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化纤生产基本知识 教师 迟长龙QQ 29133863E mail chichanglong123 第一节化学纤维的发展概况第二节化学纤维的常用基本概念第三节化学纤维的主要质量指标第四节化学纤维的生产方法第五节化学纤维的鉴别 第一章绪论 第一节化学纤维的发展概况 一 纤维的定义与分类 纤维是一种直径为数微米到数十微米或略粗一些 而长度比直径大许多倍 上千倍甚至更多 的物质 一 纤维的定义 二 纤维的分类 二 化学纤维及其分类 一 化学纤维的定义 二 化学纤维的分类1 按高聚物来源分类 1 再生纤维含义 又称人造纤维 是用天然高分子化合物为原料 经化学方法和机械加工制成的纤维 类型 按化学组成不同 再生纤维可分为纤维素纤维 蛋白质纤维 无机纤维 2 合成纤维含义 合成纤维是以石油 天然气 煤及农副产品等为原料 经一系列化学反应制成合成高分子化合物 再经加工而制成的纤维 类型 按化学组成不同 合成纤维可分为 聚酯纤维 涤纶 聚酰胺纤维 锦纶 聚丙烯腈纤维 腈纶 聚乙烯醇缩甲醛纤维 维纶 聚丙烯纤维 丙纶 聚氯乙烯纤维 氯纶 聚氨酯纤维 氨纶 2 按纤维的长度分类 1 长丝含义 长度以千米计的纤维 类型 长丝可分为单丝 复丝 帘线丝 单丝 用单孔喷丝头纺制成的一根连续单纤维 复丝 由数以十计的单丝组成的长丝 帘线丝 由一百多根到几百根单纤维组成 用于制造轮胎帘子布的丝条 2 短纤维含义 又称切断纤维 是指切成短段状的纤维 类型 短纤维可分为棉型 毛型 中长型短纤维棉型短纤维 长度为25 38mm 纤维较细 线密度1 3 1 7dtex 类似棉纤维的短纤维 毛型短纤维 长度为70 150mm 纤维较粗 线密度3 3 7 7dtex 类似羊毛的短纤维 中长型短纤维 纤维的长度为51 76mm 纤维的线密度为2 2 2 3dtex 介于棉型和毛型之间的短纤维 三 世界化学纤维工业的发展概况 一 再生纤维的工业化阶段1884年 法国人查尔德内特制成了最早的人造纤维 硝酸酯纤维 并于1891年进行工业生产 由此开始了化学纤维工业的历史 1901年 人们采用纤维素的铜氨溶液为纺丝液 制得了铜氨纤维并实现工业生产 1905年粘胶纤维问世并实现工业化生产 因原料 纤维素 来源充分 辅助材料价廉 穿着性能优良 而发展成为人造纤维的最主要品种 二 合成纤维的工业化阶段1935年 杜邦公司的卡罗瑟斯纺制成了尼龙66纤维 并于1939年实现了工业化生产 尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础 1941年 德国人施莱克发明了尼龙6纤维并实现工业化 1946年 德国实现聚氯乙烯纤维工业化生产 20世纪50年代初期 聚乙烯醇缩甲醛纤维 聚丙烯腈纤维 聚酯纤维等品种相继工业化 1960年 聚烯烃纤维中的主要产品 聚丙烯纤维在意大利实现了工业化 三 第二代化学纤维 改性纤维的工业化阶段 四 第三代化学纤维 特种纤维的工业化阶段 四 我国化学纤维工业的发展概况 一 起步阶段 1956 1965年 50年恢复安东化纤厂和上海安乐人造丝厂生产 从东德引进保定化纤厂粘胶长丝和北京合成纤维实验厂尼龙长丝生产技术和装备 60年代 自力更生建设了一批粘胶纤维厂 如南京化纤厂 吉林化纤厂 新乡化纤厂等 从日本 英国引进维纶和腈纶的成套生产设备建成了北京维尼纶厂和兰州化纤厂 二 奠基阶段 1966 1980年 60年代中后期 随着我国石油工业的发展 化纤原料开始转向石油化工路线 相继建成了一批维纶厂 70年代建设了上海石化 辽阳石化 天津石化以及四川维尼纶厂四大合纤基地 为我国化纤工业的更大发展奠定了基础 三 发展阶段 1981 1995年 80年代建设了特大型化纤企业 江苏仪征化纤 完成了上海石化公司的二期工程 并在广东新会 佛山和河南平顶山以及辽宁抚顺等地建成多个技术先进的涤纶 锦纶和腈纶厂 90年代又完成了仪征化纤三期工程和辽化二期工程 四 持续增长阶段 1996年 从产量上看 1998年中国化纤产量超过美国跃居世界第一 中国化纤产量已占世界24 从生产企业上看 我国化纤工业形成了国营 民营和外资企业的三足鼎立的局面 从产品品种上看 更加多样化 各种改性纤维不断投产 特种纤维也进行研制或小批量生产 第二节化学纤维的常用基本概念 一 异形纤维采用异形喷丝孔纺制的 