化学纤维再生纤维及半合成纤维

1关于化学纤维再生纤维及半合成纤维2内容提要：成纤高聚物特征和化学纤维制造概述。化学纤维的分类、性质及检测；常用化纤的特性；纤维鉴别的方法简介。

重点难点：本章是纤维部分特性介绍的最后一章，在性能介绍中注意与前面章节的对比，突出特点的介绍，难点在于综合性。第2页,共78页，2024年2月25日，星期天3概述

1891年，在英国有人将纤维素黄酸酯溶于稀碱中制成很粘的液体纺丝，因其很粘，称为粘胶,制成的纤维称为粘胶纤维，1905年实现工业化生产。从此以后人造纤维开始走上了成功之路，发展到目前这种现状。第3页,共78页，2024年2月25日，星期天4化学纤维的应用民用：大家很熟悉工农业：包装材料，传送带，渔网，绳索交通运输：轮胎帘子线医疗：人造器官，缝合线，手术服等国防：降落伞，军用帐蓬，各种防护服宇航：耐辐射，耐高低温纤维，飞行服，宇宙飞船减速器。第4页,共78页，2024年2月25日，星期天5第一节化学纤维的分类与命名

化学纤维定义：利用天然的或合成的聚合物（polymer）为原料，经过化学方法和机械加工制成的纤维。化学纤维的分类一、按高聚物的来源分二、按内部组成分三、按形态分第5页,共78页，2024年2月25日，星期天6一、按高聚物(polymer)的来源分

1.再生纤维以天然聚合物为原料，经过化学方法和机械加工制成，化学组成与原高聚物基本相同的纤维。（1）再生纤维素纤维如粘胶纤维（最多）、铜氨纤维，原料为木材、棉短绒等。依纤维素溶解成纺丝液的方法命名。

第6页,共78页，2024年2月25日，星期天7（2）再生蛋白质纤维如大豆蛋白复合纤维、牛奶蛋白复合纤维，原料为大豆、牛奶。依蛋白质的来源命名。

还有蚕蛹蛋白复合纤维、再生动物毛蛋白复合纤维等（3）其他再生纤维如再生甲壳素纤维与壳聚糖纤维、海藻纤维等第7页,共78页，2024年2月25日，星期天8

2.合成纤维由低分子物质（煤、石油、天然气及一些农副产品等）经化学合成的高分子聚合物，再经纺丝加工而成的纤维。如涤纶、锦纶（我国的商品名）等。

命名：在单体名称前加“聚”。

3.半合成纤维

以天然高分子化合物为骨架，通过与其他化学物质反应，改变组成成分，再生形成天然高分子的衍生物而制成的纤维。如醋酯纤维、聚乳酸纤维

第8页,共78页，2024年2月25日，星期天9二、按内部组成分（P129页表5-4）（1）聚酯纤维：大分子中均有酯基-COO-（如聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶,polyester,PET）（2）聚酰胺纤维：大分子链上有酰胺键-(CONH)-，如聚酰胺6（锦纶6,nylon6，PA6）、锦纶66。第9页,共78页，2024年2月25日，星期天10

一种单体缩聚而成，单体含有一个端氨基和一个端羧基。

用单体中含有的碳原子数来命名。锦纶6:锦纶66:[NH－(CH2)5CO]n[NH(CH2)6－NHCO－(CH2)4CO]n

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。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。第10页,共78页，2024年2月25日，星期天11（3）聚丙烯腈纤维：主要成分为丙烯腈(85%以上)，腈纶acrylic,PAN。（4）聚乙烯醇纤维：聚乙烯醇缩甲醛纤维，维纶,vinylon,PVA)。

丙烯腈:乙烯醇:乙烯醇缩甲醛:[CH2－CH]n

CN[CH2－CH]n

OH[CH2－CH－CH2－CH]n

OCH2O第11页,共78页，2024年2月25日，星期天12（5）聚丙烯纤维：丙纶（propylene,PP）（6）聚氯乙烯纤维：氯纶(chlorofibre,PVC)

