伸长一般在15%左右较为合适，两种纤维原料混用时要考虑到它们断裂伸长相同或相近。

5.初始模量

纤维在外力作用下被拉伸时，其应力和变形同时发生变化，当纵坐标为伸长率ε_a（%），横坐标为拉伸应力σ_a时，组成拉伸曲线，即应力应变曲线，如图2-2所示。

纤维的初始模量即为纤维被拉伸至伸长为原长的1%时所需应力，即应力应变曲线起始段直线部分的斜率（tanα），其单位为mN/tex。其计算式如下：

纤维的初始模量越大，表示施加同样大小的外力时，它越不易产生形变。对于合成纤维来说，纤维的初始模量取决于高聚物的化学结构以及分子间相互作用力。

6.回弹率

纤维在外力作用下发生三部分形变，即普通形变、高弹形变和塑性形变。当外力去掉后，可回复的普通形变和松弛时间较短的那一部分高弹形变（又称急回弹形变）将很快回缩，并留下一部分形变，即剩余形变，其中包括松弛时间长的高弹形变（又称缓回弹形变）和不可回复的塑性形变（图2-3）。剩余形变值越小，纤维的回弹性越好。回弹率（%）是衡量纤维回弹性好坏的指标，它表示纤维可回复的弹性伸长和总伸长之比。其计算公式如下：

式中，ε_弹为可回复的弹性伸长；ε_塑为不能回复的塑性伸长或剩余伸长；ε_总为总伸长。

一般回弹性较好的纤维，其耐疲劳性能也较高；单纤维越细，其耐疲劳性也越好。表2-3列出了几种主要合成纤维的定伸长（3%）回弹率。

7.吸湿性

纤维的吸湿性是指在标准温度、湿度条件下（20℃，RH65%）纤维的吸水率，一般用回潮率和含水率两个指标来表示。

（1）回潮率　计算式如下：

式中，W为回潮率（表2-4），%；G为纤维湿重，g；G₀为纤维干重，g。

（2）含水率　计算式如下：

式中，M为含水率，%。

纤维的吸湿性对决定各种纤维的应用范围有十分重要的意义。各种纤维的吸湿性有很大差异，即使是同一种纤维，其吸湿性也因环境温度、湿度的不同而有很大的差异，而纤维良好的吸湿性对于防止在加工过程中或使用其制成的制品时产生静电十分重要。

8.耐热性

纤维的耐热性表示它在同一时间内不同温度条件下，或者在同一温度下不同时间内理化力学性能的保持程度。对大多数纤维原料来说，随着温度的升高，分子链间的作用力逐渐减小，分子的运动方式和物理机械状态也随之发生变化，最后熔融或分解。在加热速率相同的条件下，比热容越小的纤维，其温度升高越快。对大多数合成纤维来说，在高温作用下，首先软化，然后熔融。一般把低于熔点20～40℃的温度叫软化温度。纤维素纤维和蛋白质纤维熔点高于分解点，故在高温作用下，不熔融而直接分解或炭化。有些合成纤维在低于某一温度T_x时，分子间作用力很大，分子运动困难，表现为纤维变形能力小和比较硬的玻璃状态，一般称为玻璃态。反之，当温度高于某一温度T_x时，随着温度升高，引起纤维内部结晶部分的消减和无定形部分的增加，分子间作用力减小，分子运动加强，表现为纤维变得柔软、易伸长和有弹性，并在外力作用下，出现高度变形，这种状态叫高弹态。由玻璃态转变成高弹态的温度T_x称为纤维的玻璃化温度。有关纤维的耐热性质见表2-5。

9.阻燃性

纤维的燃烧性能与其耐热性有密切关系，一般可分为易燃性、可燃性、阻燃性和不燃性四类。所谓易燃性是指纤维遇到明火易燃烧且速度快，这类纤维有丙纶、腈纶等；纤维的可燃性是指其遇到明火能发烟燃烧，但较难着火，燃烧速度快，这类纤维有涤纶、尼龙、维纶、醋酸纤维素、羊毛和蚕丝等；纤维的阻燃性是指其在接触火焰时发烟燃烧，离开火焰就自灭，这类纤维有氟纶、氯纶和改性腈纶等；不燃纤维是指纤维遇到明火不着火、不燃烧，这类纤维具体有玻璃纤维、金属纤维、石棉和含硼纤维等。

《极限氧指数法》是测定纤维及其制品燃烧性能的常用方法，简称“LOI”法。所谓极限氧指数是指着了火的纤维，离开火源仍能继续燃烧时，环境中氮和氧混合气体内所含氧的最低百分率，具体计算式如下：

在空气中，氧的体积分数为21%，故若纤维的LOI<21%，就意味着能在空气中继续燃烧。表2-6列出了有关纤维的极限氧指数（LOI）值。

10.耐腐蚀性

一般来说，酸、碱和有机溶剂对纤维及其制品均会发生腐蚀作用，使其强度降低，但腐蚀程度随酸碱种类、浓度、温度和接触时间长短而变化。

11.纤维的电学性能

纤维的电学性能包含纤维的电阻和纤维的静电等方面的内容。纤维发生带电现象，本质上是由于电荷产生的速度大于其消失的速度。增加纤维导电性能，即减小纤维的电阻，是防止发生静电的有效措施。

电阻是表示物体对电流起阻碍作用的物理量，也是表示物体导电性能的物理量。物体的电阻（R）可用下式计算：

式中，L为导体的长度；S为导体的横截面积；ρ_V为电阻率，也称体积比电阻。

体积比电阻是表示材料导电性能的物理量，单位是Ω·cm。对纤维来说，电阻率也可用质量比电阻（ρ_m）表示，它表示长1cm、重1g的纤维在长度方向所具有的电阻，单位是Ω·g/cm²。两者之间有如下关系：

ρ_m=dρ_V

式中，d为纤维原料的密度，g/cm³。

一般来说，纤维的质量比电阻大于10⁸Ω·g/cm²时，其在进行纺织加工时就比较困难，而纯净的、不含杂质的、不经油剂处理的、充分干燥的纤维的质量比电阻一般均大于10¹²Ω·g/cm²。其次，纤维在被加工过程中，在纤维和纤维之间、纤维和金属机件之间将因摩擦而产生电荷。当电荷大量积聚而又不能很快散逸时，便产生静电。静电的存在会使纤维及其制品易吸灰、易沾污，同时增加纺织加工过程的困难。当静电现象严重时，静电压就高达几千伏，并因放电而产生火花，严重时将引起火灾。纤维所带静电的“强度”，用单位质量（或单位面积）材料的带电量（库仑或静电单位）表示。各种纤维的最大带电量是较相近的，而静电散逸速度却差异很大。决定静电散逸速度的主要因素是纤维材料的表面比电阻。而半衰期（t_1/2）则表示纤维制品（包括滤料）上的静电衰减到原始数值的1/2所需要的时间。各种纤维制品的电荷半衰期t_1/2（s）随着表面比电阻ρ_S（Ω）的增加而增加，相互间呈对数直线关系。如图2-4所示。

