第1章 化纤工艺学概论

1、第一节第一节 化学纤维的分类与命名化学纤维的分类与命名 纤维：柔软细长，长度与直径之比大于10001（纺织用）天然纤维：直接用于纺织加工的纤维化学纤维：用天然或合成高聚物为原料，经过化学方法和机械加工制成的纤维纺织纤维天然纤维（Natural fiber）：如棉、麻、羊毛、蚕丝等化学纤维（Chemical fiber）：涤纶、锦纶、腈纶、黏胶纤维等常见天然纤维常见天然纤维1 1、棉纤维、棉纤维棉纤维纵向图棉纤维纵向图棉纤维截面图棉纤维截面图PlantRettingStrippingRaw JuteRoot CuttingWeaving Traditional ProductsSelection

2、2 2、麻纤维、麻纤维 Diversified ProductsWeaving 3 3、羊毛纤维、羊毛纤维4 4、蚕丝、蚕丝 5 5、化学纤维、化学纤维涤纶：涤纶：POYFDYDTY毛条毛条红色涤纶短纤红色涤纶短纤防羽绒涤纶短纤防羽绒涤纶短纤锦纶：锦纶：POYFDYDTY短纤短纤锦纶黑锦纶黑DTY腈纶：腈纶：短纤短纤毛条毛条丝束丝束黏胶纤维：黏胶纤维：增白黏胶长丝增白黏胶长丝有色黏胶长丝有色黏胶长丝黏胶玻璃纸黏胶玻璃纸长束黏胶纤维长束黏胶纤维黏胶短纤黏胶短纤有色黏胶短纤有色黏胶短纤维纶：维纶：维纶短纤维纶短纤氨纶：氨纶：长丝长丝包芯线包芯线包覆纱（单包）包覆纱（单包）包覆纱（双包）包覆纱（双包

3、）包芯纱包芯纱合捻纱合捻纱铜氨纤维：铜氨纤维：醋酯纤维：醋酯纤维：一、化学纤维的分类一、化学纤维的分类（一）按原料来源分类（一）按原料来源分类再生纤维(Regenerated fibre)合成纤维(Synthetic fibres)1 1再生纤维再生纤维 再生纤维是以天然的高聚物为原料，经化学处理和机械加工而制得的纤维，其纤维的化学组成与原高聚物基本相同。再生纤维再生纤维再生纤维素纤维再生纤维素纤维：用棉短绒、木材、甘蔗渣、芦苇等天然纤维素为原料制成的纤维或以醋酸纤维素酯为纤维素的纤维。例如：黏胶纤维、醋酯纤维(acetate fibre)、Lyocell纤维、竹浆纤维和铜氨纤维(cupram

4、monium fibre)等再生蛋白质纤维：再生蛋白质纤维：用大豆、牛奶、花生等天然蛋白质为原料制成的、组成成分仍为蛋白质的纤维。例如大豆纤维、酪素纤维和花生纤维等2 2合成纤维合成纤维 合成纤维是以石油、煤、天然气及一些农副产品等天然的低分子化合物为原料，经一系列化学反应，合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。 合成纤维聚酯纤维（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）聚氨酯弹性纤维（氨纶）（二）按形态结构分类（二）按形态结构分类长丝 （Continuous filament）短纤维 （Staple fibre）1 1长丝

5、长丝 在化学纤维制造过程中，纺丝流体（熔体或溶液）经纺丝成型和后加工工序后，得到的长度以千米计的纤维称为化学纤维长丝。按形态结构分类按形态结构分类化纤长丝化纤长丝单丝 ：长度很长的连续单根纤维复丝：捻丝：复捻丝：帘线丝：变形丝：两根或两根以上的单丝并合在一起组成的丝条。化学纤维的复丝由8100根以下单纤维组成。复丝加捻成为捻丝。两根或两根以上的捻丝再合并加捻成为复捻丝。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，称为帘线丝。化学纤维原丝经过变形加工使之具有卷曲、螺旋、环圈等外观特性而呈现蓬松性、伸缩性的长丝称为变形丝。变形丝又分弹力丝、膨松丝和低弹丝，其中最多的是弹力丝。2 2短纤

