纺织材料学第四章_化学纤维(4)

1、第四章第四章 合成纤维合成纤维2第四节第四节 合成纤维合成纤维合成纤维（合成纤维（synthetic fibersynthetic fiber）：）：由低分子物质经由低分子物质经化学合成为高分子聚合物，再经纺丝而成的纤维。化学合成为高分子聚合物，再经纺丝而成的纤维。一、合成纤维的种类一、合成纤维的种类( (一一) )按分子结构分按分子结构分1 1、碳链合成纤维：聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维等、碳链合成纤维：聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维等2 2、杂链合成纤维：聚酰胺纤维、聚酯纤维等、杂链合成纤维：聚酰胺纤维、聚酯纤维等 ( (二二) )按纤维的纵向形态分按纤维的纵向形态分 长丝、短纤维长丝、短纤维（三）

2、按截面形态分（三）按截面形态分 异形纤维、复合纤维异形纤维、复合纤维（四）按加工和性能特点分（四）按加工和性能特点分 普通纤维、差别化纤维、功能纤维普通纤维、差别化纤维、功能纤维 二、聚酰胺纤维二、聚酰胺纤维 锦纶（锦纶（nylon 6，PA6，结实耐磨），结实耐磨） 大分子链上有酰胺键大分子链上有酰胺键-(CONH)-(CONH)-。1. 概况概况 1935年，杜邦公司首次合成了聚酰胺纤维年，杜邦公司首次合成了聚酰胺纤维（尼龙（尼龙66），并于），并于1938年开始工业化生产。同年，年开始工业化生产。同年，德国化学家德国化学家PSchlack制成了尼龙制成了尼龙6，并于，并于1941年实现工

3、业化生产。我国聚酰胺纤维的商品名称年实现工业化生产。我国聚酰胺纤维的商品名称为锦纶。锦纶也称耐纶、尼龙、卡普隆。为锦纶。锦纶也称耐纶、尼龙、卡普隆。5 一种单体缩聚而成，单体含有一个端氨基和一一种单体缩聚而成，单体含有一个端氨基和一个端羧基。个端羧基。 用单体中含有的碳原子数来命名。用单体中含有的碳原子数来命名。 锦纶锦纶6:锦纶锦纶66: 两种单体缩聚而成，一种单体含有两个端氨两种单体缩聚而成，一种单体含有两个端氨基，另一种含有两个端羧基。基，另一种含有两个端羧基。 命名：前一数字表示二元胺的碳原子数，后命名：前一数字表示二元胺的碳原子数，后一数字表示二元酸的碳原子数。一数字表示二元酸的碳原

4、子数。 普通锦纶纵、普通锦纶纵、横向形态横向形态 2. 形态形态 锦纶由熔体纺丝制成，截面近似圆形，纵向锦纶由熔体纺丝制成，截面近似圆形，纵向无特殊结构。无特殊结构。根据纺丝孔的形状可制成异形锦纶根据纺丝孔的形状可制成异形锦纶: :异形锦纶纵、异形锦纶纵、横向形态横向形态 7 3. 3.性质性质 （1 1）密度）密度 较小，较小，1.14 g/cm1.14 g/cm3 3，服装制品穿着轻便，且有，服装制品穿着轻便，且有良好的防水防风性能。良好的防水防风性能。（2 2）热学性质）热学性质 耐热性差，随温度的升高强力下降，收缩率增耐热性差，随温度的升高强力下降，收缩率增大。安全使用温度：低于大。安

5、全使用温度：低于9393（PA6PA6），低于），低于130 130 （锦纶（锦纶6666）。）。8（3 3）机械性质）机械性质l强伸性：强伸性：强度是普通纤维中最大的强度是普通纤维中最大的，手指粗的一，手指粗的一根丝可吊起一辆大卡车；断裂伸长率较高；根丝可吊起一辆大卡车；断裂伸长率较高；l回弹性：回弹性：在普通纤维中最好在普通纤维中最好，拉伸，拉伸3 3完全回复，完全回复，拉伸拉伸10%10%回复回复9090（涤纶（涤纶67%67%，粘胶，粘胶3232）。）。l耐磨性耐磨性：六大纶中最好：六大纶中最好（棉的（棉的1010倍，羊毛的倍，羊毛的2020倍），可做袜子、刷子。倍），可做袜子、刷子。

