合成纤维介绍概要.ppt

第六章合成纤维,聚酯（涤纶，PET）、聚酰胺（锦纶6，锦纶66，PA）、聚丙烯腈（腈纶，PAN）、聚丙烯（丙纶，PP）、聚氨酯（氨纶，PU）、聚乙烯醇缩醛化纤维（维纶，PVA）、聚氯乙烯（氯纶，PVC)等合成纤维的生产原理及性能,基本要求,主要参考书,1）王菊生，孙铠.染整工艺原理（一），北京：纺织工业出版社，1990.2）詹怀宇主编.纤维化学与物理，北京：科学出版社，2005.3）肖长发，尹翠玉等编.化学纤维概论，北京：中国纺织出版社，1997.,1、合成纤维的起始原料石油、天然气、煤、农副产品2、合成纤维的加工过程低分子单体聚合反应纺丝成形后加工3、合成纤维的特点强度高，弹性好，比重小，保暖性好，耐磨，耐化学药品腐蚀，不易霉变和虫蛀等其混纺织物具有挺括、滑爽、免烫、快干等特点,4、发展概况,第一节合成纤维的基础知识,合成纤维的共性,1、相对密度,可决定纺织品的性能和经济性,相对密度低：服用纤维材料，有利于服装的舒适性高：产业用纤维材料，可减少负荷,2、机械性能,（1）合成纤维强度通常较高，处于纤维材料中上等水平，是具强韧性的纤维材料（2）耐磨性高,3、光学性能,耐光性比较：聚丙烯腈聚酯聚酰胺，聚丙烯，聚氯乙烯,4、电学性能,合成纤维的比电阻高于天然纤维和再生纤维（与吸湿性有关）聚酯和聚丙烯纤维比电阻最高合成纤维生产和使用易引起静电,5、耐热性和热收缩,温度升高，合成纤维断裂强度逐渐下降，断裂延伸度增加（1）吸湿性好的合成纤维湿热收缩率干热收缩率吸湿性差的合成纤维干热收缩率湿热收缩率（2）长丝拉伸倍数高，热收缩率大；短纤维拉伸倍数低，热收缩率小,6、染色性能,合成纤维的主要质量指标,1、线密度,单纤维越细，手感越柔软，光泽柔和且易变形加工,2、断裂强度,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线密度之比（牛/特）,3、断裂伸长率,纤维在伸长至断裂时的长度与原有长度增加的百分数,4、初始模量,合成纤维中涤纶的初始模量最大，其次为腈纶，锦纶较小,5、燃烧性能,6、吸湿性,吸湿性好的纤维摩擦和静电作用小，穿着舒适,7、染色性,与三因素有关染色亲和力，染色速度，染料纤维复合物的性质,8、卷曲度,9、沸水收缩率,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，用于反映纤维热定型程度和尺寸稳定性的指标,纤维一定的卷曲，可以有效的改善纤维的抱合性，同时增加纤维的蓬松性和弹性，使织物具有良好的外观和保暖性,常用基本概念,1、长丝,长度以千米计的纤维（1）单丝：用单孔喷丝头纺制而成的一根连续单纤维（2）复丝：数十根单纤维组成的丝条（3）帘线丝：由一百多根至几百根单纤维组成的用于制造轮胎帘子布的丝条,喷丝头,聚酯（聚对苯二甲酸乙二酯）长丝,聚酰胺长丝,2、短纤维,被切成几厘米至十几厘米长度的化纤,（1）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，主要用于与棉纤维混纺（2）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，主要用于与羊毛混纺（3）中长纤维：纤维的长度为51-76mm，纤维的线密度为2.2-3.3dtex，介于棉型和毛型之间。用于制造中长纤维织物,短纤维可与天然纤维及其他化学纤维的短纤维混纺，可得到具有良好综合性能的混纺织物,3、粗细节丝,4、变形纱,5、差别化纤维,纺丝成形不均匀拉伸交替出现粗节和细节部分染色后交替出现深浅色变化,所有经过变形加工的丝和纱,（1）弹力丝变形长丝，分高弹丝和低弹丝。其伸缩性、蓬松性良好，织物厚度、重量、不透明性、覆盖性和外观特征等方面接近毛织品、丝织品和棉织品（2）膨体纱利用高分子的热可塑性，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，高收缩性毛条迫使低收缩性毛条卷曲，从而使混合毛条具有伸缩性和蓬松性，成为类似毛线的变形纱,在原有化纤基础上经物理变形或化学改性而得到的纤维材料,6、异形（截面）纤维采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形横截面的纤维或中空纤维特性（1）光泽性和手感（2）机械性能、吸水性和染色性（3）抗起球性、蓬松性和透气性（4）中空纤