Высокопроизводительные волокна:
Высокоэффективные волокна управляются специальными техническими функциями, которые требуют определенных физических свойств, уникальных для этих волокон. Обычно они имеют очень высокие уровни по крайней мере одного из следующих свойств: прочность на растяжение, рабочая температура, предельный кислородный индекс и химическая стойкость.

Высокоэффективные волокна представляют собой особую категорию волокон, которые в первую очередь предназначены для технических продуктов, но их можно использовать для некоторых традиционных волокнистых изделий (например, некоторых опор для одежды, обивки и напольных покрытий). Высокоэффективные волокна считаются более превосходящими обычные волокна, обусловленные особой технической функцией, отмеченной их исключительными механическими и физическими характеристиками. Многие из высокопроизводительных волокон находят свою нишу, где они имеют преимущество перед другими. Высокоэффективные волокна в основном используются для технического текстиля, такого как веревки и ремни, для армирования композитов в защитной одежде.

С точки зрения дизайна, высокоэффективные волокна обеспечивают дополнительные возможности дизайна во многих продуктах. Они могут использоваться во многих областях: от наземного транспорта до аэрокосмической промышленности и от биотехнологии до компьютерных и коммуникационных приложений. Ключевыми критериями высокоэффективных волокон являются очень высокая прочность, исключительно высокая термостойкость и уникальные геометрические характеристики (морфология поверхности и форма поперечного сечения). Эти критерии стали результатом значительных достижений в технологии полимеров и волокон.

Высокоэффективные текстильные материалы, обладающие исключительными механическими свойствами, а также огнестойкими и химически стойкими свойствами, доступны в виде волокна, пленки, мембраны и жидкости и часто используются в защитной одежде. Высокоэффективные волокна изготавливаются из широкого источника, включая органические полимеры и неорганические материалы, такие как керамические волокна, углеродное волокно, нержавеющая сталь и алюминиевые волокна. Высокоэффективные полимерные волокна, обладающие исключительными механическими свойствами, огнестойкими свойствами, химически стойкими свойствами и часто используемые в защитной одежде.

Список высокопроизводительных волокон:

1. Арамидное волокно
2. Полиэтиленовые волокна гелевого прядения
3. Углеродное волокно (CF)
4. Металлическое / Металлическое волокно
5. Стекловолокно
6. Керамические волокна
7. Меламиновая клетчатка
8. Полиимидное волокно
9. Полибензимидазольная клетчатка
10. Базальтовое волокно
11. Полифениленбензобисоксазол
12. Полисульфаниламидное волокно
13. Волокна бора
14. Ароматическое полиэфирное волокно
15. Оптические волокна
16. Высокое содержание поликетонового волокна
17. Полифениленсульфидное волокно
18. Фторполимер (политетрафторэтилен)
19. ПНД
20. Химически стойкие волокна
21. Термостойкие волокна

Высокоэффективные волокна и их применение описаны ниже:

Арамидные волокна:
Арамидные волокна представляют собой полиамиды, где каждая амидная группа образуется в результате реакции аминогруппы одной молекулы с карбоксильной группой другой. Однако наличие ароматических колец делает их более стабильными, чем при линейном расположении атомов. Это обеспечивает большую прочность и термостойкость. Двумя традиционными арамидными волокнами являются кевлар, высокопрочное волокно, и номекс, термостойкое волокно.

Типы арамидных волокон:
Существует два основных типа арамидных волокон.

1. Метаарамид
2. Параарамид

1. Метаарамид: Номекс
Из многих существующих волокон наиболее известными из семейства арамидных являются метаарамидные (м-арамидные) волокна из-за их сочетания термостойкости и прочности. Метаарамидные волокна не воспламеняются, не плавятся и не капают, что делает их уникальными на огнестойком рынке и широко используемыми волокнами для защиты в агрессивных средах. Самым известным из метаарамидов является Номекс. Номекс является зарегистрированной торговой маркой огнестойкого метаарамидного материала.

Этот м-арамид или поли (м-фениленизофталамид) был впервые обнаружен DuPont в 1970-х годах. Лист Nomex представляет собой каландрированную бумагу, обычно используемую для электроизоляции, такой как печатные платы и сердечники трансформаторов, а также огнеупорные сотовые конструкции, где она насыщена фенольной смолой. Эти сотовые структуры и ламинаты майлар-номекс широко используются в авиастроении. Кроме того, как пожаротушение, так и автогонки используют волокна Nomex для разработки одежды и снаряжения, способных выдерживать сильную жару.

