硅藻泥和墙纸哪个好？硅藻泥和墙纸哪个性价比高

要说硅藻泥装修墙体，总体上面来讲还是非常不错的，要知道一套房子里面面积最大的就是墙体了，墙体的装修是非常重要的，市面上目前最常用的墙体装修材料是乳胶漆，那么是怎么判断硅藻泥适合自己的家呢？

一：硅藻泥基本功能（特点）

硅藻泥行业标准明确规定了其基本功能，规定硅藻泥需要满足四点:可用性、装饰性、功能性和环境保护。

1使用性

必须具有一定的粘结强度，因此，该材料必须添加无机胶凝物质。它具有一定的耐温湿性能，主要保证硅藻泥安装在墙上后不会因实际环境中的周期性温度和湿度变化而老化和脱落。

2装饰性

硅藻泥的颜色主要通过添加天然无机颜料来实现，而其纹理图案可以通过各种工具和技术来制作。杆状软泥具有很强的可塑性，可以产生各种纹理效果。

3功能性

（1）吸湿性:wa(1x10-3kg/m2)吸湿性wa≥20，持续3h；吸湿wa≥27，持续6h；12h吸湿wa≥35；24h吸湿wa≥40

（2）排放:WB(1×10-3千克/平方米)24h排放WB≥wa×70s产品含水率，△ω[(千克/立方米)/019平均体积含水率(千克/立方米)≥8

（3）甲醛净化量:净化性能≥80，耐久性≥60

（4）防霉:防霉性能等级0，防霉耐久性等级1

4环保性

（1）硅藻泥本身不含甲醛和苯系物等有害物质，但添加其他物质使硅藻泥渗出后，环境保护可能不一定达到标准。

（2）标准:挥发性有机化合物含量<1g/kg；苯、甲苯、乙苯和二甲苯的总和小于50毫克/千克；游离甲醛÷5毫克/千克；可溶性重金属<10毫克/千克。

二：硅藻泥缺点

1沾上大面积污渍很难处理

硅藻泥被污渍弄脏后，不能用水擦洗。一般建议使用橡皮擦。然而，如果你有大面积的污渍，那就很难处理。甚至橡皮也会破坏纹理图案，影响美观。

2不适合用于厨卫

细菌泥浆具有很强的吸水性，可以用来调节室内湿度，但是吸水并不意味着防水。在大量水的作用下，杆菌性泥浆会变成泥浆，因此不适合潮湿的地方，如厨房和厕所。

3价格比较高

硅藻泥的价格相对较高。一般来说，每平方米需要3-400元。对于工薪家庭，最好选择相对便宜的乳胶漆。

　　种植牙

　　种植牙广义讲包括很多种，比如说：①外伤导致牙脱落仍可再植回去。②用自己的一颗牙移植到另一个缺牙位置上。③用别人的牙移植到自己的缺牙位置上。④用其它动物的牙移植。用人工制作的假牙种植到缺牙位置上等。

　　狭义讲，也就是我们通常所说的种植牙，是指第⑤种，全称为人工牙种植牙，即将人工牙根植入缺牙部位的牙床内，当牙根与牙床长牢后，再在牙根上接一颗逼真的瓷牙，这样，种好的人工牙既牢固又美观，而且结实耐用，被誉为人类的第三副牙齿。当然，要强调的是种植牙仍然是一种假牙，而不是象真牙一样长出来的，我们只是因其功能，感觉、形态、使用效果等方面与真牙类似，可以称为“仿真牙”。

　　什么情况可以做种植牙

　　过去种植义齿修复的局限性较大，随着种植义齿的不断发展，其优越性及其在长期的临床实践中所取得的成功，使种植的适应症不断拓宽。在种植义齿早期主要用于无牙患者，已发展到任何缺失牙都可种植修复。一般在拔牙后4个月，牙槽骨愈合，这时就可以做种植修复。适用于因各种原因造成的义齿固位困难，或由于心理因素的影响所产生的功能障碍而无法用传统方法修复者。

　　目前能否进行种植修复主要决定于病人的经济情况和病人的手术适应症，其他情况可以通过各种方式解决。①牙槽骨骨量不足，可以通过植骨的方式解决。②上颌窦与下颌管的问题，可通过X光片和CT指导下种植，螺旋CT可较准确地指导方向。选择适当种植体长度，和准确的植入角度。③拔牙后即刻进行种植。④对于经济条件不足的病人可以使用覆盖义齿修复的方法。⑤对颌骨缺损、面部组织和器官的缺损也可以通过种植的方法修复。