6、维短纤维 化学纤维的产品被切断成几厘米至十几厘米的长度，这种长度的纤维称为短纤维。根据切根据切断长度断长度分类分类棉型纤维棉型纤维 （Cotton type fibre）：）： 长度约为3040mm，线密度为1.67dtex 左右， 纤维较细，类似棉花； 毛型纤维毛型纤维 （Wool type fibre）: 长度约为70150mm，线密度为3.37.7dtex， 纤维较粗，类似羊毛； 中长纤维中长纤维 （Mid fibre）: 长度约为5176mm，线密度约为2.23.3dtex， 介于棉型和毛型之间。 （三）按纤维制造方法分类（三）按纤维制造方法分类 熔体纺丝纤维 干法纺丝纤维 湿法纺丝纤

7、维 熔体纺丝是高分子熔体从喷丝孔压出，熔体细流在周围空气（或水）中凝固成丝的方法； 干法纺丝是高分子浓溶液从喷丝孔压出，形成细流，在热空气中溶剂迅速挥发而凝固成丝的方法； 湿法纺丝是高分子浓溶液由喷丝孔压出，在凝固浴中固化成丝的方法。 按纤维制造方法分类按纤维制造方法分类单组分纤维单组分纤维 多组分纤维多组分纤维 同一种高聚物组成的纤维 由两种或两种以上高聚物组成的纤维 如各组分沿纤维轴向有规则地排列并形成连续的界面的纤维，称为复合纤维；如各组分随机分散或较均匀混合的纤维，则称为共混纤维。 （四）按照单根纤维内的组成分类（四）按照单根纤维内的组成分类 按照单根纤维内的组成分类按照单根纤维内的组

8、成分类（五）按纤维性能差别分类（五）按纤维性能差别分类 差别化纤维差别化纤维 (Differential fibre)(Differential fibre) 功能纤维功能纤维 (Functional fibre) (Functional fibre) 高性能纤维高性能纤维 (High-performance fibre) (High-performance fibre) 按纤维性能差别分类按纤维性能差别分类 二、化学纤维的命名二、化学纤维的命名 根据我国有关部门规定，人造纤维的短纤维一律叫“纤”（如粘纤、富纤），合成纤维的短纤维一律叫“纶”（如锦纶、涤纶）。如果是长纤维，就在名称末尾加“丝”

9、或“长丝”（如黏胶丝、涤纶丝、腈纶长丝）。 三、化学三、化学纤维的主要纤维的主要品种品种 学学名名、英英文文名名 分分子子结结构构 中中国国商商品品名名 代代号号 再再生生纤纤维维素素纤纤维维 v vi is sc co os se e 粘粘胶胶纤纤维维 聚聚酯酯系系 聚聚对对苯苯二二甲甲酸酸乙乙二二酯酯纤纤维维 p po ol ly ye es st te er r 涤涤纶纶 P PE ET T 聚聚酰酰胺胺 6 6 纤纤维维 n ny yl lo on n 6 6 锦锦纶纶 6 6 P PA A6 6 脂脂肪肪族族聚聚酰酰胺胺系系 聚聚酰酰胺胺 6 66 6 纤纤维维 n ny yl lo

10、 on n 6 66 6 锦锦纶纶 6 66 6 P PA A6 66 6 聚聚丙丙烯烯腈腈系系 聚聚丙丙烯烯腈腈纤纤维维a ac cr ry yl li ic c 腈腈纶纶 P PA AN N 聚聚乙乙烯烯醇醇系系 聚聚乙乙烯烯醇醇缩缩甲甲醛醛纤纤维维 v vi in ny yl lo on n 维维纶纶 P PV VA A 聚聚丙丙烯烯纤纤维维 p pr ro op py yl le en ne e 丙丙纶纶 P PP P 聚聚烯烯烃烃系系 超超膏膏分分子子量量聚聚乙乙烯烯纤纤维维 乙乙纶纶 U UH HM MW WP PE E 含含氯氯纤纤维维 聚聚氯氯乙乙烯烯纤纤维维c ch hl l

