第四章 化学纤维

null第四章 化学纤维第四章 化学纤维化学纤维分类化学纤维分类一、按原料分 再生纤维 半合成纤维 合成纤维 无机纤维化学纤维分类化学纤维分类二、按形态结构分 1、按长度 长丝 短纤 等长和不等长 棉型、毛型和中长型 2、按细度 粗特(0.11dtex以上） 细特(0.11dtex-0.44dtex） 超细特(0.44dtex以下） 化学纤维分类化学纤维分类二、按形态结构分 3、按截面形状 圆形纤维 异形纤维：用异形喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的 化学纤维 复合纤维：由两种或两种以上高聚物，或具有不同分子量的同一高聚物经复合纺丝法制成的化学纤维 4、按光泽 有光纤维 半光纤维 无光纤维化学纤维分类化学纤维分类三、按性能特点 普通 差别化：通过采用化学或物理等手段后，其结构、形态等特性发生改变，从而具有了某种或多种特殊功能的化学纤维。 化学短纤维化学短纤维第四章 化学纤维第四章 化学纤维第一节 化学纤维制造概述 第二节 再生纤维 第三节 半合成纤维 第四节 合成纤维第一节 化学纤维的制造概述第一节 化学纤维的制造概述一、成纤高聚物必须具备的条件 （1）线型分子结构 （2）大分子间要有足够的吸引力 （3）适当的分子量 二、制造过程 1、成纤高聚物的提纯或聚合 2、纺丝流体的制备 3、纺丝成形 4、后加工 线性分子结构线性分子结构高聚物按其分子形状可分为线型、支链型和体型三种 线性高聚物具有一定溶解性能和熔融能力，能溶解成溶液或熔融成熔体而制备成纺丝流体 用于纺制化学纤维的高聚物必须是线型的能伸直的分子，支链应尽可能少，没有庞大的侧基 大分子间要有足够的引力大分子间要有足够的引力成纤高聚物的大分子间要有足够的引力才能纺丝成形 纤维的物理机械性能与大分子间的引力有密切的关系 适当的分子量 适当的分子量 分子量必须达到一定数量时才有形成纤维的能力，成形条件取决于高聚物的分子量。 纤维的物理机械性能在很大程度上也和分子量有关。 在一定范围内，分子量提高可以提高纤维的强度，但分子量达到某一极限时，继续提高时与纤维强力的关系不大。第一节 化学纤维的制造概述第一节 化学纤维的制造概述二、制造过程 2、纺丝流体的制备 熔融法：将分解温度高于熔点的成纤高聚物加热熔融成纺丝熔体 溶解法：将分解温度低于熔点的成纤高聚物溶解于适当的溶剂中制成纺丝液第一节 化学纤维的制造概述第一节 化学纤维的制造概述二、制造过程 3、纺丝成形 （1）定义：纺丝流体通过计量泵定量供给喷丝头，使其从喷丝板的毛细孔中挤出，再在适当的介质中固化成细丝(初生纤维)的过程第一节 化学纤维的制造概述第一节 化学纤维的制造概述二、制造过程 3、纺丝成形 （2）方法 熔体纺丝 溶液纺丝：湿法纺丝和干法纺丝 有色纺丝 异形纤维纺丝 复合纤维纺丝 裂膜成纤法熔体纺丝熔体纺丝定义：将纺丝熔体从喷丝孔中挤出，在周围空 气中冷却、固化成丝 优点：过程简单，纺丝速度高，污染小 缺点：喷丝孔数较少，长丝一般为几孔到几 十孔，短纤维一般为300～1000孔，最多 可达2200孔 应用：涤纶、锦纶、丙纶湿法纺丝湿法纺丝定义：将纺丝液从喷丝孔中挤出，在液体凝固 剂固化成丝 优点：纺丝速度低 缺点：喷丝孔数较多，最多可达50000孔 应用：粘胶、腈纶、维纶、氯纶干法纺丝干法纺丝定义：将纺丝液从喷丝孔中挤出，在热空气中 使溶剂迅速挥发而固化成丝 优点：纺丝速度较高，纺制较细的长丝 缺点：喷丝孔数较少，300～600孔 污染大 设备工艺复杂，成本高 应用：醋酯、维纶、氯纶、腈纶，但较少采用有色纺丝有色纺丝定义：在纺丝熔体或溶液中加入适当的着色 剂，经纺丝后直接制成有色纤维 特点：可提高染色牢度，降低染色成本， 减少污染环境异形纤维纺丝异形纤维纺丝定义：用非圆形喷丝孔，制取各种不同截面形 状的异形纤维。 