一般说来，当纤维制品表面比电阻降低到10⁹～10¹¹Ω时，就可以防止静电现象。表2-7和表2-8表示了纤维制品的表面比电阻（ρ_S）与电荷半衰期（t_1/2）的关系以及表面比电阻与抗静电性作用关系。

为防止纤维在加工过程中产生静电，一般采取提高车间温度、湿度和在纤维中喷洒抗静电油剂等方法。加工涤纶纤维，当车间湿度提高到不小于70%，温度不小于20℃时，加工中静电就可防止。同样，在涤纶短纤维中喷洒E-502A等油剂也可达到在纤维加工过程中防止静电的目的。为了使纤维制品具有耐久的抗静电性能（对生产加工滤料尤为重要），可在被加工纤维（如涤纶）中均匀混入少量金属纤维或导电纤维。而有的纤维则是将炭粉的微粒嵌入涤纶和尼龙的表面试制而成，有长丝和短纤维。短纤维可以和任何合成纤维进行混纺，并且有永久的抗静电作用。

12.纤维的水解性

水解是化合物与水反应而起的分解作用。由于水分子的加入，使原来的分子分裂成两种物质，如下式：

式中，母分子的一部分（1）从水分子中获得氢离子（H⁺），另一部分（2）则从水分子中获得剩下的羟基（OH^-）。

下列条件将加速水解的反应速度：①温度上升，根据瑞典化学家Arrhenius发现的规律，温度每升高10℃，反应速度加倍；②水蒸气含量增加；③存在碱或酸的催化（来自烟气中的酸和低于露点时溶解的粉尘组分）。

水解是缩合的逆反应。缩合是两个分子互相反应而失去水的化学作用。有许多聚合物是利用缩合反应制造出来的，其中包括合成纤维中的涤纶、诺美克斯（Nomex）、P84，这些聚合物都是容易水解的。

涤纶的水解见下式：

诺美克斯的水解见下式：

水解对这些纤维的作用是水分子将纤维聚合物的分子链分割成较小的两段（见上两式），从而使分子量减小，抗拉强度减弱。德拉伦I和水的反应发生在氰基上，分子链不受影响，也就是不破坏主干而只影响分子结构。由于聚合物分子的内聚力减小，机械强度也会下降。反应见下式：

+ H₂O

对于容易水解的纤维聚合物，如果能控制温度和湿度，可以减慢其反应速度。图2-5是三种纤维的水解与烟气温度及水汽含量的关系，图中各条曲线右侧是产生严重水解的区域。

13.纤维的氧化性

氧化是在特定条件下，化合物与氧发生反应而引起的分解作用，由于氧分子或某些侵蚀性氧化剂的加入，使原化合物分子结构遭受破坏。

空气中含有21%的氧，在常温下，对很多纤维体的氧化反应十分微弱，几乎无破坏作用，但在高温状态，对某些纤维的氧化分解作用急速加剧，而使其遭受破坏。聚苯硫醚（PPS）就是属于在高温条件下易氧化的纤维。PPS的耐温性能和O₂含量的关系如图2-6所示。

燃料燃烧时，空气中的氮和燃料中的氮化物会氧化生成NO₂，其中主要为NO，约占95%，也有NO₂。NO₂属于侵蚀性氧化剂，对PPS等易氧化纤维体分子具有破坏作用，其氧化反应式如下。温度越高，氧化破坏作用越大。

丙纶对氧化更敏感，在温度稍高时就会受到空气中所含氧的破坏，所以应添加抗氧化剂。

第二节　普通滤料纤维

一、天然纤维

1.棉纤维

别名棉花、棉、皮棉；英文名cotton fiber。

（1）结构式

（2）分子式　（C₆H₁₀O₅）_n，n=10000～15000。

（3）物化性能　组成棉纤维的物质主要是纤维素，也有少量的其他伴生物。纤维素含量为93%～95%，它的单基是葡萄糖残基（C₆H₁₀O₅），呈六环形排列，在2、3、6位碳原子上各有一个羟基，在1、4碳原子上有苷键，将葡萄糖基连接成线型大分子。纤维素是棉纤维生长过程中经过化学作用合成的，属于多糖类高分子化合物，由碳、氢、氧三种元素组成，其化学分子式为（C₆H₁₀O₅）_n ，聚合度一般可达10000～15000。棉纤维除纤维素外，还有6%左右的伴生物。其中有果胶质1.2%，蜡质0.5%～0.6%，蛋白质1%～1.2%，灰分1.14%，其他物质约为1.36%。

棉纤维可与多种化学药剂起作用。它的化学性能比较稳定，不溶于一般的溶剂（如乙醚、乙醇、苯、丙酮、汽油等），在水中也只是发生轻微溶胀而不溶解。它的耐酸性能较差，特别是高温下强酸作用于棉纤维时，纤维素易水解，酸会使纤维素大分子上的1、4苷键发生水解而断裂，使棉纤维的强度下降，伸长性能减弱，弹性变差，如连续作用最终将其分解成葡萄糖。棉纤维遇火焰会剧烈燃烧，防燃性能较差。干燥棉纤维的比热容为1.21～1.34J/（g·℃），20℃时的热导系数为252.22～263.92J/（m·℃·h），棉纤维的纤维素在阳光和大气中能进行缓慢氧化作用而生产氧化纤维素，使纤维的强度下降。如将棉纤维在大气中经阳光照射940h后，其强力下降50%左右。棉纤维的折射率为1.57～1.58。干燥棉纤维的相对介电常数为3.0～3.2，并随回潮率的增加而显著增大。干燥棉纤维的体积电阻率约为10¹³Ω·cm。