6、l初始模量：初始模量初始模量：初始模量低低，故手感柔软，但织物保，故手感柔软，但织物保形性差。形性差。9（4 4）耐光性）耐光性 耐光性差（端基对光、热、氧敏感），久晒变耐光性差（端基对光、热、氧敏感），久晒变黄，强度下降。黄，强度下降。 日晒日晒1616周后强度有光锦纶下降周后强度有光锦纶下降2323，无光锦纶，无光锦纶下降下降5050。l有光锦纶：光泽强，发亮，长丝一般是有光的。有光锦纶：光泽强，发亮，长丝一般是有光的。 l无光锦纶：添加消光剂（二氧化钛），减少或消无光锦纶：添加消光剂（二氧化钛），减少或消除过强的光泽。除过强的光泽。 10（5 5）吸湿染色性）吸湿染色性 因大分子链上含有

7、亲水基团，具有中等的回因大分子链上含有亲水基团，具有中等的回潮率，（在合纤中位居第二，回潮率潮率，（在合纤中位居第二，回潮率4.5%4.5%），染），染色性能好。色性能好。（6 6）化学性质）化学性质 耐碱性优良但不耐酸。耐碱性优良但不耐酸。114 4、锦纶的应用、锦纶的应用 服装：袜子、羽绒服面料等服装：袜子、羽绒服面料等 产业用：轮胎帘子线、鱼网、运输带。产业用：轮胎帘子线、鱼网、运输带。12三、聚酯纤维三、聚酯纤维（涤纶（涤纶polyester, PET）挺括不皱）挺括不皱（一）概况（一）概况 涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的中国商品涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的中国商品名，英国的商品名为

8、名，英国的商品名为Terylene，美国商品名为，美国商品名为Dacron。涤纶是合成纤维的一大类属和主要品种，涤纶是合成纤维的一大类属和主要品种，其产量居所有化学纤维之首。涤纶的发展最快，其产量居所有化学纤维之首。涤纶的发展最快，可仿各种天然纤维可仿各种天然纤维。13普通涤纶纵、横向形态普通涤纶纵、横向形态 14（二）制造（二）制造 1.1.纺丝液的制备纺丝液的制备 切片切片（聚对苯二甲酸乙二酯（聚对苯二甲酸乙二酯）干燥）干燥加热熔融加热熔融2.2.纺丝和后加工纺丝和后加工短纤维短纤维 初生丝初生丝（空气固化）（空气固化）集束集束拉伸拉伸（4-4.54-4.5倍，取向倍，取向度度）热热定形定

9、形（消除内应力）（消除内应力）卷曲卷曲切断切断长丝：长丝： 初生丝初生丝拉伸拉伸定形定形加捻加捻（或（或变形）变形）打包打包15（三）涤纶的分子结构特征（三）涤纶的分子结构特征 聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶, ,polyester,PET。 线性分子链，没有大的侧基和支链，故涤纶线性分子链，没有大的侧基和支链，故涤纶大分子间相互结合紧密。大分子间相互结合紧密。 16（四）性质（四）性质 1 1、吸湿染色性、吸湿染色性 分子中几乎没有亲水基团，结晶度高，因此分子中几乎没有亲水基团，结晶度高，因此 吸湿性差吸湿性差（W=0.4%W=0.4%）：染色困难；湿、干态性质）：染色困难

10、；湿、干态性质接近；易洗快干；紧密织物穿着闷热。接近；易洗快干；紧密织物穿着闷热。2 2、热学性质、热学性质 耐热性好，耐热性好，150150度处理度处理1000h1000h强度下降强度下降5050，其它普通纤维其它普通纤维200200300h300h完全破坏。完全破坏。173 3、机械性质、机械性质(1)(1)强度和伸长强度和伸长 强度高伸长大，干湿强度相当。强度高伸长大，干湿强度相当。 根据工艺条件可生产出：高强低伸型、低强根据工艺条件可生产出：高强低伸型、低强高伸型、中强中伸型。高伸型、中强中伸型。(2)(2)弹性和耐磨性弹性和耐磨性 苯环的存在，使弹性好于其它合成纤维，与苯环的存在，使

