材料学专业 人造纤维的性能与应用前景

人造纤维的性能与应用前景摘要：人造纤维素纤维具有绿色环保、可循环使用的特点，且某些服用方面的性能优于棉、麻等天然纤维，因而受到广大消费者的喜爱。近年来，随着科学技术的发展，人造纤维素纤维的生产工艺逐年改进，其种类和性能得到优化，生产过程中对环境的污染进一步减小，使用量也逐年增加。本文介绍了常用人造纤维素纤维的种类、性能以及应用前景，研究人造纤维今后的发展状况。关键字：人造纤维；性能；应用前景Propertiesandapplicationprospectsofman-madefibersabstract:Artificialcellulosefibersaregreen,environmentallyfriendlyandrecyclable,andtheirwearingpropertiesaresuperiortothoseofnaturalfiberssuchascottonandhemp,sotheyarepopularwithconsumers.Inrecentyears,withthedevelopmentofscienceandtechnology,theproductionprocessofman-madecellulosefibershasbeenimprovedyearbyyear,andtheirtypesandpropertieshavebeenoptimized.Thepollutiontotheenvironmentintheproductionprocesshasbeenfurtherreduced,andtheusagehasincreasedyearbyyear.Inthispaper,thetypes,propertiesandapplicationprospectsofcommonlyusedman-madecellulosefibersareintroduced,andthedevelopmentstatusofman-madefibersinthefutureisstudied.Keywords:man-madefibers;properties;applicationprospects目录引言： 3一、人造纤维介绍 3二、粘胶纤维的性能研究 42.1粘胶纤维 42.2变性剂物化指标分析 52.3变性剂应用性能分析 62.4结论 6三、其余几种人造纤维的性能分析 63.1性能分析 63.2存在问题 73.3研究现状 73.4结论 8四、人造纤维的应用前景 8引言：随着科学技术的发展，人造纤维素纤维的生产工艺逐年改进，其服用性能也得到良好改善。人造纤维素纤维具有绿色环保、可循环使用多次的特性，并且某些服用方面的性能优于天然的纤维素纤维。近年来，人们对人造纤维素纤维的使用量日益增多，本文主要选取人造纤维中的粘胶纤维为分析对象，同时还分析了莫代尔纤维、莱赛尔纤维、铜氨纤维，通过比较来分析他们的性能，最后也讨论了人造纤维的应用前景。一、人造纤维介绍人造纤维分为再生纤维和化学纤维，其中再生纤维是由木材和草纤维经化学加工制成的粘胶纤维;化学纤维是由石油、天然气、煤炭和农业副产品制成的合成纤维。根据人造纤维的形状和用途，它们可以分为人造丝、人造棉和人造羊毛。主要品种有粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维等。再生纤维可分为再生纤维素纤维、纤维素酯纤维、蛋白质纤维等天然高分子纤维。与化学纤维相比，其性能属于短纤维。以下是再生纤维的介绍:再生纤维素纤维由纤维素制成，其结构为纤维素II。