维的特异性：保暖性和蓬松性优良,7、复合纤维截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物种类：,（1）（2）并列型（3）（4）皮芯型（5）（6）裂离型（7）海岛型,8、超细纤维常规纤维的线密度为1.4-7dtex细旦纤维的线密度为0.55-1.3dtex，主要用于仿真丝类的轻薄型或中厚型织物超细纤维的线密度为0.11-0.55dtex，可以用双组分复合裂离法生产，主要用于高密度防水透气织物和人造皮革、仿桃皮绒织物等极细纤维的线密度在0.11dtex以下，可通过海岛纺丝法生产，主要用于人造皮革和医学滤材等特殊领域,9、新合纤按商品形式分1）超蓬松型采用异收缩混合纤维或多相混合技术制成2）超细型采用复合纺极细化技术制成3）超悬垂型按手感分蚕丝手感，桃皮手感，超微细粉末手感和新羊毛手感,10、易染性合成纤维如化学改性改善和提高聚酯纤维的可染性和染深性,11、高性能纤维具有特殊的物理化学结构，其某一项或多项性能指标高于普通纤维。主要用于产业用纺织品的制造12、纳米纤维直径小于100纳米的纤维或添加了纳米级粉末填充物的纤维,合成纤维与纺织品,聚酯纤维：具有较高的强度、弹性和耐磨性，而且形状稳定性好，易于水洗聚酰胺纤维：具有优异的强度和耐磨性，制成的纺织品经热定型后有良好的形状稳定性和抗皱性聚丙烯腈纤维：具有类似羊毛的手感，质轻而蓬松，耐光性和耐气候性佳,合成纤维生产方法简述,1、原料制备高分子化合物的合成（聚合）和机械处理2、纺前准备纺丝熔体或纺丝溶液的制备3、纺丝纤维的成形4、后加工拉伸、热定型,成纤高聚物的要求1、必须是线型的，能伸直的分子，支链尽可能少，无庞大侧基；2、高分子分子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；3、具有合适的分子量和较窄的分子量分布；4、具一定的热稳定性，其熔点或软化点比允许使用温度高很多,纺丝方法,常规纺丝方法,熔体纺丝：丙纶、涤纶短纤维、锦纶,溶液纺丝,湿法纺丝：腈纶、维纶、氯纶,干法纺丝：,特殊纺丝方法,乳液纺丝,悬浮纺丝,干湿法纺丝,冻胶纺丝,液晶纺丝,相分离纺丝,反应纺丝法,化学纤维长丝，如：锦纶、醋酯、氯纶、氨纶,第二节聚酯纤维,概述,聚酯通常是指以二元酸和二元醇缩聚而得的高分子物，其基本链节之间以酯键联结而得名。聚酯纤维品种很多，其中以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）含量在85以上的纤维为主，分子量一般控制在1800025000之间。优点：断裂强度高，弹性模量高，回弹性适中，热定型优良，耐热性和耐光性好。其织物具优良的洗可穿性，即优良的抗有机溶剂，肥皂，洗涤剂，漂白液，氧化剂性能以及较好的耐腐蚀性，对弱酸碱等稳定。缺点：吸湿性低，染色性较差，静电现象严重，织物易起球,由英国Whinfield和Dickson等人发明，1953年开始工业化生产，商品名称美国“Dacron”，日本“Tetoron”，英国“Terlenka”等,涤纶,1、涤纶的生产原理,（1）酯交换法,对苯二甲酸二甲酯与乙二醇在催化剂条件下酯交换生成对苯二甲酸双羟乙酯,对苯二甲酸双羟乙酯缩聚释出乙二醇,（2）直接酯化法,对苯二甲酸与乙二醇直接酯化,2、涤纶的结构特征,（1）分子结构,A、是具有对称性苯环结构的线型大分子，无大的支链，其分子线型好，易于沿纤维拉伸方向取向而平行排列B、分子链中的phCOO基团刚性较大，使得纯净的PET熔点较高C、分子内的C-C链内旋转，分子存在两种空间构象D、分子链结构具有高度立体规整性E、分子间无强大定向作用力，相邻分子的原子间距为正常的范德华距离。单元晶格为三斜晶系，大分子几乎呈平面构型,（2）形态结构和聚集态结构,缚结分子微原纤原纤涤纶,3、涤纶的性能,（1）吸湿性,PET大分子除两端的羟基外，无其他亲水性基团，结晶度高，分子链排列紧密，所以吸湿性差，在水中溶胀度小，干、湿强度和干、湿延伸度基本相同，导电性差，易产生静电和沾污现象，染色困难,（2）热性能,A、受热性能（PET为结晶型和非晶型两者混合的高分子化合物）温度在玻璃化温度和软化点之间时，非晶区内某些分子链间作用力小的链段可运动，分字链间作用力大的链段难运动，晶区分子链不运动纤维柔韧，但无高弹态的弹性温度大于软化点时，非晶区分子链运动加剧，分子间相互作用力被拆开，类似粘流态。