功能纤维及纺织品.ppt

第一章总论 本课程内容第一章 概述第二章 高感性纺织材料第三章 防护性纺织材料第四章 防水透湿性纺织材料第五章 保温 温控性纺织材料第六章 抗菌保健性纺织材料 一 材料的发展 石头 木材 金属 高分子材料 复合材料 功能智能化材料 高分子材料 纤维 橡胶 塑料高技术产业部门高难度技术 航空航天 海洋高效益技术 微电子 机电一体 新材料 生物技术 新能源 材料 具有一定性能 可用来制作器件 构件 工具 装置等物品的物质 人类文明 社会进步 科技发展的物质基础和技术先导 材料与人类文明 历史上人们将当时主导材料作为时代标志 石器时代 青铜器时代 和 铁器时代 在近代 很难用一种材料来代表当今时代特征 当代文明的三大支柱材料 能源 信息全球新技术革命的四大标志新材料技术 新能源技术 信息技术 生物技术 光纤 3 有机高分子材料 高聚物 由一种或几种简单低分子化合物聚合组成的分子量 按来源分为天然和合成 按材料性能和用途可分为橡胶 纤维 塑料和胶粘剂等 材料按服役领域分为信息材料 航空航天材料 能源材料 生物医用材料等 材料按材料的尺寸可分为零维材料 一维材料 二维材料 三维材料 磁白PVC 哑黑PVC 零维材料即超微粒子 大小1 100nm的纳米微粒 一维材料 细丝 二维材料 薄膜 用于环保或表面改性的保护膜 三维材料即块状材料 硼氮化合物 合成与加工 组成与结构 性质 使用性能 确定了材料学研究的基本内容 记忆合金 一 结构与性能的关系1 结构 纤维 内部大分子排列形态 外观形态纱线 纤维在纱中配置和空间形态织物 纱线在织物中排列及本身屈曲2 性能 性能是结构的产物 结构决定性能工艺 长度 细度 卷曲 物理 热 光 电 吸湿 化学 耐腐蚀 酸碱 机械 拉 弯 磨 压 服用 起毛起球 折皱 缩水 二 性能与工艺的关系原料性能是制定工艺的依据 工艺是产生结构的手段 可根据原料性能 采用不同工艺 开发新用途 也可根据用途要求 选取不同原料 或制造新原料 材料的性质是指材料对电 磁 光 热 机械载荷的反应 决定于材料组成与结构 使用性能 材料使用状态下表现的行为 实用性包括可靠性 耐用性 寿命预测及延寿措施等 合成与制备包括传统和各种新发展材料加工技术 纺织工业产品制造的一般过程 二 高科技纤维 天然纤维 化学纤维 高科技纤维1 高科技纤维依靠高技术和纤维学科最新基础理论概念研发成功的具有高性能和高功能性的新型纤维材料 2 高科技纤维具备的属性性能 材料对于来自外部的应力 光 电等物理作用或化学作用的抵抗能力 如 高强度 高模量 耐高温 功能 纤维受到外部作用时的转变能力 如 导电 传递 转换的能力 三 纺织纤维的发展 1 纤维的分类天然纤维再生纤维合成纤维 长久以来 为了满足人类穿着日益增长的需要 人们一直在寻找更多的纤维材料来源 蚕丝是自然界唯一可供利用的长丝 而且它的形成独具一格 由液体状变成固体状 我国早在南宋 就有记载 周去非的 岭外代答 一书记述 广西某县枫树上有 食叶之虫 称做 丝虫 它的外形 似蚕而呈赤黑色 每当五月 农历 间 虫腹如蚕之熟 当地人就捉回用醋浸渍 然后剖开虫腹取出丝素 在醋中牵引成丝 一虫可得丝长6 7尺 这种从野蚕身上抽丝的方法 堪称是人类人工制丝技术最早的事实 到十八世纪人们想到蚕吃了桑叶能吐出丝 那为什么不能用人工方法 把桑叶制成跟蚕丝相似的纤维呢 后来人们测定了蚕丝和桑叶的组成 发现 桑叶中大量含有碳 氢 氧三元素 而蚕丝中除含有上述元素外 还含有氮 这一发现 启发人们用硝酸来处理纤维素来增加氮的部分 1884年在法国制得硝酸纤维 但因其容易燃烧 加上成本贵 又没多少纺用价值 所以问世不久便停产了 但它毕竟是人类历史上第一次人工制造的纤维 1891年在英国有人将纤维素黄酸酯溶于稀碱中制成很粘的液体纺丝 因其很粘 故称为粘胶 制成的纤维称为粘胶纤维 它在1905年实现工业化生产 从此以后人造纤维开始走上了成功之路 发展到目前这种现状 可以说人造纤维的制造成功是仿生学的应用的成功 2 普通纤维的缺点 纤维大分子高次结构和理想分子结构模型相差甚远 性能不能满足舒适 卫生 保健的要求普通柔性链大分子强度低 折叠晶片结构的结晶区与无定型区呈无规则线团缠结一起 3 理想分子构造模型 