[CH2－CH]n

CH3

[CH2－CH]n

Cl第12页,共78页，2024年2月25日，星期天13三、按形态结构分1.长丝：单丝、复丝与变形丝（弹力丝）

2.短纤维：（1）按长度分布分：等长纤维、异长纤维（2）按长度分：棉型化纤、毛型化纤、中长化纤高弹丝第13页,共78页，2024年2月25日，星期天143.复合纤维在纤维的横截面上有两种或两种以上的不相混合的组分或成分的纤维。常用的为双组分复合纤维，有并列型、皮芯型和海岛型等。第14页,共78页，2024年2月25日，星期天15复合纤维第15页,共78页，2024年2月25日，星期天16复合纤维第16页,共78页，2024年2月25日，星期天174.混合纤维：在纤维的横截面上有两种及两种以上的相混合的组分或成分的纤维。5.异形纤维指经一定几何形状（非圆形）喷丝孔纺制的具有特殊截面形状的化学纤维。异形纤维第17页,共78页，2024年2月25日，星期天18第18页,共78页，2024年2月25日，星期天19第19页,共78页，2024年2月25日，星期天20第20页,共78页，2024年2月25日，星期天216.粗、细、超细纤维

粗特纤维:1.1或1.65tex以上(涤纶，31.86、39μm)

细特纤维:0.044-0.11tex(涤纶，6.37-10μm)

超细纤维:0.044tex(涤纶，6.37μm)以下，超细纤维多用于制造人造麂皮。

第21页,共78页，2024年2月25日，星期天22第二节化学纤维的制造概述一、成纤高聚物的特征

高聚物,由千百个原子以共价键相互联结起来的所组成的分子量很大的物质。

1.聚合度：组成纤维大分子单基的个数n2.分子量：103～107

3.多分散性：聚合度和结构形状有不同的分布第22页,共78页，2024年2月25日，星期天23二、成纤高聚物要满足三个条件

1.线型分子结构：能伸值的分子，支链尽可能少，没有庞大侧基，具备可溶性或可熔融性；

2.适当的分子量：纺丝液具备适当的粘度；

3.凝固后的纤维中，大分子间应该具有足够的结合力。第23页,共78页，2024年2月25日，星期天24三、化学纤维制造过程

高聚物的提纯与聚合→纺丝熔体或溶液的制备→纺丝成形→后加工（牵伸、卷曲、上油、切断）

1.高聚物的提纯与聚合（1）再生纤维提纯，去除杂质。（2）合成纤维聚合，单体聚合成线型高聚物。第24页,共78页，2024年2月25日，星期天25

2．纺丝熔体或溶液的制备

（1）熔体法将高聚物加热成熔体（如涤纶、锦纶、丙纶等）。条件：熔融温度<分解温度（2）溶液法高聚物溶解在溶剂中（如粘胶、维纶、腈纶等）。条件：熔融温度>分解温度,或高聚物为非熔性

第25页,共78页，2024年2月25日，星期天26

3.纺丝纺丝液用计量泵定量供料通过喷丝孔后凝固成丝条的过程称为纺丝。有熔体纺丝法和溶液纺丝法。

（1）熔体纺丝法将熔融的高聚物熔体从喷丝孔喷射到空气中冷却固化。过程简单，成本低，纺丝速度高。涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法。熔体纺丝工艺流程第26页,共78页，2024年2月25日，星期天27

纺丝第27页,共78页，2024年2月25日，星期天28

（2）溶液纺丝法将高聚物溶解于适当的溶剂配成纺丝溶液，将纺丝液从喷丝孔中压出后射入凝固浴中凝固成丝条。根据凝固浴的不同分为湿法与干法两种。

湿法纺丝（Wetspinning）：液体凝固剂固化。纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。

湿法纺丝工艺流程第28页,共78页，2024年2月25日，星期天29

湿法纺丝第29页,共78页，2024年2月25日，星期天30

干法纺丝(Dryspinning)：热空气固化。丝的质量好、成本高、易污染环境（应用少）。维纶、醋酯、氨纶可用此法。干法纺丝工艺流程第30页,共78页，2024年2月25日，星期天31干法纺丝第31页,共78页，2024年2月25日，星期天32

