湖工院纺织材料学课件03化学纤维

Chapter3Manmadefibers

化学纤维Fibersareeithermadebynatureorbyman.Thedevelopmentofman-madefiberswasgeneratedbyadesiretomakefiberswithoutthedeficienciesofthenaturalfibers.Anexampleisafiberwithnaturalwash-and-wearproperties.Anotherexampleisafiberthatisverystrongandalsohasexcellentwearability.Allman-madefibersareproducedoriginallyasfilamentfibers.Sometimestheyremainso,butoftentheyaremadeintoshortlengthsfrom1-1/2to6-1/2inches.Whenthisoccurs,thefibersarecalledstaplefibers.3.1化学纤维的分类1）按高聚物的来源分

：

①

再生纤维：是以天然聚合物为原料，经过化学和机械方法制成的，化学组成与原高聚物基本相同的化学纤维。

②

合成纤维：以石油、煤、天然气及一些农副产品等低分子作为原料制成的单体后，经人工合成获得的聚合物纺制成的化学纤维。（2）按内部组成分

①

聚酯纤维（PET）聚对苯二甲酸乙二酯纤维(涤纶)(大可纶)

②聚酰胺纤维（PA）(锦纶)(尼龙)

③聚丙烯腈纤维（PAN）(腈纶)

④聚乙烯醇缩甲醛纤维（PVA）(维纶)

⑤聚丙烯纤维（PP）(丙纶)

⑥聚氯乙烯纤维(氯纶)

⑦

聚氨酯纤维(氨纶)按形态结构分

①

长丝：化学纤维加工的连续丝条，不经过切断工序。又分为单丝、复丝与变形丝。

②短纤维：化纤在后加工中切断成为各种长度规格的短纤维。(30-40棉)(70-150毛)(51-65中长)

③异形纤维：是指经一定几何形状（非圆形）喷丝孔纺制的具有特殊截面形状的化学纤维。④复合纤维：由两种及两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物，经复合纺丝法纺制成的化学纤维。分并列型、皮芯型和海岛芯等。⑤超细纤维：指单丝线密度较小的纤维，又称微细纤维。根据线密度范围又可划分为：细特纤维(0.44～1.11dtex)；超细特纤维（0.011～0.44dtex）按用途分：

①普通纤维：

②特种纤维：是指具有特殊的物理化学结构、功能或用途的化学纤维，其某些技术指标显著高于常规纤维。

包括：1、具有特殊力学性能的纤维

2、具有特殊热学性能的纤维

3、具有化学稳定性的纤维

4、具有特殊物理性能的纤维

5、具有特殊物化性能的纤维

6、具有特殊生物性能的纤维如：耐高温纤维、耐辐射纤维、高湿高模纤维等。3.2化学纤维的制造一般经历三个过程：纺丝液的制备——纺丝——后加工（1）纺丝液的制备熔体法：将高聚物加热到熔点以上，使其熔融成较稳定的粘性流动的纺丝熔体。如：涤纶、锦纶、丙纶、乙纶。

原因：熔融温度＜分解温度

溶液法：用适当的溶剂将高聚物溶解成具有一定粘度的纺丝液。

如：粘胶纤维、醋酯纤维、腈纶、氯纶、维纶。

原因：熔融温度＞分解温度（2）纺丝

熔体纺丝：使熔融的成纤高聚物熔体从喷丝头细孔中喷出在周围空气中（或水中）冷却凝固成丝的方法

。

优点：过程简单、纺丝速度高。

溶液纺丝有：

Meltspinning溶液纺丝有：

a.湿法纺丝：

纺丝液从喷丝头喷出后在液体凝固剂中固化成丝方法。例：粘胶、腈纶。

特点：喷丝孔数多、速度慢。

b.干法纺丝：

纺丝液从喷丝头喷出后，在热空气因溶剂迅速挥发而凝固成丝的方法。例：维纶、醋酯纤维

。

特点：质量好、成本高、易污染环境（较少采用）。3）后加工目的：使纤维具有一定物理机械性能（强力、伸长、抗静电、抱合力等）。因为初生纤维(刚从纺丝机上下来的纤维)未经过拉伸、热定型等后加工过程，内部结构不稳定。所以强度低、伸长大、弹性差，不具有纺纱价值。3.3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。（1）中段切断称重法：

平均长度短纤维率超长纤维率倍长纤维率Wo----纤维总重(mg)Wov----超长纤维重(mg)Wc----中段纤维重(mg)Wt----切下纤维束两端重量合计(mg)Ws----梳下短纤维重量(mg)Lc----中段纤维长度(mm)Ls----短纤维界限(mm)Lss----最短纤维长度(mm)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。

（3）电子自动化仪器测量二、细度：

在棉纤维细度一节中我们讲过：Nm、Tex、D、d对于化纤全都可用。1．振动测量法：

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）

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。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：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，结合程度，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）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：（表示卷曲波的深度）（表示卷曲的密度）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）3.4常见化纤特性简述一、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

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。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。

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。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。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。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。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。

3.5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。

一、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），特别是改性纤维的大量出现，只能告知我们某原料是天然还化学纤维。

二、燃烧法

根据各种纤维在烧烧中所表现出来的燃烧状态，加以区别，对燃烧性状接近者，不能加以区别（举例）。

纤维类别纤维素纤维蛋白质纤维合成纤维*接近火焰不熔不缩收缩收缩、熔融在火焰中迅速燃烧渐渐燃烧熔融燃烧离开火焰后继续燃烧不易延烧继续燃烧残留物形态细腻灰白色松脆黑灰硬块气味烧纸味烧毛发臭味特殊气味三、显微镜观察法

见教材第229~234页图3-23

通过纤维纵向与横截面在外形上的特征加以区别

四、着色法

同一化学试剂，不同纤维可能显出不同的颜色（未染色纤维）纤维种类碘-碘化钾溶液1号着色剂棉不染色灰麻（苎麻）不染色青莲竹纤维黑蓝青—羊毛淡黄红莲蚕丝淡黄深紫粘胶纤维黑蓝青绿Modal纤维黑蓝青—Lyocell黑蓝青—铜氨纤维黑蓝青—醋酯纤维黄褐桔红涤纶不染色红玉锦纶黑褐酱红腈纶褐色桃红维纶蓝灰玫红氯纶不染色—丙纶不染色鹅黄氨纶—姜黄五、溶解法：P236表3-12

利用各种纤维在不同的化学溶剂中的溶解性能来鉴别纤维（利用各种物质具有不同溶解性的原理我们前面作过什么实验呢？（含油，含植））。见教材第236页表3-12

用这种方法鉴别纤维比前面的方法准确，可靠。

用这种方法应注意