成纤高分子构象线性化 伸直链结构分子链横截面具有对称性 排列紧密 四 发展高科技纤维 控制高分子化学结构及基团组成纤维加工成形技术刚性链液晶纺丝技术超高倍拉伸技术凝胶纺丝技术单晶片拉伸技术 五 成纤的基本概念 1 单体 低分子化合物2 高聚物 可溶性 熔融性3 合成方式 加聚 缩聚4 成纤形态 短纤 长丝 变形丝5 纺丝方式 熔体纺丝 湿法 干法 六 化学纤维的制造 成纤高聚物必须具有线型分子结构 大分子必须具有适当的分子量 相邻分子间必须具有足够的结合力 化学纤维的制造 化学纤维制造过程 成纤高聚物的提纯或聚合 纺丝液的制备 纺丝 后加工 1 成纤高聚物的提纯或聚合 再生纤维 将天然高聚物原料 棉短绒 木材等 进行提纯 去杂质 制成浆粕合成纤维 将石油 天然气中的小分子化合物进行人工聚合形成液态 溶液或熔体 或固态 切片 高聚物 熔体法熔融温度 分解温度如 涤纶 锦纶 丙纶 乙纶 溶液法熔融温度 分解温度如 粘胶纤维 醋酯纤维 腈纶 氯纶 维纶 2 纺丝液的制备 3 纺丝纺丝熔体或纺丝液用计量泵定量供料通过喷丝孔后凝固成丝条的过程称为纺丝 喷丝孔喷出的丝条称为初生纤维 纺丝 刚纺出来的丝称为初生纤维 初生纤维的内部结构不稳定 强度低 伸长大 弹性差 不具有纺纱价值 根据纺丝液不同可分为熔体纺丝 直接纺丝 切片纺丝溶液纺丝 一步法 二步法 熔体纺丝 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 熔体经螺杆挤压机由计量泵压出喷丝孔 使成细流状射入空气中 经冷凝而成为细条 过程简单 纺丝快 孔数少 截面多为圆形 涤纶 锦纶 丙纶采用熔体纺丝 熔体纺丝工艺 螺杆熔融 纺丝箱体分配组件过滤 喷丝板成型 熔体纺丝过程 熔体纺丝的主要设备 螺杆挤压机 纺丝箱体 喷丝头组件 喷丝孔及导孔形状 丝条的冷却 上油 纤维的卷绕成型 溶液纺丝 溶液纺丝 湿法纺丝 干法纺丝湿法纺丝 将纺丝溶液从喷丝孔中压出 在液体凝固剂中固化成丝 纺丝速度慢 孔数多 有明显的皮芯结构 腈纶 维纶 氯纶 粘胶 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 工艺较复杂 成本高醋酯纤维 氨纶等 湿法纺丝工艺 一步法 单体直接聚合聚合物溶液 二步法 固体成纤聚合物纺丝液纺丝机 混合 过滤 脱泡 溶剂 溶解 分离 干燥 计量泵 烛形滤器喷丝头凝固浴后处理 干法纺丝 dryspinning 将成纤聚合物溶于挥发性溶剂中 通过喷丝孔喷出细流 在热空气中形成纤维的纺丝方法 分解温度低于熔点或加热时易变色 但能溶解在适当溶剂中的成纤聚合物适用于干法纺丝 例 二醋酯纤维对于既能用干法纺丝 又能用湿法纺丝成形的纤维 如聚丙烯腈纤维 聚氯乙烯纤维 聚乙烯醇 聚氨酯等纤维 干法纺丝更适合于纺长丝 三种方法的比较 七 新型纺丝技术简介1 干湿法纺丝 与湿法相比 喷丝头拉伸 使纺速 与湿法相比 喷丝孔径可 与湿法相比 纺丝液浓度及粘度可 与干法相比 能有效调节纤维结构形成过程 2 冻胶纺丝冻胶纺丝也称凝胶纺丝 是一种通过冻胶态中间物质制得高强度纤维的新型纺丝方法 冻胶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺 使挤出细流先通过气隙 然后进入凝固浴 因此与普通干湿法纺丝的区别 主要不在于纺丝工艺 而在于挤出细流在凝固浴中的状态不同冻胶纺丝的所有技术要点都是为了减少宏观和微观的缺陷 使结晶结构接近理想的纤维 使分子链几乎完全沿纤维轴取向 与干法 湿法相比 采用超高分子量原料 半稀溶液 2 10 固化过程主要是冷却过程 溶剂基本不扩散拉伸比大 大于20 产品高强高模 3 液晶纺丝具有刚性分子结构的聚合物在适当的溶液浓度和温度下 可以形成各向异性溶液或熔体 在纤维制造过程中 各向异性溶液或熔体的液晶区在剪切和拉伸流动下易于取向 同时各向异性聚合物在冷却过程中会发生相变形成高结晶性的固体 从而可以得到高取向度和高结晶度的高强纤维 溶致性聚合物的液晶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺 热致性聚合物的液晶纺丝可采用熔融纺丝工艺 4 