Основным рынком сбыта мета-арамидов являются термостойкие материалы. Другие области применения этих волокон включают автомобилестроение, теплоизоляцию, тепловое пространство, безопасность и защиту.

2. Параарамид: Кевларовые
параарамидные(-арамидные) волокна обладают высокой прочностью, высоким модулем упругости при растяжении, а также высокими термостойкими и термическими свойствами благодаря своей высокоориентированной жесткой молекулярной структуре. Кевлар обычно называют параарамидным или полифенилентерефталамидом. Он относится к классу материалов, известных как жидкокристаллические полимеры. В отличие от обычных гибких полимеров, которые в растворе могут легко сгибаться и запутываться (образуя случайные катушки), кевларовые полимеры очень жесткие и стержневидные. В результате в решении они могут агрегироваться для формирования упорядоченных доменов в параллельных массивах.

Параарамиды могут использоваться в композитных материалах, самолетах и грузовиках, а также в баллистической защите, такой как бронежилеты, шлемы и транспортные средства. Все арамидные волокна склонны к фотодеградации и нуждаются в защите от солнечных лучей на открытом воздухе.

Полиэтиленовые волокна гелевого прядения:
Эта категория волокон представляет собой сверхпрочный и высокомодульный материал, полученный из простой и гибкой молекулы полиэтилена. Их обычно называют волокнами из высокоэффективного полиэтилена (HPPE), волокнами из высокомодульного полиэтилена (HMPE) или иногда волокнами из полиэтилена с удлиненной цепью (ECPE). Молекулярная структура этой категории волокон отличается от структуры параарамидных волокон тем, что это не палочковидная структура, которую необходимо ориентировать в одном направлении, чтобы сформировать прочное волокно. Вместо этого полиэтилен имеет гораздо более длинные и гибкие молекулы, которые с помощью физической обработки могут быть вынуждены принять прямую (расширенную) конформацию и ориентацию вдоль оси волокна. Наиболее распространенными типами высокоэффективных полиэтиленовых волокон являются Dyneema и Spectra.

Dyneema была разработана в Японии. Dyneema была изобретена в 1963 году, но стала коммерчески доступной DSM в 1990 году и считалась самым прочным волокном в мире, в 15 раз прочнее стали по весу. Он очень гибкий и обеспечивает высокую защиту от механических воздействий. Некоторые свойства этого волокна:

• Высокое соотношение прочности и низкого
• Низкий удельный вес — он будет плавать на воде
• Отличная химическая стойкость
• Высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению
• Влагостойкий
• Высокая прочность

Конечными областями применения этого волокна являются: автомобильная, стекольная, бумажная, пищевая, бытовая, сталелитейная, строительная и аварийно-спасательная промышленность.

Углеродные волокна:
Углеродные волокна чрезвычайно устойчивы к высоким температурам, остаются стабильными до 800 ° C на воздухе. Их также можно рассматривать как огнестойкие волокна, поскольку они редко горят в пламени. Следовательно, их текстиль даже применяется в качестве фильтров расплавленного железа. Существует множество разновидностей углеродного волокна в зависимости от модуля упругости, прочности на растяжение и термостойкости. Углеродные волокна содержат не менее 90% углерода по весу. Они обычно получают из нескольких органических полимеров, таких как вискоза и полиакрилонитрил (PAN). Первое коммерческое углеродное волокно было основано на вискозе, представленном в 1959 году. Это волокно нашло свое применение в первую очередь в продукции военного назначения. Графитовые волокна можно рассматривать как производные углеродных волокон.

Основное применение углеродных волокон - армирование полимерных, металлических и керамических композитов. Конечное использование этих волокон включает армирующие и термостойкие материалы, например, авиационное и аэрокосмическое, морское, спортивное и рекреационное оборудование, хирургические приспособления, включая сердечные клапаны и замену тазобедренного сустава.

