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1、1 第五讲第五讲化学与材料化学与材料 化学是人类化学是人类 使用新材料的源泉使用新材料的源泉 2材料:材料:指经过某种加工(包括开采和运输),具指经过某种加工(包括开采和运输),具有一定的组分、结构和性能,适合于一定用途有一定的组分、结构和性能,适合于一定用途的物质。的物质。 它是人类生活和生产活动的重要物质基础。它是人类生活和生产活动的重要物质基础。 一、材料的概念一、材料的概念3 现代科学技术的三大支柱现代科学技术的三大支柱能源、材料、信息(能源、材料、信息(2020世纪世纪7070年代)年代) 其中材料是基础。其中材料是基础。 材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术材料的研究、开
2、发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平,关系着国家的综合国力与安全。与工业水平,关系着国家的综合国力与安全。世界各国把材料放在重要地位来发展。世界各国把材料放在重要地位来发展。 我国在我国在19781978年的科学大会上将材料科学技术列为年的科学大会上将材料科学技术列为8 8大科技领域之一,此后每个五年计划,一直作为重点发大科技领域之一,此后每个五年计划,一直作为重点发展的领域。展的领域。 4 n 人类所使用的材料,大至可分为下列人类所使用的材料,大至可分为下列5 5代。代。第一代第一代: : 石器、骨器石器、骨器第二代第二代: : 青铜、钢铁乃至合金等金属材料青铜、钢铁乃至合金等金属材料
3、第三代第三代: : 高分子材料和新型无机非金属材料高分子材料和新型无机非金属材料第四代第四代: : 复合材料复合材料第五代第五代: : 智能化材料智能化材料 5 化学是材料发展的源泉,一切新材料均来自化学。化学是材料发展的源泉,一切新材料均来自化学。 同时,学科交叉渗透,综合协作为材料科学的发展同时,学科交叉渗透,综合协作为材料科学的发展提供了提供了新的手段。新的手段。 计算机用于材料设计、同步辐射、自由电子激光计算机用于材料设计、同步辐射、自由电子激光和扫描隧道显微镜等先进技术,使材料科学的研究深和扫描隧道显微镜等先进技术,使材料科学的研究深入到一个入到一个新的层次。新的层次。 反过来,材料
4、科学的进步、社会发展对新材料的反过来,材料科学的进步、社会发展对新材料的渴求,也促使渴求,也促使化学学科更快的前进。化学学科更快的前进。6 二、材料的分类二、材料的分类按物态划分:按物态划分:气态、液态和固态。气态、液态和固态。按组成和结合健性质:按组成和结合健性质:金属材料、无机非金属金属材料、无机非金属 材料、半导体材料、高分子材料以及复合材料。材料、半导体材料、高分子材料以及复合材料。按材料的功能:按材料的功能:结构材料、功能材料。结构材料、功能材料。按使用领域:按使用领域:建筑材料、电子材料、医用材料、建筑材料、电子材料、医用材料、仪表材料、能源材料等。仪表材料、能源材料等。按材料的成
5、熟度:按材料的成熟度:传统材料、新型材料。传统材料、新型材料。7 金属材料:金属材料:又分为黑色金属材料和有色金属材料。又分为黑色金属材料和有色金属材料。金属材料发展的重点是研制新型金属材料。金属材料发展的重点是研制新型金属材料。 高分子材料:高分子材料:是一类合成材料,主要有塑料、合成纤是一类合成材料,主要有塑料、合成纤维和合成橡胶,此外还有涂料和胶粘剂等。维和合成橡胶,此外还有涂料和胶粘剂等。 半导体材料:半导体材料:是一类导电能力介于导体与绝缘体之间,是一类导电能力介于导体与绝缘体之间,具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电
6、子材料的物质。材料的物质。 陶瓷材料:陶瓷材料:是人类应用最早的材料。传统的陶瓷材料是人类应用最早的材料。传统的陶瓷材料是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料,特种陶瓷或称精是以硅和铝的氧化物为主的硅酸盐材料,特种陶瓷或称精细陶瓷,成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化细陶瓷,成分扩展到纯的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等,又称为物等,又称为无机非金属材料无机非金属材料。 8n复合材料:复合材料:是由金属材料、陶瓷材料和高分子材是由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合组成的。复合材料的强度、刚度和耐腐蚀料复合组成的。复合材料的强度、刚度和耐腐蚀等性能比单一材料更为优越,是一类具有广阔发等性能比单
7、一材料更为优越,是一类具有广阔发展前景的新型材料。展前景的新型材料。 9n 结构材料结构材料:主要是利用材料的力学和理化性质,广泛:主要是利用材料的力学和理化性质,广泛 应用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业应用于机械制造、工程建设、交通运输和能源等各个工业 部门。部门。 n 功能材料:功能材料:利用材料的热、光、电、磁等性能,用于利用材料的热、光、电、磁等性能,用于 电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。 功能材料的最新发展是智能材料,它具有环境判断功能、功能材料的最新发展是智能材料,它具有环境判断功能、 自我修复
8、功能和时间轴功能,人们称智能材料是自我修复功能和时间轴功能,人们称智能材料是2121世纪的世纪的 材料。材料。 10传统材料:传统材料:已经成熟且在工业中已批量生产并大量应已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料。用的材料。如如钢铁、水泥、塑料等。钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛,又是很这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛,又是很多支柱产业的基础,所以又称为多支柱产业的基础,所以又称为基础材料基础材料。11n新型材料:新型材料: (1) (1) 新型材料具有特殊的性能,能满足尖端技术和设备制新型材料具有特殊的性能,能满足尖端技术和设备制造的需要。如超高温、超高压