11、弹性好于其它合成纤维，与羊毛接近，因此织物挺括抗皱，尺寸稳定。羊毛接近，因此织物挺括抗皱，尺寸稳定。 耐磨性仅次于锦纶。耐磨性仅次于锦纶。184 4、洗可穿性、洗可穿性 洗可穿性好体现在：易洗、快干、免烫。洗可穿性好体现在：易洗、快干、免烫。 涤纶织物吸湿率性低、不易变形、弹性回复涤纶织物吸湿率性低、不易变形、弹性回复率高，因此洗可穿性好率高，因此洗可穿性好。5 5、化学性质、化学性质l 对无机酸和有机酸都较稳定，对无机酸和有机酸都较稳定，70%70%的硫酸处理的硫酸处理7272小时，强度基本不变。用酸处理涤棉包芯纱可小时，强度基本不变。用酸处理涤棉包芯纱可制成涤棉烂花织物。制成涤棉烂花织物。

12、l 耐弱碱不耐强碱耐弱碱不耐强碱。热碱使大分子水解，纤维水。热碱使大分子水解，纤维水解由表及里，一层层剥落，用于仿丝绸加工（即解由表及里，一层层剥落，用于仿丝绸加工（即碱减量处理）。碱减量处理）。19 碱减量处理碱减量处理：在较高的温度下利用浓碱腐蚀涤纶在较高的温度下利用浓碱腐蚀涤纶表面，纤维细度变细，织物重量减轻表面，纤维细度变细，织物重量减轻( (失重失重20202525) )，光泽柔和，重量减轻，从而形成真，光泽柔和，重量减轻，从而形成真丝绸的外观和手感的工艺过程。丝绸的外观和手感的工艺过程。l 对氧化剂、还原剂和常用的有机溶剂稳定。对氧化剂、还原剂和常用的有机溶剂稳定。6 6、起毛起球

13、现象、起毛起球现象 纤维抱合力差，易从短纤维织物中抽出，摩纤维抱合力差，易从短纤维织物中抽出，摩擦成球后，因涤纶强度大而难以脱落，故织物起擦成球后，因涤纶强度大而难以脱落，故织物起球现像严重。球现像严重。20 7 7、静电现象、静电现象 吸湿性差，易积聚静电荷，易吸灰。吸湿性差，易积聚静电荷，易吸灰。8 8、其他性质、其他性质燃烧性：接触火焰熔融燃烧，产生黑烟，留燃烧性：接触火焰熔融燃烧，产生黑烟，留下黑色硬球；遇火星易熔孔。下黑色硬球；遇火星易熔孔。微生物的作用：不霉不蛀。微生物的作用：不霉不蛀。耐光性：耐光性好，仅次于腈纶，曝晒耐光性：耐光性好，仅次于腈纶，曝晒10001000小时，强力保

14、持小时，强力保持60%-70%60%-70%。9 9、密度、密度 小于棉大于羊毛，小于棉大于羊毛，1.38g/cm1.38g/cm3 3。21四、聚氨酯弹性纤维（四、聚氨酯弹性纤维（氨纶氨纶）（一）概况（一）概况 具有优良的延伸性和弹性，又称为弹力纤维。具有优良的延伸性和弹性，又称为弹力纤维。我国的商品名为我国的商品名为氨纶，最著名的商品名称是美国氨纶，最著名的商品名称是美国杜邦公司生产的杜邦公司生产的“莱卡莱卡” 。 氨纶可用于制造各种内衣、游泳衣、紧身衣、氨纶可用于制造各种内衣、游泳衣、紧身衣、牛仔裤、运动服等。氨纶制成的服装，穿着舒适，牛仔裤、运动服等。氨纶制成的服装，穿着舒适，能适应身