11、o or ro of fi ib br re e 氯氯纶纶 P PV VC C 聚聚氨氨酯酯系系 聚聚氨氨基基甲甲酸酸酯酯纤纤维维s sp pa an nd de ex x 氨氨纶纶 P PU U 聚聚间间苯苯二二甲甲酰酰间间苯苯二二胺胺 N No om me ex x 芳芳纶纶 1 13 31 13 3 P PM MI IA A 芳芳香香族族聚聚酰酰胺胺系系 聚聚间间苯苯二二甲甲酰酰对对苯苯二二胺胺 K Ke ev vl la ar r 芳芳纶纶 1 14 41 14 4 P PP PT TA A 第二节第二节 化学纤维发展概述化学纤维发展概述 一、世界化学纤维工业的发展概况一、世界化学纤维

12、工业的发展概况 1 1天然高分子加工天然高分子加工 2 2合成纤维合成纤维 二、二、我国化学纤维工业的发展概况我国化学纤维工业的发展概况 第一阶段，即起步阶段（第一阶段，即起步阶段（1956195619651965年）年）第二阶段，即奠基阶段（第二阶段，即奠基阶段（1966196619801980年）年） 第三阶段，即发展阶段（第三阶段，即发展阶段（19811981年开始）年开始） 第三节 化学纤维的生产方法概述 化学纤维的制造可概括为以下四个工序：化学纤维的制造可概括为以下四个工序： 原料原料制备制备 纺丝流体纺丝流体（液）制备（液）制备 化学纤维的化学纤维的纺丝成型纺丝成型 化学纤维化学纤

13、维的后加工的后加工 一、原料制备一、原料制备 再生纤维再生纤维 由天然高聚物经化学加工制造而成，其原料制备过程是将天然高分子化合物经一系列的化学处理和机械加工，提纯去除杂质。 合成纤维合成纤维 以石油、煤、天然气及农副产品等低分子为原料制成单体后，经过化学聚合，聚合而成具有一定官能团、一定平均分子量和分子量分布的线型聚合物，然后再制成纤维。由于聚合方法和聚合物的性质不同，合成的聚合物可能是熔体状态或溶液状态。 二、纺丝熔体（液）的制备二、纺丝熔体（液）的制备 纺丝液纺丝液的制备的制备熔体法熔体法纺丝纺丝熔体熔体溶液法溶液法纺丝纺丝溶液溶液 几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点几种主要成纤高聚物

14、的热分解温度和熔点 （一）纺丝熔体的制备（一）纺丝熔体的制备 高聚物的熔点低于其分解温度的，采用将高聚物熔融成流动的熔体（纺丝熔体）进行纺丝（如涤纶、锦纶、丙纶等）。熔体纺丝法用于工业生产有两种实施方法：一是熔体直接纺丝；另一种是切片纺丝。 （二）纺丝溶液的制备（二）纺丝溶液的制备 采用溶液纺丝法时，纺丝熔液的制备有两种方法：一是直接利用聚合后得到的聚合物溶液作为纺丝原液，称为一步法；二是将聚合物溶液先制成颗粒状或粉末状的成纤聚合物，然后再溶解，以获得纺丝液，称为二步法。 三、化学纤维的纺丝成型三、化学纤维的纺丝成型 将纺丝熔体或溶液，用纺丝泵（或称计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝头的喷丝孔中