9、、极低压、耐腐蚀、耐摩造的需要。如超高温、超高压、极低压、耐腐蚀、耐摩擦等材料。擦等材料。 (2) (2) 新型材料的研制是多学科综合研究的成果。以先进的新型材料的研制是多学科综合研究的成果。以先进的科学技术为基础,往往涉及到物理、化学、冶金等多个科学技术为基础,往往涉及到物理、化学、冶金等多个学科。学科。 (3) (3) 新型材料从设计到生产,需要专门的、复杂的设备和新型材料从设计到生产,需要专门的、复杂的设备和技术,形成了一个独特的领域,称为新材料技术。为实技术,形成了一个独特的领域,称为新材料技术。为实现高技术的物质基础。现高技术的物质基础。 1213有机高分子材料有机高分子材料 高分子
10、只有高分子只有7070多年的历史,但高分子材料发展多年的历史,但高分子材料发展迅速,现在己与有悠久历史的传统材料并驾齐驱,迅速,现在己与有悠久历史的传统材料并驾齐驱,成为当代文明社会不可或缺的材料。成为当代文明社会不可或缺的材料。高分子化学高分子化学14引用作词尾和词头的官能团名称1516n高分子化合物:高分子化合物:n根据分子量的大小,化合物分为两大类:根据分子量的大小,化合物分为两大类:n低分子化合物:低分子化合物:如酒精乙醇、蔗糖等化合物,它如酒精乙醇、蔗糖等化合物,它n们的分子很小,分子量也很低,只有几十到几百;们的分子很小,分子量也很低,只有几十到几百;n高分子化合物:高分子化合物:
11、 由一千个以上原子通过共价键结合形成,由一千个以上原子通过共价键结合形成,分子量可达几万至几百万,或称分子量可达几万至几百万,或称大分子化合物大分子化合物。n 1 1、天然高分子、天然高分子 : 淀粉、纤维素、棉、麻、丝、毛淀粉、纤维素、棉、麻、丝、毛、蛋白质、糖类、核酸蛋白质、糖类、核酸 n 2 2、合成高分子、合成高分子 : 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺( (尼龙尼龙) ) 17一、一、 高分子的原料和合成方法高分子的原料和合成方法n(一)原料(一)原料 :早期以农业和林业的副产品为主要原料:早期以农业和林业的副产品为主要原料:n淀粉类淀粉类 (薯类
12、、植物种子、橡子等)(薯类、植物种子、橡子等) 可从中得到乙醇、丁醇、丙酮可从中得到乙醇、丁醇、丙酮; ;n纤维素类纤维素类(木屑、稻草、花生壳、玉米芯、麦秆、甘蔗渣、(木屑、稻草、花生壳、玉米芯、麦秆、甘蔗渣、 椰子壳、芦苇等)椰子壳、芦苇等) 可从中得到木粉、纤维素、糖醛等可从中得到木粉、纤维素、糖醛等; ;n非食用油脂类非食用油脂类(如篦麻油、桐油、蚕蛹油和松节油)(如篦麻油、桐油、蚕蛹油和松节油) 可从中得到对苯二甲酸、癸二酸、癸二胺等。可从中得到对苯二甲酸、癸二酸、癸二胺等。n煤、石油煤、石油 石油中有用成分高,对最重要的乙烯来说,从石油中有用成分高,对最重要的乙烯来说,从1t1t焦
13、煤中焦煤中只能得只能得5 kg5 kg乙烯,而乙烯,而1t1t石油中可得到石油中可得到200kg200kg以上乙烯。以上乙烯。 18n 高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成高分子化合物的相对分子质量虽然很大,但组成并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通并不复杂,它们的分子往往都是由特定的结构单元通过共价键多次重复连接而成。过共价键多次重复连接而成。n 由于合成高分子化合物都是由低分子化合物聚合成的,由于合成高分子化合物都是由低分子化合物聚合成的,因此又称为因此又称为聚合物聚合物。 从农、林副产品、煤或石油中得到的有机小分子化合从农、林副产品、煤或石油中得到的有机小分子化合物称为物
14、称为 “ “单体单体” ” ,通过,通过聚合反应聚合反应可以合成高分子聚合物。可以合成高分子聚合物。 加加 成成 聚聚 合合缩缩 合合 聚聚 合合n( (二)合成方法:二)合成方法:19加成聚合加成聚合 n n 个一种单体分子通过加成聚合反应得到聚合物,个一种单体分子通过加成聚合反应得到聚合物, 没有任何其它产物没有任何其它产物。 聚乙烯的合成聚乙烯的合成聚氯乙烯的合成聚氯乙烯的合成特点:反应物必须含有双键特点:反应物必须含有双键加成聚合20 加聚反应后除了生成聚合物外,再没有任何其他加聚反应后除了生成聚合物外,再没有任何其他 产物生成,聚合物中包含了单体中全部原子产物生成,聚合物中包含了单体
15、中全部原子 如聚乙烯、聚氯乙烯。如聚乙烯、聚氯乙烯。 加成聚合的方式:加成聚合的方式: 聚氯乙烯分子进行加成聚合反应时,可能产生三种情况:聚氯乙烯分子进行加成聚合反应时,可能产生三种情况: 头头头、尾头、尾尾连接;尾连接; 头头尾连接;尾连接; 混乱无序连接。混乱无序连接。 21(b)(b) 头头尾连接尾连接 (a)(a) 头头头、尾头、尾尾连接尾连接CCCCCCCCCCHHHHHHHHHHCl HCl HCl HCl HCl HCCCCCCCCCCHHHHHHHHHHCl HHCl Cl HHCl Cl H 22(c)(c) 无规则连接无规则连接CCCCCCCCCCHHHHHHHHHHCl
16、HHCl HCl Cl HCl H在工业上利用加成聚合反应生产的合成高在工业上利用加成聚合反应生产的合成高 分子约占合成高分子总量的分子约占合成高分子总量的8080,最重要的有,最重要的有 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。23含有双官能团或多官能团的单体分子,通过分子间官能团的含有双官能团或多官能团的单体分子,通过分子间官能团的缩合缩合反应把反应把 单体分子聚合起来,同时生成水、醇、氨等小分子化合物,简称缩聚反应。单体分子聚合起来,同时生成水、醇、氨等小分子化合物,简称缩聚反应。 缩合聚合缩合聚合H2OH-C-C-O-C-H=OCC+酯化反应酯化反应