静电纺丝法静电纺丝法是一种对高分子溶液或熔体施加高电压进行纺丝的方法 静电纺丝的装置包括定量供给溶液或熔体的装置 计量泵 形成细流的装置 喷丝模口 以及纤维接受装置 regeneratedsilkfibroinaqueoussolution 蜘蛛和蚕是在空气中吐丝成形的 其成丝过程其实是一个干法纺丝过程 静电纺丝从本质上而言 属于一种干法纺丝过程 静电压 20KV 40KV 喷射孔径 0 9mm 接收距离 11cm 例 再生蚕丝蛋白水溶液的静电纺丝 后加工的作用初生纤维强度很低 伸长很大 沸水收缩率很高 没有实用价值 必须进行一系列后加工 使纤维具有一定物理机械性能 集束 将几个喷丝孔喷出的丝束以均匀的力集合成规定粗细的大股丝束 拉伸 提高纤维大分子的取向度和结晶度 改善纤维的力学性质热定形 消除纤维内应力 形成稳定的纤维结构卷曲 短纤维 改善纤维间的抱合力 长丝 变形纱加工 如弹力纱 膨体纱上油 降低摩擦 提高抗静电性 八 高性能纤维 高性能纤维主要体现在高强度 高模量 耐高温 轻量化 刚性链有机纤维 柔性链有机纤维 无机纤维碳纤维 强度 模量高 化学性能稳定 导电性好 可反射电磁波 芳纶 间位芳纶 对位芳纶 耐高温高强聚乙烯 超高分子量聚乙烯凝胶纺丝 应用 国防 航空 航天 安全防护 体育器材 达到理想分子构造的路线 九 功能性材料 功能性纤维 通过物理 化学改性的方法 使纤维的形态结构 物理化学性能与常规化纤有明显不同 从而取得仿生的效果或改善 提高化纤的性能形态结构上的变化 异形纤维 中空纤维 复合纤维 细特或超细特纤维 异纤度纤维物理化学性能变化 抗静电纤维 防辐射纤维 抗紫外线纤维 导电纤维 抗菌纤维 阻燃纤维 1 功能性纤维分类 物理性功能 电 热 光 形化学性功能 光化学 化学反应物理分离性功能 分离性 吸附交换生物适应性功能 医疗保健 生体功能 2 功能性纤维技术特点 成纤高分子物质合成阶段引入具有功能的特定化学基团纤维成形阶段喷丝孔异型 异型截面 中空 复合纤维的后加工阶段拉伸 热处理 树脂整理 化学物理加工纤维的纺织和染整阶段 纤维集合体加工 膨体纱 混纤纱 炭化 第二章高感性纤维 1 高感纤维 指风格 质感 触感 外观等感觉方面性能优良的纤维 2 核心技术 仿和超过天然纤维的性能 发展化纤的目的模仿 超过 取代天然纤维 物理改性 三异 异型 异细 异缩 化学改性 接枝 共聚等3 高感纤维服用 薄型织物 中厚织物 仿丝织物 仿毛 麻 皮织物 吸湿透气导汗功能织物 一 仿真丝纤维 1 蚕丝的结构和性能 蚕丝是纤维中的女王 具有许多优秀的性能 已有六千多年的历史 最著名的出土文物是20世纪70年代 长沙马王堆汉墓出土的素纱衣 薄如蝉翼 重量不到一两 是稀世珍宝 真丝是一种长的蛋白质纤维 截面为圆角三角形 透明状 丝的纤度不均匀 平均纤度1 1 5dtex 呈不规则的卷曲 具有良好的力学性能 其中模量高 仅次于麻 性能 柔和的光泽 截面形状 层状结构平滑柔软手感 悬垂性好 单纤维低吸湿性好10 12 有亲水基刚度较大 模量高 2 仿真丝原料 粘胶纤维 醋酯纤维 尼龙纤维 手感柔软 鲜艳 光泽良好 耐磨好 聚丙烯腈纤维 类似羊毛 蓬松性 保暖性 手感柔软 涤纶纤维 仿真丝的真正原料 其模量 密度类似于蚕丝 聚丙烯纤维 涤纶纤维 3 仿真丝技术发展 以纺前聚合物改性为先导 再经纺后处理达到真丝目的 第一代仿真丝技术 1960年以涤纶纤维为主 截面 仿真丝截面和光泽 碱减量处理 仿真丝的丝胶的精炼 复合纺丝 仿真丝的卷曲第二代仿真丝技术1971年 开发出细特丝 异收缩混纤和复丝 追求真丝细腻感 柔软 蓬松感 第三代仿真丝技术 1976年 表面形状改性 多沟槽纤维 第四代超真丝技术1986年多断热收缩纤维 超蓬松超细化纤维 超柔软添加无机物 超悬垂高次功能加工 清凉感 多重多形混纤丝 多重混纤复合化 干燥感 4 仿真丝技术加工 截面异形化异形喷丝孔或中空喷丝孔异性纤维性能 具有好的光学性能 无极光 柔和真丝光丝表面积增加 覆盖力大 透明度小特别外形 提高抱合力 蓬松性 硬挺度减少蜡状感 手感舒适提高染色深度 明亮度 异形的形态 异形喷丝孔与断面形状的关系 碱减量加工 原理 涤纶在强碱高温时 会发生酯键的水解 出现剥皮现象 