东华大染整工艺学讲义

PAGEPAGE2绪论一纺织纤维的含义纺织纤维：长度远大于直径（一般长度与直径之比大于1000），并且具有一定柔韧性的物质短纤：棉30-40mm 亚麻11-38mm山羊绒30-40mm分类长丝：仿毛型化纤75mm蚕丝几米以上二纺织纤维的性能1物理机械性能⑴长度长度＞10cm以上才有纺织价值⑵物理机械性能：强度、延伸性、弹性.⑶热性能：对热具有一定稳定性，过高温不分解，低温不变硬.其他：有一定光泽，吸湿性、柔软性.2化学性能具有一定的耐水，化学稳定性、可染性、耐日晒、耐紫外线、耐气候.三纺织纤维分类植物纤维：棉、麻.天然纤维动物纤维：羊毛、蚕丝.矿物纤维：石棉再生纤维：粘胶、天丝、大豆纤维、牛奶纤维.化学纤维合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶.四纤维细度的表示方法长度衡量纤维品质的主要指标细度纤维越细，形成的纱线强度越大，纱条越均匀，越有利于纺纱、织布.细度还会影响光泽细纤维形成织物：柔软、悬垂性好.粗纤维形成织物：硬挺.直接指标特克斯衡量纤维细度的指标线密度旦尼尔间接指标支数公制支数英制支数特克斯：在公定回潮率条件下，1000m长的纤维成纱线的质量克数旦尼尔：在公定回潮率条件下，9000m长的纤维或纱线的质量克数.公制支数：在公定回潮率条件下，单位质量（g）的纤维或纱线所具有的长度.英制支数：在标准回潮率的条件下，1磅纤维或纱线有多少个840码.

第二章高分子化合物的基础知识高分子化合物：由低分子化合物通过共价键连接而成的产物.§2.1高分子化合物的基本概念一高分子化合物的含义高分子化合物简称高分子或高聚物，是由含有两个及两个以上官能度的低分子化合物通过共价键的形式连接而成的产物。二高分子化合物的基本特性1具有很高的平均分子量，一般在104～107之间。2高分子化合物大分子是以共价键相连接。A：是由许多相同或相似的结构单元通过共价键相互连接而成。B：n为组成大分子的基本单元（基本链节）的重复次数，称为聚合度DpM=MA×Dp平均分子量基本单元原子量平均分子量多分散性C：多分散性结构多分散性三高分子化合物大分子的结构与几何形状几何形状包括：线型、支链型、体型1线型大分子：以双官能度的单体形成，线型长链，呈卷曲状结构示意图为：A’—A—A…………A—A—A’2支链型大分子：在主链上带有相当数量的支链，支链的长短、数量各不相同。结构示意图为：…A—AA—A…A’—A—A—A—A—A—A—A—A—A’………A—A—A—A3体型大分子（体型高分子）：线型大分子或支链型大分子间以共价键的形式连接而成，具有空间网状结构。结构示意图为：…A—A—A—A—A—A—A—A—A—A……A—A—A—A—A—A—A—A—A—A—A—A……A—A—A—A—A—A—A—A—A—A…线型、支链型、体型高分子由于形状不同，分子链的排布和分子间的相互作用亦不同，故性质也有差异。四、高分子化合物的分子间力分子之间存在相互作用力，但分子间作用力很小。对于低分子物而言，分子间力远小于主价键力，可以忽略，但高分子物分子间力较大。范德华力分子间力（次价键力）氢键力1范德华力（色散力、取向力、诱导力）只有当分子间距离在0.28-0.5nm之间时才会产生2氢键力：指氢原子与两个负电性较大而半径较小的原子（例如N、O、F等）相结合而产生的作用力。只有当分子间距离小于0.26nm之间时才会产生，分子间或分子内部都可以形成五高分子物的合成反应高分子化合物是由简单的低分子化合物通过化学方法合成。简单的低分子化合物称为单体，合成的化学方法有两类：加聚反应、缩聚反应（一）加聚反应由许多相同或不同的不饱和单体，通过加成反应生成高分子的过程均聚反应无规则共聚加聚反应交替共聚共聚反应嵌段共聚结枝共聚（二）缩聚反应由含有两个或多个官能度的单体之间，通过官能团的缩合作用去掉一个小分子后形成大分子的过程均缩聚缩聚反应混缩聚共缩聚§2.2高分子化合物的结构高分子物的结构层次一般包括一次结构、二次结构和三次结构一次结构：大分子的化学组成和构型，一般称为分子链的化学结构结构层次二次结构：大分子链的构象或称为分子的形态结构三次结构：大分子的聚集态结构微观结构一、高分子物大分子链的构型（一次结构）构型是指高分子中的原子或基团杂空间排列的方式。全同（等规）立构有时等规立构等规高聚物（分子排列归立体异构间同（间规）立构整，结构紧密，易结晶）无规立构无规高聚物二、高分子链的构象构象：分子在空间表现出来的不同形态1单键的内旋转在高分子物大分子主链结构中存在许多单键，单键可以绕轴旋转，称为内旋转（举例：见P16图2-4）。完全自由的单键内旋转是不可能存在的，因为在碳原子上总会有其他原子或基团，必须克服一定的阻力才能旋转，称为受阻内旋转，阻力称为位垒。2高分子物大分子链的柔顺性柔顺性：链状大分子在分子内旋转的情况下可以卷曲收缩，可以扩展伸长，从而改变其构象的性质。链段长度法大分子柔顺性表示方法均方末端距法三高分子物的聚集态结构聚集态结构：指许许多多单个大分子在高分子物内部的排列状况及相互联系，又称超分子结构或微结构晶态：组成物质的分子原子离子在空间以几何方低分子固体物质的结构式有规则的排列非晶态：无规则的排列晶态高分子固体物质聚集形式非晶态取向态1高分子物的晶态结构与模型两相结构模型：缨状微胞模型缨状原纤结构模型（见P19图2-5）两种模型折叠链模型：（见P20图2-6）两相结构模型：高分子物存在结晶部分（大分子规则、紧密排列部分）和非结晶部分（分子链无规则卷曲和相互缠结的部分），两者同时存在且不可分割。单个大分子链可同时贯穿几个晶区与非晶区。折叠链模型：伸展的分子链倾向于相互聚集在一起形成链束，链束细而长，但表面能大，不稳定，会自发折叠成具有较小表面的带状结构，而带状结构进一步堆砌成晶片，由晶片堆砌最终形成晶体。结晶度：衡量结晶的程度，表示结晶部分在整个聚集体中所占的比例，结晶度的质量分数（fw）表示方法结晶度的体积分数（fv）2高分子物的非晶态结构（无定形结构）侧序度：单位体积内所含分子间键能或氢键数通过侧序度示意图（P21图2-8）可以看出：在完全无定形区，分子链排列比较散乱，分子间堆砌比较松散，分子间作用力较小，分子间存在许多间隙和空洞，密度较小。3高分子物的取向态结构取向：高分子物中，大分子链、链段或晶体结构沿某一特定方向做有序排列的过程。取向度：有序排列的程度取向态一般是一维或二维有序，结晶态是三维有序大分子取向非晶态高分子取向链段取向结晶区取向结晶态高分子§2.3高分子物的力学性质一非晶态高分子物的力学状态及转变非晶态高分子物在所受外力不变的情况下，会随温度的变化呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态和粘流态。（见P23图2-10）玻璃化温度Tg粘流温度Tf1玻璃态（普弹态）当温度较低时（低于Tg），大分子链段基本处于冻结状态，不能克服分子内旋转的位垒，此时高分子物所表现出的力学性质与玻璃相似2高弹态当温度高于某一定值（Tg）时，分子热运动能量不断增加，虽然整个大分子还不能移动，但可以克服内旋转阻力，链段不仅可以转动，而且可以发生部分移动，大分子链间的相互作用力降低，在外力作用下容易沿受力方向从卷曲状态转变成伸直状态，发生很大形变，外力释放后又可回复原态。3粘流态当温度继续升高（超过Tf）时，分子的热运动能量超过了大分子链间的结合力，分子链间可以产生相对位移。当受外力作用时，高分子会像液体一样发生粘性流动，产生很大的形变，外力释放后，形变也不能回复。聚合物力学三态的分子运动单元各不相同：玻璃态：温度低，链段的运动处于冻结，只有侧基、链节、链长、键角等局部运动，形变小；是普弹形变高弹态：链段运动充分发展，形变大，是高弹形变，可恢复；粘流态：链段运动剧烈，导致分子链发生相对位移，是永久形变，形变不可逆。二晶态高分子物的力学状态及转变完全结晶的高分子物只有晶态和熔融态（液态），结晶熔化的温度称为熔点（Tm）三高分子物的力学性质1高分子物的拉伸性能高分子物在受外力拉伸时会发生形变，为免遭破坏，分子内部会产生抵抗力，这种抵抗力与外力大小相等，方向相反。应力（σ）：单位面积上产生的抵抗力，又称为抗张强度。单位为牛/米2（N/m2）σ=△L/L0△L为材料被拉伸的长度；L0为材料的原长应变（ε）：在外力作用下，高分子物相应的变形率应力—应变曲线：将高分子物在外力作用下开始发生形变直至断裂的过程绘成一条曲线。bcabcao应变(ε)(σ)力应（1）ob段应力与应变呈直线关系，在这个阶段施加外力，高分子物发生形变，释放外力形变回复,形变大小与外力成正比，符合普弹形变。弹性模量(E):ob段直线的斜率,又称为杨氏模量E=σ/ε（2）当应力超过b点，形变随应力迅速增大，因此b点又称为屈服点。高分子物在b点前显示刚性，在b点后显示柔性（3）ca段分子链取向度已经提高，再拉伸困难，形变减小，直至a点拉断应力-应变曲线包含的面积代表断裂功，表示高分子材料被拉断时所需的外功，反映材料的耐用性。2高分子物的力学松弛现象力学松弛：高分子物的力学性质随时间而变化的现象。力学松弛现象包括：蠕变、应力松弛、滞后现象和内耗蠕变在一定的温度和较小的恒定外力作用下，高分子材料的形变随时间的延长而增大的现象。应力松弛在保持高分子材料形变一定的情况下，高分子物内部应力随时间的增加而逐渐衰弱的现象。滞后现象高分子形变总是落后于应力变化速度的现象内耗高分子物在周期性变化的应力作用下，每一次循环都要消耗一部分能量的现象。§2.4高分子物溶液及平均分子量一高分子物的溶解绝大多数线型高分子物一般能溶解在适当溶剂当中，而体型高分子物一般不能溶解。溶胀：指溶剂进入高分子内部，引起高分子物体积增大的现象。溶解溶解：指溶剂分子完全破坏了大分子链间的结合，从而形成大分子的均匀分散状态。影响高分子物溶解的因素：最主要是大分子间作用力1平均分子量对线型高分子物，平均分子量越大，溶解越困难，因为分子间力随平均分子量的增大而增大。2分子极性分子极性越大，分子间的相互作用力越大，溶解越困难。3取代基取代基对大分子有两种影响。非极性取代基使高分子物大分子间的结构较为松弛，不易取向，相互间的引力较低，溶解度较高。对于极性取代基，他们之间产生较大引力，甚至交联结合，因而溶解困难，只能进行有限溶胀。4链的柔性柔性大分子链由于卷曲大，分子间的结合点少，容易被适当的溶剂分离发生溶解。5温度温度越高，溶解度增大二高分子物平均分子量高分子化合物呈现多分散性，实际是由相对分子质量不等而结构相同的同系物组成，故其相对分子质量不可能是一个定值。数均分子量平均分子量重均分子量粘均分子量