В следующем списке представлены уникальные свойства этого волокна:

• Негорючие и неплавкие характеристики
• Исключительная устойчивость к высоким температурам (температура плавления 4000°C)
• Огнестойкий

Металлические / металлические волокна:
Металлические волокна представлены на рынке в виде нитчатых нитей, ровингов, циновок и тканых изделий, и их общим достоинством является высокая термостойкость. За исключением стали, металлические волокна алюминия, магния, меди, молибдена и вольфрама изготавливаются для определенных применений. В металлических волокнах, таких как алюминиевые металлические волокна Angelina (производства Meadowbrook Inventions, Inc.), используется подготовленный переработанный алюминий, который демонстрирует хорошую термостойкость и устойчивость к окрашиванию, а также защитные качества, включая терморегуляцию, защиту от ультрафиолета и электромагнитного излучения, антибактериальные, антистрессовые и антистатические свойства. Большинство металлических волокон имеют грубую поверхность.

Еще одним металлическим волокном, производимым компанией, является Angelina Copper Metal Fiber; Этот вид волокна можно использовать в области высокотемпературного применения. Более того, его антибактериальные свойства, противовоспалительные, противоартритные, антистатические, фармакологические преимущества для здоровья и устойчивость к растворителям расширяют области применения, включая постельное белье и предметы домашнего обихода, антибактериальный текстиль, антистатические ковры, фильтрацию и декоративные применения.

Металлические волокна серебра и золота использовались на протяжении тысячелетий для украшения тканей. Сегодня металлические волокна служат функциональным и декоративным целям. Эти волокна формируются путем проволоки металлической проволоки через последовательно более тонкие матрицы для достижения желаемого диаметра. Хотя золото и серебро легче всего рисовать, современные методы позволили производить стальные, танталовые и циркониевые волокна. Поскольку они являются электрическими проводниками, металлические волокна были смешаны с тканями, чтобы уменьшить тенденцию к развитию статических электрических зарядов.

Стекловолокно:
Стекловолокно является самым старым и наиболее знакомым высокоэффективным волокном. Стекло представляет собой неорганическое волокно, которое не является ни ориентированным, ни кристаллическим. Он считается одним из первых искусственных волокон. Это волокно широко используется для изоляционных и армирующих материалов. Эти волокна обычно демонстрируют высокую прочность на растяжение при низком удлинении и очень низкой плотности. Волокна обладают хорошими тепловыми свойствами, что делает их идеальными для изоляции, а также по своей природе негорючими, а также не выделяющими паров или ядовитых материалов при воздействии тепла. Они также устойчивы к маслам, жирам и растворам и проявляют хорошую устойчивость к кислотам и подщелачиванию.

К этому волокну относится следующий список свойств:

• Отличное соотношение прочности и веса
• Превосходное эластичное восстановление
• Хорошие тепловые свойства
• Отличная устойчивость к солнечным лучам
• Хорошая стойкость к кислотам - может быть атакован некоторыми формами кислот, такими как концентрированная плавиковая и серная кислота, а также горячие фосфорные кислоты.
• Высокая устойчивость к большинству химикатов при общем использовании
• Высокая стойкость к органическим растворителям
• Отличные акустические свойства

Конечное использование этого волокна включает маты, теплоизоляцию, электрическую изоляцию, звукоизоляцию и армирование из различных материалов - столбов для палаток, звукопоглощения, термостойких и коррозионностойких тканей. Другие области применения - высокопрочные ткани, шесты для прыжков с шестом, стрелы, луки и обувь для ирландских степ-танцев.

Керамические волокна:
Керамика представляет собой неметаллические неорганические материалы, состоящие из металлических и неметаллических элементов. В эту классификацию включен широкий спектр материалов, состоящих из глинистых минералов, цемента и стекла. Керамические материалы часто получают в процессе обжига или спекания. Поэтому они более устойчивы к высоким температурам и суровым условиям окружающей среды по сравнению с металлами и органическими материалами. Кроме того, керамика является хорошим изолятором как для электричества, так и для тепла.

Керамические волокна подразделяются на неоксидные волокна и оксидные волокна. Карбид кремния и оксид алюминия являются наиболее часто используемыми неоксидными и оксидными керамическими волокнами соответственно. Волокна бора и кремниевые волокна обычно классифицируются как керамические волокна, хотя бор и кремний являются металлоидными элементами. На рынке доступны короткие волокна, длинные волокна и непрерывные волокна керамики. Непрерывные керамические волокна производятся в основном с помощью процессов прядения расплава или сухого прядения.