2.羊毛纤维

别名羊毛；英文名wool。

（1）结构式

式中，R为侧基，不同的氨基酸有不同的侧基，羊毛大分子由20多种氨基酸组成。

（2）物化性能　羊毛纤维具有很好的耐酸性，即使在热有机酸较长时间作用下，对毛纤维的损伤也很小。羊毛纤维对无机酸的抵抗能力也很强，只有在加热的情况下，浓酸对毛纤维才能产生破坏作用。在热化学处理中常将溶液的pH值调节在等电点附近，以保护毛纤维不受损伤。羊毛纤维不耐碱，在碱的作用下，羊毛角蛋白中的胱氨酸键和盐式键水解而断裂，使羊毛纤维强度降低。羊毛纤维对各种有机溶剂的化学稳定性很好，既不溶解也不溶胀，这些有机溶剂只能溶去毛纤维外面的脂蜡和汗渍。但羊毛纤维对氧化剂的作用非常敏感，特别在高温下，强氧化剂对羊毛的作用非常激烈，对羊毛纤维造成破坏，破坏作用的程度取决于处理温度、溶液的浓度和pH值。卤素也会使羊毛纤维发生氧化作用，特别是使鳞片发生变化，氧化作用剧烈时，可以使鳞片边缘变钝，甚至溶解。

（3）羊毛纤维的物理力学性能如下。

1）细度。羊毛纤维的细度差异较大，其范围为7～240μm。羊毛的细度主要取决于绵羊的品种。

2）长度。羊毛的长度是仅次于细度的重要指标，一般情况下，细毛的长度范围为60～120mm，半细毛的长度范围为70～180mm，粗毛的长度范围为60～400mm。

3）卷曲度。一般以每厘米的卷曲数来表示羊毛卷曲的程度，叫卷曲度。羊毛的自然状态是沿其长度方向有自然的周期性卷曲，这些卷曲绝大多数在同一平面上。

4）吸湿性。羊毛吸收水分的多少通常用回潮率来表示，回潮率的大小与环境的温度、相对湿度有关，也与羊毛萃取液的pH值有关。羊毛的吸湿性较强，在一般情况下，含水量为8%～14%，公定回潮率为15%。

3.蚕丝

（1）结构式

式中，R为丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸或酪氨酸。蚕丝大分子是由18种氨基酸组成的。乙氨酸和丝氨酸占79%或以上。

（2）物化性能　密度为1.33～1.45g/cm³；单丝抗拉强度较高，一般为26～34cN/tex；断裂伸长率为15%～25%；初始杨氏模量为44.14～88.25cN/dtex，在天然纤维中低于苎麻而高于棉纤维和羊毛。在湿度升高和含水率增加的情况下，蚕丝的强度有所降低，而且变形增加，初始杨氏模量也有所下降。因此，丝绸在湿态时易起皱，洗涤后必须进行熨烫。蚕丝的吸湿性能比较好，在标准状态下的平衡回潮率可达11.0%左右，即使含水率达到30%，手感仍不觉得潮湿。干燥蚕丝纤维的吸湿积分热约69J/g，仅低于羊毛和黏胶纤维，在相对湿度100%的空气中平衡回潮率可达36%～39%。蚕丝长时间在光的作用下，纤维中的氢键会发生断裂而引起机械性的变化，在氧气和水的作用下，紫外线可使酪氨酸和色氨酸残基氧化，从而使蚕丝泛黄，如再加上热和中性盐的作用，泛黄变色现象会加剧。干燥的蚕丝是电的不良导体，在相对湿度为65%的空气中质量电阻率可达10¹⁰Ω·cm，在天然纤维中是最高的。它的介电常数为4.2，在天然纤维中是最低的。蚕丝的比热容在天然纤维中最大，约为1.38J/（g·℃）；热导系数为179.91～196.64J/（m·℃·h），在天然纤维中是最小的。它的耐热性在天然纤维中也较好。酸对蚕丝的作用虽没有碱剧烈，但随着温度和浓度的升高，也会在不同程度上使蚕丝膨润而溶解。蚕丝受盐的影响较大，若将蚕丝在0.5%的食盐溶液中浸渍15个月，其组织结构就会被完全破坏。蚕丝对碱的作用非常敏感，其耐碱的能力远低于耐酸的能力。

二、聚酯纤维

聚酯纤维是当前国内外产量最大的合成纤维品种，始生产于1953年。它是以多种二元醇和芳香族二羧酸经缩聚反应合成的聚酯为原料，再经熔融纺丝所制得的一类合成纤维的总称。由于在其成纤高分子的分子结构中含有酯基（—COO—），故统称为聚酯纤维。其中以聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（PET，在我国为涤纶）的产量为最大。

棉型聚酯短纤维别名棉型涤纶短纤维、的确良；英文名cotton type polyester staple fiber，结构及物化性能如下所述。

（1）结构式

（2）物化性能　该纤维的相对密度为1.38；公定回潮率为0.4%。在温度20℃、相对湿度20%时的吸湿率为0.1%～0.3%；相应在温度20℃、相对湿度95%时的吸湿率则为0.6%～0.7%。其干、湿态下的强度比为100%。软化点为235～240℃，熔融温度为255～265℃，其耐热性优于其他普通合成纤维。该纤维制品在室温下对稀酸、碱液是稳定的，但随着温度升高，其稳定性趋于下降。

三、聚酰胺纤维

聚酰胺纤维是以脂肪族二元酸和二元胺或由ω脂肪族氨基酸类经缩聚反应合成的聚酰胺为原料，再经熔融纺丝所制得的一类合成纤维的总称。由于在其成纤高分子的分子结构中都含有酰胺基（—CONH—），故统称为聚酰胺纤维。其中以聚己内酰胺纤维（Nylon6，我国称它为尼龙6）和聚乙二酸乙二胺纤维（Nylon66，在我国称它为尼龙66）的产量为最大。

聚己内酰胺短纤维别名锦纶6短纤维、耐纶6短纤维、尼龙6短纤维；英文名polycaprolactam staple fiber、polyamide 6 staple fiber，结构及物化性能如下所述。

（1）结构式

（2）物化性能　该纤维的相对密度为1.14；公定回潮率为4.5%。在温度20℃、相对湿度20%时的吸湿率为1.0%～1.8%；相应在温度20℃、相对湿度95%时的吸湿率则为8.0%～9.0%。其干、湿态下的强度比为84%～92%。软化点为180℃，熔融温度为215～220℃。该纤维的强度高，初始模量较小，故制品的形状稳定性差，但其制品的耐磨性和弹性较好。由于纤维的吸湿性较差（4.5%），在加工和使用过程中易于积聚电荷，用以制作内衣穿着时的舒适感较差。该纤维制品的耐光性也较差。该纤维制品在室温下对稀酸、稀碱基本上是稳定的，但随着温度的升高，其稳定性趋于下降；对于一些常用的有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳等，在室温下是稳定的。