第三章纤维素纤维的结构和性能天然纤维素纤维（棉、麻）纤维素纤维再生纤维素纤维（粘胶纤维、铜氨纤维、醋酯纤维）§3.1纤维素纤维的形态结构一棉纤维的形态结构棉纤维是种子纤维，其主要成分为纤维素、果胶、蜡质、灰分、含氮物质。外形：上端尖而封闭，下端粗而敞口，细长的扁平带子状，有螺旋状扭曲，截面呈腰子形，中间干瘪空腔。最外层：初生胞壁从外到里分三层：中间：次生胞壁内部：胞腔1初生胞壁决定棉纤维的表面性质，它又分为三层，最外层为果胶物质和蜡质所组成的皮层。因而具有拒水性，在棉生长过程中起保护作用。但在染整加工中不利。2次生胞壁纤维素沉积最后的一层，是构成纤维的主体部分，纤维素含量很高，其组成和结构决定棉纤维的主要性能。3胞腔输送养料和水分的通道，蛋白质、色素等物质的残渣沉积胞壁上，胞腔是棉纤维内最大的空隙，是染色和化学处理时重要的通道。二麻纤维的形态结构麻纤维主要有：苎麻、亚麻是属于韧皮纤维，以纤维束形式存在单根纤维是一个厚壁、两端封闭、内有狭窄胞壁的长细胞苎麻两端呈锤头形或分支亚麻两端稍细呈纺锤形纵向有竖纹和横节主要化学组成和棉纤维一样是纤维素，但含量低。§3.2纤维素大分子的分子结构纤维素是一种多糖物质，其大分子是由很多葡萄糖剩基连接而成，分子式为（C6H10O5）n复杂的同系物混合物，n为聚合度，棉聚合度为2500~10000，麻聚合度为10000~15000，粘胶纤维聚合度为250~500纤维素大分子的化学结构是由β-d-葡萄糖剩基彼此以1，4-甙键连接而成，结构如下每隔两环有周期性重复，两环为一个基本链节，链节数为（n-2）/2，n为葡萄糖剩基数，即纤维的聚合度，葡糖糖剩基上有三个自由存在的羟基，其中2，3位上是仲羟基，6位上伯羟基§3.3棉纤维的超分子结构超分子结构也称为微结构，主要指棉纤维中次生胞壁纤维素大分子的聚集态结构，纤维素大分子的排列状态，排列方向，聚集紧密程度等。一X射线研究1棉纤维的X射线研究结果超分子结构中有晶体存在，有一定的取向度2棉纤维中纤维素的单元晶格单元晶格属于单斜晶系3纤维的结晶度与取向度棉纤维的结晶度约为70%，麻纤维为90%，无张力丝光棉为50%，粘胶纤维为40%二电子显微镜的研究1棉纤维的电镜图棉纤维中存在粗大的原纤，但原纤又是由更小的微原纤组成2边缘（缨状）原纤模型及理论（见P43的图3-8）纤维素大分子通过整齐排列组成微原纤，又由微原纤进行整齐排列形成原纤，原纤中少数大分子的分支与其他大分子分支合并组成另外的连续网状组织。§3.4纤维素纤维的主要物理—机械性能纤维的拉伸性能与织物耐用性及服用性能之间有着密切的联系，而纤维的断裂强度、断裂伸长率、应力应变曲线、弹性均与纤维拉伸性能有关。一纤维素纤维的断裂强度、断裂伸长率断裂强度：纤维在拉伸至断裂时所能承受的最大外力。表示方法有：1抗张强度（σ）又称断裂应力，极限强度，是指纤维或纱线单位截面上能承受的最大拉力。2断裂强度（相对强度）指单位线密度或纱线所能承受的最大应力，单位为N/tex，又有干强和湿强之分。3断裂长度（LR）指将纤维一端固定悬挂，由于纤维本身质量而发生断裂时的长度，单位km4断裂伸长率断裂伸长与纤维原长之比一般在结晶度相同的情况下，取向度越低，断裂伸长率越高，韧性越大。二纤维的初始模量初始模量也称为杨氏模量或弹性模量指材料所受应力与其相应形变之比。纤维的初始模量是指纤维产生1%伸长所需的应力，以kg/mm2或g/tex表示，反映纤维在外力作用下变形的难易程度。三纤维的应力-应变曲线又称纤维的负荷-延伸曲线，是将纤维随着应力的增大逐渐发生应变的情况绘成的曲线(具体见P47的图3-9)四纤维素纤维的断裂机理与纤维超分子结构的关系纤维在外力作用下发生断裂，是因为外力破坏了分子内共价键力或分子间作用力的结果。断裂机理有两种解释：1纤维大分子链在受外力作用时，由于不能承受外力的作用而发生大分子链的断裂，从而导致纤维材料的断裂。2纤维在受外力作用时，大分子间的作用力不足以抵抗外力的作用，使得大分子链间发生相对位移，甚至滑脱，从而导致纤维的断裂。纤维素纤维的断裂机理不是由单纯的分子链断裂或分子链间的相对滑移造成，还可能是由于超分子中存在缺口、弱点，在受外力作用拉伸时，弱点出现应力集中，首先断裂，缺口逐渐增大，进而分子链断裂，导致纤维断裂。棉、麻湿强大于干强的原因因为在潮湿状态下水的增塑作用，可以部分消除纤维中的弱点，使得大分子中的缺陷结构得到改善，使应力分布更加均匀，从而增大了纤维的强力。粘胶湿强小于干强的原因因为粘胶纤维大分子的聚合度低，只有250-500左右，结晶度低，取向度也不高，本身分子间力小，其断裂主要是由于大分子链或其他结构单元之间相对滑移形成，而湿强低则是由于吸湿后水的溶胀作用，降低了纤维的分子间力，有利于分子链间或结构单元间的相对滑移。五纤维的弹性弹性是指纤维从形变中回复原状的能力。弹性高的纤维所组成的织物外观比较挺括，不易起皱，如毛织物及涤纶织物。可复弹性形变（弹性形变）不可复形变（塑性形变）弹性大小表示方法：形变回复率和功回复率形变回复率=弹性形变/总形变=弹性形变/总形变功回复率=回复时的回缩功（回复功）/形变时的总功§3.5纤维素纤维的主要化学性质一纤维的吸湿和溶胀吸湿性：纺织纤维在空气中吸收和放出水分的能力表示方法：吸湿率（回潮率）R和含水率M吸湿率（回潮率）：纤维内所含水分的质量与绝对干燥纤维的质量之比。含水率：纤维内所含水分的质量与未经烘干纤维质量之比R=(W/D)×100%M=W/(D+W)×100%式中：W——试样吸收水分的质量D——绝对干燥试样的质量影响纤维吸湿性的有关因素1纤维上的亲水性基团，纤维大分子中，亲水性基团的多少和亲水性的强弱均能影响其吸湿能力的大小。2纤维的超分子结构，无定形区越大，吸湿能力越强，如粘胶大于棉。3纤维的比表面积（单位质量的纤维所具有的表面积），如细纤维大于粗纤维。4纤维内的空隙越多，水分子越容易进去，如粘胶纤维比棉纤维疏松，吸湿能力也就越强。5纤维中各种伴生物和杂质对吸湿也有影响。6与空气温度、湿度有关。二碱对纤维素纤维的作用1纤维素对碱的稳定性稀碱低温条件下，纤维素对碱还是比较稳定。但高温、浓碱时纤维素降解迅速，在高温且有空气存在时，即使较稀的碱液，也会使纤维素氧化。2浓碱对纤维素的作用在常温下，浓NaOH溶液会使天然纤维素纤维、溶胀，纵向收缩，直径增大。如果施加张力，可防止收缩，及时洗除碱液可达到丝光效果。如不施加张力，则发生碱缩。对于针织物，增加弹性和厚实的手感。碱与纤维素作用后的产物叫碱纤维素，一种不稳定的化合物，水洗可回复原来结构，通常成为纤维素Ⅱ，但结晶度下降，无定形区增加，对染料的吸附能力和化学反应能力大大提高。三纤维素与酸的作用酸对纤维素分子中的甙键水解起催化作用，导致纤维素大分子聚合度降低，而使纤维受到损伤。