从刚性杆聚合物的热致晶体的Vectran-Super纤维文章综述

抽象的

从经济和环境的角度来看，由液晶聚合物纺丝而成的复丝Vectran是重要的，因为它在纺丝过程中非常简单，在注塑成型、挤压成型和熔体纺丝中都有应用。Vectran纤维是一种芳香族聚酯纤维，由液晶聚合物在熔融挤压过程中纺成。这个过程使分子沿着纤维轴定向，形成高强度的纤维，Vectran在330°C熔化。热处理可以提高和改变Vectran纤维的拉伸强度。平均而言，Vectran的抗拉强度为26克/旦(归类为高强度等级)，纤维的强度在多次弯曲和弯曲作用后保持不变。Vectran的耐磨性甚至比类似尺寸的芳纶纱还要高。此外，在温度变化下，原始尺寸保持不变，蠕变和收缩可以忽略不计。Vectran纤维具有金黄色、高强度和模量、高温热稳定性、低蠕变和良好的化学稳定性等特点，可用于从绳索和电缆到深海海洋测量和军工产品等许多行业。

1.介绍

液晶聚合物是由排列有序的分子链和刚性晶体的空间规则形成的热塑性聚合物[1］．提供所形成液晶的情况，液晶聚合物可以分配为热辐射和旋转层次[2］．首先是通过将聚合物与给定溶剂溶解以实现旋转液液晶聚合物[3.那4.]，而第二种是热致液晶聚合物，当液晶性质在给定温度范围冷却和加热下具有热变化时，是由于聚合物的化学性质[5.那6.］．

VeCTRAN是凯夫拉尔和粉末超纤维旁边的第二代人造超纤维，作为柔性且刚性聚合物，称为高模量，高韧度（HM-HT）纤维，具有高化学和热斗线[7.］．Vectran作为HM-HT纤维，其强度和模量分别至少为2 GPa和50 GPa [8.］．1990年第一次生产的VeCTRAN纤维已被美国国家航空航天局利用作为火星探路器上的气囊着陆和作为一层SPACESIFER。作为完全芳族聚酯的VECTRAN在熔融纺丝方法中商业生产，并且是根据[9.］．液晶由于某些分子运动与液晶和有序晶体相匹配[10那11］．

Vectran形成液晶;由于是一种相互作用的刚性聚合物，它可以很容易地通过纤维制造过程进行定向[12］．通过熔融纺丝工艺从干燥后熔化的球团热致液晶聚合物中获得Vectran纤维，当它通过一个纺丝孔时，它具有高分子方向;纤维的结构是在受控的冷却和或凝固下实现的(图)1（a））.在纺纱期间实现的巨大分子取向导致不必要的绘图过程[13］．热致芳香族聚酯纤维不能拉伸，但可通过热处理提高其性能(见表)1）.Vectran的生产被称为具有成本效益，因为它是一种熔融纺丝纤维，而不是芳纶和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等其他高性能纤维;然而，熔纺后固相聚合的高热处理要求抵消了其经济途径[13］．芳香族Vectran纤维的出色强度和稳定性使其能够以高性能目的使用，包括航空航天，军事和工业应用[14］．本综述将展示Vectran Fiber的可能结构，属性和应用。

2.纤维纺纱化学

从中间蛋白酶中的液晶相，在LCP的加工过程中，可以给予自增强和高机械性能的中间相的注入材料和纤维和大分子取向[7.］．由于具有定向和强vectran纤维的方法，它是由定向和刚性聚合物形成的[15］．VECTRAN通过对羟基苯甲酸（HBA）和6-羟基2-萘甲酸（HNA）数字的乙酰化聚合而获得2（a）．聚合物的不同组成可用于VECTRAN制作（表1）.当粘度为5.7dl/g、熔点为302℃时，以75%的HBA和25%的HNA纤维为原料，形成强度为12.1g/d、伸长率为2.5%、模量为541g/d的vectran纤维[16］．这种单体组合可以提供更好的分子量，使纤维在更高的熔点甚至更高的熔点上纺丝。一旦纤维形成完成，没有后拉伸过程，因此工作在更细的diener需要有一个狭窄的喷丝孔和或增加纺丝拉伸或衰减。