有色纺丝（原液纺丝）：纺丝液+色母粒异形纺丝：非圆形喷丝孔纺丝（3）其他纺丝法异形喷丝孔第32页,共78页，2024年2月25日，星期天334.后加工

经过纺丝工序，高聚物已初具纤维形态，称它“初生丝”。它必须经过一系列后处理加工（后加工）才能得到结构稳定，性能优良，可以进行纺织加工的纤维。

后加工的目的：使纤维具有一定的物理机械性能（强力、伸长、抗静电、抱合力等）。第33页,共78页，2024年2月25日，星期天34短纤维后加工路线：（1）集束：获得大股丝束。（2）拉伸：改变取向度，改善力学性质（如增加强度、降低伸长）。（3）上油：抗静电，减小摩擦。（4）卷曲：提高抱合力，增加可纺性。（5）干燥定形：去除水分，提高结构稳定性。（6）切断：切成规定长度的短纤维。长丝后加工路线：拉伸——加捻——定型——上油——络丝，湿法纺丝的还需进行后处理和漂白。第34页,共78页，2024年2月25日，星期天35四、化纤消光和上油1、化纤消光减少或消除化纤中的强光泽，添加消光剂如二氧化钛，根据消光剂的数量可生产有光、无光和半无光纤维。2、化纤上油化纤上油一方面是纺丝工艺本身的要求，一方面是化纤纺织加工的需要，上油后可提高柔软、润滑性和抗静电性。第35页,共78页，2024年2月25日，星期天36五、弹力丝和膨体纱的加工

1、弹力丝的加工加工方法很多，绝大部分用假捻法加工。（1）假捻法

原理：如果把两端固定的丝条在中间加捻，则在加捻点上、下两段丝条上就形成了捻向相反、捻度相同的捻回。如果把加捻点的下段丝条上的捻向定为加捻。那么加捻点上段丝条上的捻向便是退捻。当把丝条由下向上移动到加捻点以上时，则所得的捻度便退到零，丝条上并不存在真正的捻度。利用化学纤维的热塑性能保存下形成的卷曲状态制成卷曲膨松的弹力丝。第36页,共78页，2024年2月25日，星期天37（2）刀刃擦过法(刮擦法)1932年英国人发明。将加热的单丝或复丝以紧张状态擦过曲率很小的刀刃，纤维贴近刀边一面受压缩，另一面受拉伸，从而形成卷曲。第37页,共78页，2024年2月25日，星期天38（3）填塞箱法又称压缩卷曲法，原丝由喂入轮送入加热管（填塞箱）内，受到高度压缩。并在弯曲情况下受热定形，使纤维形成卷曲形状。填塞箱法可加工粗旦锦纶和丙纶纱线。第38页,共78页，2024年2月25日，星期天39（4）喷气变形法利用喷气方法，使受到冲击的丝条中各根长丝产生弯曲形成随机的环圈，借纤维之间的摩擦而使环圈固定在一定位置上，这种变形加工不需加热定型，可用于不具有热塑性的纤维的加工。第39页,共78页，2024年2月25日，星期天40（5）复合纤维卷曲法选用两种不同收缩性的聚合物复合纺丝，在热处理中因两种组分收缩程度不同而产生卷曲。变形纤维的卷曲形态第40页,共78页，2024年2月25日，星期天41

热塑性腈纶纤维，在加热情况下拉伸，则产生较大的伸长，冷却后固定下来（潜在收缩）－－高收缩纤维A。A和普通纤维混纺制成短纤纱，经过汽蒸加工后，其中A沿长度方向收缩而聚集于纱芯，普通纤维则形成卷曲或环圈而鼓起，使纱结构变得膨松柔软，此即膨体纱。2、膨体纱的加工第41页,共78页，2024年2月25日，星期天42第三节再生纤维再生纤维（也称人造纤维）以天然高分子化合物为原料，经过化学处理和机械加工而再生制成的纤维，化学组成与原高聚物基本相同的纤维。包括再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维及其他第42页,共78页，2024年2月25日，星期天43一、再生纤维素纤维(一）粘胶纤维(Rayon长丝/viscose短纤维)1.概况