四、聚烯烃纤维

聚烯烃纤维是以石油裂解产物中的丙烯为起始原料，通过特种催化剂的催化引发，经加聚反应制得一种叫等规聚丙烯（isotactic polypropylene）的成纤高聚物，用它进行熔融纺丝，即得聚丙烯纤维，它在我国的商品名叫作丙纶。聚丙烯纤维的密度在所有化学纤维中是最轻的（0.91g/cm³）；其强度与聚酯纤维相近；有良好的耐腐蚀性，能耐无机酸、碱的作用；另外其耐磨性也很好。

（1）结构式

􀰻

（2）物化性能　该纤维的密度为0.91g/cm³；公定回潮率为0%。在温度20℃、湿度20%时的吸湿率为0%；在温度20℃、湿度95%时的吸湿率则为0%～0.1%。其干、湿态下的强度比为100%。软化点为140～160℃，熔融温度为165～173℃。该纤维的结晶度较高，强度好，制品的尺寸稳定性和弹性尚好。由于该纤维的吸湿性很差，在使用过程中极易积聚静电荷。该纤维制品的耐光性和耐热性也较差。该纤维制品的染色很困难，但其对无机酸和碱的稳定性能良好。

五、含氯纤维

含氯纤维最大的特点是难燃，与其进行混纺后制得的织物都将具有阻燃性。该纤维对酸、碱作用的稳定性很好。但含氯纤维的耐热性不好、吸湿性小、染色困难等都制约了它在服装领域的发展，所以其至今仍只是合成纤维中的一个小品种。该纤维主要被用于制作如耐腐蚀的过滤布和工作服、绝缘布、窗纱、绳索、渔网等，在民用方面亦可供制作毛毯及絮棉状填料等。

聚氯乙烯短纤维别名氯纶短纤维；英文名polyvinyl chloride staple fiber，结构及物化性能如下所述。

（1）结构式

（2）物化性能　该纤维的密度为1.39g/cm³，公定回潮率为0%。在温度20℃、相对湿度20%时的吸湿率为0；相应在温度20℃、相对湿度95%时的吸湿率也只为0～0.3%。其干、湿态下的强度比为100%。其熔融温度为200～210℃，65～70℃就能使之软化，90～100℃时就开始热收缩。耐热性比较差，其通常使用温度只为40～50℃。它对无机酸、碱、氧化剂、还原剂等的耐腐蚀性比较好，但其不耐有机溶剂。由于它的热导系数比较小，故其具有良好的保暖性。其染色性不好，只能用少数分散性燃料等进行染色。该纤维的断裂强度为1.4～2.3cN/dtex；弹性模量为15.5～20cN/dtex；断裂伸长：干纺法为50%～70%，湿纺法为19%～32%。可用于制作各种在常温下使用的过滤布。

六、聚丙烯腈系纤维

聚丙烯腈系纤维（亚克力、腈纶）是以一种以丙烯腈为主要组分的共聚物为原料，经纺制所得的一类合成纤维的总称。由于构成其成纤高聚物大分子主链的全为碳原子􀰷CH₂—CH（CN）􀰻，故它属于“碳链类合成纤维”。

棉型聚丙烯腈短纤维别名棉型腈纶短纤维；英文名cotton type polyacrylic staple fiber，结构及物化性能如下所述。

（1）结构式

（2）物化性能　聚丙烯腈纤维因其生产所用共聚物的组成不同以及所选用溶剂及纺丝方法不同，其产品性能具有较大差异。该纤维的密度为1.14～1.18g/cm³；公定回潮率为1.0%～2.5%。在温度20℃、湿度20%时的吸湿率为0.3%～0.5%；相应在温度20℃、湿度95%时的吸湿率则为1.5%～3.0%。其干、湿状态下的强度比为80%～100%。软化点为190～240℃，熔融温度不明显，一般来说该纤维只具有准晶结构，故对热处理的反应比较敏感。另外，它的耐日光和大气作用的稳定性极好。

七、纳米纤维

纳米纤维又名超微细纤维（也有将添加了纳米材料或具有纳米结构的纤维称作纳米纤维，英文名nano fiber、nanometer fiber），视不同材质有不同的结构式和组成。其中，碳纳米管和纳米碳纤维主要由碳元素组成，各种高聚物、胶原、丝蛋白、高分子DNA都可形成纳米状态的纤维。

（1）物化性质　通常把直径小于100nm细而长的纤维称为纳米纤维。但也有的企业把几百纳米或在常规纤维中添加了功能性纳米微粉的纤维或经过处理使纤维具有纳米结构的纤维称为纳米纤维。纳米级材料的物理性能表现为：①表面效应；②小尺寸效应；③量子尺寸效应。

对于添加了纳米级陶瓷或金属微粉的纤维，则具有除纤维本身外新的功能，如发射远红外线、防紫外线、抗菌、阻燃、导电、屏蔽或吸收辐射波等。

对于表面或内部具有纳米结构的纤维，也增加了新的功能，如防水透湿、双亲（水、油）、双疏（水、油）等。

（2）用途　防护及环境保护：利用其大的比表面积形成微孔结构及柔软透湿的特性，可过滤细菌、病毒及有害微粒，也可用于空气过滤机化工产品的提纯，用于光催化清除转化有害物质等。

（3）制法　纳米纤维的制造有多种方法，可用物理、化学、生物的方法得到纳米级纤维。对有机纳米纤维目前多数是用纺丝的方法制造，这类方法又可分为聚合物喷射静电拉伸纺丝法、海岛形双组分纺丝法及单螺杆混抽法。

在普通纤维中添加纳米级陶瓷、金属、金属化合物微粉的纤维生产方法也有多种，可以用共聚、共混、复合纺、后处理等方法。

八、导电纤维

导电纤维，又名有机导电纤维，英文名conductive fiber。

（1）组成　各种金属纤维、碳素纤维、本征型导电聚合物纤维、各种高聚物+导电材料（炭黑、金属、金属化合物等）。

（2）物化性质　除各种纤维本身的物化性能外，其电阻率<10⁷Ω·cm，如果屏蔽电磁波则电阻率需10^-3～10Ω·cm。部分导电纤维的特点及导电性能见表2-9。

（3）制法

1）金属导电纤维则按常规方法，将金属丝加工到纤维级的细度即可，一般以拉丝法为主，另外还有纺丝法、切削法等。

2）导电聚合物（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）可直接纺丝，一般多采用湿法纺丝，如将苯胺在酸性介质中，用氧化剂——过硫酸铵，氧化聚合得到聚苯胺，采用N-甲基-2-吡咯酮、二甲基丙脲或浓硫酸作溶剂，经纺丝后可制得聚苯胺导电纤维。