15、体各部分变形的需要，并能减轻服装对能适应身体各部分变形的需要，并能减轻服装对身体的束缚感。身体的束缚感。 22（二）氨纶的弹性体结构（二）氨纶的弹性体结构 大分子中含有两种链段：大分子中含有两种链段：l软链段：非结晶，外力作用容易变形，使纤维易软链段：非结晶，外力作用容易变形，使纤维易被拉伸；被拉伸；l硬链段：结晶，刚性大，横向交联，外力作用不硬链段：结晶，刚性大，横向交联，外力作用不易变形，防止大分子滑移，赋予纤维较好的回弹易变形，防止大分子滑移，赋予纤维较好的回弹性。性。23（三）氨纶的性质（三）氨纶的性质（1）密度）密度 密度小，密度小，1.20-1.21g/cm3 。（2）吸湿性）吸湿

16、性 较差（较差（ W=0.8-1.1%）。）。（3）机械性质）机械性质 强度最差，伸长率最大强度最差，伸长率最大（500%-800%500%-800%），），弹性弹性特别好，弹性回复率特别好，弹性回复率90%。（4）光学性质）光学性质 日光照射稍发黄，强度稍有下降。日光照射稍发黄，强度稍有下降。 （5）具有较好的耐酸碱性、染色性）具有较好的耐酸碱性、染色性24（四）氨纶的应用（四）氨纶的应用 氨纶一般以氨纶一般以长丝长丝的形式使用，且不单独使用，的形式使用，且不单独使用，常将氨纶丝与其它纤维纺成常将氨纶丝与其它纤维纺成包芯纱（包芯纱（2 2-10-10）后使用。后使用。 可用于制造各种内衣、游

17、泳衣、紧身衣、牛可用于制造各种内衣、游泳衣、紧身衣、牛仔裤、运动服等。仔裤、运动服等。 25五、五、聚丙烯纤维聚丙烯纤维 丙纶（丙纶（propylene，PP）1.1.概况概况 丙纶是等规聚丙烯纤维的中国商品名。丙纶是等规聚丙烯纤维的中国商品名。19551955年研制成功，年研制成功，19571957年由意大利开始工业化生产。年由意大利开始工业化生产。丙纶的品种较多，有长丝、短纤维和膜裂纤维等。丙纶的品种较多，有长丝、短纤维和膜裂纤维等。2.2.形态结构形态结构 熔体纺丝熔体纺丝，截面呈圆形，纵向光滑无条纹。，截面呈圆形，纵向光滑无条纹。263. 性质性质（1）密度）密度 0.91g/cm3，

18、是最轻的纤维。，是最轻的纤维。（2）吸湿性）吸湿性 几乎不吸湿性几乎不吸湿性（常见化纤中最小）（常见化纤中最小），有独特的，有独特的芯吸能力，使织物导汗透气芯吸能力，使织物导汗透气。（3）热学性质）热学性质 熔点低，加工和使用时温度不能过高。熔点低，加工和使用时温度不能过高。 27（4）机械性质）机械性质 强度较高，伸长较大，初始模量较高，弹性和强度较高，伸长较大，初始模量较高，弹性和耐磨性均好。耐磨性均好。（5）染色）染色 染色性很差，常采用染色性很差，常采用原液着色原液着色（聚丙烯切片中（聚丙烯切片中加入加入色母粒色母粒共熔）共熔）（6）化学稳定性）化学稳定性 很好；耐化学品性优；不霉不蛀

19、。很好；耐化学品性优；不霉不蛀。（7）耐光性）耐光性 耐光性较差，暴晒强度降低（加入抗老化剂）。耐光性较差，暴晒强度降低（加入抗老化剂）。人工草坪人工草坪编织绳编织绳29 六、六、聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维 腈纶（腈纶（acrylic, PAN，膨松耐晒），膨松耐晒）1.1.概况概况 腈纶是聚丙烯腈纤维的中国商品名，腈纶是聚丙烯腈纤维的中国商品名，产量仅产量仅次于涤纶和锦纶。次于涤纶和锦纶。纯粹的丙烯腈纤维，由于内部纯粹的丙烯腈纤维，由于内部结构紧密，服用性能差，所以它是由结构紧密，服用性能差，所以它是由85%85%以上的以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合丙烯腈和其他第二、第三单体