粘胶纤维是再生纤维素纤维的主要品种，化学组成与棉纤维相同。由于采用不同的原料和纺丝工艺，可分别制得普通粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维和高强力粘胶纤维等。普通粘胶纤维具有一般的物理机械性能和化学性能。短纤俗称人造棉，长丝俗称人造丝。第43页,共78页，2024年2月25日，星期天442.制造流程

(1)纺丝液的制备木材、甘蔗渣→纯净的纤维素→稀碱处理→碱纤维素→+CS2→纤维素黄酸酯→+NaoH→纺丝液粘胶纤维生产的废气含有二硫化碳和硫化氢,均为对人体有害、污染环境的气体。

(2)成形（纺丝）纺丝液+凝固浴（硫酸、硫酸钠、硫酸锌）普通粘胶：锯齿形皮芯结构强力粘胶：全皮层富强纤维：近乎全芯层第44页,共78页，2024年2月25日，星期天45富强纤维纵横向普通粘胶纵横向纵向平直有不连续条纹第45页,共78页，2024年2月25日，星期天463.粘胶纤维的种类

采用不同的原料和纺丝工艺，可以分别得到普通粘胶纤维，高湿模量粘胶纤维和高强力粘胶纤维等。（1）普通粘胶纤维第46页,共78页，2024年2月25日，星期天47

普通粘胶的特点

断裂强度比棉小；湿强小于干强（干强的40％～50%）,不耐水洗。吸湿性是普通化纤中最好的（通常条件13％，比棉好）。染色性好，色谱齐全，色泽鲜艳。耐碱不耐酸（较棉差）。

悬垂性好，易皱，尺寸稳定性差。耐热性较差，易燃烧。第47页,共78页，2024年2月25日，星期天48粘胶纤维制成的面料和服装第48页,共78页，2024年2月25日，星期天49（2）高湿模量粘胶短纤维

高湿模量粘胶纤维是通过改变普通粘胶纤维纺丝工艺条件而开发。它克服了普通粘胶纤维湿态时被水溶胀，强度明显下降，织物洗涤揉搓时易变形，干燥后易收缩，使用中又逐渐伸长，尺寸稳定性差的缺点。是一种具有较高的强度、较低的伸长度和膨化度、较高的湿强度和湿模量的粘胶纤维。国际人造丝和合成纤维标准局把高湿模量粘胶纤维统称Modal。第49页,共78页，2024年2月25日，星期天50

由于高湿模量粘胶纤维具有优良的物理机械性能，因此有人称它为第二代粘胶纤维。主要有两个品种：

经典高湿模量纤维（波里诺西克polynosic纤维），它的特点是湿态断裂强度和湿模量特别高，但这种纤维生产工艺复杂，成本高，而且断裂伸长较小，勾结强度和耐磨性能较差。我国的商品名称为富强纤维，日本称之为虎木棉。

变化型高湿模量粘胶纤维，这类纤维的勾结强度特别优良，湿模呈低于经典高湿模量纤维，但与棉大致相同。已基本克服普通粘胶短纤维的几项严重缺陷，而且克服了经典高湿模量纤维勾强较差、脆性较大的缺点。其代表是奥地利Lenzing公司的莫代尔（Modal）纤维和山东海龙公司开发的Newdal®纤维。第50页,共78页，2024年2月25日，星期天51Modal纤维Modal是一种具有高湿度模量的纤维素再生纤维，原料采用欧洲的榉木，先将其制成木浆，再纺丝加工成纤维。Modal纤维性能优异，其织物具有丝绸般的光泽和悬垂感，极为柔软。在染色方面，具有优良的可染性及鲜艳的色泽，经多次清洗仍保持绚丽多彩。用兰精Modal纤维与棉花混合将会产生一种类似于丝光工艺的光泽，具有宜人的柔软触摸感觉和悬垂感以及极好的耐穿性。第51页,共78页，2024年2月25日，星期天52（3）强力粘胶纤维强力粘胶纤维结构为全皮层，具有较高的强力和耐疲劳性能。广泛用于工业生产。第52页,共78页，2024年2月25日，星期天53（4）新溶剂法粘胶纤维（Lyocell）（天丝Tencel）