酯键的水解只能由表至里进行 使织物重量减轻 当减量率达到一定程度后 织物悬垂性提高 特点 减少重量 强力 纤维变细 有许多微孔和沟槽 工艺要求 浓度 温度 时间 原料性能减量率不宜超过30 温度 90 95 时间 60min浓度20g l 烧碱 加入助练剂 表面活性剂1227 细特化 纤维细化 达到丝的细度 混纤丝 定义 两种或两种以上不同性能 不同规格的长丝混合而成的 种类 不同纤度 不同截面混纤丝 同类多性混纤丝 异类多形混纤丝 特殊截面异收缩混纤丝多组分异收缩混纤丝例如 空气旋风式交络加工制成芯 鞘结构丝 用高收缩涤纶丝作芯 外绕细毛圈状卷缩涤纶丝 鞘丝 复合丝 多组分纤维 定义 由两种或两种以上聚合物的熔体 按一定的配比由同一喷丝头压出 在喷丝头的适当部位相遇而形成的纤维 双或多组分纤维 种类 并列型 皮芯型 海岛型 剥离型等 改善显色性 PET染色性用分数染料 高温 色调 鲜明度差 表面改性加入阳离子可染物质进行共聚 改变表面状态 丝的后加工 摩擦 假捻 填塞 箱卷曲等设备 复合纤维 由两种及两种以上聚合物 或具有不同性质的同一聚合物 经复合纺丝法纺制成的化学纤维 分并列型 皮芯型和海岛芯等 二 超细纤维 1 纤维细度的划分 1 5dtex以上为普通丝0 9 1 4dtex为细旦丝0 55 1 1dtex为微细旦丝0 55dtex超细旦丝另 纤维的品种不同 细度定义也有差异 2 超细长丝制造 方法 直接纺丝改良法 高分子相互并列纺丝法 海岛型纺丝 剥离型复合纺丝法 多层型复合纺丝法 直接纺丝改良发 熔融法 湿纺法采用常规的熔融纺法纺制超细长丝 改进如下 聚合工艺 聚合物纺丝条件 拉伸状态 如 降低聚合物粘度 喷丝孔呈同心圆均匀排列 拉伸倍数要高4 6倍 10 20倍 喷丝孔数量增加 海岛型复丝 将双组分聚合物经纺丝成较粗长丝 具有不相容特性 再用一种溶剂进行化学处理 将一种组分溶解 除去 聚苯乙烯COPET 海组分 皮层 溶解除去海组分 聚酯PET 纤度0 001dtex岛组分 芯层 只剩岛组分溶解除去海组分 可在纤维丝进行 也可成织物后进行 岛组分表面凹凸化 岛组分异纤化混合 剥离型复丝 将双组分长丝利用各种成分的化学作用差异 将其进行化学或物理的分割处理而成 涤 锦双组分复合丝 111dtex 35fx16p 剥离的方式 加入烧碱 涤纶表面水解与锦纶分离 再加上两种纤维热收缩 溶涨特性不同 最终使两纤维分离成单根涤纶 锦纶单纤丝 3 超细纤维的特性 几何特性 直径小带来微气室效应 增加保暖性 透气 防水功能 表面特性 较大比表面积 印色 染色色泽鲜艳 光学特性 纤维排列密度大 单面积复丝内部的反射面积大 反射光较常规丝柔和 具有光效果 力学性能 高的比强力 强力高 断裂伸长低 纤维的抗弯刚度和抗扭刚度于直径四次方成正比 当纤维越细 刚度越低 所以织物手感柔软 悬垂性好 4 超细纤维的应用 仿真丝织物 纤维细度0 1 0 5dtex 织物比真丝更轻柔 华贵 克服真丝易起皱 粘身 牢度差的特点 超高密防水透湿织物 剥离型超细纤维0 1 0 2dtex 平纹或变平纹组织 紧度高 表面凹凸不平 防荷叶效应 仿麂皮绒织物 超细纤维织物经磨绒或拉毛 聚氨酯溶液 优于天然产品 高性能清洁布 超细织物有许多微细毛孔 大的比表面积 有清洁能力除污快彻底 5 超细纤维的后加工 织物设计 无捻丝织物 强捻丝织物 绒织物 针织物织造工艺 假捻纱 上浆 针织物染色工艺 染料吸附快 减缓升温速度 提高布速 色泽深度浅 三 亲水性纤维 普通合成纤维的缺点不吸水 人体出汗感到闷热容易带静电 吸灰尘污垢难以洗净蜡状手感 缺乏暖温感缺点的改进合成纤维亲水性改进 纤维制造技术和整理技术 1 纤维的亲水性 纤维吸收水分并邻近纤维输送的能力 纤维的亲水性机理 吸湿性和吸水性吸湿性机理已讲疏水性纤维吸水性机理 与纤维中的空隙或毛细孔有关 2 合成纤维亲水化的方法 化学改性A 大分子结构的亲水化 在大分子主链上引入亲水性基团 如 聚酰胺纤维上加酰氨基 聚乙二醇与对苯二甲酸乙二酯缩合共聚改进聚酯纤维 B 与亲水性物质接枝共聚C 纤维表面亲水化 利用亲水整理剂 有两部分组成 亲水性部分 固着部分与纤维结合 2 合成纤维亲水化的方法 物理改性A 与亲水性物质共混 