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军民两用功能纤维与纳米纤维新进展(上)

 

功能纤维包括纳米纤维(NF)和碳纳米管(CNT)细分有上百种,大都直接或间接与军用有关。防化兵所用的特种军服、士兵伤口的止血杀菌绷带、高效防毒面具,都是活性炭纤维制的。边远海岛守卫战士的饮用水要想自给,只有靠中空纤维超滤和反渗透膜的组合装置,体积和耗电都较其他海水淡化装置小。核电站和核武 器用的铀原料,除铀矿提取外,从长远看将由海水靠离子交换纤维浓缩提铀。现代国防的通信系统,离不开石英和塑料光纤,信息传输容量大,保密性好。军港若出 现漏油,需要用吸油纤维的非织造布捕集和清除。飞机、直升机等飞行器越来越多地使用复合材料,为避免遭雷击,需要在CF织物上混织或表面上加贴少量金属纤 维或导电纤维。静电纺某些纳米纤维毡片,可有效作为防原子尘埃或气溶胶的口罩。为实现军机、舰船及军事设施的隐身,需要具有透波和吸波的纤维材料或涂料 等。冬季守卫边疆的士兵,需要电发热功能的纤维靠携带的电池供电保暖。平时士兵的内衣和袜子等,可采用抗菌消臭的纺织品。

以下仅介绍部分军民两用的主要功能纤维、纳米纤维及CNT的新进展。

1.海底光缆通信

国际间的大容量通信主要靠海底光缆,1969年开通横跨太平洋的9000Km海底光缆系统,只有128个电话线路,而1989年的相同海域光缆系统增加到8750条电话线路,现在却发展到1亿线路以上。目前各国正构筑第二条环球的海底光缆。其系统构成如图1所示。


图1.海底光缆通信系统的构成

采用最先进的光通信技术,可使100京(10亿)比特/秒的超大容量信息传送1万Km。其中的海底中继器(图2)不仅要耐8000m的水压,为了安全须根据铺设的不同水深,采用不同结构的光缆保护层,如图3和图4所示。


 
图2 海底中继


图3.包覆双金属层(DA)的光缆图4.轻量(LW)光缆

               
     
图4 轻量(LW)光缆

随着地球暖化和气候变化,对海洋环境影响很大,需要对海底光缆自动进行巡视,国际电气通信联合电气通信标准化部门(ITU-T)将最近提出的安装有温度和水压传感器的电缆取名为“绿色光缆”(图5)。


图5 安装有温度和水压传感器的“绿色光缆”

2.新型导电纤维

2.1 融雪用导电纤维

日本PVG Solutions公司是太阳能电池生产厂家,最近利用可乐丽公司所生产的包覆含CNT树脂膜的聚酯纤维所形成的导电纤维“CNTEC”,组成织物框架, 与双面可发电的太阳能电池(PV)元件相结合,利用积雪的反射光可以从里面也发电,从而开发新颖的融雪装置(图6)。

与 采用金属丝的加热器相比,除节能和加热快外,而弯曲疲劳性优良。这时快速清除军民机场、道路等的积雪有重要意义。在日本已用于清除道路的积雪。其中n型的 单晶硅的光电变换效率为19%,实现圆筒化后通过射入里面的散射光和反射光,使额定功率有可能增加10%~30%,而搭载60个单电池的圆筒可实现 300W以上的功率。


图6 融雪装置

3.电容纤维

德国纺织技术RWTH Pachen大学研究所(ITA)和物理研究所共同研发一种新颖的电容纤维,目前已投入中试生产。

制 法是采用DSM公司生产的双螺杆微型挤出机(XPlore Micro Compounder),将最高为30%的石墨烯添加入聚合物中,于200℃以上进行熔纺,喷丝孔有0.25、0.5和1.25mm,券速为 10~200m/min。图7示出熔纺前后的分子结构变化,所用聚合物主要是聚丙烯(PP)。


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