lyocell的生产原料为大自然中的树木。采用专用溶剂直接溶解纤维素后纺制成的粘胶纤维，溶剂可以回收，对生态无害，又被称为21世纪粘胶纤维。lyocell主要特点是：湿强度高（比棉纤维还要高），具有粘胶纤维良好的吸湿性，又有合成纤维那样的高强度。天丝织物尺寸稳定性较好，水洗缩率较小，织物柔软，有丝绸般光泽。第53页,共78页，2024年2月25日，星期天54绿色纤维（lyocell）与传统粘胶纤维的主要生产原材料都是浆粕，粘胶纤维在生产中使用了有害物CS2,生产过程中还产生大量的有害气体H2S，对环境造成了很大的影响。绿色纤维由于无毒溶剂NMMO的使用，在生产过程中没有了水和废气对环境的污染和破坏，废渣中的纤维素也可以天然降解，不会产生任何有害垃圾，是典型的天然绿色材料在绿色生产过程中产出的绿色纤维。生产绿色纤维的主要溶剂NMMO（100％）的消耗约62.4kg/吨纤维，溶剂回收达到了99％，国外技术已达到了99.7％的回收率。第54页,共78页，2024年2月25日，星期天55由于粘胶生产废气量大、排放点多、排放浓度差别大的特点，从经济和技术上考虑很难完全收集并统一处理，要彻底根治废气的污染，将增加大量投资以及运行成本，因此许多粘胶纤维企业的生产线主要以收集高浓度废气并冷凝回收部分CS2为主，对低浓度气体不会考虑深层次的废气处理，甚至粘胶长丝企业基本上就没有废气处理。据说国内粘胶短纤维生产废气处理较好的某厂家，废气处理的投资超过7000万，而且运行成本每天约需8万，CS2回收量达到了投入量的70～80％。其它的粘胶纤维厂家CS2的回收约为投入量的40～50％，。第55页,共78页，2024年2月25日，星期天56为了减轻生产厂区内的环境影响，许多大型粘胶纤维工厂采取以多烟囱、高烟囱、大风量排放，这样似乎达到了排放标准，但毕竟没有解决好环境治理的根本问题，污染的空气仍将侵蚀周边居民，给居民健康造成了极大危害，在厂房和厂区周围的居民区，金属门窗等极易因H2S、二氧化硫等酸性气体的气相腐蚀而生锈，随着人们环保意识的增强，粘胶纤维生产的环境治理如不能得到改善，投资者将面临政府以及当地居民的重大压力。第56页,共78页，2024年2月25日，星期天57CS2对健康的危害性表现在：长期接触CS2后，产生以中枢及周围神经系统损害为主的临床表现。轻度中毒患者早期感觉有头晕、头痛、失眠、多梦、乏力、记忆力减退、易激动、情绪障碍等脑衰弱综合征的表现，并可有食欲减退等消化道症状，及自主神经功能紊乱，表现为心悸、手心多汗、盗汗或性功能减退。H2S是一种神经毒剂，亦为窒息性和刺激性气体，其毒作用的主要靶器是中枢神经系统和呼吸系统，亦可伴有心脏等多器官损害，对毒作用最敏感的组织是脑和粘膜接触部位。长期接触较低浓度的CS2后，产生以中枢及周围神经系统损害为主的临床表现，并影响其他器官。第57页,共78页，2024年2月25日，星期天58粘胶纤维生产中要产生大量的酸性废水、碱性废水和含锌废水，最大的水污染危害是锌离子，废水中锌离子浓度超过2mg/L就对农作物有害，高于10mg/L就对鱼苗及用水的生物有致命的危害，国家水排放标准中锌离子的浓度为5mg/L。在生产过程中每吨纤维耗硫酸锌约16kg，没有处理的污水含锌200mg/L以上，许多企业考虑到投资和成本，采用石灰沉淀后排放，如果要更进一步进行生化处理，水处理成本费约2～3元/吨。第58页,共78页，2024年2月25日，星期天59近年来，由于国外粘胶纤维生产减产，国内外市场需求增加，所以国内粘胶纤维市场十分火爆，我国成为了名副其实的粘胶纤维生产大国，产量约占世界产量的60%以上。一方面粘胶纤维有技术成熟、产品质量好、市场大、经济效益好等优点，给了投资者以丰厚的回报，许多投资者对粘胶纤维项目的前景非常看好。另外一方面，应当清醒地看到，粘胶纤维生产过程对水体和大气的污染是相当巨大的，由于发展中国家对环保的要求和监管还没有发达国家苛刻，所以发达国家粘胶纤维生产线在逐步淘汰并转移到中国和东南亚等国家。第59页,共78页，2024年2月25日，星期天60（二）铜氨纤维