1酸与纤维素的作用原理纤维素大分子的1,4甙键具有缩醛的性质，对碱稳定，对酸敏感，酸对甙键水解起催化作用，导致纤维素纤维聚合度的降低和潜在的醛基增加。得到水解纤维素。酸与纤维素的反应首先发生在纤维无定形部分和晶区表面。2影响纤维素酸性水解的因素（1）主要是酸的性质、浓度、水解反应的温度、作用时间。但在适当条件下，还是有一定的稳定性。（2）与纤维素的种类有关，纤维中无定形区越多，越易水解。四氧化剂对纤维素的作用纤维素一般不受还原剂的影响，而氧化剂则能使纤维素氧化成为氧化纤维素，使纤维受到损伤。1纤维素的氧化主要发生在葡萄糖剩基的三个羟基和大分子末端的潜在醛基上剧烈氧化的最终产物为CO2和H2O，具体的氧化反应见P57-58。2氧化剂的种类选择性氧化剂：对纤维素的某一位置上的基团进行专一氧化。如NaClO2非选择性氧化剂：能对纤维素不同位置上的基团进行氧化作用的氧化剂，如NaClO、H2O2、KMnO4等3氧化纤维素的性质还原型氧化纤维素：指分子中含有大量醛基的氧化纤维素酸型氧化纤维素：分子中含有大量羧基的氧化纤维素。潜在损伤：纤维素氧化后生成还原型氧化纤维素时，只是葡萄糖环发生破裂，并没有使纤维素大分子断裂，纤维的强度变化不大，但不稳定，经碱煮后，强力下降非常大，这种现象称为潜在损伤氧化纤维素与水解纤维素的性能比较：见P60表3-7五光、热及微生物对纤维素的作用1光对纤维素的作用光和大气使纤维素纤维发生氧化和裂解反应。光解作用：在波长较短的紫外线照射下，直接引起C-C键C-O键的断裂，与空气无关。光敏作用：指在波长靠近紫外光及可见光区，同时有光敏剂、氧及水分的存在，使纤维发生光氧化。2热对纤维素的作用纤维素对热稳定性较好，但在高温时，纤维素的稳定性下降，发生明显热退化现象，伴随氧化及水解反应。3微生物对纤维素的作用细菌和霉菌均属微生物，在其分泌物酶的作用下，纤维素易发生水解，生成较简单的糖，而使其强度下降。§3.6纤维素共生物及棉籽壳纤维素共生物主要有果胶物质、含氮物质、蜡质、灰分、色素等，而棉纤维则还有伴生物棉籽。共生物在染整加工中影响纤维的吸水、染色、白度等性能。一果胶物质存在位置：纤维的初生胞壁中。主要成分：果胶酸的衍生物化学组成：多半乳糖醛酸，具有链状结构。含量：成熟棉纤维小于0.9%~1%，不成熟棉纤维则高达6%虽然果胶酸含有大量的亲水性的羟基羧基，但在棉纤维中部分以钙盐、镁盐和甲酯的形式存在，所以亲水性比纤维素本身要低。果胶物质对纤维的色泽和润湿性有一定的影响。二含氮物质存在位置：主要以蛋白质的形式存在于纤维的胞腔中。小部分存在于初生胞壁和次生胞壁中。含量：0.2~0.4%含氮物质分为两部分：一部分为无机盐类，如硝酸盐或亚硝酸盐可溶于60℃热水、常温稀酸稀碱。另一部分主要成分为蛋白质，在烧碱溶液中长时间煮沸才能除去若以蛋白质形式存在，则加工或服用过程中，与有效氯接触很容易形成氯胺，引起织物泛黄。三蜡质不溶于水而能被有机溶剂提取的物质存在位置：纤维的初生胞壁中。主要成分：脂肪族高级一元醇含量：0.5~06%对纤维的润湿性能影响很大，可借助皂化和乳化作用去除。四灰分主要成分：无机盐含量：1~2%对纤维的吸水性、白度和手感有一定影响，其中某些盐类和氧化铁等对漂白剂的分解有催化作用，加速漂白剂对纤维的损伤。可通过水洗和酸洗去除。五色素有色物质，影响织物的白度，可通过漂白作用去除。六棉籽壳籽棉在轧花过程中，少量的残片附在纤维上，影响织物的外观。化学组成：木质素为主，还有单宁、纤维素、半纤维素及其他多糖。在高温烧碱液的长时间作用下，棉籽壳发生溶胀，变的松软而解体通过水洗和受机械摩擦作用而脱落。另外在漂白过程，木质素发生氯化、氧化作用进一步去除§3.8麻纤维一麻纤维的种类及用途韧皮纤维：黄麻、洋麻、亚麻、苎麻麻纤维叶纤维：剑麻、蕉麻、凤梨麻（波萝麻）黄麻、洋麻：单纤维长度很短，比较粗硬，很少用于服装，主要用于麻袋或其他包装用布。亚麻、苎麻：衣服装饰用布等二苎麻原麻的基本组成经初步剥制及刮青取得苎麻原料，其组成为以下几种物质：1纤维素纤维素含量为60~70%2半纤维素伴生物之一，是一种高分子多糖类化合物，含量为8~15%，平均分子量很低，化学性质不稳定，容易半被无机酸水解，溶于稀热碱液，还可以被氧化剂氧化。3果胶质存在于细胞壁、细胞内、细胞间。生果胶：难溶于水，只溶于1%的热NaOH溶液中，能被酸水解果胶质或果胶酶分解。熟果胶：能溶于沸水4木质素含量为2%左右，用稀碱液在130℃处理可以溶解，另在含氯漂白剂漂白织物时，可以变成溶于稀碱液的氯化木质素。5脂蜡层以薄膜状态存在于植物外层，可以防止水分蒸发及外部水侵入，可使纤维显得柔软，有光泽。脱胶时可一并去除。6其他灰分：主要为无机盐三苎麻纤维的性质（一）苎麻纤维的超分子结构及其对物理性能的影响苎麻纤维与其他纤维素纤维的结构比较纤维结晶度/%平均整列度倾角(°)聚合度苎麻88～9079＋23.5＋12660亚麻（38）82＋85.5＋32390棉7060＋20502020粘胶纤维45.21脆性受纤维素结晶定位影响，平均整列度高，苎麻纤维不易弯曲，刚性好。2强力强力平均在19.6～29.4cN左右，绝对强度以根部最高，中部次之。3对染色性能影响因结构紧密，染液难以染透，染色平衡时吸收染料也较少。（二）苎麻的物理性质1线密度苎麻的平均线密度在0.63tex左右，比棉纤维粗3～4倍。2长度及不匀率苎麻单细胞长度平均以三麻最长，头麻最短，一般长度为6cm，最大接近62cm.。3强度与断裂伸长国产苎麻强力44cN，断裂强度670cN/tex，断裂伸长率是所有天然纤维中最短的，一般为3.5～4.5％。4初始模量初始模量表示在小负荷下纤维变形的难易程度。苎麻初始模量是天然纤维中最高的，故纤维硬挺。纺纱时不易加捻抱合，纱条较松散，毛羽多，易折皱，耐磨性也差。5吸湿及散湿性苎麻吸湿散湿比棉快，因而宜作夏季衣料。（三）苎麻纤维的化学性质与棉纤维的化学性质基本相似，但浓碱条件下强力损失大，丝光时应以半丝光为宜，另耐热性也差。§3.9粘胶纤维、铜氨纤维和醋酯纤维一粘胶纤维属于再生纤维素纤维，是以天然纤维为原料，经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素磺酸酯，再溶于稀碱液制成粘胶纺丝液，经湿法纺丝而成。棉型（人造棉）普通粘胶纤维毛型（人造毛）长丝型（人造丝）高湿模量粘胶纤维：较高的聚合度、强力和湿模量（富强纤维）高强力粘胶纤维：较高的强力和耐疲劳性能粘胶纤维的结构基本组成物质：纤维素，但聚合度较低，普通粘胶为250～500，富强粘胶为550～650.外观形态：纵向为平直的圆柱体，截面是不规则的锯齿状。无定形区比棉多，结晶区比棉少具有皮芯结构，皮层紧密，结晶度、取向度高；芯层结构比较疏松，结晶度、取向度低。