对于有机导电纤维，必须通过各种途径将具有导电成分的物质加入纤维内部或表面，加入量越多，导电性越好，但成本也越高，工艺难度大，更难以染色。在纤维中加入导电粒子或极细导电纤维的种类如表2-10所列。

通常情况下，相同成分的有机导电纤维，长丝纤维要比短丝纤维导电性好，炭黑类导电添加剂要比金属化合物类导电效果强。导电纤维添加到机织物中要比添加到针织物中抗静电效果好，方法可采用在共聚、共混时加入也可采用多组分复合纺丝法。用炭黑嵌入软化了的纤维皮层中，形成外皮导电的纤维，也可用含炭黑的聚合物作芯，以成纤非导电聚合物为皮，制成导电纤维，此外，在多组分导电纤维中还有并列、三层夹芯、海岛、辐射等形式。

（4）质量标准　在标准状态下（环境温度20℃，湿度65%），纤维的比电阻<10⁷Ω·cm。

第三节　高性能滤料纤维

高性能纤维是指对外部作用不易产生反应、在各种恶劣条件下能保持本身性能的纤维。通常这类纤维具有较高的强度和模量（承受很大的负荷也不变形）或能够耐高温、耐各种化学药品腐蚀等。

一、聚四氟乙烯纤维

聚四氟乙烯纤维，别名氟纶、特氟纶；英文名polytetrafluoroethylene fiber，结构及物化性能如下所述。

（1）结构式

􀰷CF₂—CF₂􀰻

（2）物化性能　聚四氟乙烯纤维具有独特的综合性能，还有非常优异的化学稳定性，是迄今为止最耐腐蚀的“纤维之王”，能耐氢氟酸、王水、发烟硫酸、浓碱、过氧化氢等强腐蚀性试剂。同时又具有良好的耐气候性，是现有各种化学纤维中耐气候性最优良的一个品种，将聚四氟乙烯纤维在室外暴露15年，其力学性能仍未发生明显变化。这种纤维既能在较高的温度下使用，也能在很低的温度下使用，其使用的温度范围为-180～260℃，其熔点约为327℃；聚四氟乙烯纤维也是最难燃烧的有机纤维之一，其极限氧指数（LOI值）高达95%。它还有良好的电气绝缘性能和抗辐射性能，其摩擦系数在现有的合成纤维中最小（0.01～0.05），而且在广泛的温度和荷载范围内保持不变。

纤维一般为茶褐色，高温处理后为银灰色，王水处理后为白色。白色丝的电绝缘性好，电阻率为10¹⁷Ω·cm，褐色丝差一些。聚四氟乙烯纤维无任何毒性，但是在200℃以上使用时，可能有少量氟化氢释放出来，因而应采取必要的劳防措施。其主要物理力学性能指标见表2-11。

二、芳香族聚酰胺纤维

1.聚对苯二甲酰己二胺PA6T纤维

别名聚酰胺6T纤维、耐纶6T纤维、尼龙6T纤维；英文名polyhexamethylene terephthalamide fiber。

（1）结构式

（2）物化性能　该纤维属于芳香族——脂肪族聚酰胺纤维，其物化性能介于普通聚酰胺纤维和聚酯纤维之间。如它能耐较高的温度，又耐磨，用于制作轮胎窗子线，不具有一般聚酰胺纤维所具有的“平点现象”。其短纤维的力学性能见表2-12。

2.聚间苯二甲酰间苯二胺纤维

别名间位芳酰胺纤维、间位芳纶、芳纶1313、HT-1纤维；英文名poly-m-phenylene isophthalamide fiber、Nomex、Conex、Phenicon。间位芳纶产品以短纤维为主，其物理性能与涤纶相似，易于加工制造，主要指标如表2-13所列。

间位芳纶的回潮率比涤纶高得多，因而穿着舒适性较好。其突出特点是良好的耐热性，可在260℃温度下持续使用1000h，在200℃条件下使用20000h，强度仍保持原始值的90%，熔点接近400℃，分解温度约为420℃。它还有很好的阻燃性，极限氧指数28%，在空气中不延燃，还能耐大多数酸的腐蚀，对漂白剂、还原剂、有机溶剂等的稳定性也良好。也有很好的抗辐射性能，尺寸稳定性也好。间位芳纶具有优良的物理力学性能，强度比棉花稍大，伸长也较大，手感柔软、耐磨牢度好。但水解稳定性较差，不能与强碱长期接触。另外，其耐光性和染色性也稍差。

3.聚对苯二甲酰对苯二胺纤维

别名对位芳酰胺纤维、对位芳纶、芳纶1414、芳纶Ⅱ；英文名poly-p-phenylene terephthalamide fiber、p-aramid、Kevlar、Twaron。芳纶Ⅱ属高强度、高模量的高性能纤维，其强度大于22cN/dtex，是普通涤纶和尼龙的4倍，钢丝的5倍；模量达476cN/dtex，相当于尼龙的9～10倍，涤纶的3～4倍。加之密度小（1.44～1.46g/cm³），和橡胶有很好的黏着力，因而是比较理想的橡胶增强材料（表2-14）。

芳纶Ⅱ的化学性能也很稳定，除无机强酸、强碱外，能耐盐酸、氢氟酸、磷酸、乙酸、氢氧化铵、四氯化碳、二氯甲烷、丙酮、丁酮、甲苯、苯、甲醇、乙醇等酸、碱及有机溶剂的腐蚀。

4.特安纶纤维

特安纶（Tanlon，芳纶），由上海市合成纤维研究所研发成功，专利号02136060.X_o是国内的芳纶商品名称。特安纶是一种芳香族聚酰胺纤维，学名为聚苯砜对苯二甲酰胺纤维（又名芳砜纶），英文简称PSA，大分子结构见图2-7。

纤维特点如下。

1）主链上对苯环和强吸团砜基（—SO₂—）创造性地引入和结合，使得特安纶纤维具有优异的耐热、阻燃性和良好的化学稳定性。纤维纵横面形态和基本指标见图2-8和表2-15。

2）突出的耐温性能。特安纶纤维具有突出的耐高温和热氧化性。在250℃条件下可以长期使用，处理600h后，断裂强力仍保持在80%左右，优异的耐温性能可保证滤料长期的使用寿命。

3）优异的高温尺寸稳定性。特安纶纤维具有优异的尺寸稳定性。在250℃和300℃高温条件下处理30min后的干热收缩率分别为0.8%和2.0%，优于其他常规使用的耐高温纤维。