在生产vectran纤维的过程中，具有窄的吐丝孔，可以提高剪切速率，降低熔融粘度(η_Inh）．这是因为热致液晶聚合物具有线性下降的粘度随着剪切速率的增加(即使在低剪切速率区域)。衰减和喷丝孔对取向和结构都有影响。模具膨胀效应在这里也很小，因为即使在HBA和HNA的组合中也会发生快速凝固:75/25显示一个可忽略的模具膨胀作为剪切应力的函数[7.］．当粘度达到最优时，强度越好;然而，如果超过7dl/g，强度将下降图1（b）．

Vectran的优异强度是由于在240°C - 320°C时进行固态聚合，但不超过熔融温度，以防止熔体纺丝后长丝粘附)，并达到23-28克/旦强度(见表)1）.但是，模量仅略微增加，结晶度增加到20％，分子量增加三次[9.］．这是由于当纤维处于固体状态时，经过长时间的热处理，链长、分子量和结晶度都会增加[12那17］．固态聚合在常压气氛或减压中发生[18］．纺成纤维的数平均分子量和重量平均分子量分别从1.63增加到4.89和3.84相应增加到14.5 [19那20.］．纤维的热处理不仅用于改善纤维强度和模量，而且是纤维的热性[21］．随着热处理的增加，必须改善强度[22那23］．

2．1．分子链结构

一类由刚性杆线性分子测量的具有高度各向异性的聚合物称为液晶聚合物(lcp)。热致液晶聚合物(TLCP)加工过程中固有的分子各向异性和长时间的弛豫会导致零件的取向和形貌，这高度依赖于工艺条件[24］．液晶聚合物作为主链和侧链的分子结构是由于液晶的位置[25那26］．液晶聚合物的分子是刚性的，并将自身定位于随机取向的区域。热致液晶聚合物的刚性结构以其熔体状态下的各向异性为特征，因此“液晶聚合物”[27那28］．刚性杆样分子的存在导致TLCP的自增强特性，最终形成具有很大刚度和强度的纤维结构。即使在聚合物发生热变化时，分子也会自行组装[29］．当熔融聚合物通过喷丝孔挤压时，分子畴沿纤维轴相互平行排列[30.］．这是由于聚合物的熔融特性，使得分子在纤维轴上具有较高的拉伸和热性能(图)2（b））.

3.属性

Vectran纤维是一个超级高性能纤维,从液晶聚合物熔纺比较杰出的高温力学性能、良好的耐化学性,固有的阻燃性,高僵住了,非常低蠕变意味着不会随着时间的推移,伸展好天气的能力,和良好的热阻7.］．Vectran纤维的强度和屈曲性是钢和铝的5到10倍，具有优异的强度和屈曲性[31］．对于在最艰难和最强大的环境挑战中需要纱线纤维和纱线的应用，来自刚性杆聚合物的热致晶体的vectran超纤维可以满足这一需求。

3.1。VECTRAN纤维的强度

Vectran纤维的强度重量比高于传统金属。Vectran是由其在其他高性能纤维(包括PET、尼龙和芳纶)压缩时的高抗拉强度决定的，甚至无法与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)相比2）.Vectran和工业纤维由于其具有足够的强度和独特的液晶性质，在熔融纺丝过程中密封在分子结构中[7.］．

3.1.1。Vectran纤维的热性能

Vectran的熔点约为320°C，在220°C时强度损失显著。Vectran纤维的高耐热性创造了高LOI，低烟生成，以及在热空气、沸水和洗衣过程中的低热收缩[29］．在1997年的火星探路者任务中，Vectran可以在低温(−62°C)下进行测试，与芳纶纤维相比，Vectran表现出了出色的韧性，可以仔细选择作为安全气囊织物和外部组件[7.］．VECTRAN具有良好的热保护性能，这是由于材料保护佩戴者从二级皮肤烧伤的能力。与玻璃的高耐温性相比，即使在高温下，Vectran纤维也具有更好的稳定性性能（表3.）.即使在Vectran的热暴露后，也存在力学性能和其他性能。数字3.显示了Vectran和芳纶在不同温度下的相对强度，Vectran显示了比芳纶更好的强度保留[9.］．