　　口腔种植

　　口腔种植技术是20世纪牙科史上最令人瞩目的一次大进展，也是近年口腔医学里发展最快的一项技术。

　　种植是将无机的异体材料通过外科手术方法植入口腔内的颌骨内，使之与颌骨稳固，在其上部修复烤瓷牙，以恢复缺失的牙齿。

　　种植选用的材料多为纯钛金属，开关有叶状、钉状、根形状，以根形种植体应用最多。

　　口腔内牙种植适合一个或多个牙缺失，首先病人需要进行常规的口腔检查，拍摄X－ray，取模分析，确定种植手术方案，患者必须无血液疾病，高血压，心脑血管疾病，糖尿病等症。

　　口腔种植一般需要两期手术，I期手术是在局部麻醉消毒后在缺失牙的部位做一切口，在牙槽骨上球钻定位，打孔，植入种植体，使植体与骨形成骨性结合。这期手术是将手中的植体和覆盖螺丝放入牙槽骨内，严密关闭软组织伤口，种植体愈合需要4-6个月。二期手术是在种植的部位用愈合基台替代螺丝帽，愈合基台暴露在口腔内，大约需要一个月。

　　在愈合基台安放于口腔内一个月，上皮袖口形成后，就可以取模，制作烤瓷牙了，约一周以后，缺失的牙齿试戴后，就可以正式粘结了，至此整体的工作完成了。

　　一个完整的种植包括

　　1、种植体的外科植入

　　2、愈合基台的安放

　　3、义齿的试戴和粘结

　　4、种植修复完成的维护

　　种植牙修复完成的维护，病人应该保持良好的口腔卫生，早、午、晚刷牙，饭后漱口，定期遵医嘱，按期复查，避免咬硬物。

　　口腔种植成功的条件：

　　1、严格掌握适应症，包括病人全身的身体状况，牙槽骨的情况，缺牙位置，口腔卫生情况等

　　2、植体种类的选择

　　3、医生的技术水平

　　4、患者使用的情况

　　种植的时间一般在拔牙3－6个月后可进行，也有时在拔牙后立即种植的情况，但必须严格控制适应症。

　　种植牙修复完成后的维护：病人应该保持良好的口腔卫生，早、中、晚刷牙，饭后漱口。半年复查一次，定期洁牙，避免咬硬物。

　　种植牙技术是口腔医治学疗上近年开展的新项目。这里所说的种牙，并不是真的种上一棵或几棵与天然牙一样的牙齿，而是以种植材料埋植到牙槽骨内（种植体），再在其上做假牙的一种“假牙”修复方法。对于某些原因不能常规镶牙的患者来说，这种方法为他们的带来恢复牙齿咀嚼功能的希望。种植牙有严格的适应症，不是任何条件都可以做种植牙的，必须经过医生诊断后方可进行，要看缺牙位置、牙槽骨、身体健康状况等。人们缺失了牙齿一直期望义齿能象真牙一样的发挥功能，但固定义齿的应用范围较多地受到客观条件的限制，可摘义齿又因不能充分恢复咀嚼效率、影响发音及有异物感而难以令患者满意。早就有人在探索将天然或人工材料加工成适当形状，并通过手术种植到牙槽骨中，为义齿提供稳固的基础以改善义齿的功能。

　　30年代以来，随着口腔医学和生物医学工程的发展和相互渗透，使种植义齿在口腔医学领域中的位得以确立。特别是近十几年来，种植义齿在临床广泛应用并取得良好效果，逐渐成为病人和口腔医师乐于采用的一种修复方式。种植义齿是由位于颌骨内的种植体和穿出并暴露于牙龈的开放部分组成。种植体是种植义齿的特有结构，起着人工牙根和人工附着器的作用，后者为基台、基桩和附着于其上的人工义齿部分，起着功能和连接作用。其穿过牙槽嵴粘膜的部分称种植颈，种植颈以上的部分称上部结构。一些以二次手术完成种植的系统，在种植体和上部结构之间有分立的种植基，其种植颈则位于种植基的中部。种植义齿能发挥较大高的咀嚼效率，基托面积较小甚至没有基托，但仍具有良好的固位力和稳定性。对于牙槽嵴明显吸收，以传统义齿难以成功的病例，种植义齿更具有其显著的优越性。

　　种植牙是跟种庄稼一样，用手术将种植钉植入颌骨内，待3至6个月后种植体与颌骨结合牢固，在种植体上端将假牙接好即成为一个种植牙。拔牙后3-6月进行种植手术，植入人工种植体（人工牙根）。手术后6月在人工牙根上做修复（烤瓷牙等）。戴用种植义齿的患者在行使咀嚼功能时，牙合力经过种植体直接传导到颌骨内或颌骨上，力量很快被传导和分散到较大的支持骨内，因而能够承受较大的牙合力，具有良好的支持作用。种植义齿通过基桩上的固位装置，将上部义齿固定，有良好的固位和稳定作用。种植义齿基托小或无基托，使患者感到舒适。