17、24缩合聚合缩合聚合25 缩合聚合反应在合成高分子工业上的重要性仅缩合聚合反应在合成高分子工业上的重要性仅次于加聚反应,常见的聚酰胺次于加聚反应,常见的聚酰胺( (尼龙尼龙) )、聚酯、聚酯( (涤纶涤纶) )、环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚碳酸酯等。环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、聚碳酸酯等。 26 3 3、共聚合反应共聚合反应n将两种或两种以上将两种或两种以上不同的单体不同的单体进行聚合,这种聚合物进行聚合,这种聚合物 叫做共聚物。叫做共聚物。n (属于加成聚合)(属于加成聚合)共聚合共聚合27 共聚物中单体单元的结构、数量和排列方式会影响共聚共聚物中单体单元的结构、数量和排列方式会影
18、响共聚 物的物理性能。物的物理性能。 例如聚丙烯腈例如聚丙烯腈( (腈纶腈纶) )性如羊毛,但着色性差,若用性如羊毛,但着色性差,若用1 1的的 丙烯基磺酸钠与之共聚合后,腈纶纤维就可染成各种颜色。丙烯基磺酸钠与之共聚合后,腈纶纤维就可染成各种颜色。n 又如将丙烯腈又如将丙烯腈(A)(A)、丁二烯、丁二烯(B)(B)和苯乙烯和苯乙烯(S)(S)进行共聚合进行共聚合 制得的制得的ABSABS树脂,是一种综合性能极好的三元共聚物。树脂,是一种综合性能极好的三元共聚物。 28工程塑料工程塑料ABSABS树脂合成时用了三种单体:树脂合成时用了三种单体:CH2CHCNCH2CH CH2CH=CHCH2n
19、CH2= CH CH = CH2CH2 = CHCNCH2 = CH29二、二、 高分子的结构、特性和命名高分子的结构、特性和命名(一)结构(一)结构 :n 线型长链状不带支链的、带支链的和体型网状的线型长链状不带支链的、带支链的和体型网状的 。n 线型高分子:线型高分子:可呈蜷曲、弯折或呈螺旋状,加热可熔化,可呈蜷曲、弯折或呈螺旋状,加热可熔化,也可溶于有机溶剂,易于结晶。也可溶于有机溶剂,易于结晶。 合成纤维和大多数塑料都是线型高分子。合成纤维和大多数塑料都是线型高分子。n 支链高分子:支链高分子:在很多性能上与线型高分子相似,但支链的在很多性能上与线型高分子相似,但支链的存在使高分子的密
20、度减小,结晶能力降低。存在使高分子的密度减小,结晶能力降低。n 体型高分子:体型高分子:具有不熔不溶、耐热性高和刚性好的特点,具有不熔不溶、耐热性高和刚性好的特点,适用作工程和结构材料。适用作工程和结构材料。 30n 高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态高分子化合物几乎无挥发性,常温下常以固态或液态存在。存在。n 固态高聚物按其结构形态可分为固态高聚物按其结构形态可分为晶态和非晶态晶态和非晶态。 晶态分子排列规整有序,非晶态分子排列无规则。晶态分子排列规整有序,非晶态分子排列无规则。n 同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。同一种高分子化合物可以兼具晶态和非晶态两种结构。
21、大多数的合成树脂都是非晶态结构。大多数的合成树脂都是非晶态结构。 31(二)特点:(二)特点:n 高分子化合物化学性质稳定,并具有优良的弹性、可塑性、高分子化合物化学性质稳定,并具有优良的弹性、可塑性、机械性能机械性能( (抗拉、抗弯、抗冲击等抗拉、抗弯、抗冲击等) )及电绝缘性。同时相对密度及电绝缘性。同时相对密度小、比强度高。小、比强度高。n相对密度在相对密度在1 12 2之间,之间,n聚丙烯塑料,相对密度只有聚丙烯塑料,相对密度只有0.910.91;n泡沫塑料的相对密度只有泡沫塑料的相对密度只有0.010.01。n 不同高聚物性能间的差别与其分子结构、分子间作用力、不同高聚物性能间的差别
22、与其分子结构、分子间作用力、 分子链的柔顺性、聚合度、分子极性等因素有关。分子链的柔顺性、聚合度、分子极性等因素有关。 32n1 1、高分子链的结构和柔顺性、高分子链的结构和柔顺性 热塑性高聚物:热塑性高聚物: 链型(含支链)高聚物的长链分子通常呈卷曲状,链型(含支链)高聚物的长链分子通常呈卷曲状, 且且互相缠绕互相缠绕,分子链间有较大的分子间作用力。,分子链间有较大的分子间作用力。 加热时会变软,冷却时又变硬,可反复加工成型。加热时会变软,冷却时又变硬,可反复加工成型。 显示一定的柔顺性和弹性。显示一定的柔顺性和弹性。 可溶解于合适的溶剂。可溶解于合适的溶剂。 聚氯乙烯、未硫化的天然橡胶、高
23、压聚乙烯等都是聚氯乙烯、未硫化的天然橡胶、高压聚乙烯等都是 链型高分子化合物。链型高分子化合物。 33热固性高聚物:热固性高聚物: 体型高聚物是链型体型高聚物是链型( (含带支链的含带支链的) )高分子化合物分子间高分子化合物分子间 以以化学键交联化学键交联而形成的具有空间网状结构的高分子化合物。而形成的具有空间网状结构的高分子化合物。 一般弹性和可塑性较小,而硬度和脆性则较大。一次一般弹性和可塑性较小,而硬度和脆性则较大。一次 加工成型后不再能熔化。加工成型后不再能熔化。 具有耐热、具有耐热、 耐溶剂、尺寸稳定等优点。耐溶剂、尺寸稳定等优点。 如酚醛树脂、硫化橡胶及离子交换树脂等都是体型高如
24、酚醛树脂、硫化橡胶及离子交换树脂等都是体型高 聚物。聚物。 34n 2 2、高分子化合物的物理形态、高分子化合物的物理形态 非晶态链型高分子化合物无确定的熔点,在不同的温度非晶态链型高分子化合物无确定的熔点,在不同的温度 范围内可呈现三种不同的物理形态。范围内可呈现三种不同的物理形态。 即即玻璃态、高弹态和黏流态。玻璃态、高弹态和黏流态。 高弹态高弹态玻璃态玻璃态TgTg黏流态黏流态TfTf黏流化温度黏流化温度玻璃化温度玻璃化温度降温降温升温升温35n 对于非晶态高分子化合物,对于非晶态高分子化合物,TgTg的高低决定了它在室温下的高低决定了它在室温下 所处的状态,以及是否适合作橡胶还是塑料等
25、。所处的状态,以及是否适合作橡胶还是塑料等。nTgTg高于室温的高聚物常称为高于室温的高聚物常称为塑料塑料。nTgTg低于室温的高聚物常称为低于室温的高聚物常称为橡胶橡胶。n用作塑料的高聚物用作塑料的高聚物TgTg要高要高; ;而作为橡胶而作为橡胶,TgTg与与T Tf f 之间温度的差值则决定着橡胶类物质的使用温度范围。之间温度的差值则决定着橡胶类物质的使用温度范围。 36n强度高强度高 n 玻璃钢的强度比合金钢大玻璃钢的强度比合金钢大1.71.7倍,比铝大倍,比铝大1515倍,倍, 比钛钢大比钛钢大l l 倍。倍。 高分子中存在强大的分子间作用力是高分子材料具有高分子中存在强大的分子间作用