15、压出，呈液体细丝状，再在适当介质中固化成细丝，这一过程称为纺丝，这是化学纤维生产的核心工序。常用的纺丝方法根据纺丝流体制备的方法和液体细丝固化的方法不同，分为熔体纺丝和溶液纺丝两类。 熔体纺丝熔体纺丝 熔体纺丝是将成纤高聚物熔体经纺丝喷丝头流出熔体细流、在周围空气（或水）中冷却凝固成型的方法。如涤纶、锦纶、丙纶等采用熔体纺丝方法制得。此法流程短、纺丝速度高、纺丝速度一般为9001200m/min，高速纺丝可达3600m/min以上，成本低，但喷丝板孔数较少，长丝1150孔，短纤维一般为300800孔，高的可达10002600孔，甚至更多。若用常规圆形喷丝孔，则纺得的纤维截面大多为圆形；采用异形

16、喷丝孔，则纺得的纤维截面为异形。该法适用于能熔化、易流动、不易分解的高聚物。 溶液纺丝溶液纺丝 溶液纺丝分为湿法纺丝和干法纺丝。 湿法纺丝湿法纺丝是将高聚物在溶剂（无机、有机）中配成纺丝溶液后经喷丝头流出细流，在凝固浴中凝固成型的方法。腈纶、维纶、黏胶纤维、氯纶等可以采用湿法纺丝方法制得。此法喷丝板孔数较多，一般为400020000，高的可达5万孔以上。但纺丝速度低，约为50100m/min。由于液体凝固剂的固化作用，虽然仍是常规圆形喷丝孔，但纤维截面大多不呈圆形，且有较明显的皮芯结构。该法适用于不耐热、不易熔化但能溶于某一种溶剂中的高聚物。 干法纺丝干法纺丝是将纺丝溶液经喷丝形成细流，溶剂被

17、加热介质（空气或氮气）挥发带走的同时，使得高聚物凝固成丝的方法。腈纶、维纶、氯纶、氨纶、醋酯纤维等可以采用干法纺丝。干法纺丝要求采用易挥发的溶剂溶解高聚物。此法纺丝速度较高，约为200500m/min，成品质量好。但喷丝孔数较少，一般为300600孔，辅助设备多，成本高。 三种基本纺丝成型法方法的特征三种基本纺丝成型法方法的特征 除了上述三种经典纺丝方法以外，现在出现了化学反应纺丝、复合纤维纺丝、干湿法纺丝、乳液纺丝、悬浮纺丝、冻胶纺丝、液晶纺丝、相分离纺丝等方法。 四、化学纤维的后加工四、化学纤维的后加工 纺丝流体从喷丝孔中喷出刚固化的丝称为初生纤维。初生纤维虽已成丝状，但其结构还不完善，物

18、理机械性能较差，如伸长大、强度低、尺寸稳定性差，沸水收缩率很高，纤维硬而脆，没有使用价值，还不能直接用于纺织加工。为了完善纤维的结构和性能，得到性能优良的纺织用纤维，必须经过一系列的后加工。后加工随化纤品种、纺丝方法和产品要求而异，其中主要工序是拉伸和热定型。 短纤维的后加工主要包括集束、拉伸、上油、卷曲、干燥定型、切断、打包等内容。对含有单体、凝固液等杂质的纤维还需经过水洗或药液处理等过程。黏胶长丝后加工包括水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、脱水、烘干、络筒（绞）等工序。 涤纶和锦纶6长丝的后加工包括拉伸加捻、后加捻、热定型、平衡、倒筒等工序。 第四节第四节 化学纤维的主要品质指标及其检测方法化

19、学纤维的主要品质指标及其检测方法 物理性能指标物理性能指标 机械性能指标机械性能指标（力学性能指标）（力学性能指标） 稳定性能指标稳定性能指标 加工性能指标加工性能指标 短纤维的附加短纤维的附加品质指标品质指标 长度长度细度细度密度密度光泽光泽吸湿性吸湿性热性能热性能电性能电性能断裂强度断裂强度断裂伸长断裂伸长初始模量初始模量回弹性回弹性耐多次变耐多次变形性形性高温和低温的稳定性高温和低温的稳定性对光大气的稳定性对光大气的稳定性化学试剂的稳定性化学试剂的稳定性微生物作用的稳定性微生物作用的稳定性抱合性抱合性起静电性起静电性染色性染色性纤维长度纤维长度卷曲度卷曲度纤维疵点纤维疵点一、细度一、细度

