光刻法异型喷嘴制造及高性能纳米复合纤维制备技术

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1、光刻法异型喷嘴制造及高性能纳米复合纤维制备技术项目建议及研发执行单位：清华大学：原子分子纳米科学中心，化学工程系，工程物理系。项目推荐：李家明院士，中国科学院院士、上海交通大学物理系教授、清华大学原子分子纳米科学中心主任程曜教授，清华大学工程物理系教授、清华大学原子分子纳米科学中心副主任魏飞，清华大学化学工程系教授金涌院士，中国工程院院士、清华大学化学工程系教授日期：2005-5-10摘要：本项目将综合清华大学原子分子纳米科学已有的异型纺丝喷嘴光刻制造技术和清华大学化学工程系已有的碳纳米管可控制备技术（国家863项目）之优势，在短期内研究开发出2-3种高性能纳米复合高分子纤维，将在高强度、

2、抗静电、吸波阻燃方面达到国际先进水平，使我国特种纤维行业从精密微加工到终端材料都拥有自己的系列化专利技术。项目分析：一．化纤工业现状及发展趋势近几年中国化纤工业始终保持高速发展，２００３年化纤产量已经达到１１８１万吨，增速高达１９．２％，占世界总产量的３７．４％，是全球化纤产量第一大国。但中国化纤产量仍不能满足国内快速增长的市场需求，每年仍然需要大量进口，２００３年化纤进口１８５．８万吨，增长速度达８．１％。同时进口面料总值也超过了60亿美元。随着人们生活水平的不断提高和产业用化纤的需求快速增长，中国化纤工业发展空间仍然很大。但是目前大部分化纤产品在性能上，较之与天然纤维，仍存在许多不足之

3、处，如透气性、透湿性等等。这造成化纤产品在市场上价格较低，受欢迎程度也低于天然纤维。为此，许多发达国家都在致力于开发各种新材料和新纤维，针对化纤产品的缺点改进，努力达到或超过天然纤维所具有的性能。中国化纤工业必须提高产品的附加价值，才能产业升级，提高竞争力，减少环保污染。发展功能性新纤维是中国化纤工业必然的途径。二．新型化纤的特点实践证明，利用普通的化纤原料，只在制作过程中改变纤维的形状，就会影响纤维的物理性质。例如：三角形断面的纤维具有较大的光反射面，由三角形纤维织出的布，呈现光亮的表面；中空纤维则具有轻量化，保暖等功能；尖角形的纤维对粉尘微粒的扑捉能力较强，适合作为擦拭用途。此外，若能

4、增加纤维的单位表面积，或在纤维上创造出特殊的孔道，将纳米材料填充到纤维孔道中，可以制得具有各种特殊功能的纤维（高感性、高吸湿、透湿、防污性、抗静电及导电性、抗菌性及消臭性、离子交换性、生物降解与相容性、隐身、发光）。各种形状的化纤（断面为异型），具备着人们所期待的各种理想性能，其发展潜力是巨大的。其中具有快速导湿排汗的新机能型纤维首先被推入市场，实现了产业化。它是利用纤维表面的微细孔道将皮肤表面的汗水经吮吸、扩散，传导至表面，迅速排出体外而保持皮肤干爽舒适。例如：台湾南亚化纤厂所生产的[DRY-TEX]纤维，其透湿度便比纯棉高三倍，产品强调快速吸湿排汗，干爽透气，冬暖夏凉以及易洗快干等特性

5、。美国杜邦生产的[coolmax]等布料，也都是强调其防水透气，排汗干爽，阻风保暖等高性能的纺织品。这些新一代化学纤维，必将为化纤产业的发展带来一场革命。以下就两种高性能纤维加以介绍。聚苯硫醚（PolyphenyleneSulfide,PPS）是20世纪70年代工业化的一种耐热性高性能热塑性工程塑料。PPS不仅具有优异的机械性能，良好的热稳定性（可在200-220°C长期使用），还可抗化学腐蚀、阻燃、抗辐射。其高密度苯环与硫原子的分子结构决定了其与无机添加材料的良好的界面亲和性，可与其他高分子材料共混制造高分子合金，成型加工性良好，在汽车、电子、精密制造、航天航空等领域得到广泛应用。世界P

6、PS的生产厂家主要在美国、德国和日本。我国的四川华拓科技公司具有千吨级生产能力，并正开发PPS纤维。因PPS高分子链的刚性强、脆性高、冲击韧性差，研究者通过共混添加玻璃纤维、无机粉体、及其他高分子来制备新型高性能PPS共混合金。碳纳米管作为性能优异的一维纳米材料，与PPS复合后可制备抗静电、阻燃与抗腐蚀、耐高温、高强度与高韧性等综合性能优异的新一代纳米复合材料，满足我国航天航空、国防等领域对先进材料的要求。PPTA（聚对苯二甲酰对苯二胺）主要用于制造高强度、高模量、耐高低温、耐疲劳、不易燃、耐化学腐蚀的有机纤维及低线膨胀系数、耐磨复合材料。通常作为复合材料、轮胎和工业用橡胶产品（运输带、水

7、龙带等）的增强材料；PPTA丝可伞绳及防弹材料。目前高强度芳纶丝产品与技术主要被DuPont公司控制。通过专利及公开文献检索，尚无有关碳纳米管复合的PPTA及PPS高性能纤维的报导。随着碳纳米管大批量制备技术的逐步突破，相应高性能复合材料的研究与开发就成为国际范围的竞争热点。尤其对于国防等领域需要的高性能材料，国家间的竞争与技术封锁在所难免。开发具有我国自主知识产权与工业背景的碳纳米管高性能复合材料具有重要的学术与工业价