在纺丝前 亲水性物质混入高聚物熔体或溶液 进行纺丝得到的纤维 B 纤维微孔化C 纤维表面粗糙化 3 典型亲水性纤维 多孔型涤纶 均聚酯切片 共聚酯切片 共混 干燥 纺成中空纤维 碱液处理 多孔型涤纶 溶出法 杜诺瓦晴纶 高聚物原液 孔洞稳定剂 凝固浴 凝固 孔洞稳定剂分离 多孔纤维 COOLMAX 4 性能评定指标 透气性 透湿量 保水率 第三章抗静电 导电纤维 抗静电纤维 采用与抗静电性物质进行结合的方法 生产出防止静电产生或把电子引出的纤维材料 导电纤维 加入导电成分赋予纤维导电性能的纤维 其比电阻小于106欧 厘米 一 静电的产生 1 静电 两物体的接触和或摩擦后再脱离而产生的电荷集聚积累的现象 纺织材料静电主要是摩擦起电引起的 2 产生 非导电材料的分子排列相对不平衡而引起的 两者接触摩擦会发生电子的流动转移 使物质带正电荷或负电荷 3 影响静电产生的因素A 导电性小的 静电明显 B 静电与纤维的性能有关 C 集聚放电与吸湿性有关D 与大气的湿度有关 4 纤维与金属摩擦的带电序列 羊毛锦纶粘胶棉丝麻醋酸涤纶晴纶丙纶 5 静电的危害影响服装的穿着性能静电会使衣服相互纠缠 穿着不便 出现 裙抱腿 吸附空气中的尘埃微粒 易使衣服沾污 易吸附头皮屑 皮肤会产生刺痒感 会放电 产生电击感 二 静电的危害 影响服装的穿着性能 静电会使衣服相互纠缠 穿着不便 出现 裙抱腿 吸附空气中的尘埃微粒 易使衣服沾污 易吸附头皮屑 皮肤会产生刺痒感 会放电 产生电击感 引发意外事故 聚集的静电荷会击穿空气小间隙而产生火花 火花的能量足以使周围的易燃易爆气体着火甚至爆炸 影响人体健康 静电会使血压升高 静电会使血液中的钙流失 静电会导致皮肤过敏等等 影响纺纱织造染整产品质量 纤维带电后 电荷吸引或排斥 纤维易缠绕 毛丝 工艺难控制 质量差 三 静电的消除 静电方式 经接触产生静电 受到静电诱导而产生静电 这两种情况所导致的结果都可称为电荷转移效应 抗静电就是指抗静电织物能够将电荷转移效应减到最小 防止静电的聚集 减少与制品的摩擦或接触 进而达到抗静电的目的 1 提高纤维的亲水性 纤维的吸湿能力愈强 愈不易产生静电 含亲水性基团的助剂加到纤维织物上 是改变纤维或织物抗静电性能的重要方法之一 2 电荷中和法静电序列两端的两种材料混合应用 抵消表面电荷 提高纤维的亲水性与电荷中和的目的都是为了提高纤维及制品对静电的传导泄漏作用 3 静电逸散法将纺织品上的静电导走 金属纤维 碳纤维 导电聚合物均一型导电纤维 合成纤维外层涂覆炭黑等 包覆型导电纤维 炭黑或金属化合物与成纤高聚物复合纺丝的复合型导电纤维 纺织品防静电方法 1 用抗静电整理剂整理织物 2 纤维的亲水接枝改性以及和亲水性纤维的混纺和交织 3 混纺或嵌织导电纤维 四 抗静电剂 施加在纤维或织物表面和内部 增加表面的亲水性 以防止在纤维表面积聚静电的化学整理剂 抗静电剂有两种基团 无极性的疏水基团 有极性亲水基团 形成一层亲水膜 五 导电纤维 导电成分 金属物质 炭黑 导电型金属化合物 高分子导电材料制造导电纤维方法 金属纤维与普通纤维混纺导电物质与普通成纤高聚物的共混纺丝或复合丝导电性高分子直接纺丝 聚乙炔C2H2 聚苯胺 1 金属系导电纤维 金属经反复穿过模具 多次强力拉伸制成直径4 16 m的纤维 技术难度高 金属熔点高 拉伸应力大 金属导电纤维制造方法 拉丝法 纺丝法 切削法 涂镀法 主要是拉丝法金属材料 不锈钢 铜 铝 混纺烧结成形法Al2O3溶液 湿法纺丝 烧结 铝系纤维 熔纺烧结成形法金属Al粉末 有机高聚物 混练 熔融纺丝 烧结 铝纤维 熔融喷射急冷成形法无规则非取向排列金属 低强度 熔融体 喷出 急冷 金属喷涂法 凝固 金属纤维 2 金属化合物型导电纤维 具有良好导电性的金属化合物 铜 银 镍 镉的硫化物 碘化物A 吸附法 粘合剂将导电金属化合物与纤维表面粘合 如PET纤维 络合吸附 金属离子与含氮纤维络合吸附 CuS CuI B 化学反应法纤维 腈纶 含铜离子液液中浸渍 Cu2 在纤维表面吸附 还原剂处理 Cu2 变成 CN基络合形成 Cu9S5特点 导电物质在纤维中形成网络结构 导电性好 炭黑导电纤维熔融纺丝复合导电纤维采用混练或混和手段 将导电性粒子均匀分散于基体高聚物中 