20、共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维。物纺制的合成纤维。 腈纶手感柔软、弹性好，有腈纶手感柔软、弹性好，有“合成羊毛合成羊毛”之之称称, ,也称奥纶、开司米纶、爱克兰。也称奥纶、开司米纶、爱克兰。 302.2.腈纶的结构特征腈纶的结构特征（1 1）化学组成）化学组成 纯粹的聚丙烯腈结晶度高，不易染色，手感和纯粹的聚丙烯腈结晶度高，不易染色，手感和弹性及差。因此丙烯腈在聚合时加入其它的单体。弹性及差。因此丙烯腈在聚合时加入其它的单体。l丙烯腈丙烯腈85%85%以上，称为第一单体；以上，称为第一单体；l第二单体第二单体5%-10%5%-10%，用于改善纤维的手感和弹性，用于改善纤维的手感和弹性（改变了

21、内部结构），称为结构单体。（改变了内部结构），称为结构单体。l第三单体第三单体0.5%-3%0.5%-3%，用于改善染色性能，称染色，用于改善染色性能，称染色单体。单体。31（2 2）形态结构）形态结构l横向形态横向形态湿法纺丝：不同的凝固浴截面形状不同，湿法纺丝：不同的凝固浴截面形状不同，圆形或花生果形。圆形或花生果形。干法纺丝：花生果形。干法纺丝：花生果形。l纵向形态纵向形态 粗糙，似树皮状。粗糙，似树皮状。（3 3）聚集态结构）聚集态结构 大分子呈不规则的螺旋形构象，且没有严格大分子呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区，但有高序区与低序区之分，称之为的结晶区，但有高序区与低序区之分，

22、称之为准晶结构。准晶结构。( (大分子横向有序，纵向无序大分子横向有序，纵向无序) ) 323.3.腈纶的性能腈纶的性能（1 1）机械性质）机械性质 强度比涤纶、锦纶低，断裂伸长率则与之相强度比涤纶、锦纶低，断裂伸长率则与之相当，当，多次拉伸后，剩余伸长率较大，尺寸稳定性多次拉伸后，剩余伸长率较大，尺寸稳定性差（领口等易松弛）差（领口等易松弛）；易起球。；易起球。（2 2）热学性质）热学性质 具有热弹性，即在热的状态下进行拉伸，再具有热弹性，即在热的状态下进行拉伸，再在张紧状态下进行冷却，纤维在具有较大内应力在张紧状态下进行冷却，纤维在具有较大内应力的情况下固定下来，这种纤维潜伏着受热后的收的

23、情况下固定下来，这种纤维潜伏着受热后的收缩性。利用这一性质可生产缩性。利用这一性质可生产腈纶膨体纱腈纶膨体纱。33（3 3）燃烧性）燃烧性 燃烧时没有熔融粘流（因熔融前已分解）。燃烧时没有熔融粘流（因熔融前已分解）。不会产生熔孔现象。不会产生熔孔现象。（4 4）吸湿染色性）吸湿染色性 吸湿性较差（吸湿性较差（w=1.2%-2%w=1.2%-2%）, ,易积聚静电；因易积聚静电；因加入了第二、第三单体染色性较好。加入了第二、第三单体染色性较好。（5 5）耐晒性）耐晒性 六大纶中最好，因吸收紫外光转变为热能六大纶中最好，因吸收紫外光转变为热能（氰基）。（氰基）。（6 6）化学性质）化学性质 耐酸也