4）优良的耐化学性。特安纶纤维在较高温度下仍然具有良好的耐酸、碱性能。在耐酸性和耐腐蚀性能方面，特安纶纤维略优于间位特安纶纤维；而耐碱性腐蚀性能方面，特安纶纤维具有较好的耐弱碱腐蚀性能，在强碱溶液中，特安纶纤维略低于间位芳纶，但明显优于聚酰亚胺纤维。

5）特安纶纤维具有良好的抗水解性能。在150℃湿热条件下处理50h后，特安纶纤维的强力保持率为90%，略优于间位芳纶纤维，无明显的强力损失。

三、聚酰亚胺纤维

1.聚酰亚胺纤维

聚酰亚胺纤维别名PIM2080、P84纤维、酮酐类酰亚胺共聚纤维；英文名copolyimide fiber，是耐热纤维的一种，在300℃下处理100h，强度保持率为50%，延伸度降低5%～10%；暴露250h，其强度保持率为45%。275℃下尺寸稳定性良好，不熔融。玻璃化温度为315℃，分解时只放出非常少的有害气体。绝缘性、绝热性、隔声性良好。其一般物理指标如表2-16所列。

2.轶纶纤维

聚酰亚胺纤维（PI-轶纶，YILUN^􀆿）是我国自主研发的，它与P84同属于聚酰亚胺的同构异体聚合物。PI-轶纶聚合物结构特点是以xx二酐和xx二胺为主要原料单体，再辅助以第三单体，是性能比较全面的纤维品种。轶纶纤维是聚酰亚胺纤维的一个注册商标，分子结构如图2-9所示。

（1）纤维的性能　包括：①极佳的高温稳定性和低温稳定性；②优异的阻燃性；③优异的化学稳定性；④极佳的电性能；⑤良好的过滤性能。

（2）轶纶纤维（YI-F系列）　轶纶短纤维YI-F-01系列因其长期耐高温性、尺寸稳定性及耐化学性等极其优越的性能，被称为环保、可靠、高效的高温过滤材料之一（轶纶短纤维的性能见表2-17）。在高温滤材的应用领域中具有极其重要的地位，广泛应用在水泥厂、燃煤电厂、钢铁厂、垃圾焚烧厂、冶炼厂、化工厂、汽车涂装厂等行业。可有效过滤工业燃烧过程中产生的有害气体及灰尘，抵抗烟雾等的化学腐蚀，并可回收贵重物质。

（3）轶纶纤维YI-C系列　轶纶纤维（性能参数见表2-18）具有良好的可纺性，可以制成各类纺织品。由于优异的耐高温、低温特性、阻燃性、不熔滴、离火自熄以及极佳的隔温性，和其他纤维相比，由于材料本身的热导系数低，是绝佳的隔温材料。

四、聚对苯硫醚纤维

聚对苯硫醚纤维别名PPS纤维；英文名poly-p-phenylene sulfide fiber；Torcon、Prucon、Ryton，呈金黄色，密度为1.33～1.37g/cm³，熔点为285℃，其强度与断裂伸长率和棉花接近，但模量较低，吸湿率也较低，物理性能见表2-19。

聚苯硫醚纤维的主要特点：耐热性好，可在190℃温度下长期使用；阻燃性优良，其极限氧指数（LOI）为34%，在空气中不会燃烧；其耐化学药品性能也优异，仅次于聚四氟乙烯纤维；有机溶剂也很稳定。

五、玻璃纤维

玻璃纤维英文名glass fiber，textile glass，是采用石英砂、石灰石、白云石、石蜡等，并配以纯碱、硼酸等经熔融纺丝而成，其主要成分为二氧化硅和某些金属氧化物。按成分和性能可分为无碱、中酸、高碱和特种四类玻璃纤维；按形态可分为连续玻璃纤维、定长玻璃纤维及玻璃棉。玻璃纤维其有阻燃、耐腐蚀、耐热、吸湿性小、断裂伸长率低、抗张强度高、性脆易碎、绝热性和化学稳定性好、电绝缘性良好等特性。

1.无碱玻璃纤维

别名E玻璃纤维；英文名alkali free glass fiber、E-glass fiber，它是由碱性氧化物含量为0～2%的无碱玻璃拉制而成的连续纤维，属于钙铝硼硅酸盐玻璃纤维系，纤维强度3.43×10⁹Pa，密度2.54g/cm³，伸长率3%，初始模量7.1×10⁹Pa。软化点为846℃，具有良好的电绝缘性和耐水性。

2.超细玻璃纤维

英文名superfine glass fiber，该纤维是指单丝直径约为4μm的玻璃纤维。纤维直径细，挠曲性和柔软性好，强度高，具有耐化学腐蚀、不燃、伸长率小等玻璃纤维所共有的特性。制成的织物具有强度高、质量轻、手感柔软、耐磨、耐折不皱、不收缩、不导电、不霉等特点。

3.高强度玻璃纤维

别名S玻璃纤维、HS₂玻璃纤维；英文名high strength glass fiber、S-glass fiber、R-glass fiber、T-glass fiber。南京玻璃纤维研究院生产的HS₂玻璃纤维的主要性能与国外产品做对比见表2-20，HS₂玻璃纤维纱及玻璃纤维布的基本性能指标等见表2-21、表2-22。

4.高碱玻璃纤维

英文名 high alkali glass fiber，该纤维是玻璃纤维品种之一，属钠钙硅酸盐玻璃纤维系。主要原料为石英砂、白云石、石灰石、纯碱、铀长石等。由于纤维中含碱量高，耐水性、强度等均不如无碱和中碱玻璃纤维，但耐酸性好。

5.玻璃棉

英文名 glass wool，玻璃棉是一种人造无机纤维。纤维的细度与长度因制造方法的不同而异，细度一般在3～10μm之间，长度一般在25～300mm之间，密度为2.4～2.7g/cm³，热导系数小，具有良好的耐腐蚀性和电绝缘性。

六、金属纤维

金属纤维英文名metallic fiber，一般为多晶结构，但钨丝为单晶所构成。

1.物化性质

因组成的材料不同而有所差异。金属纤维一般具有较高的强度、较好的光泽和良好的导电性能。以直径为2.5μm的镍钛合金纤维为例，拉伸强度为10800MPa，延伸度10%，对轴方向5%，变形复原率80%以上。