因而对染色性能有很大影响。粘胶纤维的性能与棉纤维基本相似，但有其特点1物理机械性能表面光滑，光泽比棉纤维强，甚至有耀眼的感觉。在纺丝前的粘胶液中加入TiO2消光剂，制成无光或半光纤维。强度、耐磨性较差，但无定形结构多且较为疏松，吸湿性好，上染率高，透气性好，穿着舒适。但普通粘胶纤维的湿强只有干强的一半。2化学性能粘胶纤维结构疏松，有较多的空隙和内表面积，暴露的羟基比棉纤维多，故化学活泼性比棉纤维大，对酸、碱、氧化剂都比较敏感，尤其在浓碱作用下剧烈膨化以致溶解棉纤维：天然纤维丝光棉：属于未破坏生物形态的水化纤维素粘胶纤维：属于破坏了生物形态的水化纤维素富强纤维组成和结构与普通粘胶纤维相似，但聚合度较大。二铜氨纤维再生纤维素纤维，是将棉短绒等天然纤维素纤维原料溶解在氢氧化钠或中性铜盐的浓氨溶液内，配成纺丝液，在水或稀碱溶液中纺丝成型，然后在含有2～3％的硫酸溶液的第二浴内使铜氨纤维素分子化学物分解出再生纤维素。铜氨纤维的截面呈圆形，无皮芯结构，铜氨纤维制成的织物手感柔软，光泽柔和，有真丝感。铜氨纤维的吸湿性和粘胶纤维相近。但染色亲和力较粘胶纤维大，上色较深。浓硫酸和热稀酸能溶解铜氨纤维，稀碱对其有轻微损伤，强碱则可使其膨胀直至溶解。不溶于一般有机溶剂，而溶于铜氨溶液。三醋酸纤维以纤维素为原料，纤维素分子上的羟基与醋酸作用生成醋酸纤维素酯，经干法或湿法纺丝制得。通常所说得醋酯纤维是指三醋酯纤维。醋酯纤维得截面呈多瓣形，以片状或耳状为多，无皮芯结构。对稀碱、稀酸具有一定的抵抗力，但浓碱会使其皂化分解，纤维在浓酸中会发生裂解。醋酯纤维不易受水浸湿，不易起污，洗涤容易，且手感柔软，弹性好，不易起皱。§3.10Lyocell(天丝)纤维Lyocell纤维是国际人造纤维及合成纤维标准局为有机溶剂纺丝法制得的纤维素纤维所命名的属名，英国陶考尔公司首先于1992捻工业化生产，其商品名为Tencel,我国称为天丝纤维。一Lyocell纤维的生产过程属于精制纤维素纤维，用溶剂纺丝法生产，是以NMMO（N－甲基吗啉－N－氧化物，又称氧化胺）为溶剂，将木浆粕溶解，再经纺丝和后处理得到。生产过程无污染，无毒，纤维可以完全分解，符合环保要求，故称为绿色纤维。二Lyocell纤维的结构取向度好，分子排列紧密程度高于棉和粘胶纤维许多，强力变高，由于木质纤维素原有的晶体未遭破坏，纺丝后形成含有原纤明显的超分子结构，易产生原纤化。Lyocell纤维的聚合度较高，大约为500～550，比粘胶纤维高，结晶度约60％，因此强度较高，湿模量较高，缩水率较低。三Lyocell纤维的特性Lyocell纤维具有聚合度、结晶度、取向度都高的特征，因而干湿强度大，初始模量高，在水中收缩率小，尺寸稳定性好，吸水膨润性大以及有突出的原纤化等特征。机械性能1强度Lyocell纤维的干湿强度明显高于棉和其他再生纤维素纤维，干强度接近于涤纶，湿强有所下降，但仍高于其他纤维素纤维。故能经受剧烈的机械处理和水处理而不会损伤织物的品质。2伸长Lyocell纤维的干湿伸长率均小于粘胶纤维的伸长率。3初始模量初始模量是普通粘胶纤维的数倍，且在湿态下仍能保持很高的模量值，因而可以保证纤维在潮湿或湿态条件下接受加工时有良好的保形性。吸湿膨润性和舒适性吸湿性与粘胶纤维相同，比棉、蚕丝好，但低于羊毛。在水中有个重要的特点，就是不仅有膨润现象，而且湿润的异向特征十分明显，横向膨润率可达40％，而纵向只有0.03％。原因在于Lyocell纤维制造过程中，依靠纺丝中的牵伸诱导结晶，使原纤的结晶化更趋向于沿纤维轴向排列，因而纤维大分子之间横向结合力相对较弱，纵向结合力强，形成层状结构，在润湿情况下，分子进入无定形区，大分子链间的横向结合被切断，分子间连接点被打开，扩大了分子间距离，因而纤维的形态主要是变粗Lyocell纤维在水中截面方向膨胀率达1.4倍，使得纤维之间的接触面积变大，表面摩擦阻力也大，纤维间难以做到相对移动，且由于制造的原因，纤维表面产生一硬的表层，造成织物遇水后结构紧绷及僵硬的现象，湿加工时很容易产生折痕，擦伤等病疵，并且由于织物与织物之间或织物与设备之间进行摩擦而产生大量毛羽，易引起不均一的原纤化。Lyocell纤维特殊的吸湿膨润现象在某种程度上也可以使Lyocell纤维制成的织物变得松软。具体原因间P82～83。可染性染料跟棉纤维及粘胶纤维一样，但可染性比棉、Modal纤维、粘胶纤维好原纤化特征原纤化特征:主要表现为纤维可以沿纵向将更细的微细纤维逐层剥离出来。原纤化现象：Lyocell纤维是由微纤维构成的取向度非常高的纤维素分子集合体，而集合体由巨原纤构成，具有明显的原纤构造，由大分子敛集成的各级原纤基本上都是沿纤维的纵向排列的，因而大分子横向间结合力相对较弱。纵向结合力较强，形成层状结构，这种明显的各向异性结构特征，使得当纤维在水中膨润时，纤维径向膨润十分明显，表现出很强的径向膨润能力和较高的湿刚性，若纤维反复受到机械摩擦力作用，纤维表面会发生明显的原纤化，即沿着纤维长度方向在纤维表面逐层分裂出更细小的微细纤维，一端固定在纤维本体，另一端暴露在纤维表面形成许多微小茸毛，但整根纤维的力学性能并没有发生明显变化。Lyocell纤维的原纤化性能的双重效应：可利用纤维易产生原纤化的特性，获得具有“桃皮绒”柔软舒适风格的织物，满足不同消费者的需求。当Lyocell纤维织物进行湿处理时，粗陋的初级原纤化进行得很快，使织物产生毛茸茸的外观，经过不完全原纤化的织物会给后道的染色、整理乃至服装洗涤带来许多麻烦。§3.11竹纤维竹纤维是我国自主研发成功并投入生产的纺织纤维，是以竹子为原料的再生纤维素纤维，具有独特风格，强力好、耐磨性、吸湿性、悬垂性俱佳，手感柔软，穿着凉爽舒适，染色性能优良，光泽亮丽，具有天然的抗菌功能。一竹纤维的分类原生竹纤维：将生长12～18个月的慈竹，经过去青、齿轮的反复竹纤维轧压后，采用脱胶工艺进行脱胶而制成的竹纤维再生竹纤维：以竹子为原料，经人工催化将纤维素含量提高，再采用水解——碱法及多段漂白精制而成满足纤维生产要求的竹浆粕，最后由化纤厂加工制成纤维。二竹纤维的生产工艺流程具体见P87三竹纤维的结构与性能1竹纤维的微结构与形态性能纵向表面具有光滑、均一的特征，纤维纵向表面呈多条较浅的沟槽，横截面接近圆形，边缘具有不规则的锯齿形，这样有一定的摩擦系数，具有较好的抱合力，有利于纤维的成纱。2竹纤维的吸湿性能竹纤维具有比其他纤维更优的吸湿快干性能，适合制作夏季服装、运动服、贴身服。3竹纤维的功能性。（1）天然抗菌性（2）环保性四竹纤维产品的开发由于竹纤维的强力好、耐磨性、吸湿性、悬垂性俱佳，手感柔软，穿着凉爽舒适，染色性能优良，光泽亮丽，具有天然的抗菌功能，特别是吸湿快干性能好，所以重点应用于生产具有特效功能的产品。

