第三章 化学纤维(1-2).ppt

1、第三章 化学纤维 （chemical fiber）,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。,3,概 述,我国早在南宋就有记载，用醋浸渍“丝虫”，然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝。这堪称是人类人工制丝技术最早的事实。 十八世纪，测定桑叶中含有碳、氢、氧，而蚕丝还另外含有氮。这启发人们用硝酸来处理纤维素以增加氮的部分。1884年在法国制得硝酸纤维。 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

2、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。,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。,5,第一节 化学纤维的分类与命名,化学纤维：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,6,一、按高聚物(polymer)的来源分

3、,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。 （2）再生蛋白质纤维 如大豆蛋白质纤维、牛奶纤维，原料为大豆、牛奶。依蛋白质的来源命名。,7,2.合成纤维 以煤、石油、天然气及一些农副产品等为原料制成单体后，经化学聚合成聚合物，然后再纺制成的纤维。如涤纶、锦纶（我国的商品名）等。 命名：在单体名称前加“聚”。,8,二、按内部组成分,（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

4、）聚酰胺纤维：大分子链上有酰胺键-(CONH)-，如聚酰胺6（锦纶6,nylon 6，PA6）、锦纶66。,P173页表3-2介绍,9,一种单体缩聚而成，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:,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。,10,（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:,11,（5）聚丙烯纤维：

5、丙纶（propylene,PP） （6）聚氯乙烯纤维：氯纶(chlorofibre,PVC),12,三、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,13,3.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。,14,复合纤维,15,复合纤维,16,4.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

6、形纤维,17,6.粗、细、超细纤维 粗特纤维: 1.1或1.65tex以上(涤纶，31.86、39m) 细特纤维: 0.044-0.11tex(涤纶，6.37-10m) 超细纤维: 0.044tex(涤纶，6.37m)以下，超细纤维多用于制造人造麂皮。,18,第二节 化学纤维的制造与品质特征,一、化学纤维制造概述 （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n 2. 分子量：103107 3. 多分散性：聚合度和结构形状有不同的分布,19,（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

7、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。,20,（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。,21,2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,或高聚物为非熔性,22,3.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。有熔体纺丝法和溶液纺丝法。,（1）

8、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,23,纺丝,24,（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（Wet spinning）：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,25,湿法纺丝,26,干法纺丝(Dry spinning)：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

9、纺丝工艺流程,27,干法纺丝,28,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,29,复合纺丝,Bicomponent fibers,30,喷射纺丝,31,静电纺丝,32,4. 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）。,33,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

10、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。,34,（二）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。,35,（三）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

11、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。,36,（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。,37,（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。,38,（4）喷气变形法 利用喷气方法，使受到冲击的丝条中各跟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，

12、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。,39,（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,40,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,41,二、粘胶纤维(Rayon长丝/viscose短纤维) -吸湿易染,（一）概况 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

13、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，又可分为棉型、毛型和长丝型，俗称人造棉、人造毛和人造丝。高湿模量粘胶纤维具有较高的强力、湿模量，湿态下强度为22cN/tex,伸长率不超过15%，其代表产品为富强纤维。高强力粘胶纤维具有较高的强力和耐疲劳性能。,42,（二）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 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：全芯层,43,富强纤维纵横向,普通粘

14、胶纵横向,44,3.粘胶的特点 断裂强度比棉小；湿强小于干强（干强的4050%）,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。 耐热性和热稳定性较好，易燃烧。,45,三、聚酯纤维（涤纶polyester, PET）挺括不皱,（一）概况 涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维的中国商品名，英国的商品名为Terylene，美国商品名为Dacron。涤纶是合成纤维的一大类属和主要品种，其产量居所有化学纤维之首。涤纶的发展最快，可仿各种天然纤维。,46,涤纶纵、横向形态,47,（二）制造 1.纺丝液的制备