　　种植牙的适应征：1、口腔内缺牙部位的牙槽骨骨量足够（包括高度和宽度）。2、无严重的牙周炎、牙周病。3、上牙和下牙之间的间隙在咬合时不能少于05厘米。4、患者无糖尿病、肾病、心脏病和凝血障碍等疾病。注意事项：种植术后要定期复查，同时保持口腔卫生，不要咀嚼过硬食品

　　整个种植修复过程需要多长时间？

　　种植手术按失牙后时间的长短可分为即刻和延迟种植手术。人工种植牙的治疗及修复大致分为三个阶段。

　　（1）、首先进行术前检查和术前处理，如拔掉特别松的牙齿、残根，充填齿，治疗牙周病去除不良假牙，调改和纠正不良咬合关系等。这个阶段所需时间视各人治疗情况不同而异。

　　（2）、种植手术阶段：当您的医生根据术前设计方案，通过手术将种植体植入骨内，术后反应较小。植入一枚种植体的时间约为10-30分钟。

　　（3）、术后四至六个月，更换或安装恒久牙冠或义齿。恒久牙冠为烤瓷材料制作。其质地优良、色泽逼真，舒适美观，恢复功能满意，经久耐用。

　　种植牙有哪些优越性？

　　传统方法镶装的假牙，由于没有牙根的支持，全口假牙及基托是骑跨在牙床上，靠口腔唾液的吸附，牙床粘膜直接受力；而部分缺牙镶装的假牙，多靠邻牙的支持，在邻牙上需作卡环固位或切割邻牙作牙套固位，邻牙易受损伤。种植牙由于在患者的颌骨里种植人工牙根（即种植体），则是以颌骨和种植体作为支持和固位，比起传统假牙它有以下优点： ①固位好，比传统假牙戴的稳固、牢靠。②咀嚼效率较传统假牙有大幅度提高，酷似真牙。③种植牙因假牙基托小，全固定式种植体甚至无基托，所以美观舒适，无异物感，对发音影响小。