具有非圆形截面的纤维或中空纤维 称为异形截面纤维 简称异形纤维 几种非圆形喷丝孔形状及相应纤维横截面形状 二 复合纤维1 定义在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物 这种化学纤维称为复合纤维 或称双组分纤维 2 类型并列型 是指两种聚合物在纤维截面上沿径向并列分布 皮芯型 是指一个组分包围另一个组分 两种聚合物分别形成 皮 层和 芯 层 海岛型 是由一种组分以微丝状分散在另一种组分的基体中形成 裂离型 是指纤维截面上 两种组分交替排列 三 细旦纤维 微细纤维 超细纤维细旦 特 纤维 0 9 1 4dtex的纤维 微细纤维 0 55 1 1dtex的纤维 超细纤维 0 55dtex以下的纤维 四 差别化纤维泛指通过化学改性或物理变形对常规品种化纤有所创新或具有某一特性的服用化学纤维 五 特种纤维1 含义一般指具有特殊物理化学结构 性能和用途的化学纤维 2 类型高性能纤维 具有高强度 高模量和耐高温 耐腐蚀 耐辐射 耐化学药品等性能的纤维 功能纤维 泛指在一般纤维具有的物理机械性能基础上 具有某种特殊功能和用途的纤维 六 变形丝 变形纱 1 含义将平直光滑的原丝经不同的加工方法 改变其外观 几何形状 内部结构与性能而形成的丝 2 主要品种弹力丝 即变形长丝 可分为高弹丝和低弹丝两种 膨体纱 是利用聚合物的热可塑性 将两种收缩性能不同的合成纤维毛条按比例混合 经热处理后 高收缩性的毛条发生收缩迫使低收缩性的毛条中纤维卷曲 从而使其具有伸缩性和蓬松性 类似毛线的变形纱 七 丝束丝束是大量单纤维的集合体 第三节化学纤维的主要质量指标 一 线密度 纤度 1 含义线密度是表示纤维粗细程度的物理量 2 线密度单位特克斯 特 tex 1000m长纤维重量的克数 称为该纤维的特数 其1 10称为分特 旦尼尔 旦 Denier D 90000m长纤维重量的克数 称为该纤维的旦数 特数与旦数 公支数的关系1特 1 9旦1特 1000 公支数 公制支数 公支 单位重量纤维的长度 称为该纤维的公支数 二 断裂强度1 含义纤维在连续增加负荷的作用下 直至断裂所能承受的最大负荷与纤维的线密度之比 单位为N tex cN tex cN dtex 2 类型干强度 纤维在干燥状态下测定的强度 湿强度 纤维在润湿状态下测定的强度 三 断裂伸长率1 含义纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数 2 表达式 式中 L0 纤维的原长 L 纤维伸长至断裂时的长度 四 初始模量初始模量也称弹性模量或杨氏模量 是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1 时所需的应力 五 燃烧性能1 燃烧性能纤维的燃烧性能是指纤维在空气中燃烧的难易程度 2 限氧指数 LimitingOxygenIndex LOI 是指使着了火的纤维离开火源 而纤维仍能继续燃烧时 环境中氮和氧混合气体内所含氧的最低百分率 3 LOI与纤维分类可燃性或易燃性纤维 LOI 21 的纤维 难燃性或阻燃性纤维 LOI 21 的纤维 阻燃纤维 LOI 26 的纤维 六 吸湿性1 含义是指在标准温湿度 20 65 相对湿度 条件纤维的吸水率 2 吸湿性的表示方法回潮率 纤维中所含水分重量对纤维干重的百分比 含湿率 纤维中所含水分重量对纤维湿重的百分比 七 卷曲度1 卷曲的目的改善纤维的抱合性 同时增加纤维的蓬松性和弹性 使其织物具有良好的外观和保暖性 卷曲率 式中 L1 加负荷8 8 10 2dN tex并保持1min后测得的纤维长度 式中 L0 预加张力为1 26 10 3dN tex时纤维的长度 2 表征短纤维的卷曲度指标卷曲数 卷曲弹性回复率 式中 L2 除去负荷使纤维松弛2min后再加预张力测得的纤维长度 卷曲回复率 八 沸水收缩率1 含义将纤维放在沸水中煮沸30min后 其收缩后的长度与原来长度之比 称为沸水收缩率 2 表达式 九 染色性染色性包含的内容 可采用的合适染料 可染得的色谱是否齐全及深浅程度 染色工艺实施的难易 染色均匀性以及染色后的各项染色牢度等 第四节化学纤维的生产方法 一 原料制备 一 成纤高聚物及其基本性质1 什么是成纤高聚物是指用于化学纤维生产的高分子化合物 2 成纤高聚物的基本性质大分子必须是线型的 能伸直的分子 支链尽可能少 没有庞大侧基 分子之间有适当的相互作用力 