蛋白质纤维§4.1蛋白质纤维的一般知识蛋白质纤维：指基本组成物质为蛋白质的一类纤维。毛：羊毛、驼毛、兔毛、马毛天然蛋白质纤维蚕丝：桑蚕丝，柞蚕丝蛋白质纤维再生蛋白质纤维大豆纤维，牛奶纤维一蛋白质的组成及结构属于高分子化合物，结构十分复杂，蛋白质又称朊，是构成生命最原始最基础的物质，羊毛的主要成分是：角朊（角质），丝的主要成分是丝朊（丝素）。1元素组成主要元素：碳、氢、氧、氮，还有少量硫磷、铁2氨基酸组成蛋白质的基本组成为氨基酸，主要为α－氨基酸，结构通式：H2N—CH2—COOHR3分子结构蛋白质分子是氨基酸彼此通过氨基和羧基脱水缩合，以酰胺键（即肽键－CO－NH－）联接而成的大分子。酰胺键又称为肽键，由肽键相连接的缩氨酸叫做肽。R蛋白质大分子链为多肽链，又称为多缩氨酸链，是由基团—NH—CH—CO—重复连接而成。分子之间的作用力：氢键、盐式键、二硫键二蛋白质的两性性质蛋白质分子中既含有氨基又含有羧基，因而具有酸性又具有碱性，是典型的两性高分子电解质。等电点：调节溶液中的pH值，当蛋白质所带的正负电荷数相等时，此时的pH值即为蛋白质的等电点。羊毛等电点：4.2～4.8蚕丝等电点：3.5～5.2在等电点时，具有特别重要的性质：蛋白质不发生电泳现象，溶解度、膨化度、粘度、渗透压、导电率等均显示最低值。§4.2羊毛羊毛主要指：绵羊身上剪下的毛。羊毛的特性：弹性好，手感丰满、吸湿能力强、保暖性好，不易沾污，光泽柔和、染色性能优良，具有独特的缩绒性。一羊毛的形态结构原毛：从羊身上剪下来的羊毛羊毛杂质：羊毛脂、羊汗、沙土、水分、草屑、草籽或其他植物性杂质。羊毛脂：高级脂肪酸和高级一元醇组成的复杂的有机混合物羊汗：有机酸盐和无机酸盐组成羊毛可分为三个部分：毛尖、毛根、毛干。外观：羊毛纤维具有天然卷曲、纵向呈鳞片覆盖的圆柱体，从内至外分为三层：鳞片层（表皮层）、皮质层、髓质层鳞片层（表皮层）：逆鳞片方向的摩擦系数大于顺鳞片方向的摩擦系数，称为定向摩擦系数，这使羊毛具有缩绒性和毡缩性。皮质层：羊毛的主要组成部分，决定羊毛纤维的物理性能，存在天然色素，因而有些色毛的颜色难以除去。髓质层：由薄膜细胞组成，髓质层使纤维的强度、卷曲、弹性、染色性较差。二羊毛的化学组成和分子结构羊毛的主要成分：角质（角朊），由α－氨基酸缩合而成。组成元素：碳、氢、氧、氮，还有硫分子结构：α－氨基酸缩合而成的链状大分子构型：α－螺旋结构三羊毛的超分子结构（具体见P99）由3个螺旋结构的多缩氨酸链组成基本原纤微原纤原纤束（皮质细胞）四羊毛的机械性能1羊毛的线密度羊毛纤维的直径差异很大，最细绒毛直径为7μm，最粗可达240μm2羊毛的长度由于天然卷曲的存在，其长度可分为自然长度和伸直长度，国产细羊毛的长度在5.5～9cm,半细毛的长度在6～40cm。3羊毛的卷曲有深有浅，分为三种类型：弱卷曲、常卷曲和强卷曲4羊毛纤维的吸湿性一般大气条件下，回潮率为15～17％，是常见纤维中最好的。5羊毛的拉伸与回复性能羊毛的拉伸强度是所有纤维中最低的，但是拉伸后的回复能力却是所有天然纤维中最大的。所以，用羊毛织成的织物不易产生皱纹，有均匀良好的服用性能。过缩：将受到拉伸应力的羊毛纤维在热水或蒸汽中处理很短时间，然后除去外力，此纤维可在蒸汽中收缩到比原来还短，这一现象为过缩。暂定：若受有张力的羊毛在热水或蒸汽中处理很短时间，除去外力，羊毛并不回复到原长，只有放在比热处理更高温度下作用，才能获得重新回缩的性能。永定：如果拉伸的纤维在蒸汽中处理时间较长，取消外力后即使用蒸汽处理，纤维回缩后的长度仍超过原长的30％，这一现象为永定。羊毛造成过缩、暂定、永定的原因：主要是由于分子间交键的拆散和重建所引起，由于羊毛超分子结构中，分子间存在大量的交键，当纤维受拉伸后，交键就会绷紧，内张力就会增加，最终导致交键拆散，纤维就会收缩，若除去负荷并在蒸汽中任其收缩，纤维就发生过缩。若在拆散原有交键时，处理时间过长，就会在新的位置上建立新的交键，这样就形成永定。若处理时间不长，原交键受到破坏，新的交键虽有建立，但不完善，就形成暂定。五羊毛的主要化学性质1热的作用羊毛属于耐热性较差的纤维，加工时，干热不超过70℃，分解温度为135℃，属于可燃纤维，易燃烧，但速度慢。燃烧时有特殊气味。2水和蒸汽的作用羊毛具有较强的吸湿性，吸湿后纤维膨胀，由于分子间力下降，强力下降在剧烈条件下，水也会与羊毛纤维起化学反应，使蛋白质分子中的肽键水解。3酸的作用羊毛对酸比对碱稳定，因而可以在酸性条件下染整加工，但在浓度提高，处理时间延长，温度升高时，肽键也会有不同程度的水解。无机酸比有机酸对纤维的损伤大。4碱的作用羊毛对碱敏感，碱可以催化肽键水解，使得纤维受到损伤。5还原剂的作用还原剂主要与羊毛的二硫键起反应，其次也能破坏盐式键。6氧化剂的作用氧化剂作要是用于漂白，但对含氯的氧化剂比较敏感，NaClO可破坏羊毛的鳞片层，起到防缩绒的效果。所以可以用它做防毡缩处理。过氧化剂对羊毛的作用比较缓和，故常用于漂白。7光氧化作用可以减少羊毛尖端的鳞片，改变羊毛的组成和结构。六其他纺织用动物毛1．山羊绒：由鳞片层和皮质层组成，没有髓质层，紧贴山羊表皮生长浓密柔软的绒毛，具有细腻、轻盈、滑糯、保暖性好的优点，是非常高贵的纺织原料。国际上习惯称之为Cashmere(开司米)。2．马海毛：又称安哥拉山羊毛。纤维粗长、卷曲少、弹性足、强度大，加入织物中可增加身骨。纤维鳞片少，光泽强，可形成闪光效应。3．兔毛：兔毛轻、软、保暖性好，但鳞片少，卷曲少，强度低，抱合力差，易掉毛。4．骆驼毛（绒）5．牦牛毛（绒）§4.3蚕丝蚕丝具有柔软、纤细、洁白、轻盈、柔和、吸湿性好、弹性适中等特点，是高级纺织原料。家蚕丝：桑蚕丝野蚕丝：柞蚕丝，蓖麻蚕丝蚕丝是由两根丝素和包覆在外边的丝胶组成，称为茧丝。缫丝得到的丝束为生丝，生丝经精练脱胶后称为熟丝。一蚕丝的形态结构1桑蚕丝的形态结构蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成。一根蚕丝由两根平行的单丝（丝素）外包丝胶而成。截面：不规则三角形纵面：平直光滑2柞蚕丝的形态结构截面：三角形更趋狭长而扁平，角锐，纵向有卷曲和条纹。二丝素的化学组成与分子结构1元素组成蚕丝主要是由丝素(丝朊)和丝胶两种蛋白质组成，所以主要组成元素为碳、氢、氧、氮。丝素蛋白质呈纤维状，不溶于水，丝胶蛋白质呈球状，能溶于水。2氨基酸组成3超分子结构丝素的分子链又称多肽链，含有许多的—CONH—键结构，肽链在结晶区几乎完全伸直。由于大分子主链—CONH—基反复主现，因而相邻大分子链间氢键数很多，氢键间距短，故分子间引力比一般天然纤维大。三丝素的主要物理机械性能1长度可达数百米甚至上千米2线密度与密度桑蚕丝的线密度为2.8～3.9dtex，柞蚕丝较粗，线密度为5.6dtex一般生丝密度为1.3～1.37g/cm33吸湿性丝的吸湿性比较高，在标准状态（20℃，相对湿度65％）下，丝素的吸湿率在9％以上，丝胶比丝素吸湿率更高。4断裂强度和断裂伸长率蚕丝的强度大于羊毛而接近棉，桑蚕丝为2.5~3.5cN/dtex，湿强比干强下降10%~35%；柞蚕丝的强度为3~3.5cN/dtex，湿强比干强略高4%~10%。蚕丝的伸长率小于羊毛而大于棉，桑蚕丝的断裂伸长率为15%~25%；柞蚕丝的断裂伸长率为23%~27%。蚕丝的弹性恢复能力也小于羊毛而优于棉。四丝素的化学性质1耐热性蚕丝耐干热性较强，能长时间耐受100℃的高温。温度升至130℃。蚕丝会泛黄、发硬。其分解点在170℃左右。蚕丝也是热的不良导体，导热率比棉还小。保暖性好。2膨化与溶解丝素吸水后发生膨化，表现出各向异性，丝素在水中只能溶胀，不能溶解，水只能进入无定形区。在某些特殊的盐类溶液中，浓度低时，发生有限溶胀，浓度高时发生无限溶胀而溶解，利用盐对丝素溶解的作用，可以用某些特殊的盐类作为鉴别交织物中丝成分的溶剂。3耐酸性丝素的抗酸性比棉强，比羊毛差。丝素的耐酸程度取决于酸的种类、浓度、温度、处理时间、和电解质的种类和浓度。有机酸的稀溶液常温对丝素没有影响。因而用有机酸处理可以增进光泽、手感、并赋予“丝鸣”特性。还可提高色泽鲜艳度。但在高温条件下处理，纤维会受损。丝鸣：干燥的蚕丝相互摩擦或搓揉时发出特有的清晰微弱的声响，称为丝鸣。丝鸣成为蚕丝独具的风格特征。酸缩：蚕丝织物在浓度适当的无机酸、室温条件下短时间（1～2分钟）处理，然后立即水洗除酸，长度将发生30～50％的收缩，称为酸缩。4耐碱性丝素耐碱能力差，但比羊毛耐碱性好，丝在碱液中能发生水解。如果条件控制适当，弱碱性介质对丝素无明显损伤，因此可作生丝的脱胶剂。5耐氧化剂和还原剂氧化剂容易使丝素分子中的肽键断裂，严重者使丝素完全分解。含氯氧化剂与丝素作用时，还伴随氯化反应，生成氯氨类带色物质，达不到漂白的目的，生产中常用过氧化氢作为漂白剂。一般还原剂对丝素作用较弱，正常情况下对纤维没有什么明显损伤。6耐光性丝纤维是纺织纤维中耐光性最差的一种，日光的作用包括阳光、大气和水对纤维的综合作用。丝素受到日光照射时极易被氧化，使纤维无定形部分松开，伸长率降低。丝织物在光照下还极易发生泛黄。五丝胶的结构和性能1丝胶的组成与结构生丝中丝胶的含量随品种的不同而不同。丝胶中的元素组成与丝素略有不同。丝胶的氨基酸组成与丝素相仿，丝胶表面分布着容易与水结合的基团，故在水中容易溶解。2丝胶的性能丝胶结构支化程度比丝素高，支链的极性基团含量比较高，分子链的排列不够规整，分子间作用力较小，故吸湿性比丝素高。丝胶在水中溶解之前先行膨化，随温度的提高，膨化程度加深，溶解度增大。所以蚕丝织物在工业脱胶时，常借助于化学助剂的作用，在低于100℃温度下进行。§4.4再生蛋白质纤维简介再生蛋白质纤维是从天然动物或植物中提炼出的蛋白质溶液经纺丝而成的纤维。大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维，是采用化学、生物化学的方法从榨掉油脂的大豆豆渣中提取球状蛋白，通过添加功能型助剂，改变蛋白质空间结构，经湿法纺丝而成。目前的蛋白合成丝，大多由改性大豆蛋白质和聚乙烯醇组成，两者含量分别为23～55%和77～45％，经两者混合制成一定浓度的溶液，混合后进行纺丝。大豆蛋白纤维具有单丝细度细，密度小、光泽好、吸湿导湿性好等特点。具有羊绒般的柔软手感，蚕丝般的优雅光泽，棉纤维的吸湿和导湿性，羊毛的保暖性等优良服用性能。日本东洋纺公司开发以牛奶为原料的再生蛋白质纤维——Chinon，是目前世界上唯一用酪蛋白制造的工业化纤维。

