东华大纺织材料学课件04化学纤维

第四章:化学纤维12/24/20251纺织与材料学院纺织工程系内容提要：

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。

解决方法：

采用对比、归纳教学法，突出重点，如长度、细度、强度、形态特征等内容到此建立完整的体系，使学生的理解和思维方法进一步得到提升。

12/24/20252纺织与材料学院纺织工程系第一节：化纤概况第二节：化纤性能检验第三节：常见化纤特性简述（普通纤维）

第四节：纺织纤维的鉴别

12/24/20253纺织与材料学院纺织工程系一、化学纤维的诞生与应用化学纤维的问世，结束了人类几千年来只将天然纤维作为唯一纺织原料的历史。为纺织工业提供了一个稳定的，持续发展的原料来源。使人类的穿衣状况得到了非常巨大的改善。

由于是人工产品，所以其性能不象天然纤维那样性能是天生的，有限的，而是可以人为改变和控制的，可以制得各种不同性能的纤维，因而在民用、工农业、交通运输，国防，医疗及尖端科学领域等方面具有广阔的用途。

第一节：化纤概况12/24/20254纺织与材料学院纺织工程系民用：大家很熟悉，强度高，比重轻，耐磨损，不霉蛀，易洗快干等。

工农业：包装材料，传送带，渔网，绳索等。

交通运输：轮胎帘子线。

医疗：人造器管，缝合线，消毒纱布，卫生用品

国防：炮衣，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。

12/24/20255纺织与材料学院纺织工程系长久以来，为了满足人类穿着日益增长的需要，人们一直在寻找更多的纤维材料来源。蚕丝是自然界唯一可供利用的长丝，而且它的形成独具一格——由液体状变成固体状。我国早在南宋，就有记载，周去非的《岭外代答》一书记述，广西某县枫树上有“食叶之虫”称做“丝虫”，它的外形“似蚕而呈赤黑色”，每当五月（农历）间“虫腹如蚕之熟”，当地人就捉回用醋浸渍，然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝，一虫可得丝长6-7尺，这种从野蚕身上抽丝的方法，堪称是人类人工制丝技术最早的事实。

12/24/20256纺织与材料学院纺织工程系到十八世纪人们想到蚕吃了桑叶能吐出丝，那为什么不能用人工方法，把桑叶制成跟蚕丝相似的纤维呢？后来人们测定了蚕丝和桑叶的组成，发现：桑叶中大量含有碳、氢、氧三元素，而蚕丝中除含有上述元素外，还含有氮。这一发现，启发人们用硝酸来处理纤维素来增加氮的部分。1884年在法国制得硝酸纤维。但因其容易燃烧，加上成本贵，又没多少纺用价值，所以问世不久便停产了，但它毕竟是人类历史上第一次人工制造的纤维。

12/24/20257纺织与材料学院纺织工程系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，故称为粘胶，制成的纤维称为粘胶纤维。它在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。可以说人造纤维的制造成功是仿生学的应用的成功。

12/24/20258纺织与材料学院纺织工程系二、种类和分子组成

（一）人造纤维

1、粘胶纤维：以木材，棉短绒，芦苇，甘蔗渣等植物纤维素为原料制成。

（简介最近发展的几个新品：Modal，Tencel，竹子纤维）

2、人造蛋白质纤维：大豆纤维（不是纯蛋白）。

12/24/20259纺织与材料学院纺织工程系（二）合成纤维

（按教材第170页表3-1，了解制造化纤的主要原料）

1、普通合成纤维（按教材第173页表3-2介绍类名，具体纤维名，组成单体，结构学名，商品常用名，时间约10分钟）

2、特种纤维

（1）氨纶（莱卡）。弹性纤维。

（2）芳纶。耐高温、高绝缘、高强度

（3）氟纶。耐腐蚀纤维

（4）导电纤维。金属的，复合的。

（5）碳纤维。复合材料的骨架增强材料

12/24/202510纺织与材料学院纺织工程系（三）改性纤维：合成纤维可按我们的需要来生产，它可制成作一般用途的普通纤维，也可制成具有特殊性能的特种纤维，普通纤维制造简单方便，价格也低廉，但他们往往在吸湿性，染色性，抗静电性，抗污性及抗起毛起球等性能比较差，需要加以改善。

