第五章 纤维.doc

章 节第五章 纤维 本章4学时教学目的和要求了解纤维的发展，纤维在生活和生产中的应用；掌握纤维的种类、结构和性质；掌握纤维的结构和性质之间的关系；教学重点教学难点重点：纤维的种类、结构和性质；纤维的结构和性质之间的关系难点：纤维的结构和性质之间的关系教学方法和教学手段本课程以课堂讲授为主，结合必要的课堂讨论。教学手段以板书和多媒体相结合。教学进程第五章 纤维5.1 纤维的发展历史 (0.5学时)5.1.1 天然纤维天然纤维是自然界原有的或经人工培植的植物上、人工饲养的动物上直接取得的纺织纤维，是纺织工业的重要材料来源天然纤维的种类很多长期大量用于纺织的有棉麻毛丝四种特点：良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性、天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线竹纤维就是从自然生长的竹子中提取出的一种纤维素纤维，是继棉、麻、毛、丝之后的第五大天然纤维5.1.2 人造纤维最早的人造纤维诞生于1855年：奥德马尔（法）硝酸纤维1884年黑塞尔得到丝光的碱纤维；1892年克劳斯和比万（英）粘胶纤维，适合纺丝；1905年投产，至今仍在纺织工业中占有一席之地粘胶纤维：是指从木材和植物等纤维素原料中提取的纤维素，或以棉短绒为原料，经加工成纺丝原液，再经湿法纺丝制成的人造纤维。5.1.3 合成纤维最早的合成纤维是由PVC纺丝制成的氯纶；1938第一个用合成高分子化合物为原料的化学纤维厂投入工业生产尼龙55以后，一系列合成纤维投入生产，如：腈纶，维尼纶，涤纶等先后研制成功。50年代随着超细纤维，芳香族聚酰胺纤维、碳纤维和功能纤维的研制成功，化学纤维步入高科技领域，促进了工业、尖端科学和国防建设的发展。目前，合成纤维产量已经占了工业纤维的10和民用纤维的50。我国，1950年化学纤维年产量300t，至1992年即达2.08105，增长了70倍，产量跃居世界第三位。化学纤维在纺织原料中所占的比重到20世纪末已经达到40。5.2 纤维的基本知识(1.5学时) 5.2.1 定义和分类纤维可分为天然纤维和化学纤维两类。天然纤维：直接从自然界中得到的纤维。化学纤维：包括人造纤维和合成纤维两类。人造纤维指由天然纤维素经过化学加工所得到的纤维。 主要产 品有粘胶纤维，醋酸纤维和硝酸纤维等。 合成纤维是由小分子有机单体通过聚合反应合成的纤维。主要 有：尼龙、涤纶、丙纶、氯纶、维纶（聚乙烯醇缩醛纤维）、腈纶等。纺织业中，纤维主要根据它的外形进行分类短纤维：棉花和羊毛。长丝：蚕丝和纺织丝袜用的尼龙丝。单丝指长丝中的单根纤维。复丝是指十几根或几十根丝搓合在一起的纤维。帘子线是指几百根纤维维合在一起。鬃丝是指很粗的单纤维5.2.2 成纤聚合物原料的基本要求1）很好的纺丝性，能熔融或溶解；2）较高的强度；3）较好的耐热性，洗涤和熨烫；4）较好的手感、吸湿性、染色性、抗腐蚀性和抗霉变性，在室外使用的纤维要有良好的耐光性和抗老化性。5.2.3 衡量纤维质量的常用标准单位一：支 指1g棉花纺出的纤维的长度(m)。常用来衡量棉、毛纤维的细度 针织内衣和衬衣上标出的32支、50支的字样代表什么意思？ 单位二：纤度单位旦尼尔，简称旦（D）。指长度为9000m的纤维的质量，已经制备出纤度为0.2D的超细纤维。 9000W（g） D= L (m)常用于衡量棉、麻、毛等纤维的细度5.3 纤维的主要品种 (2学时)5.3.1 人造纤维主要品种有粘胶纤维和醋酸纤维（赛璐玢） 一、 粘胶纤维（又称人造棉或人造丝） 1905年工业化，主要成分是纤维素：粘胶纤维整个制备过程如下所示： 芦苇等原料纤维素浆粕碱处理同CS2 反应黄化纤维素黄原酸脂溶于稀碱中纺丝在硫酸溶液中凝固黏胶纤维素。 黏胶纤维的优缺点：优点：柔软、有飘逸感、吸水性好、染色性优良，制成的织物十分鲜艳漂亮，且价格非常低廉，适于制作夏季的裙料。缺点：纤维遇水后回变硬，而且强度变差。