26、力是高分子材料具有高强度的主要原因。高强度的主要原因。n耐酸、耐腐蚀耐酸、耐腐蚀 n 高分子化合物的化学反应性能较差,对化学试剂显得高分子化合物的化学反应性能较差,对化学试剂显得比较稳定。比较稳定。n著名的著名的“塑料王塑料王”聚四氟乙烯,其耐酸程度远超过金。聚四氟乙烯,其耐酸程度远超过金。n聚四氟乙烯是优异的耐酸、耐腐蚀材料。聚四氟乙烯是优异的耐酸、耐腐蚀材料。3 3、高分子化合物的特性、高分子化合物的特性37n绝缘性绝缘性 n 高分子中的分子链是原子以共价键结合起来的,高分子中的分子链是原子以共价键结合起来的,分子既不能电离,也不能在结构中传递电子,分子既不能电离,也不能在结构中传递电子,
27、n 所以高分子具有绝缘性所以高分子具有绝缘性 ,电线的包皮、电插座,电线的包皮、电插座等都是用塑料制成。等都是用塑料制成。 高分子可以抗辐射。高分子可以抗辐射。 38(三)合成高分子的命名(三)合成高分子的命名n1 1、在单体前加、在单体前加“聚聚”字,如聚乙烯、聚氯乙烯等;字,如聚乙烯、聚氯乙烯等;n2 2、在简化的单体名称后面加、在简化的单体名称后面加“树脂树脂”二字,如酚二字,如酚醛树脂,它是由甲醛和苯酚缩聚得到的,又如脲醛树脂,它是由甲醛和苯酚缩聚得到的,又如脲醛树脂、环氧树脂等。醛树脂、环氧树脂等。 39复合材料复合材料功能高分子材料功能高分子材料合成橡胶合成橡胶塑料塑料合成纤维合成
28、纤维三、重要有机高分子材料三、重要有机高分子材料三大有机高分子材料(塑料,橡胶,纤维)。三大有机高分子材料(塑料,橡胶,纤维)。根据来根据来源划分源划分纺织纤维纺织纤维的分类的分类天然纤维天然纤维化学纤维化学纤维植物性纤维(纤维素纤维)植物性纤维(纤维素纤维)棉、麻棉、麻动物性纤维(蛋白质纤维)动物性纤维(蛋白质纤维)毛、蚕丝毛、蚕丝人造纤维人造纤维合成纤维合成纤维(Natural Fiber )(Chemical Fiber)(一)、合成纤维(一)、合成纤维1 1、纤维的种类纤维的种类41 天然纤维天然纤维(Natural FiberNatural Fiber)是由自然界中植物、是由自然界中
29、植物、动物和矿物之中获取的纤维。动物和矿物之中获取的纤维。天然纤维天然纤维Natural Fiber植物纤维植物纤维 Plant Fiber 动物纤维动物纤维 Animal Fiber 矿物纤维矿物纤维 Mineral Fiber 42n1 1、植物纤维、植物纤维n是由自然界生长的植物之中提取的纤维,又称之为天然是由自然界生长的植物之中提取的纤维,又称之为天然纤纤n维素维素纤维(纤维(Natural Cellulose FiberNatural Cellulose Fiber)。)。n根据所取的部位不同可分为:根据所取的部位不同可分为:n(1 1)种子纤维()种子纤维(Seed Fiber S
30、eed Fiber ):):n 棉棉(Cotton)(Cotton)、木棉(、木棉(KapokKapok)n(2 2)韧皮纤维()韧皮纤维(Bast FiberBast Fiber):):n 苎麻(苎麻(RamieRamie)、亚麻()、亚麻(FlaxFlax、LinenLinen)、)、n 黄麻(黄麻(JuteJute)、大麻()、大麻(HempHemp)n(3 3)叶纤维()叶纤维(Leaf fiber Leaf fiber ):):n 剑麻(剑麻(Agave fiberAgave fiber)、焦麻()、焦麻(Agotai Agotai )n(4 4)果实纤维()果实纤维(Fruit F
31、iberFruit Fiber):):n 椰子纤维(椰子纤维(Coconut FiberCoconut Fiber )43n2 2、动物纤维、动物纤维n是由动物的毛皮和分泌液获取的纤维,又称之为天然是由动物的毛皮和分泌液获取的纤维,又称之为天然蛋白质蛋白质纤维纤维(Natural Protein FiberNatural Protein Fiber)。)。n 根据所取的部位不同可分为:根据所取的部位不同可分为:n(1 1)毛发纤维()毛发纤维(Hair fiberHair fiber):): n 绵羊毛(绵羊毛(WoolWool)、兔毛()、兔毛(Rabbit HairRabbit Hair)
32、、)、n 骆驼毛(骆驼毛(camelhaircamelhair)、马海毛()、马海毛(mohairmohair)n(2 2)分泌液()分泌液(SilkSilk ):):n 桑蚕丝(桑蚕丝(CultivatedCultivated)、柞蚕丝()、柞蚕丝(tussahtussah)、)、n 蓖麻蚕丝(蓖麻蚕丝(Eria SilkEria Silk)n矿物纤维矿物纤维n采自纤维状的矿石,又称之为天然采自纤维状的矿石,又称之为天然无机无机纤维纤维Natural Mineral FiberNatural Mineral Fiber) (例如:石棉(例如:石棉(AsbestosAsbestos)44 四、
33、四、 化学纤维化学纤维人造纤维人造纤维合成纤维合成纤维化学纤维是指用天然的或人工高分子物化学纤维是指用天然的或人工高分子物质为原料质为原料人工化学处理人工化学处理制成的纤维。制成的纤维。45(一)(一) 人造(再生)纤维人造(再生)纤维n 用纤维素和蛋白质等天然高分子化合物为原料, 经过一系列化学处理和机械加工而制得的纤维。经过一系列化学处理和机械加工而制得的纤维。 人造纤维人造纤维 人造纤维素纤维人造纤维素纤维 人造蛋白质纤维人造蛋白质纤维 462 2、合成纤维、合成纤维n 合成纤维合成纤维是由非纤维类的化工原料合成的纺织品,是由非纤维类的化工原料合成的纺织品, 通常成丝状,是重要的高分子聚
34、合物。通常成丝状,是重要的高分子聚合物。n 合成纤维合成纤维有有优异的化学性能和机械强度优异的化学性能和机械强度,在生活中,在生活中 应用极广。应用极广。n 合成纤维合成纤维与人造纤维的主要与人造纤维的主要区别区别在于在于:合成纤维的:合成纤维的 抽丝原料不再是天然的高聚物,而是合成高聚物。抽丝原料不再是天然的高聚物,而是合成高聚物。 47(1 1)合成纤维的性能)合成纤维的性能: : a. a.原料来源丰富原料来源丰富 苯、二甲苯、乙烯、丙烯、乙炔苯、二甲苯、乙烯、丙烯、乙炔 b.b.强度高、耐磨性好强度高、耐磨性好 c.c.吸水性低、不会发霉、不受虫蛀吸水性低、不会发霉、不受虫蛀 d.d.