Меламин: Базофил (BASF)
Базофил недавно вышел на рынок высокотемпературного волокна. Это новейшее волокно, которое будет полностью коммерциализировано. Основываясь на химическом составе меламина, Basofil предлагает высокую рабочую температуру и высокий предельный кислородный индекс и, как правило, предназначен для фильтрации горячего газа, а также для рынков защитной и защитной одежды. Из-за переменной длины денье и штапеля, низкой прочности на растяжение и сложности обработки базофил обычно смешивается с более прочными волокнами, такими как арамиды. Он чаще используется в игольчатых изделиях или пряже, изготовленной из обернутых методов прядения.

Полиимидное волокно:
Полиимидное волокно изготовлено из ароматического гетероциклического полимера, а P84 является торговой маркой полиимидов, производимых Evonik Fibers с поперечным сечением трехлопастного волокна. P84 представляет собой полностью имидизированный полиимид, полученный из ароматических диангидридов и ароматических диизоцианатов, и имеет температуру стеклования 315ºC. Волокна начинают карбонизироваться при температурах выше 370ºC. Благодаря ароматической структуре полимер и волокна по своей природе негорючие. Можно измерить LOI 38%. P84 можно использовать при температурах до 260ºC, в зависимости от окружающей среды.

Благодаря своей выдающейся химической и термической стабильности и физическим свойствам волокна P84 могут использоваться для различных применений, начиная от фильтрующих материалов для высокотемпературной фильтрации, защитной одежды и уплотнительных материалов для космических аппаратов и заканчивая различными высокотемпературными применениями, такими как теплоизоляция.

Полибензимидазол – PBI: PBI (целанезе)
Полибензимидазол - это органическое волокно с отличными термостойкими свойствами и хорошей рукой. PBI не горит на воздухе, не плавится и не капает. Высокий предельный кислородный индекс (LOI) в сочетании с хорошей химической стойкостью и хорошим восстановлением влаги делают PBI отличным волокном для противопожарного конечного использования, такого как защитная и защитная одежда и огнестойкие ткани.

Его физические свойства относительно низкие, но PBI обрабатывается на большинстве типов текстильного оборудования. Он хорошо сочетается с другими материалами, такими как углеродные и арамидные волокна, чаще всего по соображениям производительности и стоимости. PBI имел значительный успех на рынке одежды пожарных, где, смешанный со смесью пара-арамида-PBI 60-40, он стал стандартным материалом «премиум-класса». Характерный золотой цвет PBI хорошо сочетается с другими материалами, создавая приятный внешний вид.

Базальтовое волокно:
Базальтовое волокно состоит из минералов плагиоклаз, пироксена и оливина. Он похож на углеродное волокно (CF) и стекловолокно, обладая лучшими физико-механическими свойствами, чем стекловолокно, но значительно дешевле, чем CF.

Полифениленбензобисоксазол — ПБО: Зилон (Тойобо)
PBO - еще один новичок на рынке высокоэффективных органических волокон. Zylon от Toyobo - единственное волокно PBO в производстве. PBO обладает выдающимися термическими свойствами и почти в два раза большей прочностью на растяжение, чем обычные параарамидные волокна. Его высокий модуль делает его отличным кандидатом для армирования композитов. Его высокий LOI дает PBO более чем в два раза больше огнестойких свойств, чем метаарамидные волокна.

Полисульфаниламидное волокно: Полисульфаниламидное (PSA) волокно - это специальное высокоэффективное волокно, разработанное
в Китае. Это новое огнестойкое волокно с отличной термостойкостью, термической стабильностью и термическим окислением, большим объемным удельным сопротивлением и начальным модулем, нестабильностью обжима и низким коэффициентом трения.

Волокна бора:
Как правило, волокна бора изготавливаются путем конденсации паров бора на некоторых материалах-носителях, таких как вольфрамовая проволока, стекло, графит, алюминий и молибден, а типичный диаметр волокна с вольфрамовой проволокой в качестве несущих материалов составляет около 12 мм. Волокна бора предпочтительнее для изготовления некоторых композитов.