第五章合成纤维§5.1合成纤维的概况合成纤维：是化学纤维中的一类。是以石油、天然气、媒、农副产品为原料，经过一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经化学加工而制得的纤维。合成纤维的共性特性：坚牢耐磨，质轻，易洗快干，不易起皱，不霉不蛀。纤维密度小，断裂强度和断裂伸长率都较大，弹性较好，耐磨性也较好，摩擦系数大，织物易起毛球，吸湿能力较差，吸湿后强、伸度变化不大，化学稳定性较好，不霉不蛀，对一般染料的染色性较差，导电性较差，易产生静电，易沾染灰尘，具有与天然纤维和再生纤维不同的热学性质。合成纤维的主要品种：聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶、尼纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）和聚丙烯纤维（丙纶）。其次是聚乙烯醇纤维（维纶、维尼纶）、聚氨酯弹性纤维（氨纶）和聚氯乙烯纤维(氯纶)。一合成纤维的发展概况20世纪30年代中期开始20世纪40年代初期发展起来：第一个真正实现工业化生产的合成纤维：聚酰胺纤维（尼纶）20世纪50年代初期：聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酯纤维相继实现工业化。20世纪60年代：石油化学工业迅猛发展促进合成纤维的发展，1960粘聚丙烯纤维实现工业化生产。20世纪70年代：利用化学改性和物理改性手段，通过分子设计制成改性合成纤维，即“差别化纤维”，与原有合成纤维相比，各种性能都有较大改进。目前特种纤维我国合成纤维工业情况：具体见P123二合成纤维生产简介生产过程可概括为以下四个工序：原料准备：将从石油、煤。天然气、石灰石中提炼了的可供化学合成的有机化合物，通过聚合反应，将单体分子聚合成为平均分子量很高，且具备纺丝性能的高分子聚合物。纺前准备：纺丝熔体或纺丝溶液的制备纺丝：将成纤高聚物的熔体或浓溶液，利用纺丝泵（或称为计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝头（或喷丝板）的毛细孔中挤出，而成液态细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维。（4）后加工:即纤维的后处理。主要是拉伸和热定形。熔体纺丝:见P124锦纶、涤纶、丙纶纺丝方法：湿法纺丝：见P124腈纶短纤维溶液纺丝干法纺丝：见P125腈纶长丝、氨纶弹性丝§5.2涤纶的结构与性能聚酯纤维：是由大分子链中的各链节通过酯基(-CO-O-),相连的成纤高聚物纺制而成的合成纤维。英文缩写：PETPTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯。PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维。是近年来开发的一种新型聚酯纤维。我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85％以上的纤维称为涤纶，发展速度最快，生产量最大。聚酯纤维性能特点：强伸度较好，弹性优良；耐磨性能好，但其织物易起毛起球；小负荷下不易变形，尺寸稳定性好，易洗快干，洗后保形性好，具有优良的免烫性；耐热性好，耐晒性也好，但遇火容易熔融；染色性能较差。一涤纶生产简介主要成分为：对苯二甲酸乙二酯，以对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)为原料通过酯交换法和直接酯化法，合成而得到的一种结晶性高聚物。因为其熔点低于热分解温度，所以采用熔体纺丝法。纺丝成形可分为切片纺丝（长丝）和直接纺丝（短纤维）二涤纶的结构1表面及横截面：纵向光滑、均匀、无条痕的圆柱体。横截面：接近圆形2涤纶的分子结构聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的化学结构式如下：从结构中可以看出：（1）涤纶为线型分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单元链节都有由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链和侧链。取向为拉伸方向且平行排列，分子链高度立体规整性结构，具有紧密敛集的能力和结晶倾向。因而较高的机械强度和形状稳定性。（2）分子中除两端含有－OH外，不含有其他亲水基团，且缺乏与染料分子结合的官能团，故涤纶吸湿性差，染色性差。属于疏水性纤维。酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力，但苯环和亚甲基的稳定性好，所以涤纶的化学稳定性较好。(4)涤纶大分子的基本链节中含有苯环，阻碍了大分子的内旋转，使主链刚性增加，但还含有一定数量的亚甲基，又有一定的柔性。所以涤纶具有弹性优良，挺括，尺寸稳定性好的优异性质。三涤纶的性能1物理性能（1）颜色：一般为乳白色并带有丝光一样的光泽（2）密度：完全无定形时1.333g/cm3,完全结晶时为1.455g/cm3，一般在1.38～1.40g/cm3，（3）回潮率：标准状态下为0.4％，吸湿性低，洗可穿性好，但加工时静电现象严重，织物透气性和吸湿性差。（4）热性能：玻璃化温度为：68～81℃，软化点温度为：230～240℃，在几种主要合成纤维中，涤纶的耐热性最好。（5）耐光性：仅次于腈纶（6）电性能：因吸湿性低，导电性差，一种优良的绝缘体。2力学性能（1）强度高，湿态下强度不下降（2）延伸度适中（3）模量高:是大规模生产的合成纤维中，以涤纶的初始模量为最高，使织物的尺寸稳定，不变形，不走样。（4）回弹性好（5）耐磨性：仅次于锦纶，超过其他纤维。3化学性能在涤纶大分子中，苯环和亚甲基的稳定性较好，故涤纶化学稳定性好，除耐碱性差外，耐其他化学试剂性能均优良。（1）耐酸性：对酸（尤其是有机酸）很稳定，但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用。（2）耐碱性：大分子上的酯基受碱的作用很容易水解，只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。（3）耐溶剂性：对一般的非极性有机溶剂有极强的抵抗能力，在室温下对极性溶剂也有相当强的抵抗能力。（4）对氧化剂和还原剂的稳定性：对二者均有良好的稳定性。4耐微生物性不受虫蛀、霉菌的作用5吸湿、染色性能吸湿差，透气性不好，容易产生静电，易吸附灰尘。染色比较困难6起球现象因为涤纶纤维表面光滑，纤维间抱合力差，纤维的尖端容易散露在织物表面形成绒毛，经摩擦后缠结形成小球，由于强度高，弹性好，小球难以脱落。7静电现象吸湿性差，导电性差，摩擦易产生静电。四改性涤纶主要针对普通涤纶的缺点：染色性差，使用的染料种类少，吸湿性差，易在纤维上积聚静电，织物易起球等进行改性，得到涤纶差别化纤维。化学改性：共聚和表面处理改性方法物理改性：共混纺丝、变更纤维加工条件、改变纤维形态及混纺交织。涤纶改性的途径（具体见P134）改变涤纶的性能，必须从改变其大分子链结构入手。一般方法有1化学改性2物理改性改性涤纶1易染改性涤纶易染色：用不同类型的染料染色，且在采用同类染料染色时，染色条件温和，色谱齐全，色泽均匀及坚牢度好。阳离子染料可染聚酯纤维CDP酸性染料可染聚酯纤维分散染料易染聚酯纤维2抗静电聚酯纤维3抗起球聚酯纤维物理改性方法：使纤维截面异形化，增加纤维抱合力化学改性方法：降低纤维的强力§5.3锦纶的结构与性能锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称，其分子主链是由酰胺键（—HN—CO—）连接.二元胺和二元酸缩聚：分别用两个数字表示二者所含的碳原子数，前者代表二元胺的碳原子数，后者代表二元酸的碳原子数，如锦纶66，锦纶1010由ω－氨基酸缩聚或己内酰胺开环聚合：其数字表示氨基酸或己内酰胺的碳原子数。锦纶的特性：耐磨性、弹性好，强度、延伸度高，相对密度小，耐霉耐蛀。