35、耐酸耐碱性能好耐酸耐碱性能好 缺点:容易产生静电、吸附灰尘缺点:容易产生静电、吸附灰尘48(2 2)传统的合成纤维)传统的合成纤维(6(6大纶大纶) )1913()1957()1950()1950()1939()1953(氯纶丙纶维纶腈纶锦纶涤纶涤纶(聚酯,PET)、锦纶(聚酰胺,PA)、腈纶(聚丙烯腈,PAN) 49品种主要特性商品名别名优点缺点涤纶的确凉强度高、弹性好、耐蚀耐磨、挺括不皱、免烫快干、良好的电绝缘性吸湿性、透气性不好锦纶尼龙卡普隆耐磨性高、强度高、弹性好、比重小、耐腐蚀、拒霉烂和不怕虫蛀、着色性好、鲜艳夺目耐光性、保型性较差,表面光滑而有蜡状手感腈纶奥纶开司米合成羊毛蓬松、温
36、和、柔软、软化点高、保暖性好维纶人造棉耐磨、吸湿、透气性均佳,耐化学腐蚀、耐虫蛀霉烂、耐日晒等弹性、染色性较差,耐热水性不够好丙纶梅克丽纶帕纶坚牢、耐磨、耐蚀,又有较高的膨松性和保暖性耐光性、耐热性、染色性、吸湿性和手感较差氯纶天美纶罗维尔耐化学腐蚀性、保暖性、难燃性、耐晒性、耐磨性和弹性吸湿性小、易产生静电、耐热性差、沸水收缩率大和难以染色常见合成纤维的特性常见合成纤维的特性50羧基磺基烷氧羰基酯基氨基甲酰基氰基醛基甲酰基羰基羟基氨基COO HCOCOORCOO RNH2CON H2C NCOHCOO HSO3H化学纤维中常见官能团化学纤维中常见官能团51结实耐磨的锦纶结实耐磨的锦纶 化学名
37、称:聚酰胺纤维化学名称:聚酰胺纤维(PAPA) 一、定义:一、定义:大分子链中各链节通过酰胺键大分子链中各链节通过酰胺键 相连的成纤高聚物纺制的纤维相连的成纤高聚物纺制的纤维二、分类:二、分类: 1 1、由二元胺和二元酸缩聚而得:、由二元胺和二元酸缩聚而得: HN(CH HN(CH2 2) )x xNHCO(CHNHCO(CH2 2) )y yCO CO n n酰胺纤维在各国的商品名:酰胺纤维在各国的商品名:中国中国- -锦纶、尼龙锦纶、尼龙 美国美国- -尼龙(尼龙(Nylon)Nylon)德国德国- -贝纶(贝纶(Perlon)Perlon)俄罗斯俄罗斯- -卡普纶卡普纶(Kapron)K
38、apron)日本日本- -阿米纶(阿米纶(AmilanAmilan)命名:尼龙命名:尼龙x(y+2)x(y+2)命名:尼龙命名:尼龙(x+1)(x+1)2 2、由、由-氨基酸缩聚或由己内酰胺开环聚合而得:氨基酸缩聚或由己内酰胺开环聚合而得: NH(CHNH(CH2 2) )x xCO CO n n幻灯片 515219381938年德国的年德国的SchlackSchlack合成出了聚酰胺合成出了聚酰胺6 6,19411941年实现工业化年实现工业化生产。生产。19351935,CarthersCarthers等在实验室制备出了线性聚酰胺等在实验室制备出了线性聚酰胺6666193619371936
39、1937年由杜邦公司通过熔体纺丝法制造出聚酰胺年由杜邦公司通过熔体纺丝法制造出聚酰胺6666纤维纤维尼龙。尼龙。19391939年实现工业化生产年实现工业化生产世界上最早投入工世界上最早投入工业化生产的合成纤业化生产的合成纤维维在我国最早是在我国最早是锦州化纤厂锦州化纤厂开始生产尼龙的,所以称为锦纶。开始生产尼龙的,所以称为锦纶。发展历史发展历史53锦纶大分子的结构:在主链上有酰胺基锦纶大分子的结构:在主链上有酰胺基-CONH-CONH-存在,存在,酰胺基之间又有一定数量的亚甲基酰胺基之间又有一定数量的亚甲基-CH-CH2 2- -,大分子的端基为氨基大分子的端基为氨基-NH-NH2 2和羧基
40、和羧基-COOH-COOH。聚酰胺(尼龙聚酰胺(尼龙-6) n H2N(CH2)5COOH H NH(CH2)5COn OH + (n-1)H2O聚合反应:聚合反应:H2O69%29%54主要优点:主要优点:1 1、耐磨性强耐磨性强 ( (为棉花的为棉花的1010倍,羊毛的倍,羊毛的2020倍倍) )。 2 2、强度高强度高 3 3、质量轻,耐腐蚀,不怕虫蛀,不霉质量轻,耐腐蚀,不怕虫蛀,不霉 4 4、伸缩性强,结实耐磨伸缩性强,结实耐磨主要缺点:主要缺点:1 1、弹性模数比较低,易于变形。、弹性模数比较低,易于变形。 2 2、耐光性、弹性、手感比较差,受热到、耐光性、弹性、手感比较差,受热到
41、 170170开始软化。开始软化。 215215熔化熔化 3 3、透气性和吸湿性都较差。、透气性和吸湿性都较差。5556三、聚酰胺纤维的用途三、聚酰胺纤维的用途1.1.服装用纤维服装用纤维 低线密度长丝多用内衣、运动衣、游泳衣等低线密度长丝多用内衣、运动衣、游泳衣等2. 2. 工业用纤维工业用纤维 工业滤布和造纸毛毡的理想材料,聚酰胺帘布轮胎在汽工业滤布和造纸毛毡的理想材料,聚酰胺帘布轮胎在汽车制造业中占有重要地位。同时可用作渔网、绳索及安全网车制造业中占有重要地位。同时可用作渔网、绳索及安全网等材料。等材料。3. 3. 地毯用纤维地毯用纤维57 锦纶地毯纱锦纶地毯纱58锦纶应用领域锦纶应用领