形成导电成分 然后与非导电成分 主体高聚物 复合纺丝制的纤维 光谱图180nm4007903000I I I I I I 射线X射线紫外线可见光红外线微波短波400nm 0 4 m 第四章防紫外线纤维 1 紫外线及危害紫外线 UV 在太阳光谱中约占60 波长180 400nm名称波长表示渗透能力后果长紫外线400 320UV A透射到真皮组织下晒黑 皱纹老化中紫外线290 320UV B中间晒斑 皮肤变化短紫外线290 180UV C被外表皮和真皮吸收不会到达地面 紫外线优点 杀菌消毒 能促进维生素D的合成 有利于健康 过量的紫外线照射是有害的大气污染严重 臭氧层厚度减少 出现了臭氧层空洞 氟利昂被紫外线分解成活性氯 进而与臭氧发生连锁反应 从而臭氧层得到破坏 空调量大 氟利昂排量上升 臭氧层破坏加剧 紫外线辐射非常严重 UV B的作用是UV A的1000倍 夏季的晒斑主要是由于UV B造成的 原因是皮下血管吸收UV B线后会引起扩张 皮肤变红 出现红斑 同时影响到皮下弹性纤维 使皮肤失弹 起皱纹 得皮肤病 皮癌 UV C有杀菌作用 对人体最有害 C一般不能到达地面 会被臭氧层吸收 但由于空气中含氟量提高 到达地面B C紫外线增加 尤其是夏天 着装少 2 防紫外线原理 添加剂的要求 有防紫外线的功能 无毒 低挥发 热化学稳定性 耐水解性 与高聚物相容 采用紫外线吸收剂和反射剂对纤维或织物进行处理 紫外线吸收剂能吸收高能量紫外线 并使转化成低能量的热能或波长的的电磁波 从而消除紫外线对人体和织物的危害 紫外线反射剂有较高折射率 提高对紫外线的反射和散射作用 防止透过织物 3 防紫外线纤维的制造 添加对紫外线有较强反射作用的无机金属氧化物添加剂有 TiO2 0 2 0 7 m ZnO陶瓷微粒 滑石粉 陶土 添加对紫外线有较高吸收的有机物 金属离子化合物 水杨酸类 苯酮类 苯三唑类添加剂 水杨酸酯类 二苯甲酮类 苯丙三唑类 羟基苯基三嗪类特点 含有羟基 在形成氢键 氢键鳌合环等过程中吸收能量转变热能散失 具体方法 吸收剂与成纤高聚物的单体一起共聚 防紫外线共聚物 涤纶 无机物与单体混合 无机物均匀分散的高聚物 用浸渍法 印花法 涂层着在天然 合纤维上 树脂 微胶囊技术 4 防紫外线后整理剂 山东巨龙化工有限公司 北京洁尔爽高科技有限公司 SCJ 965 966 二苯甲酮类 织物 浸压防紫外线溶液 烘干 80 110 拉幅 160 180 30 40s 对UV A UV B有良好的吸收作用 洗涤后40次 防紫外线率仍达85 以上 5 紫外线的评估方法 1 Ta防紫外线率 100 TbTa 整理布样紫外线透过率Tb 未整理布样紫外线透过率 紫外防护因子 UPF UPF 皮肤不受保护产生红斑最小照射量 受保护产生红斑最小照射量UPF 15 24良好 UPF25 39非常好 40 50优良目前防紫外线波长在250 400 对A B 尼龙纤维作用吸收剂 铜 镍金属络盐涤纶 苯三唑类防晒因子 SPF 第五章防辐射纤维 一 电磁波的产生及危害 1 电场与磁场的交互作用产生电磁波2 电磁波向空中发射或泄漏现象 电磁辐射3 人们生活在巨大的微波炉中 辐射源 发射塔 接受塔 雷达站 广播电视台 手机电话基站 高压输电线 手机家用电器4 电磁波的种类无线电波 长 中 短 超短 微波 光波 红外 可见光 紫外线 宇宙波 5 无线电频率划分家用电器30MHZ以上 彩电68 300MHZ 计算机 手机1000MHZ微波6 电磁波的危害电磁干扰影响电子设备的正常进行对人体的危害机理致热效应 高频电磁波使肌体细胞加热 非热效应 正常时 器官组织稳定有序 受到干扰 平衡破坏 常见的危害 对中枢神经系统 表现在头疼 头晕 全身无力 记忆力减退 对心血管系统 表现在心电图改变 心动过缓或过快 血压升高 供血不足等 对生殖系统 表现在男性周期紊乱 精子减少 女性月经变长 不育 流产 造成死胎 畸胎 智力缺陷胎儿明显增多 对眼球晶体和视网膜 晶状体水肿 浑浊 眼压升高 白内障 二 电磁屏蔽的原理 电磁屏蔽的目的 控制内部的辐射 核电站 防止外来的辐射 人体 电子仪器 电磁波被屏蔽材料衰减的机理在入射表面的反射衰减未被反射而进入材料被吸收衰减屏蔽材料内部多次反射衰减影响的因素 