其湿强度只有干强度的50%左右，洗涤时不要使劲揉搓，以免埙坏织物。二、 醋酸纤维（又称人造棉或人造丝）纤维素中的三个羟基（OH），在合适的条件下同醋酸（HAc）发生酯化反应后得到醋酸纤维素，又称塞璐玢。 醋酸纤维素的特点与用途： 十分透明，强度较高，又不易燃，除了用于制备衣料外，也是制备电影安全软片和摄影胶片的重要原来，还用于制备反渗透膜的原料。5.3.2 合成纤维合成纤维是由聚合物经纺丝制成的纤维 一、 最挺括的纤维涤纶，聚酯纤维（PET） 1953年才正式投产，性能优异，已经成为合成纤维中产量最大的品种。 特性3个最好 抗皱性和保型性比羊毛好，是其他合成纤维不及的； 强度比羊毛高1倍，比羊绒高3倍，湿强度不低于干强度； 耐热性和热稳定性也是通用合成纤维最好的。 二、 结实耐磨的纤维尼龙，聚酰胺纤维二元胺和二元羧酸聚合生成聚酰胺 n H2N-R-NH2 + n HOOC-R-COOH H-(HNRNH-OCRCO)n-OH + (2n-1) H2O是世界上最早实现工业化的纤维，我国又称锦纶。 特性： 耐磨性最好适合做什么？ 强度比羊毛高2倍，比羊绒高4.5倍，重量只有棉花的1/3； 穿在身上透气性不好缺点： 耐热性不好，150170以上开始收缩。 耐光保型性差，衣料不挺括； 工业上用途广泛： 轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业虑布等。 另外，尼龙与羊毛或粘胶纤维混纺，与蚕丝混纺等当尼龙与蚕丝混纺或者将尼龙当蚕丝卖的时候，如何鉴别呢？从以下两点鉴别：1、干和湿状态力学性能不同； 2、燃烧时不同表现三、最耐晒的纤维腈纶（PAN，又称人造羊毛），聚丙稀腈纤维丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。特点： 蓬松性和保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。主要用做人造纤维，俗称人造羊毛用途：制毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，尤其适宜作室内装饰布，如窗帘等。 单一聚丙稀腈性能很差，不但很脆，而且难于染色。 改进方法是三元共聚丙稀酸酯，衣康酸和丙稀腈共聚，得到的共聚物性能非常优秀，被誉为人造羊毛。 蓬松卷曲，十分柔软，弹性好 有腈基，因而耐晒性特好。 缺点是易起毛球、耐磨性差。四、保暖性最好的纤维氯纶，PVC 静电作用强，保暖性好，作内衣对关节炎有一定的辅助疗效。但是耐热性差五、质量最轻的纤维丙纶，PP 丙纶纤维性能好，价格便宜。但是最大的缺点是吸湿性和染色性太差，而且耐热和耐光性也都较差，限制了其在衣用材料中的应用。最大的用途是制成扁丝，用作包装绳和编织袋。合成纤维的改性 1）纤维表面的化学改性（化学接枝或等离子表面改性） 2）混纺和交纺 3）工艺改性，异形纤维、空心纤维、超细纤维和 复合纤维等。5.3.3 特种纤维20世纪末，特种纤维产量比例达到5，产值比例却高达40。特种纤维包括高强度纤维和功能性纤维，前者主要有碳纤维、芳纶纤维、硼纤维和碳化硅纤维等。一、碳纤维 1950年研制成高强度碳纤维。制造过程与煤生成的原理非常相似。碳纤维比头发丝细，但它的强度比钢铁还高、刚性比金属钛还好。用途：航空、航天材料、建筑材料、医学材料、体育器材、乐器材料、微波炉的波导管。二、高强度合成纤维芳纶 Kevlar已经工业化中强度最好的纤维。 Nomex纤维（芳纶1313） Keclar纤维（芳纶1414）Kevlar强度最好的原因：苯环和氢键液晶高分子用途：航空、航天；国防（导弹发动机，飞机壳体）、军事（防弹衣）；橡胶增强；高性能复合；石棉替代品三、纳米纤维 eSpin公司的创建者和总裁Jayesh Doshi博士解释说，公司的纳米纤维用于多种不同类型的分离或过滤中。通过在过滤中加入纳米纤维，滤孔的大小可以从3微米降到0.1微米，从而能够过滤病毒/组织、大范围的灰尘颗粒和植物孢子，