15、切片（聚对苯二甲酸乙二酯）干燥加热熔融 2.纺丝和后加工 短纤维 初生丝（空气固化）集束拉伸（4-4.5倍，取向度）热定形（消除内应力）卷曲切断 长丝 初生丝拉伸定形加捻（或变形）打包,48,（三）性质 1、机械性质 强度高伸长大；初始模量高；耐冲击性好；弹性好，织物挺括抗皱，尺寸稳定，但易起球。 2、吸湿染色性 吸湿染色性差（W=0.4%），洗可穿性好；易起静电，易吸灰。,49,3、热学性质 耐热性好，150度处理1000h仅稍有变色，其他普通纤维200-300h完全破坏。遇火星易熔孔。 4、光学性质 耐光性好，仅次于腈纶，曝晒1000小时，强力保持60%-70%。 5、密度 小于棉大于羊毛

16、，1.38g/cm3。,50,6、化学性质 对酸较稳定，但只耐弱碱不耐强碱；不霉不蛀。 碱减量处理：在较高的温度下利用浓碱腐蚀涤纶表面，纤维细度变细，织物重量减轻(失重2025)，光泽柔和，重量减轻，从而形成真丝绸的外观和手感的工艺过程。,51,四、其它几种合成纤维的品质特征,（一）聚酰胺纤维 锦纶（nylon 6，PA6，结实耐磨） 1. 概况 1935年，杜邦公司首次合成了聚酰胺纤维（尼龙66），并于1938年开始工业化生产。同年，德国化学家PSchlack制成了尼龙6，并于1941年实现工业化生产。2004年世界年产锦纶416万吨，我国年产63.3万吨。我国聚酰胺纤维的商品名称为锦纶。锦

17、纶也称耐纶、尼龙、卡普隆。,52,锦纶及异形锦纶纵、横向形态,53,2.性质 （1）机械性质 强度（普通纤维中最强）、伸长大；耐磨性六大纶中最好（棉的10倍，羊毛的20倍）初始模量低，故手感柔软但织物保形性差。 （2）吸湿染色性 W=4.5%，在合纤中位居第二，染色性能好。 （3）热学性质 耐热性差，随温度的升高强力下降，收缩率增大。安全使用温度：低于93（PA6），低于130 （锦纶66）。,54,（4）耐光性 耐光性差（端基对光、热、氧敏感），久晒变黄，强度下降。 （5）化学性质 耐碱性优良但不耐酸。 （6）密度 较小，1.14 g/cm3，服装制品穿着轻便，且有良好的防水防风性能。,55

18、,（二）聚丙烯腈纤维 腈纶（acrylic, PAN，膨松耐晒）,1.概况 腈纶是聚丙烯腈纤维的中国商品名，产量仅次于涤纶和锦纶。纯粹的丙烯腈纤维，由于内部结构紧密，服用性能差，所以它是由85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物纺制的合成纤维。第二单体主要改善弹性和手感，第三单体主要改善染色性。1953年美国杜邦公司最先实现了腈纶的商品化。,56,腈纶手感柔软、弹性好，有“合成羊毛”之称,也称奥纶、开司米纶、爱克兰。 结构： 腈纶在内部大分子结构上很独特，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），

19、腈纶密度小，比羊毛还小，织物保暖性好。 纺丝：湿法，截面基本圆形；干法，花生果形。,57,2.性质 （1）机械性质 强度比涤纶、锦纶低，断裂伸长率则与之相当，多此拉伸后，剩余伸长率较大，尺寸稳定性差；易起球。 （2）吸湿染色性 吸湿性较差（w=1.2%-2%）,易积聚静电；染色性好。 （3）热学性质 具有热弹性；没有明显的熔点，不会产生熔孔现象。,58,（4）耐晒性 六大纶中最好。 （5）化学性质 耐酸也耐碱。 （6）密度 较小，1.17g/cm3。,59,（三）聚乙烯醇缩甲醛纤维 维纶（ vinylon, PVA，价廉耐用）,1.概况 维纶又称维尼纶、纱纶，是聚乙烯醇纤维的中国商品名。未经处