由于耕地的减少和石油资源的枯竭，天然纤维和合成纤维的产量将越来越受到限制。在人们重视纺织品消费过程中的环境保护的同时，再生纤维素纤维的价值也得到了重新认识和探索。目前，再生纤维素纤维的应用获得了前所未有的发展机遇。再生纤维素纤维的发展可分为三个阶段，形成三代产品。第一代粘胶纤维是20世纪初为解决棉花短缺而出现的普通粘胶纤维。第二代高湿模量粘胶纤维自20世纪50年代开始工业化生产。其主要产品有日本开发的木棉虎(后命名为Polynosic)和美国开发的HWM改性高湿模量纤维，以及蓝晶公司在20世纪80年代末采用新技术生产的模量纤维。20世纪60年代末以来，由于合成纤维生产技术的迅速发展、原料的丰富和成本的低廉，合成纤维极大地影响了再生纤维素纤维的市场地位。许多研究机构和企业更加重视新型合成纤维的开发和应用。在此期间，世界上再生纤维素纤维的发展趋于停滞。第三代产品以上世纪90年代引进的天丝短纤维和新细胞长丝为代表。受健康、环保意识、崇尚自然等因素的影响，人们对再生纤维素纤维有了新的认识，新一代再生纤维素纤维的理化性能得到了全面提高。因此，再生纤维素纤维的应用又呈现出快速增长的趋势。一种由天然蛋白质制成的类似羊毛的纤维。羊毛和丝绸是天然的蛋白质纤维。1866年，英国人e·e·休斯(e.e.Hughes)首次成功地用动物胶生产出了合成蛋白质纤维。他在醋酸中溶解动物胶体，在硝酸水溶液中固化并拉丝，然后用亚铁盐溶液反硝化，进一步加工蛋白质纤维，但没有工业化。直到1935年，意大利的弗雷迪才从牛奶中提取酪蛋白，制成人造羊毛。由天然蛋白质制成的蛋白质纤维在性质上与羊毛相似。基本结构单元是氨基酸，它是由酰胺键(肽键)结合在一起的聚合物。与天然羊毛相比，它具有不易收缩、不易虫蛀、不易保存等优点，但其保暖性和柔软性却不如天然羊毛。工业生产蛋白纤维的主要原料是酪蛋白、花生蛋白和大豆蛋白。纤维素酯纤维是指从木材、短纤棉等植物原料中提取的纤维素，以及与有机酸反应合成的纤维素衍生物、纤维素酯，其大分子化学结构仍为纤维素酯结构。蛋白质纤维和其他天然高分子纤维。二、粘胶纤维的性能研究2.1粘胶纤维粘胶纤维在使用过程中，湿态时容易急剧膨胀，湿强度低，湿模量低，导致织物的耐洗性和耐碱性差。碱处理后织物的强度和湿模量显著降低。粘胶纤维生产中,添加变性剂可以抑制再生的纤维素黄原酸的比例可以调整混凝剂成分的扩散速度,高分子聚合物的形成率和纵向速度场中的沉降速度,延迟的再生纤维素,促进纤维皮层厚度的增加,提高纤维的取向,并使主纤维承受更大的延伸,这是非凡的。提高纤维的物理力学性能。向粘胶中添加变性剂可以提高普通粘胶纤维的断裂强度，形成湿模量较高的粘胶纤维。变性剂的加入还能显著提高原纤维的拉伸强度，其应用已成为新一代粘胶纤维生产中不可缺少的环节。变性剂种类繁多，可概括为:脂肪族胺和环脂肪族胺、多胺类化合物、聚氧乙烯及其与脂肪族胺、脂肪族醇、脂肪酸或酰胺、乙烯硫醇、咪唑及其衍生物的缩合物。其中以胺类和聚氧乙烯类衍生物为主。它们大多属于阳离子表面活性剂或两性表面活性剂。活性基团在末端可以有效抑制氢离子渗透到凝胶中，延缓纤维素酯的形成。目前，常用胺类和聚氧乙烯类等混合变性剂使混合变性剂具有独特的性能。我国变性剂的研发落后于世界。国内粘胶纤维生产厂家主要依靠进口。其应用成本高、技术约束强，极大地制约了我国粘胶纤维工业的发展。研究开发粘胶纤维变性剂，将有助于克服制约因素，降低成本，提高粘胶纤维的使用性能，促进粘胶纤维的升级换代。采用柱层析法对进口变性剂MDF的化学成分进行了分析，制备了自制的变性剂MDF。