Ароматическое полиэфирное волокно:
Как и арамид, ароматические полиэфирные волокна представляют собой высококристаллические ароматические полиэфирные волокна, в которых множество сложноэфирных связей (_CO_OeRe) прикреплены непосредственно к ароматическим кольцам. Vectran — это высокоэффективный кристаллический полимер Liquide (LCP) на основе полиэстера, производимый компанией Ticona. Его модуль аналогичен кевларовому 29, но он имеет меньшую потерю прочности. Волокно Vectran демонстрирует ползучесть 0,02% при 30% от максимальной нагрузки после 10 000 часов, высокую химическую стойкость и стойкость к истиранию, а также высокую прочность на растяжение. Стойкость Vectran к ультрафиолетовому излучению уступает ПЭТ и PEN, но имеет лучшую деградацию воздействия, чем арамиды.

Ароматические полиэфирные волокна используются в яхтенных канатах, парусной ткани, тетивах лука, велосипедных рамах, катетерах и контрольных кабелях в хирургических устройствах. Эти области применения отражают высокую стойкость волокон к истиранию, устойчивость к порезам и ударам, а также их высокую прочность.

Ароматическое полиамидное волокно:
Ароматическое полиамидное волокно представляет собой высококристаллические волокна, в которых не менее 85% амидных связей (_COeNH_) присоединены непосредственно к двум ароматическим кольцам и имеют самую низкую плотность и самое высокое отношение прочности на растяжение к весу среди современных высокоэффективных волокон. Ароматическое полиамидное волокно показывает отрицательный коэффициент теплового расширения в продольном направлении, что используется при проектировании композитов с низким тепловым расширением. Основными недостатками ароматических полиамидных волокон являются их атмосферостойкость, низкая прочность на сжатие и сложность резки или обработки композитов.

Оптические волокна:Оптические волокна подразделяются на три группы в зависимости от типа материала сердечника:
кварцевые, многокомпонентные и пластиковые оптические волокна (POF). Кварцевое оптическое волокно используется для оптической связи на большие расстояния, включая магистральные линии общего пользования. Многокомпонентное оптическое волокно используется для связи на средние расстояния 1-2 км, включая локальные вычислительные сети (ЛВС) в установках и фиброскопах. Стекловолокно имеет недостатки, потому что оно дорогое, хрупкое и трудно поддается обработке. Преимущества пластикового оптического волокна (POF) заключаются в том, что оно недорогое, гибкое, легкое и простое в обработке, хотя потери при передаче выше, чем в стеклянном оптическом волокне.

Материал как сердцевины, так и оболочки пластикового оптического волокна требует высокой прозрачности. Как правило, в качестве основного материала используются полиметилметакрилат (ПММА) и поликарбонат (ПК). Поскольку показатель преломления материала оболочки должен быть ниже, чем у материала сердечника, в качестве материала оболочки используются фторопласты, включая поливинилиденфторид, тефлон FEP, тефлон AF, фторированный метакрилат и фторированный поликарбонат.

Высокополикетоновое волокно:
Поликетон, производимый Asahi Kasei, рассматривается как новое высокопрочное волокно, похожее на арамидное волокно, но цена ниже, чем у арамидного. Это волокно имеет молекулярную структуру, которая включает окись углерода, а также состоит из этилена. Таким образом, он содержит только углерод, кислород и водород, которые требуют низкой стоимости производства по сравнению с другими высокопрочными волокнами.

Полифениленсульфидное волокно:
PPS представляет собой органический полимер, состоящий из ароматических колец, связанных с сульфидами. Это еще один вид высокоэффективного волокна, которое обладает превосходной термостойкостью, химической стойкостью, стойкостью к гидролизу, огненным задержкой и так далее. Волокно PPS можно использовать в фильтрах для угольных котлов, войлоке для производства бумаги, электроизоляции, специальных мембранах, прокладках и набивках.

TORCON является продуктом PPS производства Toray. Из-за высокой температуры расплава (около 285ºC) PPS можно непрерывно использовать при температуре около 190ºC. Он также устойчив к гидролизу при высоких температурах до кислотных, щелочных, органических растворителей, что лучше, чем другие высокомодульные волокна. Кристалличность волокна PPS варьируется от 50% до 65% в зависимости от условий обработки. Волокна PPS треугольного сечения производятся и могут использоваться для высокоэффективной фильтрации.