20、理的聚乙烯醇纤维溶于水，用甲醛或硫酸钛处理后可提高其耐热水性。维纶于1940年6月进行工业化生产，产品以短纤维为主，也有少量可溶性长丝。维纶在性能上与棉花相似，有合成棉花之称。,60,结构： 湿法纺丝皮芯层结构，横截面为腰圆形；纵面形态1-2根沟槽。 大分子主链呈平面锯齿形。,维纶纵、横向形态,61,2.性质 （1）机械性质 强伸性比棉好，但差于其他合成纤维，初始模量比涤纶低，弹性较差（织物易折皱），耐磨性较好。 （2）吸湿性 合成纤维中最好（W=5.0% ）。 （3）染色性 湿法纺丝：染色性不好，色泽不鲜艳。干法纺丝：染色性好。,62,（4）热学性质 耐干热而不耐湿热（收缩）。耐热水性差，1

21、15收缩变形，煮沸34小时，织物变形或部分溶解。 （5）化学稳定性 较好，较耐碱不耐强酸；耐腐蚀，不怕霉蛀，长期放于海水或土中均无影响。 （6）耐光性 较好 （7）热传导系数低，保暖性较好,63,（四）聚丙烯纤维 丙纶（propylene，PP，质轻保暖）,1. 概况 丙纶是等规聚丙烯纤维的中国商品名。1955年研制成功，1957年由意大利开始工业化生产。丙纶的品种较多，有长丝、短纤维和膜裂纤维等。2000年以丙纶为主，包括纺粘法非织造布、地毯丝在内的聚烯烃纤维，全世界年产580万吨，其中我国为88万吨。,64,2. 性质 （1）机械性质 强度较高，伸长较大，初始模量较高，弹性和耐磨性均好。

22、（2）吸湿染色性 几乎不吸湿性（常见化纤中最小），有独特的芯吸能力，染色性很差。 （3）热学性质 导热系数在纤维中最低（保暖性好），熔点低，耐湿热不耐干热。,65,（4）耐光性 不耐日晒，易老化。 （5）化学稳定性 很好；耐化学品性优；不霉不蛀。 （6）密度 0.91g/cm3，是最轻的纤维。,66,（五）氨纶（弹性纤维）,1.概况 氨纶具有优良的延伸性和弹性，又称为弹力纤维。最著名的商品名称是美国杜邦公司生产的“莱卡” 。通常将氨纶丝与其他纤维纺成包芯纱后，供织造使用。它可用于制造各种内衣、游泳衣、紧身衣、牛仔裤、运动服等。氨纶制成的服装，穿着舒适，能适应身体各部分变形的需要，并能减轻服装对

23、身体的束缚感。,67,2. 性质 （1）机械性质 强度最差，伸长率最大（450%-800%），弹性特别好。 （2）吸湿性 较差（ W=0.8-1%）。 （3）热学性质 日光照射稍发黄，强度稍有下降。 （4）具有较好的耐酸碱性、耐光性等 （5）密度小：1.0-1.3g/cm3,68,（六）聚氯乙烯纤维,1.概况 氯纶是聚氯乙烯纤维在我国的商品名称。氯纶的原料丰富，生产流程短，是合成纤维中生产成本最低的一种。 氯纶短纤维可以制成棉絮、毛线及针织内衣裤等，由于氯纶的保暖性非常好，织物经摩擦后容易产生静电，用其做成内衣对患有风湿性关节炎的人有一定的辅助治疗作用。此外，氯纶可以加工成具有各种特殊用途的阻燃纺织品，如沙发布、安全性帐篷等。,69,2.性质 （1）形态 纵面平滑或有12根沟槽，截面接近圆形。 （2）