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新技术!可以生产出高强弹性纳米纤维
文章来源:未知     点击数: 次     更新时间:2018-01-09 13:57

 据悉,麻省理工学院的研究人员已经开发出一种能产生超细纤维的工艺,其直径以纳米或十亿分之一米的单位测量,而且这些纤维非常坚固和坚硬。价格低廉,易于生产,可以作为许多应用的选择材料,如防护装甲和纳米复合材料。

 

麻省理工学院化学工程教授GregoryRutger和PostdocJayPark博士在一篇论文中描述了一种称为凝胶静电纺丝的新工艺。该文件将在线显示,并将发布在二月版的Materials Science杂志上。

 

在材料科学中,Rutledge解释说:“有很多的平衡。研究人员通常可以提高材料的一个特性,但同时会有其他特性的下降。强度和韧性就是这样的一对性质:通常当你获得高强度时,你会失去材料的一部分韧性。材料变得更脆,因此失去了吸收能量的机制,它就会断裂。”但是,在新工艺生产的纤维中,许多这些权衡都被消除了。

 

Rutledge说:“如果你得到一种同时具有高强度和高韧性的材料,这将是一件了不起的大事。”新工艺生产纤维过程就是这样的,它使用了一种传统方法的变体,称为gel sp。但是增加了电能。结果是聚乙烯超细纤维产品性能赶上甚至超过一些最强的纤维材料的性能,如Kevlar和Dyneema,应用于防弹衣。

 

Rutledg说:“我们一开始就有一个任务在不同的尺寸范围内,使纤维,即低于百万分之一米,因为这样会出现许多有趣的特性”。我们已经研究了这种超细纤维多年,有时称为纳米纤维。但是,在高性能光纤范围内,没有什么“高性能纤维。”包括芳基化合物,如Kevlar,和凝胶纺丝聚乙烯,如Dyneema和谱,也被用于极端用途的绳索,并作为增强纤维用在一些高性能的复合材料。

 

拉特利奇说:“多年来,在这个领域并没有出现很多新的情况,因为在机械领域,它们的纤维性能非常好。”但是他说这种新材料与其他相比,真正区别于它们的是我们所称的比模量和比强度,这意味着,在每重量的基础上,它们的表现几乎超过了一切。”模数指的是纤维有多硬,或有多少抗拉伸强度。

 

用于产生纤维的装置的示意图显示一个加热的注射器(左)通过溶液挤压,以及一个腔室(右),在那里,链受到电场的影响。 把它们纺成有史以来性能最好的聚乙烯纤维。来源:麻省理工学院

 

与广泛应用于复合材料中的碳纤维和陶瓷纤维相比,新型静电纺聚乙烯纤维强度相近,但强度更高。Ower密度。罗特鲁奇说,这意味着,一英磅,它们比标准的材料高出很多。

 

罗特鲁奇说:“在创建这种超细材料时,研究小组的目标是与现有的微纤维的特性相匹配,“因此,这表明对我们来说,这将是一个很好的成果。”他说在FA中 CT,结果显示材料在重要的方面更好。虽然测试材料的模数不如现有的最佳纤维,但它们相当接近,足以具有竞争力。”他补充道,最重要的是,强度优于商业材料两倍和可比的研究的最佳材料。和他们的韧性是一个等级规模更好。

 

Rutledge说:“研究人员仍在调查造成这种令人印象深刻现象的原因。随着纤维尺寸的减少,这就像是我们收到礼物一样。这是我们始料不及的。

 

他解释说:“大多数塑料都很坚硬,但它们并不像我们现在所得到的那样坚硬。”玻璃纤维是硬的,但不是很强,而钢丝是坚固的,但不是很硬。新的凝胶静电纺纤维似乎将强度、刚度和韧性等理想的品质结合在一起,但它们的比例很少。

 

使用凝胶静电纺丝法与传统的方法非常相似。“凝胶纺丝法”在为我们所带来的材料的过程,但因为我们用的是电力,使用单级工艺而不是传统工艺的多个阶段,“我们得到了更多的高度拉伸纤维”,直径为几百纳米。典型的15微米,他说,研究人员的过程结合了聚合物凝胶作为起始材料,如凝胶纺丝纤维,但使用的是电力而不是机械牵引。将纤维拉出;带电纤维诱导产生其超细尺寸的“搅打”不稳定性过程。而那些狭窄的尺寸,它变成了独特的特性。

 

这些结果可能会导致像现有的那样坚固的保护材料,但不那么笨重,使它们更实际。而且,拉特利奇说:“他们可能应用我们还没有想到的问题现在还没有,因为我们刚刚知道他们有这种程度的坚韧特性。”

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