20、 1 1定义：定义：纤维粗细程度2 2表示法：表示法：公制支数Nm：1克重的纤维所具有的长度米数；Nm纤维越细旦Dn：9000米长的纤维所具有的重量克数；Dn纤维越粗特Tex：1000米长的纤维所具有的重量克数； Tex 纤维越粗；特或分特、旦数和支数的数值可相互换算，关系如下： 旦数支数=9000 特数支数=1000 旦数=9特数 分特数=10特数 3 3测定方法：测定方法： 细度：直接法（中段切取称重法）和间接法（振动仪或气流仪） 条干均匀度：乌斯特（Uster）条干均匀度仪 XD1型振动式纤维细度仪原理结构图型振动式纤维细度仪原理结构图 XD-1XD-1型振动式细度仪型振动式细度仪条干均

21、匀度测试仪条干均匀度测试仪二、吸湿性二、吸湿性1 1定义：定义：标准温湿度（20、65%相对湿度），纤维吸收或放出气态水的能力；2 2表示法：表示法：回潮率、含湿率3 3纤维吸湿原因：纤维吸湿原因：l 纤维大分子结构（亲水基团）l 纤维结晶度l 纤维表面吸湿4 4大小：大小：羊毛黏胶纤维麻、蚕丝棉醋酯纤维维纶、锦纶腈纶涤纶氯纶、丙纶5 5增加吸湿方法：增加吸湿方法：l 化学改性：大分子上引入亲水基l 物理改性：纤维中造成有规律的毛细孔l 表面处理：6.6.检测方法：检测方法：直接测定法：烘箱法、红外线辐射法、吸湿剂干燥法、真空干燥法间接法测定法：电阻测试法、电容测试法 通风式快速八篮烘箱通风式

22、快速八篮烘箱 三、密度三、密度 l定义：纤维的密度，是指单位体积纤维的质（重）量，常用单位为g/cm3 。l大小：氨纶黏胶纤维麻涤纶、蚕丝棉、羊毛维纶腈纶锦纶丙纶l测定方法：密度梯度法、液体浮力法、比重瓶法、气体容积法、液体温升悬浮法等。全自动密度仪全自动密度仪四、拉伸性能四、拉伸性能1 1断裂强度断裂强度cN/texcN/tex：l绝对强度：N或cN；纤维断裂时承受的最大负荷l强度极限：cN/cm2l相对强度：cN/tex 麻、锦纶、丙纶涤纶维纶腈纶、棉、蚕丝黏胶纤维羊毛、氨纶l湿强度：润湿下的强度；回潮率湿强干强影响：l断裂强度断头绕辊2 2断裂伸长断裂伸长% %： l定义：拉伸至断裂时试

23、样产生的伸长 l表示法：绝对伸长、相对伸长（绝对伸长/试样长度）l影响：断裂伸长手感柔软、毛丝、断头 织物变形10%30%为佳 电子纤维强力机电子纤维强力机3.3.初始模量初始模量l 定义：试样在小负荷（1%伸长）下变形的难易（材料刚性） 应力应变曲线初始一段直线的斜率l 影响：纤维柔性、结晶度、取向度初始模量刚性织物变形、织物挺括l 大小：涤纶腈纶、维纶、黏胶纤维丙纶锦纶 纤维初始模量与屈服点的求法纤维初始模量与屈服点的求法 断裂功的求法断裂功的求法 4 4屈服点、屈服应力、屈服应变屈服点、屈服应力、屈服应变： 屈服点：拉伸曲线中起始一段直线向延伸区过渡的转折点P 影响：屈服点以前：纤维形变