屏蔽材料的电阻率 屏蔽层的厚度 频率 结论 导电材料对电磁能流具有反射和引流作用 在导电材料内部产生与源电磁场相反电流和磁极化 从而减少辐射 三 电磁波纤维及制品 起屏蔽作用的纤维一般导电性优 所以金属材料是理想的防磁波辐射材料 如 金属板 网 碳纤维 原理 通过纤维 织物金属化形成良好导电性能 对电磁波的反射和吸收而形成屏蔽作用 方法 a 金属纤维混纺 特细软化金属与棉混纺织物 不吸尘 不带静电 无刺激 b 纯粹无机金属材料 不锈钢纤维c 金属纤维表面涂一层塑料d 镀金属纤维 镀铝 锌 铜 镍 银的聚酯纤维 玻璃化纤维 第六章保温 温控纤维制品 一 发展过程1气候变化无常 换衣不及时易生病 2减少人体热量散失 开发保温纤维 热量散失的方式 对流 辐射 蒸发 传导 通过织物热传递 通过纤维传导 通过织物中空气微弱对流通过表面辐射 汗液蒸发扩散热量 3 影响织物热传递性能因素织物是纤维的空气 水的混合体 其传导率与纤维 空气 水有关 与纤维排列有关 纤维的导热率 纤维表面结构和内部结构 羊毛 棉纤维 新型纤维 腈纶 织物结构参数 厚度与热阻成线性相关织物总紧度 覆盖系数与热阻三次方关系 织物的吸湿性 在湿度高 吸湿性好的导热性快 不保暖 4 金属材料的镜面反射抑制热量辐射 散发 金属棉 只反射不吸收5 碳吸收热量 不保存热量 6 远红外纤维制品远红外线是太阳光波中波长8 14 m 远红外线穿透力仅有0 01 0 1 m 人体也发远红外线 人体皮肤能吸收4 14 m远红外线 引起细胞 血液中的C H C O C C C N等化学键振动加剧 温度升高 血管扩张 血液循环增强新陈代谢 调节机体代谢 免疫功能 适合保健毯 睡衣 关节护品 远红外服装保暖原理 远红外物质有吸收远红外线功能 同时也有向外辐射远红外线的功能 远红外线放射性物质在人体体温作用下 能高效地放射远红外线 也吸收太阳光谱中远红外线 使服装内温度比普通温度升高2 3 具有保暖性 远红外材料 氧化物Al2O3 TiO2 CuO SiO2 MgO 陶瓷物质远红外纤维纺丝远红外粉末分散于与成纤高聚物中纺丝 7 碳化锆保温纤维 具有蓄热 吸热 碳化锆具有高效吸收特性吸收太阳光中95 的2 m一下短波长能源 通过热转换 能量储存在材料中 碳化锆具有高效反射性能 反射2 m以上波长的红外线 人体产生的红外线波长约10 m左右 不会向外散发 碳化锆化合物微粒与成纤高聚物共混纺纤维能量转换碳化锆吸收可见光 热量 红外线 人体发散热量 反射在衣服内 起到保温作用 二 温控纤维 将相变蓄热材料技术和纤维 纺织品制造技术相结合 开发出一种具有双向温度调节作用的纺织品 它能据外界环境温度变化 从环境中吸收热量贮存于纤维内部 或放出贮存热量 在其周围形成温度基本恒定的气候 从而实现温度调节功能 1 蓄热材料特性及分类 蓄热材料在相变过程中具有吸热和放热现象 相变 某物体在一定条件下 自身温度基本不变而相态发生变化过程 当外环境温度升高或降低时 相应改变物理状态 从而储存或释放能量 固 固相变 潜热小 体现变化也小 相变后不生成液相 对容器要求不高 目前有 高密度聚乙烯 层状钙钛矿 多元醇 方法 有序 无序转变而可逆吸热 放热 固 液相变 在变液储热时 在外形上直保持固体形状无流动性可制成板 棒 纤维等形状 相变材料主要组成成分 一是工作物质成分 即具有储热 放热的固 液相材料 二是载体基质成分 即保持相变材料不流动性和可加工性载体基质相变温度较高 稳定性好 并保持固体形状 2 调温纤维纺织品性能 含有相变材料的纺织品在环境温度升高时 相变材料吸收热量 从固态变成液态 降低体表温度 当环境温度降低时 相变材料放出热量 从液态变成固态 减少人体向周围放出热量 保持正常的体温 3 制造方法 相变物质直接整理法 浸 轧 烘 水洗工艺 将不同分子里的聚乙醇交联到织物上 形成一层不溶性的相变薄膜 微胶囊方法 将相变物质在液态时包裹在微小球中 形成微胶囊 微胶囊加在织物表面或聚合物溶液纺丝硫酸钠升温时 变成液体贮存比水多60倍的能量 气温 硬化释放出热量 石蜡类碳氢化合物封入直径1 10 m囊中 填充法 a 结晶水无机盐CaCl SrCl2水加入中空纤维中发生结晶和熔融 升温时 30 吸热 