类型：三角形、Y形、星形和中空纤维等复合纤维纺丝复合纤维纺丝定义：将两种或两种以上不同化学组成或不同浓度的纺丝流体，同时通过一个具有特殊分配系统的喷丝头而制得。在进入喷丝孔之前，两种成分彼此分离，互不混合，在进入喷丝孔的瞬间，两种液体接触，凝固粘合成一根丝条，从而形成具有两种或两种以上不同组分的复合纤维。 类型：并列型、皮芯型和海岛型等裂膜成纤法裂膜成纤法定义：将高聚物先制成薄膜，然后经机械加工 方式制得纤维 割裂纤维(扁丝）：将薄膜切割成一定宽度的条 带，再拉伸数倍，并卷绕在筒子上得到 成品。 撕裂纤维：将薄膜沿纵向高度拉伸，使大分子 沿轴向充分取向，同时产生结晶，再用化学和物理方法使结构松弛，并以机械作用撕裂成丝状，然后加捻和卷曲获得成品。后加工后加工（1）集束：将几个喷丝头喷出的丝束以均匀的张力集合成粗细的大股丝束，以便于后加工。后加工后加工（2）拉伸：使纤维中杂乱的分子能沿纤维轴向有规则地定向排列。同时，可发生结晶或结晶度和晶格结构的变化，从而使分子间作用力大大加强，纤维的超分子结构进一步形成并趋于完善，纤维强度提高。 后加工后加工（3）上油： 上油是使纤维表面覆盖上一层油膜，赋予纤维平滑柔软的手感，并使其湿度增加，相应改善纤维的抗静电性能。上油后可降低纤维与纤维之间及纤维与金属之间的摩擦，提高耐磨性，使加工过程得以顺利进行。在合成纤维的生产中，要经过两次或多次上油，不同品种和不同规格的纤维要求采用不同的油剂。 后加工后加工（4）卷曲或加捻 长丝通过加捻使丝条具有一定的捻度增加单纤维间的抱合力，提高纺丝加工质量。 短纤维是进行卷曲，以增加短纤维间及与棉、羊毛混纺的抱合力，提高可纺性，改善织物弹性及手感。 后加工后加工（5）干燥定形：消除纤维的内应力，提高纤维的尺寸稳定性，并进一步改善其物理机械性能。热定型可使拉伸、卷曲效果固定，并进一步提高纤维的纺织性能和使用价值。 （6）切断：在切断机上将丝束切断成规定的长度 （7）打包：在打包机上打成包作业作业1、简述化学纤维的分类。 2、棉型、毛型、中长型化纤的长度和细度的一般范围为多少?分别用于什么纺纱系统? 3、成纤高聚物必须具备的条件有哪些?分别说明为什么? 4、简述常见化纤纺丝方法及其特点。 5、化纤上油有何作用？为何要使化纤具有卷曲？第二节 再生纤维第二节 再生纤维一、再生纤维素纤维（粘胶） （一）制备 （二）结构与性能 二、再生蛋白质纤维 三、其他再生纤维粘胶纤维粘胶纤维（一）制备 棉、麻和粘胶结构与性能比较*棉、麻和粘胶结构与性能比较*（一）结构 1、大分子结构 （1）化学结构式：（C6H10O5)n （2）聚合度(DP)：麻>棉>粘胶 2、超分子结构 （1）分子间作用力：范德华力和氢键 （2）结晶度：麻>棉>粘胶 （3）取向度：麻<棉<粘胶 3、形态结构 （1）纵向 （2）截面棉、麻和粘胶结构与性能比较*棉、麻和粘胶结构与性能比较*（二）性能 1、相同点 