将这两种变性剂应用于纺丝前的黏液中，考察了自制变性剂的应用性能。2.2变性剂物化指标分析根据测试及分析结果，配制变性剂，各组分的质量分数如下:聚乙二醇HO(CH2CH2O)8H3%、脂肪醇聚氧乙烯醚CH3(CH2)6CH2OCH2CH2O(CH2CH2O)5H8%、脂肪胺聚氧乙烯醚CH3(CH2)10CH2NHCH2CH2O(CH2CH2O)9H48%、脂肪胺聚氧乙烯醚CH3(CH2)16CH2NHCH2CH2O(CH2CH2O)14H31%、其余为水。对样品MDF及自制变性剂进行物性指标测试。自制变性剂的各项物性指标与样品MDF相比，性能良好，可达到较小的润湿时间、表面张力和挥发损失。2.3变性剂应用性能分析将自制的MDF和自制的变性剂分别应用于粘胶纤维的生产中，确定了粘胶纤维的性能指标。自制的变性剂用于粘胶纤维生产，完全满足生产需要。该产品的性能优于样品。自制改性剂形成的粘胶纤维具有较好的断裂强度和断裂伸长率，湿模量较高，符合高湿模量粘胶纤维的产品指标。2.4结论以水为溶剂，自制变性剂。测试表明自制变性剂具有良好的物性指标，润湿渗透性可达5.185s，表面张力达到27.61mN/m，挥发损失为0.004。该自制变性剂应用于粘胶纤维生产中，提高了产品性能。其产品的干、湿断裂强度分别为3.59和2.18cN/dtex，干、湿断裂伸长分别为14.10%和14.33%，纤维湿模量(×20)可达到14.60cN/dtex。三、其余几种人造纤维的性能分析3.1性能分析粘胶纤维具有z形截面和少量的纵向横条。它是由纤维在再生过程中拉伸、缠绕、干燥和收缩而形成的一种独特的纤维形式。模态纤维截面呈哑铃形，纵向横纹较少。在成形过程中，还会产生机械张力，如张力、卷绕、干燥和收缩等。台湾台华集团生产的小纤维、铜氨纤维、台华模态纤维的截面为圆形或近似圆形，纵向无明显条纹。图2-6为扫描电镜下3000倍放大场下各纤维的截面形貌。再生纤维素纤维的微观结构受纺丝工艺的影响，在结晶度、聚合度和取向度等方面存在差异。再生纤维素纤维的聚合度、结晶度和取向因厂家生产工艺的不同而不能完全确定，国内一些厂家生产的纤维结晶度相对较低。结果表明，几种再生纤维素纤维的结晶度不同，因此其宏观性能也不同。然而，x射线衍射只能检测单一纯度纤维的结晶度，检测成本较高。针对我国再生纤维素纤维结晶度不固定的现状，用结晶度试验法测定纤维结晶度存在一定的误差。3.2存在问题近年来，学者们对再生纤维素纤维的定性分析做了大量的研究，其中大部分集中于对圆形小纤维和铜氨纤维的鉴别。目前，对再生纤维素纤维的定性标准原则是一致的。首先，通过燃烧、溶解和熔点测定纤维素纤维。然后根据纤维的横截面形态对具体类型进行定性分析(如粘胶纤维横截面呈锯齿状，纵向有少量横条纹)。由于不同厂家采用的生产工艺不尽相同，所生产的再生纤维素纤维的形态也会与标准上标注的不同。有些纤维介于粘胶纤维和模态纤维之间，不能根据标准规定的形状给出准确的定性结果。此外，根据目前的方法标准，无法对上述近圆形细纤维、铜氨纤维和台式模态纤维进行定性表征。3.3研究现状隋树香和其他人提出,较小的纤维和铜氨纤维的识别是基于事实,大多数的小纤维颤动的属性,并通过机械外力的作用,纤维性颤动的小纤维增加,从而达到识别的目的。然而，这种方法并不适用于所有较小的纤维。一些较小的纤维不具有纤维性颤动，也不能通过机械外力产生纤维性颤动。赵玲、李菊竹提出通过测定铜离子浓度来鉴别较细纤维和铜氨纤维。测试原理是铜氨纤维在纺丝过程中会附着在铜氨溶液中的一些铜离子上，使铜离子在纤维上的浓度高于在较小纤维上的浓度。然而，这种方法存在很多干扰因素，其中两个更重要的原因是:1。