42、域5960抗皱免烫的涤纶抗皱免烫的涤纶 化学名称:聚酯纤维化学名称:聚酯纤维 HOH2CH2COCOCOOCH2CH2OH()xc a ta lys t2 6 0 -3 0 0 0CnHOH2CH2COCOCOOCH2CH2OH()n x+ (n -1 )H O C H2C H2O HB(PETPET)聚酯纤维的商品名称:聚酯纤维的商品名称:中国中国- -涤纶涤纶 俗称:的确良俗称:的确良 美国美国- -达克纶达克纶 DacronDacron、日本日本- -帝特纶帝特纶 TetoronTetoron、英国英国- -特丽纶特丽纶 TerlenkaTerlenka、前苏联前苏联- -拉夫桑拉夫桑
43、LavsanLavsan。单体原料:对苯二甲酸二甲酯和乙二醇单体原料:对苯二甲酸二甲酯和乙二醇polyester +-HH2O61 电绝缘性优良,不发霉,不怕虫蛀。电绝缘性优良,不发霉,不怕虫蛀。主要缺点:主要缺点: 吸湿性小、易起静电,不透气,容易起毛结球,染色性较差。吸湿性小、易起静电,不透气,容易起毛结球,染色性较差。3个最好个最好抗皱性和保型性比羊毛好,是其他合成纤维不及的;抗皱性和保型性比羊毛好,是其他合成纤维不及的;强度比棉高强度比棉高1倍,比羊毛高倍,比羊毛高3倍,湿强度不低于干强度;倍,湿强度不低于干强度;耐热性和热稳定性也是通用合成纤维最好的。耐热性和热稳定性也是通用合成纤维
44、最好的。 主要优点:主要优点:62涤纶的用途:涤纶的用途:1.1.制衣业:长丝制衣业:长丝常作为低弹丝,制作各种纺织品;常作为低弹丝,制作各种纺织品; 短纤短纤棉、毛、麻等均可混纺,涤纶纱线或织物经过定棉、毛、麻等均可混纺,涤纶纱线或织物经过定 形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等,在使用中经多次洗形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等,在使用中经多次洗 涤,仍能经久不变。涤,仍能经久不变。2.2.工业上:轮胎帘子线,渔网、绳索,滤布,缘绝材料等。工业上:轮胎帘子线,渔网、绳索,滤布,缘绝材料等。 是目前化纤中用量最大的是目前化纤中用量最大的 。 涤纶具有极优良的定形性能。涤纶具有极优良的定形性能。混纺
45、混纺60%60%棉棉+40%+40%聚酯纤维聚酯纤维,的确良,的确良 美观、耐用、舒适又容易洗整的纤维特质。美观、耐用、舒适又容易洗整的纤维特质。63人造羊毛人造羊毛-腈纶腈纶(PAN)(PAN) 化学名称:聚丙烯腈化学名称:聚丙烯腈CNCNCHCH2 2-CH-CHn nnCHnCH2 2=CH=CHCNCN美国称之为阿克利纶美国称之为阿克利纶AcrilonAcrilon和奥纶和奥纶OrlonOrlon64主要优点:主要优点:n1 1、质轻而柔软,蓬松而保暖,外观和手感很像羊毛、质轻而柔软,蓬松而保暖,外观和手感很像羊毛 强度比羊毛高,密度比羊毛小,保暖性和弹性较好。强度比羊毛高,密度比羊毛
46、小,保暖性和弹性较好。n2 2、耐热、耐酸腐蚀,不怕虫蛀和霉烂,高度的耐晒性。、耐热、耐酸腐蚀,不怕虫蛀和霉烂,高度的耐晒性。主要缺点:主要缺点:n1 1、耐磨比其他合成纤维差,弹性不如羊毛。、耐磨比其他合成纤维差,弹性不如羊毛。n2 2、耐碱性较差,吸湿、染色性能不够好。、耐碱性较差,吸湿、染色性能不够好。65物美价廉的维纶物美价廉的维纶 化学名称:聚乙烯醇缩醛纤维化学名称:聚乙烯醇缩醛纤维n主要优点:主要优点: 1 1、性能接近棉花,吸水性非常好,在标准条件下、性能接近棉花,吸水性非常好,在标准条件下 的吸湿率是的吸湿率是4.54.55 5。 。 2 2、密度小,强度和耐磨性较好,比棉纤维
47、高、密度小,强度和耐磨性较好,比棉纤维高5 5倍多。倍多。 3 3、耐酸、耐碱、耐日晒、不发霉、不受虫蛀。、耐酸、耐碱、耐日晒、不发霉、不受虫蛀。n主要缺点:主要缺点: 1 1、弹性差,抗变形能力差,在湿热状态下会发生、弹性差,抗变形能力差,在湿热状态下会发生 收缩。收缩。 2 2、耐光、耐热性较差,不容易染色,织物不够挺括。、耐光、耐热性较差,不容易染色,织物不够挺括。66比水还轻的丙纶比水还轻的丙纶(PP)(PP) 化学名称:聚丙烯纤维化学名称:聚丙烯纤维n主要优点:主要优点: 1 1、密度小,能浮在水面上密度小,能浮在水面上,最轻的合成纤维,密度只有,最轻的合成纤维,密度只有 0.910