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高性能纤维性能分析摘要分析了碳纤维、超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑 (POB)纤维和 M5 纤维等高性能纤维的重要特性以及它们的应用状况。 关键词高性能纤维;先进复合材料;分子结构;重要特性;应用 [中图分类号]TS102，528 [文献标识码]A [文章编号]1002-3348（2005）01-0054-04 高性能纤维 (High-Performance Fibers)是从 20 世纪 60 年代开始研发并推广的纤维材 料， 它的出现使传统纺织工业产生了巨大变革。 所谓高性能纤维是指有高的拉伸强度和压缩 3 强度、耐磨擦、高的耐破坏力、低比重(g/m )等优良物性的纤维材料，它是近年来纤维高分 子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。 高性能纤维可用于防弹服、 蹦床布等特种织物的加 工及纤维复合材料中的加固材料，其发展涉及许多不同的领域。本文分析和比较了碳纤维、 超高强聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维、M5 纤维等高性能 纤维的特性以及它们的应用状况。 1 高性能纤维 1·1 高性能纤维分类 无机纤维:碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等。 有机纤维:超高强聚乙烯纤维(HPPE)、芳香族聚酰胺纤维、聚对苯撑苯并双恶唑(PBO) 纤维、M5 纤维等。 1·2 碳纤维 碳纤维的生产始于 20 世纪 60 年代末 70 年代初， 由有机纤维如腈纶(PAN)纤维、 粘胶纤 维或沥青纤维经预氧化、 炭化和石墨化加工而成。 碳纤维的石墨六方晶体结构决定了其强度 大、模量高等优良性能，如日本东丽公司生产的 T-400 碳纤维，拉伸强度可达 42GPa，断 裂伸长率为 15%。碳纤维不燃烧，化学性能稳定，不受酸、盐等溶媒侵蚀。 1·3 超高强聚乙烯纤维 高强高模聚乙烯在 20 世纪 70 年代出现， 具有超高分子量， 高取向度， 且分子间距很近， 3 使纤维具备高强高模的特征， 其密度具有 097g/cm ， 是唯--能浮在水面上的高强高模纤维。 除此之外，其他机械性能亦比较突出，如良好的韧性和耐疲劳性能，耐高速冲击性等。 1·4 芳香族聚酰胺纤维 20 世纪 70 年代，人们开始从事液晶态纺丝技术的研究，用于纺制高性能纤维，与普通 纺丝的分子结构截然不同，液晶态纺丝时形成的分子链只有刚棒状高取向的有序结构。 图 1 液态高聚物分子的构型示意图 (a)为典型普通大分子，为无规则线团;(b)为刚性大分子， 在没有良好侧向作用和导向情况下的状态;(c)为无规的棒状 液晶;(d)为向列型液晶 芳香族聚酰胺是最为人所熟知的，通过液晶纺丝纺制的高性能纤维，如 Kevlar(聚对苯 二甲酰对苯二胺纤维)、 Twaron(聚对苯二甲酰间苯二胺纤维)、 Technora(聚对苯二甲酰对苯 二胺纤维)等，如图 3 所示，为芳香族聚酰胺高结晶和高取向分子结构。这类纤维性能比较 均衡，具有高强伸性能， 高韧性、耐腐蚀、耐冲击、较好的热稳定性，不导电，除了强酸和强碱外，具有较强的抗化 学性能。 图 3 芳香族聚酰胺晶体结构图 聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)纤维 1998 年国际产业纤维展览会上，日本东洋纺展出了商品名为 Zylon 的 PBO 纤维，其化 学名为聚对苯撑苯并双恶唑，化学结构为: 1·5 PBO 纤维采用液晶纺丝法纺丝，由苯环和苯杂环组成的刚棒状分子结构以及分子链的高 取向度， 决定了它的优良性能。 PBO 初纺普通丝(AS 丝-标准型)就具有 35N/tex 以上的强度 和 1084N/tex 以上弹性模量， 经热处理后可得到强度不变、 模量达 1764N/tex 的高模量丝 (HM 丝-高模量型)。PBO 作为一种新型高性能纤维，具有高强度、高模量、耐热性、阻燃性 4 大特点，其强度与模量相当于 Kevlar (凯夫拉)的 2 倍，限氧指数(L01)为 68，热分解温 度高达 650℃，在有机纤维中为最高，被认为是目前具有最高耐热性能的有机材料之一。 表 1 PBO 纤维的性能 性能 PBO 一 AS PBO—HM 密度(g/cm3) 154 156 抗拉强度(GPa) 58 58 拉伸模量(GPa) 180 280 断裂延伸率(%) 35 25 热分解温度(℃) 650 650 L01(%) 68 68 表 2 PBO 纤维与其他纤维的主要性能比较 性能 PBO-HM Kevlar-49 宇航级碳纤维 密度(g/cm ) 纤维直径(m) 抗拉强度(Gpa) 拉伸模量(CPa) 断裂延伸率(%) 3 156 24 58 280 25 145 12 32 115 20 180 6 358 230 05 热分解温度(℃) 650 550 一 1·6 M5 纤维 PBO 纤维推出的几年后，阿克卓·诺贝尔(Akzo Nobel)公司开发了一种新型液晶芳族杂 环聚合物:聚[2,5-二烃基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑]，简称 "M5"或 PlPD，化学结构为: M5 纤维的结构与 PBO 分子相似——刚棒结构。 M5 分子链的方向上存在大量的-OH 和-NH 在 基团，容易形成强的氢键。