降温时 9 结晶放热 b 充入一种溶剂和惰性气体 气温 衣服变厚 保温气温 纤维恢复原状 通气正常 热量散失 第七章阻燃纤维制品 1 阻燃纺织品由阻燃纤维制成的纺织品或纺织品经过阻燃整理后 降低了可燃性 燃烧的速率延缓 离开火焰后能自熄 有较少有毒气体释放的纺织品 2 纤维按燃烧能力分 易燃的 燃烧迅速 纤维素纤维 晴纶 丙纶可燃的 燃烧缓慢 蛋白质纤维 锦纶 涤纶难燃的 与火焰接触燃烧 离开后自熄的 芳纶 氯纶不燃的 与火焰接触不燃烧的 碳纤维 玻璃纤维 3 阻燃性指标 可燃性指标 点燃温度 发火温度耐燃指标 极限氧指数 材料经点燃后在氧氮大气里能保持燃烧状态所需的最低氧浓度 极限氧指数大于27 织物才能达到阻燃要求 4 改善和提高阻燃性能的途径 对纺织品进行阻燃整理通过化学结合 化学粘合 吸附沉积等作用 使阻燃剂固着在织物上 制造阻燃纤维 共聚阻燃改性 把磷 硫 卤素的阻燃化合物作为共聚单体引入大分子中 共混阻燃改性 将阻燃剂粉末加入到纺丝液中 提高成纤高聚物的热稳定性 5 阻燃的机理 阻燃就是切断可燃物 热 氧气三要素构成的燃烧循环 覆盖层作用 阻燃剂受热后 在纤维表面熔融成玻璃状覆盖层 成为凝聚相和火焰间的屏障 阻断氧气和可燃性物质 热量的传递 气体释放作用 阻燃剂吸热分解后释放不燃烧的气体 氮气 二氧化碳等 稀释可燃性气体 或氧气不足 熔滴作用 在阻燃剂的作用下 使纤维材料的熔融温度降低 增加熔点和着火点的温差 纤维熔融滴落 中断燃烧 气相阻燃 阻燃剂的热裂解产物在火焰中捕获高能量羟基自由基和氢基自由基 中断燃烧 6 蛋白质纤维的阻燃 利用硼酸溶液整理 不耐水洗 利用钛 锆和羟基酸的络合物整理羊毛制品 极限氧指数在32 第八章防水透湿纺织品 1 定义 具有两个方面的功能 既具有防水的功能又同时具有排汗 透气 透湿的功能 纺织品防水性能是指该织物具有阻止外部环境的雨水和雪水从外渗透到织物内部的能力 纺织品透湿性能是指该织物具有把人体散发的汗液以水蒸气的形式透过织物 向周围环境散逸的能力 2 高密度织物 采用细棉纤维 长绒棉 或超细合成纤维长丝织成高密织物 使这类织物纱线间隙小到不允许水滴通过 当低特 高支 纯棉纱遇水膨胀 会使纱线间隙变得更小 这样水分就不会再继续进入织物的内层 从而使织物具有防水的功能 同时由于棉纤维的亲水性 所以具备了透湿的功能 超细纤维长丝高密织物是高织物密度结合高收缩工艺及纤维超细化处理制成的织物 表面具有类似荷叶的凹凸结构 织物若再经过拒水整理剂的处理 其表面便会覆盖着一层表面张力小的物质 水分就不会进入织物的内部 而在其表面形成水珠 所以超细纤维制成的高密织物 再经防水加工 织物既可防水 还能透湿 透气 3 涂层织物 采用干法直接涂层 转移涂层 泡沫涂层 相位倒置或湿法涂层 凝固涂层 等工艺技术 将各种各样具有防水 透湿功能的涂层剂涂敷在织物的表面上 使织物表面孔隙被涂层剂封闭或减小到一定程度 从而得到防水性 涂层织物可分为亲水涂层和微孔涂层织物两种 涂层织物透湿机理织物透湿性则通过涂层上经特殊方法形成的微孔结构或涂层剂中的亲水基团与水分子作用 借助氢键和其它分子间力 在高湿度一侧吸附水分子 后传递到低湿度一侧解吸的作用来获得 4 层压织物 将具有防水透湿功能的微孔薄膜或亲水性无孔薄膜或上述两种薄膜的复合膜 采用特殊的粘合剂 与织物 机织物 针织物 无纺布及其功能织物 通过层压工艺复合在一起形成防水透湿层压织物 层压时可以是两层织物或多层织物 薄膜品种包括聚四氟乙烯微孔薄膜 PTFE 亲水性聚氨酯无孔薄膜或微孔薄膜 亲水性聚酯聚醚共聚无孔薄膜等 聚四氟乙烯微孔薄膜 PTFE 薄膜厚度约为25 m 孔隙率为82 每平方厘米有14亿个微孔 孔径范围0 02 15 m 孔径集中在0 2 0 3 m 小于雾滴的直径 100 m 而远大于水蒸气分子的直径 0 0004 m 水蒸气能通过这些永久的物理微孔通道扩散 同时水滴不能通过 而且PTFE薄膜是拒水的 所以这样的薄膜具有优良的防水透湿性能 Sympatex层压织物 它是由含20 50 聚环氧乙烷和对苯二甲酸丁二酯共聚酯 经融熔挤压成的薄膜与织物层压复合而成的 Sympatex薄膜厚度为5 10 m 软化点为200 熔融温度为220 密度为1 2