48、.91千克千克/ /米米3 3 。 2 2、吸水性小,耐磨性好,耐磨性能仅次于锦纶,不霉不蛀。、吸水性小,耐磨性好,耐磨性能仅次于锦纶,不霉不蛀。 3 3、耐酸、耐碱、弹性较好,强度高,有优良的电绝缘性和、耐酸、耐碱、弹性较好,强度高,有优良的电绝缘性和 机械性能。机械性能。n主要缺点:主要缺点: 1 1、耐光、耐热性较差。、耐光、耐热性较差。 2 2、容易老化,染色困难,这一缺点限制它应用在服饰上。、容易老化,染色困难,这一缺点限制它应用在服饰上。n丙纶经改性后能制成抗老化、着色和吸水性好的特色纤维丙纶经改性后能制成抗老化、着色和吸水性好的特色纤维。67 耐腐防火的氯纶(耐腐防火的氯纶(PV
49、C)PVC) 化学名称:聚氯乙烯纤维化学名称:聚氯乙烯纤维n主要优点:主要优点: 1 1、难燃,遇火不燃烧,离火后自熄。、难燃,遇火不燃烧,离火后自熄。 2 2、化学稳定性好,耐强酸强碱,氧化剂和还原剂。、化学稳定性好,耐强酸强碱,氧化剂和还原剂。 3 3、保暖性很好。、保暖性很好。 4 4、带静电作用很强。、带静电作用很强。n主要缺点:主要缺点:n耐热性差,遇水收缩率大,染色较困难。耐热性差,遇水收缩率大,染色较困难。68特殊弹性的氨纶特殊弹性的氨纶 化学名称:聚氨酯弹性纤维。化学名称:聚氨酯弹性纤维。 是一种具有特别的弹性性能的化学纤维。是一种具有特别的弹性性能的化学纤维。 斯潘德克Spa
50、ndex, Lycra 上式中: OCNRNCO 为二异氰酸酯,通常是芳香族的二异氰酸酯,例如双异氰酸甲苯酯(TDI)或4,4 一甲撑二苯双异氰酸酯(MDI); HO-OH 为二醇化合物,例如聚醚和聚酯二醇; H2NR 一NH2为二伯胺,大多数为乙二胺。 OCONRNCNR NOCONRNCOOHHHHHH69聚合物由脲基结构的硬链段通过氨基甲酸酯基(一NHCOO一)与软链段交替相接的大分子。在这类聚氨酯弹性体中,氨基甲酸酯自身仅起一种辅助性的连接作用。生成的“聚脲氨基甲酸酯”由于脲基间可形成很多较强的氢键结合,使聚合物有很高的强度、模量和耐磨性。 二醇化合物链段氨基甲酸酯结构脲基结构脲基结构
51、氨基甲酸酯结构二醇化合物链段OCONRNCNR NOCONRNCOOHHHHHH70n分子聚集态刚性链段形成的结晶区分布在柔性链段形成的无定形区之中。71 氨纶的主要物理和化学性质:氨纶的主要物理和化学性质:1 1形态形态 聚酯型弹性纤维的截面呈蚕豆状或三角形。聚酯型弹性纤维的截面呈蚕豆状或三角形。2 2强伸性和弹性强伸性和弹性 氨纶的强度很低,但氨纶的伸长很大,氨纶的强度很低,但氨纶的伸长很大, 断裂伸长率达断裂伸长率达450%450%800%800%,并且弹性很好。,并且弹性很好。 高伸长、高弹性是氨纶的最大特点高伸长、高弹性是氨纶的最大特点。3 3吸湿性和染色性吸湿性和染色性 氨纶吸湿性
52、较差,在一般大气条件下氨纶吸湿性较差,在一般大气条件下 回潮率为回潮率为0.8%0.8%1%1%左右。但其染色性能较好。左右。但其染色性能较好。4 4密度密度 氨纶的密度较好,仅为氨纶的密度较好,仅为1 11.3g/cm1.3g/cm3 3,很轻。,很轻。5. 5. 氨纶的耐酸碱性、耐溶剂性、耐光性、耐磨性都较好。氨纶的耐酸碱性、耐溶剂性、耐光性、耐磨性都较好。 19371937年德国拜尔公司试制成功,年德国拜尔公司试制成功,19581958年美国杜邦自行年美国杜邦自行研制并工业化生产。研制并工业化生产。19801980年代后,得到快速发展。年代后,得到快速发展。72 莱卡可自由拉长莱卡可自由
53、拉长4 4至至7 7倍,并在外力释放后,迅速回复倍,并在外力释放后,迅速回复原有长度。它不可单独使用,能与任何其他人造或天然纤原有长度。它不可单独使用,能与任何其他人造或天然纤维交织使用。它不改变织物的外观,是一种看不见的纤维,维交织使用。它不改变织物的外观,是一种看不见的纤维,能极大改善织物的性能,有着出众的伸展性。能极大改善织物的性能,有着出众的伸展性。 莱卡适用范围极广,能给所有类型的成衣增添额外的莱卡适用范围极广,能给所有类型的成衣增添额外的舒适感,包括内衣、定制外套、西服、裙装、裤装、针织舒适感,包括内衣、定制外套、西服、裙装、裤装、针织品等。它大大改善了织物的手感、悬垂性及折痕回复
54、能力,品等。它大大改善了织物的手感、悬垂性及折痕回复能力,提高了各种衣物的舒适感与合身感。提高了各种衣物的舒适感与合身感。73 莱卡在服装方面的优点莱卡在服装方面的优点 1. 1. 任何面料都可以使用莱卡任何面料都可以使用莱卡 莱卡可与各种不同的纤维结合使用,无论是天然还是莱卡可与各种不同的纤维结合使用,无论是天然还是人造纤维,都不会改变面料的外观和质感。如棉针织物、人造纤维,都不会改变面料的外观和质感。如棉针织物、双面羊毛织物、真丝府绸、尼纶织物和不同棉布等。双面羊毛织物、真丝府绸、尼纶织物和不同棉布等。 如如羊毛羊毛 + +莱卡莱卡面料不仅弹性好,而且有更好的合体形、面料不仅弹性好,而且有