12/24/202511纺织与材料学院纺织工程系改性方法：

1、化学改性：（1）接枝，（2）共聚，（3）纤维化学处理。改善纤维的吸湿，染色性，抗静电性，难燃性等。

2、物理改性：

（1）改变喷丝孔的形状——异形纤维

（2）改变纤维伸直为卷曲——变形纤维

（3）不同聚合物从同一喷丝孔喷出→复合纤维

改善：膨松性，伸缩弹性，光泽，抗污等，增强特性或功能。

12/24/202512纺织与材料学院纺织工程系三、化学纤维的制造

大体分为：纺丝液的制备，纺丝成形，后加工三个过程。

（一）纺丝液的制备

要将成纤高聚加工成纤维，则必须首先把它制成一种粘稠的液体——纺丝液，但不是所有的高聚物都可加工成纤维。成纤高聚物要满足三个条件：

（1）线性分子结构；（2）适当的分子量；（3）凝固后的纤维中，大分子间应该具有足够的结合能。

12/24/202513纺织与材料学院纺织工程系纺丝液的制备方法：目前最主要的有熔体法和溶液法两种。

为了使纺丝液具有均匀和良好的纺丝性能，纺丝液还必须进行混合，过滤，脱泡等工序，然后送去纺丝。在纺丝液中加入不同量的消光剂（二氧化钛），可生产不同光泽的纤维：有光，半光，无光。加入颜料，可生产色牢度很好的有色纤维。

12/24/202514纺织与材料学院纺织工程系下面的照片是不同光泽度的纤维，清晰可见消光剂。

12/24/202515纺织与材料学院纺织工程系（二）纺丝成形：

按纺丝液制备方法不同，分熔体纺丝法和深液纺丝法。

1、熔体纺丝：（画示意图）

2、溶液纺丝：

（1）湿法纺丝

（2）干法纺丝

12/24/202516纺织与材料学院纺织工程系除了上述三种最常用，最基本的方法以外还有一些新的纺丝方法。

热压法：（加热温度低于熔点，使软化，用高压使其从孔中喷出，冷却成形，用于熔化即分解，而暂行找不到适当溶剂的那些高分子物）。

裂膜成纤法：高分子物熔融挤压为薄膜，用切刀或针刺使之破裂成条，如丙纶扁丝。

12/24/202517纺织与材料学院纺织工程系喷射纺丝：纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速气流喷吹，并进行高倍拉伸，使纤维直径小于0.5-3μm，成超细纤维。

复合纺丝：由两种或两种以上纺丝液，按一定比例，复合喷丝，形成多组分复合纤维。

异形纺丝：改变喷丝孔形状，得各种异性纤维。

高速纺丝：POY丝

12/24/202518纺织与材料学院纺织工程系（三）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）才能得结构稳定，性能优良，可以进行纺织加工的纤维。

12/24/202519纺织与材料学院纺织工程系以短纤维后加工路线为例来说明。

①集束→②拉伸（关键工序，产生不同力学类型纤维）→③上油（介绍目的作用）→④卷曲（解释为什么要加卷曲）→⑤干燥热定形（这是第一次接触‘热定型’一词，注意解释：热定形是为了消除纤维在拉伸时所产生的内应力，确保结构在后期使用中的稳定性，以提高纤维的尺寸稳定性，保持卷曲效果，改善机械性能和其它物理性能。）→⑥切断、打包（按成品要求切成不同的长度规格（解释三种类型，注意内容更新），打包入库，准备售出）