3.1.2。蠕变特性

纤维对于长期静态加载蠕变材料的性质在各种应用中是重要的[9.］．VeCTRAN包括比其他高性能纤维的小蠕变率，如芳族聚酰胺。当加载最多50％的螺纹断线负荷时，光纤也没有可测量的蠕变[7.］．为了生产任何特定用途的材料，必须考虑设计和参数[32］．在负载电池中的固定伸长率以进行绳索并由于应力松弛而进行，负载随着时间的推移而降低[31］．当张力达到预定水平以下时，会出现再张，再张的频率是测量Vectran纤维绳蠕变性能的一种方法，如图所示4.．

3.2。电气性质

Vectran具有优异的电性能，包括介电、耐热、热阻或稳定性，可用于医疗设备/执行器和电子电路板应用[8.］．Vectran光纤在1000 HZ频率下的介电性能约为3.3，由于不吸湿，可具有优良的电绝缘性能[33］．

3．3．其他属性

VECTRAN的特征在于其最小可拉伸性，紫外线电阻和耐磨性。对于在室外环境中的长期用途，在没有防护涂层的情况下不能使用，因为它可以具有低抗紫外线降解。主要是聚酯和聚氨酯涂层通常用于通过材料改善耐磨性和湿气惰性[34］．桌子4.．在湿纱线磨损性能比其他高性能纤维和39.789和3.922循环的情况下，VeCTRAN纤维的磨损性能效果优于湿纱线磨损性，对于Vectran纱和芳族的1％纱线破碎负荷下的1％纱线破碎负荷分别用于绳索生产。酸和碱的Vectran纤维的化学相容性或稳定性分别小于90％和30％浓度[35］．Vectran的弯曲和弯曲耐药性是重要的。VECTRAN的液晶聚合物的特征在于其优异的氧气或水蒸气屏障性质，而不是用于屏障施用的其他替代熔融加工的聚合物材料。空气湿度水平对通过Vectra的许多气体渗透产生显着影响。与其他竞争性高性能材料相比，Vectran的洗涤能力越大，Vectran的能力使其成为可抗腐蚀应用的绝佳选择[31］．

4.应用程序

Vectran纤维在约50个市场份额，包括最重要的应用，如抗割手套和衣服、帆布、钓鱼线、拖缆、充气结构、美国宇航局空间系统、重型起重线、抗穿刺自行车轮胎，以及医疗、航天和体育应用的绳索。

4.1。合成的

热致液晶聚合物称为“自我增强热塑性塑料”，因为其取向和加工过程中的流变行为非常类似于短纤维填充的复合材料[36］．这种纤维非常适用于加固绳索、电缆、防护服、高级复合材料、高压充气材料和集装箱等材料(图)4.）.世界也可以在娱乐行业受到Vectran的启发，因为它可以用于加固船体、高尔夫俱乐部、鱼竿和线自行车叉、网球拍、滑雪板和滑雪板[33］．

以下4.4.1。灵活的组合

芳香族聚酯Vectran被用作一种目前使用较少的复合应用材料[37］．由Vectran纤维制成的柔性复合材料，由于其在重复弯曲循环下能够经受较低的半径弯曲，从而保护纤维强度，比相对高性能的液晶聚合物对芳纶[31］．由Vectran制造的折叠涂层织物应用于工业和军事的利用（图5.）.

4.1.2。刚性复合

使用Vectran制造的刚性复合材料，即使它可以具有比碳和玻璃低的抗压强度，也可以使用许多刚性复合材料;这可以延迟VeCTRAN作为加强材料芳族聚酰胺[31］．混合结构与碳和玻璃做振动阻尼，因为一个更好的拉伸和压缩强度实现。用这种纤维制成的复合材料由于水分含量低，已用于飞机制造[9.］．