但晶区链段仍未被拆开纤维软化不熔融，丧失纤维使用价值温度高于熔点时，晶区分子链开始运动，纤维熔融，熔点约为255涤纶的耐热性、热稳定性是合纤中最好的,B、玻璃化温度,完全无定形部分结晶取向且结晶Tg6781125,（3）物理机械性能A、强度和延伸度涤纶是合纤中干强度最高的一种纤维B、弹性和耐磨性涤纶弹性高于其他纤维C、”洗可穿”性涤纶具有优异的抗皱性和保形性（4）化学稳定性A、涤纶对碱的稳定性比对酸的稳定性差（碱减量仿丝绸）B、涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很好C、耐溶剂性（CDT）,（5）染色性能PET分子结构中缺少活性基团PET分子排列紧密，纤维只存在较小空隙（6）起毛、起球现象涤纶织物表面易起球,（7）静电现象涤纶吸湿性差，表面具有较高比电阻，与其他物体摩擦时，表面聚集大量电荷而不易逸散，产生静电（8）低聚物及其对染色性能的影响（9）其他理化性能A、燃烧性涤纶可燃烧，纤维卷缩并熔融成珠B、对微生物作用的稳定性C、耐光性涤纶耐光性好,涤纶染色困难,其他聚酯纤维,1、阳离子染料可染聚酯纤维2、常温常压可染聚酯纤维3、PPT纤维4、PBT纤维5、PEN纤维6、导湿干爽型聚酯长丝7、高去湿四通道聚酯纤维8、聚酯多孔中空截面纤维9、三维卷曲中空聚酯纤维,第三节聚酰胺纤维,概述,世界上最早实现工业化生产的合成纤维。1935年，Carothers等人在实验室合成了锦纶66，1937年实现熔体纺丝制造锦纶66的技术，1939年实现工业化生产。1938年，德国Schlack合成锦纶6，发明其生产纤维的技术，1941年实现工业化生产。美国称为尼龙（Nylon），德国称为贝纶（Perlon），日本称为阿米纶（Amilan）,聚酰胺纤维分子主链由酰胺键(-CONH-)连接起来的一类合成纤维,1、脂肪族聚酰胺纤维（1）二元酸和二元胺缩聚（2）-氨基酸缩聚或内酰胺开环聚合2、芳香族聚酰胺纤维,聚酰胺纤维具有一系列优良性能其耐磨性居纺织纤维中最好的；断裂强度较高；回弹性和耐疲劳性优良；聚酰胺纤维比重小，是除乙纶和丙纶外的最轻的纤维；吸湿性低于天然纤维和再生纤维，但在合成纤维中其吸湿性仅次于维纶；染色性能好等。,聚酰胺纤维也有一些缺点耐光性较差，在长时间的日光或紫外光照射下，强度下降，颜色发黄；聚酰胺纤维的耐热性也较差；另外，聚酰胺纤维的初始模量比其它大多数纤维都低，因此在使用过程中容易变形。,改性制成的聚酰胺差别化纤维有：可赋予织物特殊光泽、手感及弹性的异形截面纤维；异收缩混纤丝和不同截面、不同线密度的混纤丝；抗静电和导电纤维；高吸湿纤维；耐光、耐热纤维；抗菌防臭纤维；可改善“平点”效应的聚酰胺帘子线等,锦纶66和锦纶6,1、生产原理,聚酰胺66的制备,a.聚酰胺66盐的制备己二酸20%甲醇溶液和己二胺50%甲醇溶液中和，或者以水为溶剂，水溶剂法（单体的制备）b.聚酰胺66盐缩聚反应聚酰胺66盐在适当条件下，脱水缩聚逐步形成大量酰胺键，生成聚己二酰己二胺,聚酰胺6的制备常用己内酰胺开环聚合a.己内酰胺水解开环，生成氨基己酸b.氨基己酸与己内酰胺进行加成聚合c.大分子官能团之间的缩聚,实验室合成尼龙,2、结构特征分子结构聚酰胺分子是由许多重复结构单元通过酰胺键连接起来的线型长链分子。在晶体中为完全伸展的平面锯齿形结构,形态结构与聚集态结构锦纶截面接近圆形，纵向无特殊结构。聚酰胺的聚集态结构与涤纶相似，都是折叠链和伸直链晶体共存的体系。分子链间相邻酰胺基可定向形成氢键，使聚酰胺倾向于形成结晶,放大后的尼龙纤维,3、聚酰胺纤维的主要性质（1）密度聚酰胺的密度随内部结构和制造条件不同而有差异（2）热性能热转变点聚酰胺有较高的物理性能和熔点（锦纶66的熔点比锦纶6的高40）A、具二酰二胺的熔点高于相应的聚-氨基酸B、酰胺基团间碳原子数少的聚酰胺熔点高于碳原子数多的C、将聚酰胺相邻两酰胺基间碳原子数分为偶系列和奇系列对于聚二酰二胺，偶系列的熔点高于相应的奇系列对于聚-氨基酸奇系列的熔点高于相应的偶系列耐热性聚酰胺的耐热性能差,（3）机械性能锦纶初始模量接近羊毛，比涤纶低很多，其手感柔软，易变形。聚酰胺大分子柔顺性高，分子间又有一定量的氢键，易于结晶，纺丝过程中经拉伸，其取向度和结晶度都比较高，强度比涤纶高，断裂延伸度高，回弹性最高，是所有纤维中耐磨性最好的纤维（4）耐光性聚酰胺耐光性差，仅仅优于蚕丝（5）吸湿与染色性能聚酰胺具有中等吸湿性，可用酸