一锦纶生产简介1锦纶6的生产分子结构式：H[NH(CH2)5CO]nOH锦纶6的化学名称为聚己内酰胺，由己内酰胺为原料，在适当的温度和活化剂（如少量水）存在下，经系列反应开环聚合。平均分子量控制在2万左右。2锦纶66的生产分子结构式：H[NH(CH2)6NH-OC(CH2)CO]nOH锦纶66的化学名称为聚己二酰己二胺，由己二酸和己二胺为原料按1:1等摩尔混合制成盐，再进行缩聚。平均分子量控制在2万至3万之间。二锦纶的结构与涤纶相似，纵向光滑，截面接近圆形。大分子主链是由碳原子和规律相间的氮原子构成，主链上无侧基，容易形成结晶，相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚胺基生成氢键。锦纶在冷却成形和拉伸过程中，由于纤维内外所受的温度不一致，使锦纶具有皮芯结构，皮层较为紧密，取向度高而结晶度低，芯层则取向度低而结晶度高。三锦纶的性能1断裂强度因为结晶度、取向度以及分子间力大，所以强度也比较高。锦纶的吸湿率较低，湿态强度为干太强度的85～90％。2断裂伸长随品种而异，强力丝约为20～30％，普通丝为25～40％，锦纶6约为40～50％，湿态下的断裂伸长比干太高3～5％。3初始模量比其他纤维都低，因此使用过程中容易变形。4回弹性回弹性极好5耐磨性所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维6吸湿性比天然纤维和再生纤维素纤维都低，但在合成纤维中，仅次于维纶7染色性在合成纤维中属于较容易染色，可用酸性染料、分散染料染色。8耐光性耐光性差，在长时间的日光和紫外线照射下，强度下降，染色发黄。9耐热性耐热性不好，在150℃下，经历5小时即变黄，强度和延伸度显著下降。收缩率增加。但有良好的耐低温性能。10化学性质耐碱性较强，在室温50％NaOH溶液中，对他没有影响，但酸可使锦纶大分子的酰胺键水解。引起纤维的聚合度降低。因此锦纶对酸不稳定，对浓的强无机酸尤为敏感。对氧化剂的稳定性差。11其他性能相对密度为1.04～1.14，保行性不好。作成的服装不如涤纶挺括，易于变形。§5.3腈纶的结构与性能腈纶是我国市场上聚丙烯腈纤维的商品名称，聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量占85％以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。具有羊毛的特征，故被称为“合成羊毛”。其蓬松性和保暖性好，手感柔软，防霉，防蛀，优越的耐光性和耐辐射性。一腈纶生产简介1纺丝原液的制备聚丙烯腈在加热的条件下既不软化又不熔融，在280～300℃下分解，故不能进行熔体纺丝，而采用溶液纺丝法（干法或湿法纺丝）。纺丝原液的生产工艺分为一步法和二步法。一步法是指所有溶剂即能溶解单体混合物，又可溶解聚合产物，反应结束后聚合物溶液直接用作纺丝原液。两步法是指聚合和纺丝分两步进行，聚合反应采用非均相水相沉淀聚合法，反应后将聚合物从反应体系中分离出来并干燥得到粉状固体，然后将其溶解在适当溶剂中制成纺丝原液。2纺丝方法聚丙烯腈一般采用湿法纺丝或干法纺丝。湿法纺丝：纺丝原液由喷丝孔挤出进入凝固浴后，纺丝细流的表层首先与凝固介质接触并很快凝成一薄层，凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一表层扩散至细流内部，而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中，这一过程即湿法成型中的双扩散过程。由于双扩散的不断进行，使纺丝细流的表皮层不断增厚，当细流中的部分容积浓度降低至某一临界值以下时，纺丝细流发生相分离。初生纤维从溶液中沉淀下来，并伴随一定体积的收缩。干法纺丝：就是凝固介质不是溶剂的水溶液，而是热空气。二腈纶的结构腈纶的形态结构光学显微镜下，腈纶的纵向表面有沟槽，呈树皮状，湿法纺丝生产的腈纶截面基本上是圆形的，而干法生产的截面呈哑铃形。聚丙烯腈纤维的结构特点：具有很多不完整的准晶态结构和较高的侧向序态，这一结构特点使聚丙烯腈纤维对热比较敏感。三腈纶的性能聚丙烯腈的化学性能1密度:湿法纺丝腈纶密度为1.16～1.18g/cm3，干法腈纶为腈纶1.14～1.17g/cm3。2吸湿性在合成纤维中属于中等，在标准状态下回潮率为1.0～2.5％，回潮率与第二、第三单体的种类和用量有关。3染色性均聚的聚丙烯腈纤维是很难染色的，为了改善它的染色性能，常用一定数量带有亲染料基团的第三单体与丙烯腈共聚。以提高聚合物对染料的结合力。使纤维较易染色。4热弹性热弹性是腈纶所具有的特性，本质是高弹形变。主要表现：将纤维二次拉伸后，再将纤维进行骤冷，使大分子的链段活动暂时被冻结，纤维因二次拉伸而发生的伸长也暂时不能回复，但当提高温度至玻璃化温度以上时，由于链段运动加剧，在无张力的情况下，非晶区的大分子要回复原有卷曲状态，纤维的长度又相应的发生大幅度回缩。涤纶、锦纶等结晶性纤维不具有这种热弹性，因为纤维结构中的微晶像网结一样，阻碍了链段的大幅度热运动，而腈纶结构中的准结晶并非真正的结晶，仅是侧向高度有序，这样准结晶区的存在不能阻止链大幅度热运动，而使纤维发生热弹性回缩。因而此特性常被用来生产膨体纱。5耐热性腈纶的耐热性比较好，在150℃进行热处理，纤维的机械性质变化不大。6对日光和大气作用的稳定性在所有大规模生产的合成纤维中，腈纶对日光和大气作用的稳定性最好。7化学性能聚丙烯腈纤维属于碳链高分子物，其大分子主链对酸，碱等化学试剂的稳定性都较好，一般浓度的酸碱对腈纶的降解影响不大，但能使侧基发生水解。腈纶在碱中的稳定性要比在酸中低很多。碱性稍强的一些试剂除能使纤维水解外，还能使纤维的色泽发生变化，因为聚丙烯腈碱性水解时释放出NH3，与未被水解的氰基反应生成脒基，而该基团是发色基团，产生黄色，故腈纶在强碱条件下处理容易发黄。且色泽变暗。聚丙烯腈纤维对常用的氧化性漂白剂稳定性良好。在适当条件下，可用亚氯酸钠、过氧化氢漂白。对常用的还原剂也稳定，所以与羊毛混纺时，可用保险粉漂白。8机械性能强度不如涤纶，但比羊毛好。强度高出羊毛约1～2.5倍。但其湿态断裂强度约为干态断裂强度80～100％，因为聚丙烯腈共聚物组分中的第三单体含有亲水性基团，纤维在水中发生一定的溶胀，使大分子间作用力有所减弱。腈纶的回弹性也相当高。在伸长较小时与羊毛相差不大。9其他性能具有优良的耐菌、耐霉、耐虫蛀，靠近火焰即收缩。接触火焰迅速燃烧，离开火焰继续燃烧并冒黑烟，冷后形成松而脆的黑色小球，易碎。燃烧时会产生NO，NO2，HCN以及其他氰化物等有毒物质。§5.4氨纶的结构与性能氨纶是聚氨酯弹性纤维的商品名称，以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维，国外商品名有Lycra（美国），Neolon（日本），Dorlastan(德国)聚氨酯弹性纤维最早由德国Bayer公司于1937粘试制成功。但未实现工业化生产，1958年美国杜邦也研制出来并实现规模化生产。最初商品名为Spandex.一氨纶的组成及生产氨纶嵌段共聚物中有两种链段，一种叫软链段，它由不具结晶性的低相对分子质量聚酯或聚醚链组成，其玻璃化温度低，常温下处于高弹态，在应力作用下容易发生形变而赋予纤维容易被拉长的特征。一种叫硬链段，由结晶性并能产生横向交联的二异氰酸酯链组成，在应力作用下，基本不发生形变，从而防止分子间发生滑移，赋予纤维足够的回弹性。纺丝方法：干法纺丝、湿法纺丝、熔体纺丝和反应纺丝。但主要采用干法纺丝。二氨纶的结构与性能1氨纶的结构氨纶是以聚氨基甲酸酯为主要组分的嵌段共聚物，结构式如下：～～O-C-HNR-NH-C-NH-R’-NH-式中R为芳香二异氰酸酯链。R’为次脂肪族基，～～～为聚酯或聚醚的分子链。由于氨纶大分子的柔性链段可用聚醚或聚酯组成，故有聚醚型氨纶和聚酯型氨纶两种。2氨纶的性能（1）线密度低（2）强度高（3）弹性好（4）耐热性好（5）吸湿性强（6）密度较低（7）染色性优良3氨纶的用途可用裸丝形式做纺织原料，或加工成包芯纱、包覆纱、合捻线等一般以不同比例与天然纤维、合成纤维及其他纤维混纺。生产机织物或针织物。几种常见纤维的纵向和截面形态特征列于表中，其显微镜观察图见下图。