55、更好的合体形、保形性、悬垂性和洗后可穿性等;保形性、悬垂性和洗后可穿性等; 棉棉+ +莱卡莱卡不仅具有棉纤维的舒适、透气的优点,还兼顾不仅具有棉纤维的舒适、透气的优点,还兼顾了棉所不具有的弹性好、不易变形的特性,使织物更加贴了棉所不具有的弹性好、不易变形的特性,使织物更加贴身、合体、柔软和舒适等。身、合体、柔软和舒适等。74 2. 2. 极富弹性且不易变形极富弹性且不易变形 含莱卡的服装,具有舒适贴身、活动自如含莱卡的服装,具有舒适贴身、活动自如和长期保持和长期保持形状不变形状不变的特点,满足了当代社会人们对衣着服装的需要。的特点,满足了当代社会人们对衣着服装的需要。3. 3. 莱卡的舒适性莱
56、卡的舒适性 贴身服装不觉紧束;服装张合有度,合体而不拘束,贴身服装不觉紧束;服装张合有度,合体而不拘束,具有更好的悬垂性;童装更是充满活力,穿着后可蹦跳自具有更好的悬垂性;童装更是充满活力,穿着后可蹦跳自如。如。 4. 4. 莱卡的设计特色莱卡的设计特色 无论宽松或窄身的设计,同样的舒适自然;没有折皱,无论宽松或窄身的设计,同样的舒适自然;没有折皱,也不会太宽松,而且完美合身,充分体现简单的美感;时也不会太宽松,而且完美合身,充分体现简单的美感;时刻贴身享受。刻贴身享受。 75n常见化纤特性:常见化纤特性:n一、一、 粘胶粘胶吸湿易染吸湿易染n二、二、 涤纶涤纶挺括不皱挺括不皱n三、三、 锦纶
57、锦纶结实耐磨结实耐磨n四、四、 腈纶腈纶膨松耐晒膨松耐晒n五、五、 维纶维纶价廉耐用价廉耐用n六、六、 丙纶丙纶质轻保暖质轻保暖n七、七、 氨纶氨纶弹性纤维弹性纤维76n常用纤维的性能比较:常用纤维的性能比较:n耐磨性耐磨性n耐日光性耐日光性n强度强度n最轻最轻n弹性最好弹性最好n吸湿性吸湿性n电阻最大电阻最大n易染色易染色n难染色难染色锦纶锦纶腈纶腈纶麻麻丙纶丙纶氨纶氨纶羊毛羊毛氯纶氯纶棉、粘胶、羊毛、蚕丝、锦纶棉、粘胶、羊毛、蚕丝、锦纶丙纶、氯纶、涤纶丙纶、氯纶、涤纶77n合成纤维的名称合成纤维的名称n合成纤维是用煤、石油、天然气为原料,经过化学聚合加工而成合成纤维是用煤、石油、天然气为原
58、料,经过化学聚合加工而成的纤维,所以合成纤维的名称前面都有一个的纤维,所以合成纤维的名称前面都有一个“聚聚”字。字。n(1 1)聚对苯二甲酸乙二酯纤维)聚对苯二甲酸乙二酯纤维 涤纶(涤纶(polyesterpolyester)n(2 2)聚酰胺纤维)聚酰胺纤维 锦纶(锦纶(nylonnylon)n(3 3)聚丙烯腈纤维)聚丙烯腈纤维 腈纶(腈纶(acrylicacrylic)n(4 4)聚丙烯纤维)聚丙烯纤维 丙纶(丙纶(pylenpylen)n(5 5)聚乙烯醇缩甲醛纤维)聚乙烯醇缩甲醛纤维 维纶(维纶(vinylonvinylon)n(6 6)聚氨酯弹性纤维)聚氨酯弹性纤维 氨纶(氨纶(u
59、rethane elasticurethane elasticn fiber/spandex fiber/spandex)n(7 7)聚氯乙烯纤维)聚氯乙烯纤维 氯纶(氯纶(chloro fiberchloro fiber)78生活知识生活知识常用纤维洗涤方法常用纤维洗涤方法尼龙(尼龙(NYLONNYLON):洗后易干,适用一般洗剂,避免长时:洗后易干,适用一般洗剂,避免长时间暴晒,以免衣服变黄,故应晾在阴凉通风处,熨时用间暴晒,以免衣服变黄,故应晾在阴凉通风处,熨时用垫布熨烫温度为垫布熨烫温度为120120度度-130-130度。度。棉棉 (COTTONCOTTON):用肥皂或中性洗衣剂洗涤
60、,勿使用含:用肥皂或中性洗衣剂洗涤,勿使用含荧光剂洗衣粉,不能浸泡漂白剂。棉制品易发霉,因此荧光剂洗衣粉,不能浸泡漂白剂。棉制品易发霉,因此必须保证其干燥再加以收藏,请勿使用烘衣机。必须保证其干燥再加以收藏,请勿使用烘衣机。 羊毛羊毛 (WOOLWOOL):以干洗为最佳清洗方式,如果标示可:以干洗为最佳清洗方式,如果标示可用水洗时,禁用热水、碱性或浓酸洗剂。不太脏时,在用水洗时,禁用热水、碱性或浓酸洗剂。不太脏时,在3030的中性洗剂水中溶解后,再放入洗涤,轻轻搓洗,的中性洗剂水中溶解后,再放入洗涤,轻轻搓洗,不能用刷子洗。洗后自然平放晾干,盖上一层白布再晒不能用刷子洗。洗后自然平放晾干,盖上
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