或具有一定规律性的化学结构和空间结构 应有适当高的分子量和较窄的分子量分布 应具有一定的热稳定性 其熔点或软化点应比允许使用温度高得多 二 原料的制备过程再生纤维原料的制备 合成纤维原料的制备 二 纺前准备 一 熔体的制备过程 以切片纺丝为例 二 纺丝溶液的制备过程 以二步法为例 1 溶剂的选择在适宜温度下有良好溶解性 并使所得高聚物溶液在尽可能高的浓度下具有较低粘度 沸点适宜 有足够热稳定和化学稳定性 并易于回收 应尽量无毒和无腐蚀性 并不会引起高聚物分解或发生其它化学变化 2 纺丝溶液的制备过程1 成纤聚合物的溶解线型高聚物溶解过程的本质是先溶胀后溶解 2 纺丝溶液的混合 过滤和脱泡混合目的 使各批纺丝液的性质均匀一致 过滤目的 除去杂质和未溶的高分子化合物 脱泡目的 除去留存在纺丝溶液中的气泡 三 纺丝成型 一 纺丝的涵义将成纤聚合物熔体或浓溶液 用纺丝泵 计量泵 连续 定量且均匀地从喷丝头 喷丝板 的毛细孔中挤出 成为液态细流 再在空气 水或特定凝固浴中固化成为初生纤维的过程 称作 纤维成型 或称 纺丝 二 纺丝方法1 熔体纺丝将高聚物加热至熔点以上的适当温度以制备熔体 经计量泵从喷丝孔压出 呈细流状射入空气中 经冷凝而成为细条的过程 切片纺丝流程图 按所使用的原料状态 熔体纺丝可分为直接纺丝 切片纺丝 过程简单 纺丝快 孔数少 截面多为圆形 2 溶液纺丝将高聚物溶液经计量泵从喷丝孔压出 在液体凝固剂或热空气固化成丝的过程 类型按溶液是否直接去纺丝可分为一步法和二步法 按凝固方式可分为湿法纺丝 干法纺丝 1 湿法纺丝将纺丝溶液从喷丝孔中压出 在液体凝固剂中固化成丝的过程 纺丝速度慢 孔数多 有明显的皮芯结构 2 干法纺丝将纺丝液从喷丝孔中压出 在热空气中使溶剂挥发固化成丝的过程 工艺较复杂 成本高 四 后加工 一 进行后加工的原因初生纤维的结构不完善 物理机械性能较差 不能直接用于纺织加工 必须经过一系列的后加工 二 后加工主要工序的作用1 拉伸 1 作用提高纤维大分子的取向度和结晶度 改善纤维的力学性质 2 方式按拉伸次数 一道拉伸 多道拉伸 按拉伸介质 干拉伸 蒸汽拉伸 湿拉伸 按拉伸温度 冷拉伸 热拉伸 2 热定形 1 作用消除纤维内应力 提高纤维的尺寸稳定性 并进一步改善其物理机械性能 2 方式紧张热定型 在张力下进行的热定型 松弛热定型 在无张力下进行的热定型 第五节化学纤维的鉴别 一 纤维鉴别的含义纤维鉴别就是利用各种纤维的外观形态和内在性质的差异 采用物理 化学等方法将其区别开 二 纤维鉴别的目的分析织物中纤维的组成 配比以及对未知纤维进行剖析 研究 仿制 三 纤维鉴别的方法物理鉴别方法 是指利用纤维的形态特征 物理性能和化学性能来鉴别纤维 化学鉴别方法 是指利用纤维化学性能方面的不同 采用化学的方法来鉴别纤维 一 显微镜法1 含义显微镜法是利用显微镜观察纤维的纵向外观和横截面形状来鉴别纤维的方法 2 适用范围适用于天然纤维 再生纤维 尤其是异形纤维和复合纤维的鉴别 但不适用于外观特征相似的纤维 如涤 丙 锦纶等 常见纤维的横截面及纵向形态特征 亚麻 苎麻 粘胶纤维 丙纶 蚕丝 羊毛 苎麻 亚麻 棉 锦纶 涤纶 腈纶 维纶 醋酯纤维 二 燃烧法1 含义是根据纤维的燃烧特性 燃烧速度 火焰的颜色 燃烧时散发出来的气味 燃烧后灰烬的颜色 形状和硬度等 来鉴别纤维的方法 2 适用范围适用于大类纤维的鉴别 不适用于混纺纤维 复合纤维 经阻燃处理的纤维等的鉴别 常见纤维的燃烧特性 三 溶解法1 含义是利用各种纤维在不同化学试剂中的溶解性能不同来鉴别纤维的方法 2 注意事项由于一种溶剂能溶解多种纤维 因此 必要时需进行几种溶剂的溶解试验 常见纤维的溶解性能 注 溶解 部分溶解 不溶 表中的 均为相应物质的质量分数 四 着色法1 含义是利用纤维在着色剂中着色后的颜色不同来鉴别纤维的方法 2 适用范围不适用于有色纤维 复合纤维 涂层或经化学处理的纤维 常见纤维在通用着色剂HI 1号处理后的颜色 第一节聚酯纤维概述第二节聚酯的生产第三节聚酯纤维的纺丝第四节聚酯纤维的后加工第五节聚酯纤维的改性和新型聚酯纤维 第二章聚酯纤维 第一节聚酯纤维概况 一 聚酯纤维的定义聚酯纤维 是由大分子链中的各链节通过酯基 COO 连成成纤聚合物纺制的合成纤维 O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO O R O CO R CO 二 主要品种聚对苯二