2.用途

不锈钢丝可以混纺在纺织品中以消除静电，用不锈钢丝织成的网可用作各种筛网和过滤网；烧结金属纤维毡、网可用作气体或液体的过滤材料。

3.制法

金属纤维可用线材拉伸法、熔纺法、粉末冶金法、薄膜切割法等多种方法来生产。线材拉伸法是最传统的方法，各种金属纤维几乎都可以用此种方法生产，这种方法是以线材为原料直接进行拉伸，得到纤维。但生产直径小于100μm或更细的纤维时，由于生产成本的提高和线材断裂等问题，此法受到限制。如要生产直径为10μm或更细的金属纤维，则将核心线材装进护套或基体中，护套和基体是一种具有延伸性和可以牺牲的材料，用拉伸法将整个丝条拉延到预定的横截面，再将护套或基体材料用侵蚀剂除掉。熔纺法是先将金属加热熔融，然后将熔体从成形模中喷射出来，施以气体的压力或离心力以加快成形的速度，使金属纤维维持足够的长度。粉末冶金法用于那些熔点很高的难熔金属，先将这种金属加工成粉末，然后使用某种黏合剂，在高温下通过适当的压模挤压，再进一步压实或烧结成纤维。

镍钛合金纤维的制法是先将钛线缠在镍箍上，制作镍和钛的配比为1∶1的镍钛包覆线，用数十支至数百支集束包装材料包上直径5～22mm的集束单线，通过拉模拔丝加工制成直径0.1～0.5mm的集束轴心线，然后再在比镍和钛的熔点低约1000℃的温度下热处理，镍和钛在固相状态下扩散合金化，再去除包装材料，便得到棒尖状镍钛合金纤维。

七、玄武岩纤维

（1）组成　主要由SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、K₂O、TiO₂等多种氧化物陶瓷成分组成。

（2）物化性质　玄武岩纤维的密度2.65g/cm³，拉伸强度4100～45000MPa，研制强度可达4840MPa，模量为225GPa，皆优于E-玻璃纤维和S-玻璃纤维。软化点960℃，最高使用温度为900℃，在70℃的温水中其强度可保持1200h（而一般玻璃纤维只有200h），伸长率为3.1%，单丝直径为7～17μm，热导系数为0.031～0.038W/（m·K），烧结温度为1050℃，使用温度范围为-260～500℃，在400℃下的强度保持率为82%，电阻率为1×10¹²Ω·cm，介电损耗角正切（在1MHz频率下）为0.005（比E-玻璃纤维低50%），耐热介电性能极好，耐酸、耐碱性比玻璃纤维好，隔热、隔声性能也好，对电磁波可反射或吸收，屏蔽性好。与树脂复合时，其黏合强度比玻璃纤维和碳纤维高，可与碳纤维制成复杂的复合材料，使其抗拉强度、模量和其他性能都得到明显提高，并降低生产成本。其抗燃性优良，过滤净化特性突出。

（3）制法　首先将玄武岩矿石破碎至50mm大小，然后将它投入专用的池窖中，在1450～1500℃温度下熔融，再将熔体导入熔融槽，并用铂铑喷丝板纺制成直径9～15μm、长度无限的玄武岩连续长丝，每次可制成200～400条细丝，冷却后在细丝上涂覆油剂，以保持其柔软性，然后将该长丝绕在收丝机上，摆纱并制成所要求纤度的丝束，干燥后经质检、包装而得到连续长丝产品。若要生产短切纤维，则将丝束切断成所需长度的短纤成品。还可通过熔喷法生产超细的玄武岩非织造布。

（4）玄武岩纤维的特性指标

1）玄武岩纤维性能指标。见表2-23。

2）耐高温。玄武岩纤维的静态使用温度范围为-269～650℃（最高为960℃），它的软化点为960℃。在400℃下工作时，其断裂强度能够保持82%；在600℃下工作时，其断裂强度仍能保持45%的原始强度。

3）耐化学腐蚀。玄武岩纤维含有K₂O、MgO和TiO₂等成分，对提高纤维耐化学腐蚀以及防水性能起到重要的作用。连续煮沸3h后（纤维损失质量及强力保留率情况）：水中连续玄武岩纤维损失质量0.2%，强力保留率100%；在2mol/L NaOH溶液中失重2.75%，强力保留率98.73%；在2mol/L HCl溶液中连续玄武岩纤维仅损失质量2.2%，强力保留率98.8%。这些性能只有PTFE纤维与其接近。

通过玄武岩纤维与玻纤、PPS纤维耐酸性能的对比，可见玄武岩纤维耐酸性优于玻纤，略低于PPS纤维。

4）高温下强力增加。连续玄武岩纤维有一个突出的特性，这也是其更适合做滤料的关键，即在160～250℃的温度区间内强力增加10%～30%。而160～250℃正是目前绝大多数工况下除尘器的实际工作温度，结合玄武岩纤维优异的综合性能，其更适合用于制作过滤材料。

5）强力高、尺寸稳定性好。连续玄武岩纤维的断裂伸长率很小，高温下几乎不变形，尺寸稳定性好，使用玄武岩纤维制作的滤袋更加可靠。玄武岩纤维伸长率仅为2%左右，这一特性可以保证制作长径比大的滤袋具有足够的抗拉强度和尺寸稳定性能。

八、陶瓷纤维

陶瓷纤维别名碳化硼、氮化硅、氮碳化硅硼及二氧化硅纤维等；英文名boron nitride、silicion nitride、silicon boron nitride carbide、silicon dioxide fiber，其组成、物化性质及制法如下。

（1）组成　陶瓷纤维主要包括BN、Si₃N₄、SiBN₃C、SiO₂四种类型。

（2）主要陶瓷纤维的典型性能和制法见表2-24。

（3）制法

1）化学气相反应（CVR）法，它是以B₂O₃为原料，经熔纺制成B₂O₃纤维，再于较低温度及氨气中加热，使B₂O₃与氨气反应生成硼氨中间化合物，再将这种晶型不稳定的纤维在张力下进一步在氨气或氨与氮的混合气体中加热至1800℃，使之转换成BN纤维，其强度可高达2.1GPa，模量345GPa。

2）化学气相沉积（CVD）法，是用钨芯硼纤维氮化而成，首先将硼纤维加热至560℃进行氧化，再将氧化纤维置于氨中加热至1000～1400℃，反应约6h即可制得BN纤维。

3）有机前驱体法，由聚硼氮烷熔融纺丝制成纤维后，进行交联，生产不熔化的纤维，再经裂解制成纤维。

Si₃N₄纤维有2种制法：①以氯硅烷和六甲基二硅氮烷为起始原料，先合成稳定的氢化聚硅氮烷，经熔融纺丝制成纤维，再经熔化和烧制而得到Si₃N₄纤维；②以吡啶和二氯硅烷为原料，在惰性气体保护下反应生成白色的固体加成物，于氮气中进行氨解得到全氢聚硅胺烷，再于烃类有机溶剂中溶解配制成纺丝溶液，经干法纺丝制成纤维，然后在惰性气体或氨气中于1100～1200℃温度下进行热处理得到氮化硅纤维。