12/24/202520纺织与材料学院纺织工程系第二节化纤性能检验

一、长度：

化纤的长度是可以人为控制的，分两大类：等长纤维和异长纤维

1、等长纤维（棉型化纤）的长度测定

由于加工机械不良可能使其中含有超长、倍长纤维（解释概念），用它们的含有率来表示，是疵点，所以含有率越高，说明质量越不好。

12/24/202521纺织与材料学院纺织工程系（1）中段切断称重法：

式中：Ln——平均长度（mm）；W——纤维总重（mg）；Wc——中段重（mg）

Lc——中段长度（mm）。

（2）手扯法：用手扯法将纤维整理成两端平齐的纤维束，在用钢尺量取其长度。（异长纤维不能用此法）

12/24/202522纺织与材料学院纺织工程系2、异长纤维（毛型化纤）的长度测定

实际产品表明，具有一定长短差异的纤维，纺出的纱线品质比等长纤维纱好。

（1）梳片式长度仪：方法与毛纤维的类似。

（2）单根测量：测得根数加权平均长度Ln。[Lg=Ln（1+CVn2）]

（3）电子自动化仪器测量

12/24/202523纺织与材料学院纺织工程系二、细度：

在棉纤维细度一节中我们讲过：Nm、Tex、D、M、d对于化纤除M不用外，剩下的全都可用。（单丝、复丝的表示方法有区别）。

1．振动测量法：

有关细度测量方法已在棉纤维、毛纤维一章中详细介绍，均适用于化纤。

12/24/202524纺织与材料学院纺织工程系介绍一种对化纤较适用的细度测量方法。

纤维两端夹持，由仪器在纤维上施加一横向振动，使纤维产生共振，此时，可用下面的公式计算：

式中：N----纤维的线密度(g/cm)；P----张力（cN）；L----纤维的长度(cm)；

f----共振频率（Hz）12/24/202525纺织与材料学院纺织工程系对于异形纤维，也可用Tex，D来表示细度，但在同样D数情况下，与园形截面的纤维相比粗细感不同。（周长一定时，园的面积最大，反过来，同样面积的情况下园的周长最小）此外，纤维的光泽，抗起球，抗活，膨松性，保暖性也有很大改变。

12/24/202526纺织与材料学院纺织工程系异形程度的大小对上述性能起决定性作用，异形度的微小变化，光泽产生显著差异，抗弯，耐磨等物理机械性能也会发生变化，在化纤生产时必须严格控制异形度的大小和均一性，对异形纤维，异形度是主要指标之一。

同样，中空纤维也有类似情况。

除教材第215~216页的3-15、3-16、3-17三个公式外，再增加两个指标：

异形度（%）=（1-

）×100中空度（%）：=

12/24/202527纺织与材料学院纺织工程系三、密度：

密度是化纤物理性能的重要参数之一，利用它可研究纤维内部大分子的排列状况，结果程度，化纤制造工艺是否正常及对纤维结构的影响，对纺织工艺也有一定的影响。

各种纤维的密度见教材第217页表3-8（注意“干燥”两字）

根据纤维的密度可计算出，纤维的结晶度：（教材第218页的公式3-19）

测量密度的方法很多，常用的是密度梯度法（简述原理）12/24/202528纺织与材料学院纺织工程系四、卷曲：

提高纤维间的抱合力，提高可纺性，同时也增加纤维的弹性及对织物的风格也有一定影响，表征卷曲性能的指标有以下几个：

1、卷曲数=

2、卷曲率=（%）（表示卷曲波的深度）个/厘米（表示卷曲的密度）12/24/202529纺织与材料学院纺织工程系3、剩余卷曲率或卷曲回复率=

4、卷曲弹性率=

五、其它性能检验：

含油，回潮，强伸度（拉伸，湿态，钩接、打结强度），疵点等。（%）（表示卷曲的耐久牢度）（%）（表示卷曲的恢复能力）12/24/202530纺织与材料学院纺织工程系第三节常见化纤特性简述（普通纤维）一、粘胶（吸湿易染）：

是人造纤维素纤维，由溶液法纺丝制得，由于纤维芯层与外层的凝固速率不一致，形成皮芯结构——横截面切片可明显看出。粘胶是普通化纤中吸湿最强的，染色性很好，穿着舒适感好，粘胶弹性差，湿态下的强度，耐磨性很差，所以粘胶不耐水洗，尺寸稳定性差。比重大，织物重，耐碱不耐酸。