如图 4 所示，与芳香族聚酰胺晶体结构不同，M5 在分子内与分 子间都有氢键存在，形成了氢键结合网络。 图 4 为 M5 纤维沿分子链轴方向的晶体结构，虚线为氢键。 图 4 M5 晶体结构 比较图 3 与图 4 可以清楚地看出，M5 大分子所形成的双向氢键结合的网络，类似一个 蜂窝。这种结构加固了分子链间的横向作用，使 M5 纤维具有良好的压缩与剪切特性，压缩 和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最。 2 高性能纤维特性分析比较 碳纤维石墨层面上碳-碳共价交键的存在，使作用于碳纤维上的应力，从一个石墨层转 移到相邻层面， 这些共价交键保证了碳纤维具有高的拉伸模量和压缩强度。 但这些共价键为 纯弹性键，一旦被打破，不可复原，即不显示任何屈服行为。所以碳纤维受力时，应力-应 变曲线是线性关系，纤维断裂是突然发生的。 有机纤维的性能取决于分子结构、分子链内键及分子链间结合键。如前所述，超高强聚 乙烯纤维、PBO 纤维都具有优良的性能，但由于超高强聚乙烯纤维大分子链间的结合键为弱 的范德华键，使其纤维易产生蠕变，压缩强力较低，另外超高强聚乙烯纤维耐热性和表面粘 合性有限，因而不适合用作加固纤维。而 PBO 纤维也因大分子链间没有形成氢键结合、作用 力较弱，使得其压缩和扭曲性能较低，加之纤维表面惰性强，与树脂的结合能力较差，在复 合材料成型过程中，有明显的界面层，从而影响也限制了 PBO 的应用。 芳香族聚酰胺纤维高结晶度、高取向度的分子结构，使其具有高强伸性能，也是由于大 分子链间弱的作用力 (范德华键)，造成大分子链间剪切模量及压缩强度低。芳香族聚酰胺 纤维由氢键结合成的薄片状结构在受压缩载荷作用时易塑性变形， 薄片相对容易断开， 在严 重过载时会出现原纤化，最终导致压缩失效。 分子链间结合键以 M5 比较理想， M5 大分子间和大分子内的 N-H-O 和 O-H-N 的双向氢 在 键结构，是其具有高抗压性能的原因所在，热处理后的 M5 纤维，拉伸模量可达 360GPa，拉 伸强度超过 4GPa，剪切模量和抗压强度可达 7GPa 和 17GPa。此外 M5 而大分子链上含有羟 基，使它与树脂基体的粘结性能优良，采用 M5 纤维加工复合材料产品时，无需添加任何特 殊的粘合促进剂，且具有优良的耐冲击和耐破坏性。有资料显示，以 M5 为加固纤维的复合 材料，在压缩过载的情况下，测试样品仍能继续承受显著的(压缩)载荷，与之相比，碳纤复 合材料会粉碎，而芳香族聚酰胺复合材料则会被挤成纤丝状薄片(原纤化)。如图 5、图 6 分 别为一个碳纤维和一个 MS 纤维复合材料的失效测试条，显示了脆性与韧性失效之间的明显 差异。此外，M5 纤维的刚棒结构又决定了它有高的耐热性和高的热稳定性，空气中热分解 温度达到了 530℃，超过了芳香族聚酰胺纤维，与 PBO 接近，极限氧指数（LOI）为 59，在 阻燃性方面也优于芳纶。 图 5 碳纤维复合材料测试条的失败 图 6 M5 纤维料测试条的失败 表 1 为几种高性能纤维力学及物理特性。 表 1 高性能纤维的力学和物理特性 特性 高 强 度 超高强聚 高 模 量 芳 香 族 高 模 量 高模量 M5 纤 碳纤维 乙烯纤维 聚酰胺纤维 PBO 纤维 维（实验值） 抗拉强度(GPa) 伸长率(%) 拉伸模量(GPa) 压缩强度(GPa) 压缩应变(%) 密度(克/cm ) 标准回潮率(%) 限氧指数（LOI） 3 358 15 230 210 090 180 00 一 343 40 980 一 一 097 一 一 32 20 115 058 050 145 35 29 58 25 280 040 015 156 06 68 50 15 330 170 050 170 20 59 空气中热老化起 800 150 450 550 530 始温度(℃) 从表 1 看，M5 纤维的各种性能指标都接近或超过其它高性能纤维，为综合性能优良的 高性能纤维。 3 应用与前景 目前超高强聚乙烯纤维的应用主要是加工防弹用特种织物、防弹板、渔业用绳网、极低 温绝缘材料、混凝土补强加固用试验片材、光缆补强材料、降落伞绳带、汽车保险杠等。芳 香族聚酰胺纤维常见的品种 Kevlar、Twaron、Technora 纤维等，主要应用有作为复合材料 的增强体、渔业工业等用绳网、防弹服、防弹板、头盔、混凝土补强材料等。碳纤维的优良 特性使其广泛用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料，应用于宇宙机械、电波望远镜 和各种成型品，还有直升飞机的叶片、飞机刹车片和绝热材料、密封填料和滤材、电磁波屏 蔽材料、防静电材料、医学材料等。PBO 纤维从问世以来就受到人们的关注，其应用主要有 防冲击方面的加固补强材料、复合材料中的加固材料，用于防护的防弹服、防弹头盔、消防 服、高性能及耐高温传动带、轮胎帘子线、光纤电缆承载部分、架桥用缆绳、耐热垫材等。 与各种高性能纤维相比，M5 纤维的综合性能更优越，这使得它的应用领域更广泛。尤 其是 M5 纤维的抗冲击力和耐破坏性，使它在制造经济、高效的结构材料方面有广阔的应用 前景，如应用于航空航天等高科技领域，在高性能纤维增强复合材料中 M5 也具有很强的竞 争力。当前 M5 纤维的研究比较活跃，随着研究的深人，其性能和应用将得到不断的提高和 拓展。 高性能纤维的不断创新是高性能产业用纺织品及复合材料用纤维领域的重要进步， 随着 世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，以及军事、航空航天、海洋开发、产业应用的 迫切需要，高性能纤维的开发与应用前景将更为广阔。