铜氨纤维是在纺丝过程中产生的。在印染过程中，染料和助剂中会引入一些铜离子，影响测试结果。此外，李菊竹还提出，通过测定纤维在碱溶液中的膨胀性能(根据膨胀率)，来鉴别较细纤维和铜氨纤维。需要在短时间(30秒)内测试100根纤维，但没有考虑30秒内纤维直径是否发生剧烈变化，以及后续染整对纤维膨胀的影响。一些研究人员提出用染色剂对纤维进行染色，并根据纤维染色效果的不同进行定性分析。然而，目前还没有有效的染色剂可以使不同的纤维呈现不同的染色效果，染料和助剂对织物的染色效果也会受到影响。3.4结论随着再生纤维素纤维的日益广泛应用，其优良的性能也受到消费者的青睐。纯再生纤维素纤维及与其他纤维混纺产品的比例逐年增加。然而，人们仍然不能准确地识别再生纤维素纤维的类型，特别是对较细纤维和铜氨纤维的识别。因此，这些问题需要纤维研究人员和纤维检测人员进行进一步的研究和解决，为识别不断增长的市场提供有力的依据。四、人造纤维的应用前景随着发展中国家的崛起和庞大的中产阶级的出现，这将给人造纤维行业带来前所未有的市场前景。这也表明贫困的减少和繁荣的增加。据台湾媒体报道，2010-2020年，印度、中国和南亚的人造纤维需求将增长43%，东欧和土耳其的需求将强劲增长。但媒体将2007年的预测与2002年的预测进行了比较，发现它们低估了中国内地的生产率。因为他们发现，过去10年，中国大陆人造纤维的消费量增长了两倍。如果中国大陆继续像今天这样发展下去，在不久的将来，将有2.4亿到2.9亿人进入中产阶级，大约五分之二的人口将成为中产阶级。此外，中国大陆可能产生超过32万的百万富翁，占世界总人口的0.1%。在印度，中产阶级估计在2.5亿到2.5亿之间，大约有8.3万名百万富翁。在欧洲和北美，由于人口增长缓慢，人均纤维消费量保持不变，由于这两个地区人口老龄化严重，对医疗保健和医用纺织品的需求急剧增加，从而为该行业带来了市场潜力。由于能源和原材料的成本进一步提高，节能型纤维如碳素纤维和技术类纺织品将进入需求的良性循环期。诸如汽车用纤维也将保持旺盛的需求，但由于汽车技术不断改进，带有纤维的汽车零配件产品将退出市场。历史上，人口增长与经济繁荣几乎是一致的，但由于能源和原材料已经成为主流趋势的两个重要因素，人造纤维行业也将受制于这两个因素。法曼解释说，对合成纤维的需求已经成为一种商品，人类不能离开它去吃、穿、住和运输，而且大多数纤维产品都直接与人体接触，因此产品的经济性、环保性和有害指标都将成为未来的主要议题。未来的纺织品市场不仅依赖于人类的购买热情,更在于其绿色环保和生态性能。由此可以认定，未来的人造纤维前景不仅取决于经济景气度，更取决于人造纤维的绿色环保性能，而生态型产品将会像火箭发射般迅速走红市场。目前，约有130种纺织产品获得欧盟生态商标通过，但这一数字可望迅速改变:因为，绿色商标产品与其他趋势紧密相连。专门化产品和有区别的产品可能独占鳌头。比如，休闲服和运动服产品真正实现了专业化和区别化。还有，骑车兜风在西方盛行.汽车兜风要有专门的服装，长途跋涉和徒步旅行也需要专门的外衣.这样更多的专门化生产将应运而生.面入造纤维商需要对特殊专业产品市场具有敏感性，否则他们就不会成功。例如，医疗纺织品和休用纺织品就有很大的区别.其产品的保湿性到底符合哪一种，就必须费有独特的视角.为此.许多厂家开始启用先进的技术。毫无疑问，人造纤维产品的开发周期和进入市场的时间在未来将会进一步缩短。化纤工业的发展主要受上游原料和下游纺织工业的影响。这给化纤工业的发展带来了光明。2004年，中国纺织服装出口已达900亿美元左右。纺织工业的发展为化纤的应用提供了更