24、（弹性形变可恢复）； 屈服点以后：纤维形变（塑性形变永久性形变）； 屈服点高难产生塑性形变织物尺寸稳定性5 5断裂功、断裂比功、功系数：断裂功、断裂比功、功系数：l 定义：材料拉伸至断裂时外力所做的功（负荷伸长曲线下的面积）l 断裂比功：单位长度或单位线密度的试样断裂时外力所做的功（应力应变曲线下的面积）l 功系数：负荷伸长曲线下的面积与断裂伸长和断裂强度乘积之比l 表征：三者纤维耐冲击、耐磨、韧性6 6回弹性：回弹性：l 定义：材料在外力作用（拉伸或压缩）产生形变；外力去除后，恢复原状的能力l 表示法：一次负荷回弹性质（回弹率、弹性功）；多次负荷回弹性质l 影响：回弹性织物抗皱、挺括l 大小

25、：氨纶锦纶涤纶腈纶黏胶纤维形变时纤维的弹性和塑性伸长形变时纤维的弹性和塑性伸长 纤维的多次循环负荷纤维的多次循环负荷延伸曲线延伸曲线 五、耐疲劳性：五、耐疲劳性： 纤维耐多次变形性（应力循环次数）纤维弹性应力循环次数耐疲劳性六、耐磨性：六、耐磨性： 纤维抵抗磨损的能力（强度降低或减重表示）马丁代尔耐磨仪马丁代尔耐磨仪多功能纱线耐磨仪多功能纱线耐磨仪七、耐热性和热稳定性七、耐热性和热稳定性l耐热性：表征纤维在升高温度下测得的机械性能的变化，这种变化在回复至常温时往往能够恢复（属于可复变化），因此亦称物理耐热性。l热稳定性：表征纤维受热后，机械性能的不可复变化，这种变化是将纤维加热并冷却至常温后测

26、得的，系聚合物发生了降解或化学变化所致，因此亦称化学耐热性。l影响纤维对高温作用的稳定性的因素如下： 高聚物分子链的化学结构 大分子之间是否存在交联 分子间相互作用的强弱 纤维受热时所处的介质(是否有氧和水分存在) 抗氧剂和热稳定剂的性质和含量八、热收缩八、热收缩 纤维热收缩指受热条件下纤维形态尺寸的收缩，温度降低后不可逆。纤维产生热收缩是由于纤维存在内应力，热收缩的大小用热收缩率表示，它是指加热后纤维缩短的长度占原长度的百分率。 九、阻燃性九、阻燃性 l燃烧性能的指标：极限氧指数LOI、着火点温度T、燃烧时间t、火焰温度TBl极限氧指数LOI：试样在氧气和氮气的混合气中，维持完全燃烧所需的最

27、低氧气体积分数 氧指数仪氧指数仪十、对化学试剂及微生物作用的稳定性十、对化学试剂及微生物作用的稳定性 l腈纶：耐虫蛀，耐霉菌，耐酸，但不耐强碱（大分子链上有氰基）l涤纶：耐虫蛀，耐霉菌，耐酸，但耐碱稍差l锦纶：耐虫蛀，耐霉菌，耐碱，但耐酸稍差l维纶：耐虫蛀，耐霉菌，耐碱，但耐酸较差M706M706静酸压试验仪静酸压试验仪+ +防酸渗透时间试验仪防酸渗透时间试验仪+ +拒酸性能试槽拒酸性能试槽十一、耐光性和对大气作用的稳定性十一、耐光性和对大气作用的稳定性 l耐候性：对日光和大气作用的稳定性 l耐光性：纤维受光照后其力学性能保持不变的性能 腈纶最好（氰基吸收紫外线） l对大气作用的稳定性：纤维受光照射、空气中的氧气、热和水分的长时间作用 后，不发生降解或光氧化，不产生色泽变化的性能。 日晒气候试验仪日晒气候试验仪十二、染色性十二、染色性 l染色性三要素：色亲和力、染色速度、纤维着色剂的性质。l染料与纤维的结合力：离子键、氢键、偶极、共价键l 染色速度：取决于染浴中的染料向纤维表