4．2．绳索和电缆生产

Vectran纤维的强度、刚度和低吸湿性创造了更高效和更持久的绳索，以满足市场对更小、更轻的绳索和绳索的需求6.．蠕变纤维的蠕变和柔性疲劳的产品强度得到改善[8.那35］．VECTRAN是一种高模量和韧性纤维，用于生产工业绳索。除非天线保持应用，否则用于电气应用的Vectran纤维对绳索表演几乎不重要。该纤维的低紫外线抗性在纤维生产期间需要UV稳定添加剂[7.］．除了火之外，Vectran纤维的热性能并不是很重要，它具有良好的微生物和有机溶剂耐腐蚀性，良好的阳光耐腐蚀性，以及良好的耐酸和耐碱性(如果使用了强化学物质则不会)。

Vectran纤维的摩擦性能很重要，纱线间的摩擦系数约为0.151，这有利于绳索的处理和在其他表面上运行[12］．与芳纶相比，VECTRAN具有良好的耐磨性，以良好的绳索性能。来自液晶聚合物的VeCtran被认为是强且僵硬的纤维，并且可以在高压下容易地生产宽度和沉重，并在高压下生产管道。此外，为了通过保护光缆系统从调整光学电缆系统进行大小，仅需要蠕变纤维的最小蠕变[37那38］．

4．3．航空航天

1997年7月4日，火星探路器在火星表面上落在火星表面上的显着着陆，采用了Vectran纤维的安全气囊。由于具有高强度和重量轻，Vectran纤维必须用于航空应用[39］．除了强力机械性能外，高真空和空间应用需要远程偏离Vectran纤维的偏离和外放气特性[7.］．

4.4。织物和保护材料

Vectran面料的特点是其撕裂强度，尺寸稳定性，以保持复杂的形状，耐弯曲或折叠疲劳频繁放置，包装和拆封轮，以及耐化学物质，以生存的洗涤过程[39］．与传统纤维相比，Vectran纤维的抗拉强度、耐磨性和抗切割性使其用途更像保护性纺织品，并可制成保护性手套材料[40-42］．当织物经过一些过程，如洗涤，涂层，和接缝，Vectran优良的耐热性发挥了很大的作用。尺寸稳定性和抗化学和漂白剂性是防御服装使用和简化服装护理的重要因素。因此，它可以用于防御纺织品、帆布、柔性复合材料、充气结构和摩托车服装[32］．

4．5.无纺布和特种纸

由于Vectran纤维的低吸湿性和优异的介电性能，它们被用于电机和印刷电路板的特种绝缘纸[32］．纸和无纺布具有高绝缘性能[39］．

4.6。体育运动

像滑翔伞，自行车轮胎，帆船和滑雪板等体育用品可以由染色的Vectran纤维制作。VECTRAN是一种想象的纤维，用于运动好于碳，玻璃和芳纶，因为它具有出色的振动阻尼性能[29］．欧洲大陆自行车轮胎使用Vectran作为穿孔安全层[7.］．采用Vectran降低滚动阻力，实现了非降级性能。现在，强化的Vectran可以有一个伟大的性能的自行车叉[33］．

4.7。医疗的

Vectran纤维的拉伸性能使其成为导管加固应用、设备输送系统和外科控制电缆的极佳选择[39］．这种高性能纤维的伽马灭菌、低蠕变或无蠕变、耐磨性和尺寸稳定性也可以在许多医疗设备应用中促进更一致的用户感觉，其中触觉反馈至关重要[7.］．Vectran甚至可以用于兽医植入物的应用，以改善健康状况。

5.结论

高强度和模量的超纺丝纤维称为Vectran纤维，因为其刚性杆结构和高度对称。由热致液晶聚合物纺成的Vectran是由塞拉尼斯公司生产的人造纤维。化学上，芳香族聚酯是由4-羟基苯甲酸和6-羟基萘-2-羧酸自缩合而成。Vectra聚合物的特性包括优异的耐化学性、在不同温度范围内的性能保持性、优异的机械性能和低吸湿性。如果对Vectran进行适当的抛光处理，就可以获得优异的耐磨性，它可以适用于工业绳索和电缆、纺织品、运动、医疗执行器、复合材料、航空航天和电子电路板。

缩写

平均绩点:	十亿帕
%：	百分比
°C:	摄氏度
G / cm.3.：	克每立方厘米
dl / g:	分升/克
赫兹:	her
g / d:	每旦尼尔克克
cN/dtex:	每decitex Centinewton
h:	个小时。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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