新型高性能纤维M5的研究与应用

摘要:本文介绍了一种新型液晶芳族杂环聚合物,聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)简述了M5纤维的制作方法,M5纤维特殊的分子结构特征,并通过与其它高性能纤维的比较,阐述了M5纤维优良的性能,特别是其良好的压缩与剪切特性除此之外,M5纤维的高极性还使其更容易与各种树脂基体粘接,这使M5纤维的综合机械性能比目前其它高性能纤维都好文中还展望了M5纤维的应用前景

前言

近年来,随着对有机高性能纤维的不断深入研究,在刚性高性能纤维领域已经取得了很大的进展但大多数高性能纤维,因分子间结合力的薄弱而导致某些力学性能上的不足,如PBO纤维大分子链间较弱的结合力,使其压缩和扭曲性能较差纤维材料的压缩性能,主要取决于纤维大分子之间的相互作用程度[1,2]通常纤维扭转模量可作维表征大分子之间相互作用程度的一个量度因此,如何增强大分子链之间的相互作用,已成为进一步强化刚性聚合物纤维力学性能的一个重要问题

作为Akzo-Nobel实验室的研究成果,一种新型的高性能纤维,即著称的M5已经被研究出来聚合物是聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑){poly[2,6-diimidazo(4,5-b:4',5'-e)pyridinylene-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen],PIPD}纤维(简称M5)[3]由于M5纤维沿纤维径向即大分子之间存在特殊的氢键网络结构,所以M5纤维不仅具有类似PBO纤维的优异抗张性能,而且还显示出优于PBO纤维的抗压缩性能

1高性能纤维M5

11 单体的选择及M5的合成[4]

在M5聚合物的制备过程中,其关键步骤是单体2,3,5,6-四氨基吡啶(2,3,5,6-tertraaminopyridine,TAP))的合成TAP可由2,6-二氨基吡啶(2,6diaminopyridine,DAP)经硝化还原后制成,反应方程式如下所示:

在M5的合成过程中,TAP需经盐酸化处理并以盐酸盐形式参与聚合反应若TAP直接以磷酸盐的形式参与反应,不但可以避免盐酸腐蚀作用,还可以加快聚合反应速度,但却易发生氧化作用

另一单体2,5-二羟基对苯二甲酸(2,5-Dihydroxyterephthalicacid,DHTA)的合成也是制备M5聚合物的重要环节,可由2,5-二羟基对苯二甲酸二甲酯(2,5-dihydroxy-1,4-dimethylterephthalate,DDTA)水解后制得,反应方程式如下所示:

M5纤维的聚合过程与聚对苯撑苯并二恶唑(poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO)相似,可将TAP和DHTA两种单体按一定的等当比同时加入到聚合介质多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)中,脱除HCI后逐渐升温至180℃,反应24h,得到M5聚合物,反应方程式如下所示:

2 M5的分子结构特征及聚合物的聚集态结构

21 M5的分子结构特征

M5纤维在分子链的方向上存在着大量的-OH和-NH基团,容易在分子间和分子内形成强烈的氢键因此,其压缩和扭曲性能为目前所有聚合物纤维之最M5纤维的刚棒状分子结构特点决定了M5纤维具有较高的耐热性由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接图1热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图[5]图2热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图[5]图1和图2都显示了热处理后PIPD纤维的微观二维结构,即在大分子间和大分子内分别形成了N-H-O和O-H-N的氢键结构,这种双向氢键的网络结构正是M5纤维具有高抗压缩性能的原因在

图1 热处理后PIPD-HT单斜晶胞的双向氢键网络晶体结构示意图

图2 热处理后PIPD单斜晶胞沿C轴的分子结构示意图

22 M5的聚集态结构

图3 PIPD-AS沿C轴方向的分子结构示意图

如图3所示,为含有21%左右水分子的PIPD-AS纤维的结晶结构由于PIPD-AS纤维中存在着大量的水,因而使得PIPD-AS纤维有很大的质量热容,而且具有良好的耐燃性能表2和表3所列出的实验结果也证实了这一结论[16,19]

如图4所示,为不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图[16]从图4可以看出,PIPD-AS纤维在热处理过程中晶体中的水分被脱出,变成无水聚合物晶体,从而在垂直于纤维方向的平面内形成二维氢键网状结构有实验表明,经过热处理后PIPD纤维的结晶度和取向度都有很大的提高

图4 不同热处理温度的PIPD-AS纤维WAXD图

Klop EA等[22]通过PIPD晶体结构的X射线衍射实验研究发现,因PIPD试样的处理温度不同,在PIPD的分子内部可出现不同形式的结晶结构—单斜结晶晶胞和三斜结晶晶胞(如图5和图6所示)单斜和三斜的晶胞参数分别为:

单斜结晶: a=1249 ,b=348 ,c=1201 ,=90°,=107°,=90°

三斜结晶:a=668 ,b=348 ,c=1202 ,=84,=110°,=107°

Takahashi等[20,21]采用中子方法测得的PIPD-HT晶胞参数为:

a=1333 ,b=3462 ,c=1216 ,=84°,=1054°,空间结构为P21/,

单斜晶胞区别于三斜晶胞的不同之处在于,三斜晶胞的氢键网络结构仅仅是靠沿对角线平面的大分子连接的,而单斜晶胞可在垂直于纤维方向的平面内形成了二维氢键网络结构,显然这种二维氢键网络结构,使得M5具有其它高性能纤维所无法比拟的高剪切强度,剪切模量和压缩强度