24、耐碱。耐酸也耐碱。（7 7）其他性质）其他性质 不怕虫蛀和霉烂。不怕虫蛀和霉烂。344.4.腈纶的应用腈纶的应用 腈纶蓬松柔软，质轻，保暖，易洗易干，不腈纶蓬松柔软，质轻，保暖，易洗易干，不怕虫蛀和霉烂，适于编织毛衣、腈纶毛毯，也可怕虫蛀和霉烂，适于编织毛衣、腈纶毛毯，也可加工成人造毛皮等。加工成人造毛皮等。 腈纶耐晒性很高，适于制作室外用织物。但腈纶耐晒性很高，适于制作室外用织物。但耐磨性、耐碱性差，洗涤时不要用力搓洗，不要耐磨性、耐碱性差，洗涤时不要用力搓洗，不要用碱性太强的肥皂或洗涤剂。用碱性太强的肥皂或洗涤剂。35七、聚乙烯醇缩甲醛纤维七、聚乙烯醇缩甲醛纤维 维纶（维纶（ vinylo

25、n, PVA） 1. 1.概况概况 维纶是聚乙烯醇纤维的中国商品名，日本和维纶是聚乙烯醇纤维的中国商品名，日本和朝鲜称为朝鲜称为“维尼龙维尼龙”。未经处理的聚乙烯醇纤。未经处理的聚乙烯醇纤维溶于水，用维溶于水，用甲醛甲醛或硫酸钛处理后可提高其耐或硫酸钛处理后可提高其耐热水性。维纶于热水性。维纶于19401940年年6 6月进行工业化生产，产月进行工业化生产，产品以短纤维为主，也有少量可溶性长丝。维纶品以短纤维为主，也有少量可溶性长丝。维纶在性能上与棉花相似，有在性能上与棉花相似，有“合成棉花合成棉花”之称。之称。362 2、结构、结构l湿法纺丝的维纶成皮芯层结构，皮层紧密芯层湿法纺丝的维纶成皮

26、芯层结构，皮层紧密芯层有空隙；有空隙；l横截面为腰圆形；纵面形态横截面为腰圆形；纵面形态1-21-2根沟槽。根沟槽。维纶纵、横向形态维纶纵、横向形态 37 3. 3.性质性质（1 1）吸湿性）吸湿性 合成纤维中最好（合成纤维中最好（W=5.0%W=5.0%）。）。（2 2）机械性质）机械性质 强伸性比棉好，但差于其他合成纤维，耐磨性强伸性比棉好，但差于其他合成纤维，耐磨性较好，较好，50/5050/50棉棉/ /维混纺织物强度比纯棉的高维混纺织物强度比纯棉的高6060，耐磨性可提高耐磨性可提高100100。（3 3）热学性质）热学性质 耐干热而不耐湿热（收缩）耐干热而不耐湿热（收缩）。耐热水性

27、差，。耐热水性差，115115以上收缩变形，煮沸以上收缩变形，煮沸3 34 4小时，织物变形或小时，织物变形或部分溶解。（耐湿热性能和缩醛化的程度有关）部分溶解。（耐湿热性能和缩醛化的程度有关）38（4 4）染色性）染色性 染色性差，色泽不鲜艳，因纤维皮层结构紧密，染色性差，色泽不鲜艳，因纤维皮层结构紧密，影响染料向纤维内部的扩散。影响染料向纤维内部的扩散。（5 5）化学稳定性）化学稳定性 较好，较耐碱不耐强酸；耐腐蚀，不怕霉蛀。较好，较耐碱不耐强酸；耐腐蚀，不怕霉蛀。长期放于海水或土中均无影响，棉浸渍海水中长期放于海水或土中均无影响，棉浸渍海水中2020天，天，强力消失，维纶仅损失强力消失，维纶仅损失1212。（6 6）耐日晒性能）耐日晒性能 较好，棉和维纶织物同晒较好，棉和维纶织物同晒6 6个月，棉强力下降个月，棉强力下降4848，维纶强力下降，维纶强力下降2323。 39 （7 7）保暖性）保暖性 热传导系数低，保暖性较好。热传导系数低，保暖性较好。 可溶性维纶可溶性维纶：不缩醛化的聚乙烯醇纤维可溶于：不缩醛化的聚乙烯醇