1.概况铜氨纤维是将棉短绒等天然纤维素高聚物溶解在氢氧化铜溶液中，或碱性铜盐的浓氨溶液内，制成纺丝液，再进行湿法纺丝和后加工制成铜氨纤维。第60页,共78页，2024年2月25日，星期天612.结构与性能圆形截面、不完全透明。单丝较细，光泽柔和，有真丝感。柔软（比粘胶好），光泽柔和（圆截面）吸湿接近粘胶染色好湿强高于粘胶工艺复杂（比粘胶）第61页,共78页，2024年2月25日，星期天62第62页,共78页，2024年2月25日，星期天63铜氨丝纵、横向形态第63页,共78页，2024年2月25日，星期天64

（三）竹纤维（竹浆纤维）

是利用竹子为原料，经特殊的工艺处理制取的再生纤维素纤维。由于竹子完全来自于自然，并且竹纤维是可以降解的，又可以完全的回归自然，故该纤维被称为环保纤维。竹纤维横截面形状与粘胶相近，但是与之不同的是截面内呈多孔状，因此竹纤维吸放湿性能极好。竹纤维具有优良的着色性，色彩鲜艳，悬垂性好，回弹性和耐磨性比粘胶好。竹纤维最大的特性是具有天然抗菌性能。第64页,共78页，2024年2月25日，星期天65竹纤维面料由于竹纤维面料吸湿及放湿性能很好，手感柔软舒适光亮感好。再加上物有的抗菌性能，用于制作床上用品非常合适。现已开发出竹纤维被套、枕套、床单、床垫、毛巾被、盖毯等多个品种。第65页,共78页，2024年2月25日，星期天66竹纤维床上用品竹纤维毛巾被成分：60%棉/40%竹；规格：190*140cm；克重：870g

第66页,共78页，2024年2月25日，星期天67竹纤维服装婴儿服成份：50%竹/50%棉

棉毛布

衬衣成份：70%竹/30%天丝

第67页,共78页，2024年2月25日，星期天68竹纤维服装女式针织衫成份：95%竹/5%氨纶弹力汗布

男式棉毛衫裤成份：50%竹/50%棉棉毛布

第68页,共78页，2024年2月25日，星期天69竹纤维服装竹纤维的特殊纤维结构决定了用它制造的袜子具有极佳的导湿排湿功能，再加上类似丝绸般的滑爽感穿着行走倍感舒适。竹纤维袜的特别之处是它具有特异的抗异味性。90%以上的使用者确认竹纤维袜具有确切的抗臭功能。部分使用者穿着后脚汗减少明显，足癣症状明显改善。此优点缘于竹纤维的天然抗菌性。根据权威部门的检测竹纤维对白癣菌等细菌具有抗菌性。

男式运动袜成份：85%竹/15%氨纶

第69页,共78页，2024年2月25日，星期天70二、再生蛋白质纤维

以动物或植物蛋白质为原料经纺丝形成的纤维。主要品种有酪蛋白纤维、大豆蛋白质纤维、玉米蛋白质纤维、花生蛋白质纤维等。比天然羊毛优越之处在于不易皱缩，不易虫蛀，易保存；缺点是保暖性及柔软性较天然羊毛差些，而且强度较低，湿强更差。第70页,共78页，2024年2月25日，星期天71牛奶蛋白纤维牛奶