图5 PIPD单斜晶胞在ab面和ac面上的投影 图6 PIPD三斜晶胞在ab面上的投影

3 M5纤维的纺丝工艺[9,16]

31 M5纤维的成形

M5纤维的纺丝是将质量分数为18~20%左右的PIPD/PPA纺丝浆液(聚合物的MW为60×104~15×105)进行干喷湿纺,空气层的高度为5-15cm,纺丝温度为180℃,以水或多聚磷酸水溶液为凝固剂,可制成PIPD的初生纤维其中,实验用喷丝孔直径范围为65-200 m,喷头拉伸比取决于喷丝空的直径,可达70倍,所得纤维直径为8-14 m所得M5的初生纤维需在热水中进行水洗,以除去附着在纤维表面的溶剂PPA,并进行干燥

图7 M5纤维的热处理示意图

32 M5纤维的热处理

为了进一步提高初生纤维取向度和模量,对初生纤维在一定的预张力下进行热处理,如图7所示在这一过程中,M5纤维取向度将伴随着由其分子结构的改变引起的剪切模量的增加而增大对M5初生纤维进行热处理能够改善纤维的微观结构,从而提高纤维的综合性能M5初生纤维再进一步用热水洗涤除去残留的多聚磷酸水溶液(PPA)和干燥后,在氮气环境下于400℃以上进行大约20s的定张力热处理,最终可得到高强度,高模量的M5纤维在此需要特别指出的是,如果热处理温度过低或处理时间过短,则PIPD-AS和PIPD-HT的转变是可逆的因此,热处理温度与热处理时间对M5纤维的模量影响很大

4 M5纤维的性能

41 力学性能

图8 PIPD-AS和PIPD-HT纤维的应力-应变曲线图

如图8所示,热处理后的PIPD纤维同PIPD的初生纤维相比较,二者的力学性能截然不同,PIPD-AS纤维存在屈服,而PIPD-HT纤维不存在这种现象Lammwers M[18]等研究发现,经过200℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的07Gpa提高到17Gpa,而经过400℃热处理的初生纤维压缩强度由原来的07Gpa提高到11Gpa显然对于PIPD的初生纤维来讲,并非热处理温度越高越好通过用偏光显微镜观察发现:在400℃热处理的纤维中存在裂纹,这可能是导致压缩强度下降的原因,因此,热处理温度不宜太高

表1[9-14]给出了几种高性能纤维的力学性能和其它性能的对比数据,其中的力学性能包括拉伸强度,断裂伸长,模量以及抗压缩强度等与其它3种纤维相比,M5的抗断裂强度稍低于PBO,远远高于芳纶(PPTA)和碳纤维,其断后延伸率为14%;与其它高性能纤维相比,M5纤维的模量是最高的,达到了350GPa;M5的压缩强度低于碳纤维,但却远远高于Twaron-HM纤维和PBO纤维,这归因于M5的二维分子结构[17]

表1 M5纤维与其它高性能纤维的比较

纤维

拉伸强独/Gpa

断裂伸长/%

初始模量

/ Gpa

压缩强度

/ Gpa

压缩应变

/ %

密度/(gcm-3)

回潮率

/%

Twaron-HM

32

29

115

048

042

145

35

C-HS

35

14

230

210

090

180

00

PBO

55

25

280

042

015

156

06

M5

53

14

350

160

050

170

20

纤维

空气中的热稳定性

/℃

LOI

/%

电导性

抗冲击性

抗破坏性

编制性能

耐紫外性

Twaron-HM

450

29

-

++

+

+

-

C-HS

800

N/A

++

--

--

--

++

PBO

550

68

-

++

N/A

+/-

--

M5

530

>50

-

++

++

+

++

M5纤维特殊的分子结构,使其除具有高强和高模外,还具有良好的压缩与剪切特性,剪切模量和压缩强度分别可达7GPa和16GPa,优于PBO纤维和芳香族聚酰胺纤维,在目前所有聚合物纤维中最高

图9 M5纤维的轴向压缩SEM图

一般来讲,当高性能纤维受到来自外界的轴向压缩力时,其纤维内部的分子链取向会因轴向压缩力的存在而发生改变,即沿着纤维轴向出现变形带结构而对M5纤维来讲只有当这种轴向压缩力很大时才会出现这种结构[11]如图9所示,当M5纤维受到外界的轴向压缩力时,压缩变形后的M5纤维中也会出现一条变形带结构,但与其它高性能纤维(如PBO)相比较,M5纤维的变形程度要小很多

42 阻燃性能

表2 PIPD-AS和PIPD-HT纤维耐燃性能的重要参数[5]

试样

PHRR①

(kWm-2)