SiBN₃C纤维也是采用聚合前驱体法生产的，是最新的陶瓷纤维，起始原料为聚硅氮烷，经熔融纺丝、交联、不熔化和裂解后得到纤维产品。

SiO₂纤维主要通过与制备高硅氧玻璃纤维一样的工艺制得，即先制成玻璃料块，再进行二次熔化，用铂金坩埚拉丝炉进行熔融纺丝，温度约为1150℃，得到纤维或进一步加工成织物等成品后用热盐酸处理，除掉B₂O₃·Na₂O成分，再烧结使纤维中SiO₂的质量分数达到95%～100%。另外，还有以SiO₂为原料，配制成高黏度的溶胶后进行纺丝，得到前驱体纤维，再加热至1000℃，便可制得纯度为99.9995%的石英纤维。此外，还可用石英棒或管用氢氧焰熔融拉成粗纤维，再以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰高速拉成直径为4～10μm的连续纤维，SiO₂的含量为99.9%。

九、碳纤维

碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量、耐高温纤维，以聚丙烯腈纤维、黏胶纤维或沥青纤维为原丝，通过加热除去碳以外的其他一切元素制得的一种高强度、高模量纤维，它有很高的化学稳定性和耐高温性能，是高性能增强复合材料中的优良结构材料。

1.聚丙烯腈基碳纤维

别名腈纶基碳纤维、台丽丝；英文名oliyacrylonitrile based carbon fiber、PAN based carbon fiber、Besfite、Torayca、Magnamite、Thornet、Panex。

（1）结构式　属乱层石墨结构。

（2）物化性能　纤维呈黑色，含碳量95%～99%，密度1.75～1.78g/cm³，含碳量≥99%者称石墨纤维，又称高模量碳纤维。产品分通用型、标准型、高强型和高模型等品种，产品形态有复丝、短纤维、短切纤维和纤维毡等。此纤维产品具有优良的力学性能、耐高温性、耐化学腐蚀性、耐疲劳性、导电性和绝缘性等。可与树脂、金属、陶瓷、炭、橡胶、水泥以及其他纤维材料复合制成各种复合材料，也可编制成绳、带、织物和三维编织物等。该纤维属脆性材料，伸长率较小。我国生产的几种聚丙烯腈基碳纤维的性能如表2-25所列。

2.黏胶基碳纤维

别名黏胶基碳丝；英文名rayon-based carbon fiber。

（1）结构式　乱层石墨结构，分子结构很复杂。

（2）物化性能　黏胶基碳纤维丝束的拉伸强度1.0～1.1GPa，拉伸模量54～55GPa，断裂伸长率1.86%左右，含碳量95%～96%，碱金属和碱土金属含量≤50×10^-6。黏胶基碳纤维短丝的力学性能一般较低，拉伸强度为200～600MPa，拉伸模量25～35GPa，伸长率1.5%～2.0%，密度1.4～1.6g/cm³，电阻率4×10^-2Ω·cm，含碳量91%～95%。黏胶基碳纤维具有优良的耐化学腐蚀性、润滑性、柔软性，热导系数小，可经过活化加工成活性炭纤维。其编织性能好，可织成黏胶基碳纤维布，这种产品具有突出的耐烧蚀性、阻燃性，可与环氧树脂、酚醛树脂、橡胶等加工成复合材料。

通用级黏胶基碳纤维的主要性能指标如表2-26所列。

3.沥青基碳纤维

别名沥青基碳丝；英文名pitch-based carbon fiber、carboflex、Dialcad、Granoc、Dona Carbo、Carbonic、Melblon。

（1）结构式　乱层石墨结构，分子结构很复杂。

（2）物化性能　传热性和导电性优良，热膨胀系数为负值。力学性能可在较宽的范围内变化，但加工性能和压缩强度不如PAN基碳纤维。纤维性能因纺丝方法的不同而异，熔融纺丝法制得的碳纤维，其拉伸强度为800～950MPa，拉伸模量为35～45MPa，断裂伸长率为2.0%～2.1%；而离心纺丝法制得的碳纤维为长短不等的短纤维，直径较大一些，平均性能也低于熔法长丝指标。高强型中间相沥青碳纤维的强度较大，为2.8～3.0GPa。熔喷法通用级沥青碳纤维力学性能最低，是我国目前大量生产的品种，产品有短纤维、非织造布、短切纤维、磨碎纤维、高密度和低密度碳纤维毡、通用级碳纤维纸等。该产品耐烧蚀性能好，具有自润滑性能，在高温条件下性能稳定，抗氧化温度超过500℃，化学和生化性能稳定，无毒无味。产品有通用级沥青碳纤维、短切纤维、磨碎纤维等。其性能指标见表2-27～表2-29。

4.纳米碳纤维

别名纳米碳管、巴基管、碳纳米管；英文名carbonfiber、carbon nanotubes、CNT、buckytub、carbon nanofibers。

（1）组成　由碳原子组成的中空管状结构，依据碳原子形成的结构不同，又可分为单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。采取不同的制法，也可得到非管状纳米碳纤维。

（2）物化性质　强度高，其弹性模量可达1.28TPa，是钢的100倍。密度小，只有钢的1/6。导热性好，是金刚石的2倍。导电性高，是铜的1000倍。耐高温，600℃以下基本不氧化。无毒、无味。耐强酸、强碱。

十、高熔点氧化物纤维

（1）物化性质　高熔点氧化物纤维（refractory oxide fiber）是以金属氧化物为主体的无机纤维类，熔点一般为1700～2800℃，如氧化镁纤维等。具有较大发展前景的品种有氧化铝纤维、氧化锆纤维和熔凝硅石纤维等。纤维的组成除某种主要氧化物外，还含有少量其他氧化物组分（如在氧化铝纤维中，还含有约5%的二氧化硅及微量的其他氧化物）。除熔凝硅石纤维外，其他品种均属多晶纤维。纤维具有高强度、高模量、低伸长、耐热（使用温度可高于1000℃）、热导系数低、耐腐蚀等特点。高温下抗氧化性能优异，但在还原性气氛中稳定性较差。

（2）用途　纤维及其制品主要用作工业窑炉内衬、隔热材料、密封材料、过滤材料、催化剂载体及复合材料的增强纤维等。在冶金、机械、化工、轻工、电子、航空、宇航和原子能工业中都有广泛的用途。

（3）制法　主要有胶体法、浸渍法及悬浮纺丝法等几种。