用途广泛，几乎所有类型的纺织品都会用到它，如长丝作衬里、美丽绸、旗帜、飘带、轮胎帘子线等；短纤维作仿棉、仿毛、混纺、交织等

12/24/202531纺织与材料学院纺织工程系二、涤纶（挺括不皱）：

强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性很好（仅次于腈纶），曝晒1000小时，强力保持60-70%，吸湿性很差，染色困难，织物易洗快干，保形性好。“洗可穿”

用途也较广：长丝——常作为低弹丝，制作各种纺织品；短纤：棉、毛、麻等均可混纺，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。

12/24/202532纺织与材料学院纺织工程系三、锦纶（结实耐磨）：

最大特点是结实耐磨，是最优的一种。

密度小，织物轻，弹性好，耐疲劳破坏，化学稳定性也很好，耐碱不耐酸

最大缺点是耐日光性不好，织物久晒就会变黄，强度下降，吸湿也不好，但比腈纶，涤纶好。

用途：长丝，多用于针织和丝绸工业；短纤，大都与羊毛或毛型化纤混纺，作华达呢，凡尼丁等。工业：帘子线和渔网，也可作地毯，绳索，传送带，筛网等。

12/24/202533纺织与材料学院纺织工程系四、腈纶（膨松耐晒）：

腈纶的性能很象羊毛，所以叫“合成羊毛”。

腈纶在内部大分结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶晶区，但有高序排列与低序排列之分。由于这种结构使腈纶具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度小，比羊毛还小，织物保暖性好。

12/24/202534纺织与材料学院纺织工程系腈纶：耐日光性与耐气候性很好（居第一位），吸湿差，染色难。

纯粹的丙烯腈纤维，由于内部结构紧密，服用性能差，所以通过加入第二，第三单体，改善其性能，第二单体改善：弹性和手感，第三单体改善染色性。

用途：主要作民用，可纯纺也可混纺，制成多种毛料、毛线、毛毯、运动服也可：人造毛皮、长毛绒，膨体纱，水龙带，阳伞布等。

12/24/202535纺织与材料学院纺织工程系五、维纶（价廉耐用）：

最大特点是吸湿性大，合成纤维中最好的，号称“合成棉花”。强度比锦、涤差，化学稳定性好，不耐强酸，耐碱。耐日光性与耐气候性也很好，但它耐干热而不耐湿热（收缩）弹性最差，织物易起皱，染色较差，色泽不鲜艳。

用途：多和棉花混纺：细布，府绸，灯芯绒，内衣，帆布，防水布，包装材料，劳动服等。

12/24/202536纺织与材料学院纺织工程系六、丙纶（质轻保暖）：

最轻的纤维。它几乎不吸湿，但具有良好的芯吸能力，强度高，织物尺寸稳定，耐磨弹性也不错，化学稳定性好。但：热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损。

用途：可以织袜，蚊帐布，被絮，保暖填料、尿布湿等。工业上：地毯、渔网，帆布，水龙带，医学上带代替棉纱布，做卫生用品。

12/24/202537纺织与材料学院纺织工程系七、氨纶（弹性纤维）：

弹性最好，强度最差，吸湿差，有较好的耐光、耐酸、耐碱、耐磨性。常用纤维的性能详见教材第240~251页，课后大家多看看。

12/24/202538纺织与材料学院纺织工程系第四节纺织纤维的鉴别纺织纤维有共性也各有特性，进行纤维鉴别，则是利用纤维各自的特性或个性加从区别，（利用各种纤维在某些性能或外观形态上的差异，将它们区别开来。）

鉴别纤维的方法很多，有的粗略些，有的详尽些。

12/24/202539纺织与材料学院纺织工程系一、手感目测法：

前面我们已经做过的“纤维认识实验”中，有一项目就是“手感目测法”这种方法相当实用，除感知材料的性能外，还可用来鉴别纺织材料。

这种方法可有效地鉴别天然纤维——棉、毛、丝、麻，对化学纤维则显得无能为力（除普通粘胶外）