TTI②

(s)

SEA③

FPI④

(sm2kW-1)

残留量

(%)

PIPD-AS

437

77

224

1760

61

PIPD-HT

537

48

844

0890

62

PBO-HM

477

56

2144

1170

72

Twaron

2044

20

70816

0098

11

Nomex

1604

14

38670

0087

24

PVC

2530

14

113937

0055

15

注:①热量释放最大速率(PHRR);②引燃时间(TTI);③比消光面积(SEA);④耐燃性能指数(FPI)

表2所列数据是热量计热流为75kW/m2时测得的,也就是在试样表面温度为890℃左右时测得的值纤维试样放在一块1cm2的线网上试样原始重量在103g-115g之间

从表2可以看出,PIPD-AS纤维热量释放最大速率(PHRR)为437kWm-2,也就是说单位时间内PIPD-AS释放出最小的热量,与其它高聚物相比是一种较好的阻燃剂用材料PIPD-AS纤维的点燃时间最长为77s,远高于Nomex纤维SEA是用来衡量单位物质燃烧时产生的烟雾量,PIPD-AS纤维达到了224m3/kg,而Nomex纤维为38670m3/kg,二者相比PIPD-AS纤维的SEA值远低于Nomex纤维,说明PIPD-AS纤维燃烧时产生的烟雾量要远少于Nomex纤维同表2中的其它高聚物相比,PIPD-AS纤维的耐燃性能指数(FPI)最高为176sm2kW-1从表2中各项耐燃性能参数可以看出PIPD纤维在耐燃性方面,要好于其它高性能纤维,即PIPD纤维在耐燃性方面将具有较好多应用前景

M5纤维的刚棒状分子结构决定了它具有较高的耐热性和热稳定性从表2中可以看出,PIPD-HT纤维具有与聚对苯亚基苯并双嗯哇(PBO)纤维相似的FPI值,但它在燃烧过程中更不容易产生烟M5在空气中的热分解温度为530℃,超过了芳香族聚酰胺纤维,与PBO纤维接近M5纤维的极限氧指数(LOI)值超过50,不熔融,不燃烧,具有良好的耐热性和稳定性[7]

43 界面粘合性能

与PBO,聚乙烯或芳香族聚酰胺纤维相比,由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接采用M5纤维加工复合材料产品时,无需添加任何特殊的粘合促进剂M5纤维在与各种环氧树脂,不饱和聚酯和乙烯基树脂复合成形过程中,不会出现界面层,且具有优良的耐冲击和耐破坏性[6,8]

44 热力学性能

图10 四种不同含水量M5纤维的DSC扫描图

图10为MGNoRTHoLIT[19]等用SetaramC80D热量计测得的四种不同含水量M5纤维的DSC谱图研究发现将1g试样材料放在一个开放的测试槽内,以02℃/min的速度,在30℃-200℃范围内得到一张扫描图,如图5所示从DSC谱图可以看出,四种不同含水量M5纤维的吸热峰面积及位置与开放测试槽内水分的蒸发有关从表3可以看出,含有结晶水的M5初生纤维的热吸收值与不含结晶水的M5纤维的热吸收值之间存在着较大的差别,而PIPD初生纤维和PIPD HT试样的热吸收值之间几乎没有什么差别通过以上研究发现完全干燥的PIPD初生纤维的晶体结构与PIPD-HT试样结构类似

表3 不同含水量的PIPD纤维的热吸收值

试样

热吸收值(J/g)

PIPD初生纤维(含水量20%)

637

PIPD初生纤维(干燥)

163

PIPD HT(含水量7%)

378

PIPD HT(干燥)

185

5 应用及展望

作为一种先进复合材料的增强材料,M5纤维具有许多其它有机高性能纤维不具备的特性,这使得M5纤维在许多尖端科研领域具有更加广阔的应用前景;M5纤维可用于航空航天等高科技领域;用于国防领域如制造防弹材料;用于制造运动器材如网球拍,赛艇等

M5纤维特殊的分子结构决定了其具有许多高性能纤维所无法比拟的优良的力学性能和粘合性能,使它在高性能纤维增强复合材料领域中具有很强的竞争力与碳纤维相比,M5纤维不仅具有与其相似的力学性能,而且M5纤维还具有碳纤维所不具有的高电阻特性,这使得M5纤维可在碳纤维不太适用的领域发挥作用,如电子行业由于M5大分子链上含有羟基,M5纤维的高极性使其能更容易与各种树脂基体粘接

正是由于M5纤维具有许多其他高性能纤维所无法比拟的性能和更加广阔的应用前景,这使得众多的科研工作者都积极地致力于M5纤维的研究相信在不久的将来,随着对M5纤维研究的进一步深入,作为新一代的有机高性能纤维—M5纤维必将得更加广泛的应用