几种常见纤维的纵横向形态特征纤维名称纵

向

形

态断

面

形

态棉扁平带状，有天然转曲腰圆形或马蹄形，有中腔苎麻有横节、竖纹腰圆形，有中腔及裂缝亚麻有横节、竖纹多角形，中腔较小羊毛表面有鳞片圆形或近圆形，有的有髓质层桑蚕丝表面如树干状，粗细不匀不规则三角形粘胶纤维纵向有细沟槽锯齿形，有皮芯层醋酯纤维有1~2根沟槽不规则的带状维纶有1~2根沟槽腰圆形，有皮芯层腈纶平滑或有1~2根沟槽圆形或哑铃形氯纶平滑或有1~2根沟槽接近圆形涤纶、锦纶、丙纶平滑圆形几种常见纤维燃烧特征表纤维名称接近火焰在火焰中离开火焰后燃烧后残渣形态燃烧时气味棉、粘胶不熔不缩迅速燃烧，桔黄色火焰继续燃烧小量灰白色的灰烧纸气味麻、富强同上同上同上同上同上羊毛、蚕丝收缩渐渐燃烧，橙黄色火焰不易延烧松脆黑灰烧羽毛或毛发臭味涤纶收缩熔融先熔后燃烧，且有熔液滴下，火焰黄白色，有黑烟能延烧玻璃状黑褐色硬球特殊芳香味锦纶收缩熔融先熔后燃烧，且有熔液滴下，火焰呈蓝色能延烧玻璃状黑褐色硬球氨臭味腈纶收缩微熔发焦熔融燃烧，有发光火花，火焰亮黄色继续燃烧松脆黑色硬块有辣味维纶收缩熔融燃烧，有浓黑烟继续燃烧松脆黑色硬块难闻的特殊臭味丙纶缓慢收缩熔融燃烧，火焰明亮继续燃烧硬黄褐色球烧蜡气味氯纶收缩熔融燃烧，有大量黑烟不能延烧松脆黑色硬块氯气的刺激性气味

第六章纱线和织物的基本知识§6.1纱线纱线：用纺织纤维加工而成具有一定细度的产品。纤维原料（加捻制条）纱线

（准备织造）

织物

（缝纫加工）

服装一纱线的细度细度用以表示纤维或纱线的粗细程度，是纱线最重要的指标。纱线细度的不同，不仅反映其用途不同，而且在一定程度上表示纺纱时所用的纤维的规格、质量不同，一般纺细纱用较高质量的纤维。纱线细度可用两种指标直接指标和间接指标来表达。（1）定长制

定长制是指一定长度纱线的重量，其数值越大，表示纱线越粗。其计量单位包括特数（Tt）和旦数（Nd）特数（Nt）特数即特克斯，是指1000m长纤维或纱线在公定回潮率时的重量克数，也称之为号数。Tt=1000G/L（式中L为纤维或纱线的长度米数，G为其公定回潮率时的重量克数）。对单纱而言，特数可写成如“18特”的形式，表示纱线1000米长时，其重量为18克。股线的特数等于单纱特数乘以股数，如18X2表示两根单纱为18特的纱线合股，其合股细度为36特。当组成股线的单纱特数不同