易染色、吸湿、耐酸、易燃烧、易发霉、弹性差 2、不同点 染色性、吸湿性：粘胶>棉>麻 强度：麻>棉>粘胶（棉、麻湿强大于干强） 光泽：棉、麻暗淡，粘胶光泽强 手感：棉、粘胶柔软，麻粗硬 纤维素纤维大分子结构纤维素纤维大分子结构棉：6000 ～ 11000 麻：>10000 粘胶：300～600（C6H10O5)n聚合度结构式纤维素纤维超分子结构纤维素纤维超分子结构分子间作用力结晶度(%)取向度(°)范德华力 氢 键60～70>7030～4020～307～8>30棉纤维纵横向形态棉纤维纵横向形态麻纤维纵横向形态麻纤维纵横向形态粘胶纵横向形态粘胶纵横向形态纤维素纤维形态结构纤维素纤维形态结构丝光棉丝光棉丝光：棉制品（纱线、织物）在紧张状态下，利用 18～25%碱液(NaOH或液氨)处理的过程。 结构变化 形态结构 截面：腰圆形→椭圆→圆形 纵向：天然转曲减少(80% →14.5%) 超分子结构 大分子间作用力减小(部分氢键被破坏） 结晶度下降(70%→50%) 取向度增加 性能变化 光泽改善 弹性增加 吸湿和染色性提高 强度增大棉纤维丝光处理前后形态棉纤维丝光处理前后形态第三节 半合成纤维第三节 半合成纤维一、醋酯纤维 （一）制备 （二）结构 （三）性能 二、聚乳酸纤维第三节 半合成纤维第三节 半合成纤维一、醋酯纤维 （一）制备 1、纤维素+醋酸酐→三醋酸酯纤维素 三醋酸酯纤维素溶解在二氯甲烷中制成纺丝液 干法纺丝制成三醋酸酯纤维 2、三醋酸酯纤维素+热水→二醋酸酯纤维素 二醋酸酯纤维素溶解在丙酮中制成纺丝液 干法纺丝制成二醋酸酯纤维 第三节 半合成纤维第三节 半合成纤维一、醋酯纤维 （二）结构第三节 半合成纤维第三节 半合成纤维一、醋酯纤维 （三）性能 （1）手感平滑柔软，二醋纤有丝绸风格，三醋纤风格像锦纶； （2）比重小于纤维素纤维，质量轻； （3）二醋纤、三醋纤回潮率6-7%和2.5-3.5% （4）二醋纤维强度比粘胶差，耐磨性差； （5）醋纤耐酸碱性不如纤维素 第四节 合成纤维第四节 合成纤维一、涤纶 二、锦纶 三、丙纶 四、腈纶 五、维纶 六、氯纶 七、氨纶合成纤维特点合成纤维特点1、光泽强 2、染色性、吸湿性差 3、易产生静电、易沾污 4、强度大、易起球 5、抗熔孔性差 6、不霉不蛀 一、涤纶Polyester (PET)一、涤纶Polyester (PET)结构（聚对苯二甲酸乙二酯） 性能特点：良好的洗可穿性能涤纶涤纶2、性能 （1）最大特点是具有优良的弹性和回复性； （2）可塑性好； （3）强度高，延伸性好，耐磨性好； （4）易洗快干，洗可穿性能好； （5）耐光性仅次于腈纶 （5）耐酸不耐碱的高温处理； （6）吸湿性差； （7）可仿真丝。 二、锦纶Polyamide (PA)二、锦纶Polyamide (PA)结构 性能特点：良好的耐磨性锦纶锦纶2、性能 （1）比重小于涤纶； （2）弹性好； （3）最突出的特性是耐磨性好； （4）耐碱不耐酸； （5）外观不如涤纶挺括； （6）耐热性不如涤纶； （7）耐光性差； 三、丙纶Polypropylene (PP)三、丙纶Polypropylene (PP)结构 性能特点：密度小于水 零吸湿 　　　　　　具有较强的芯吸作用丙纶丙纶2、性能 （1）最大特点是比重最小； （2）具有较强的芯吸作用； （3）耐热性、耐光性和耐气候性差。四、腈纶Polyacrylonitrile (PAN)四、腈纶Polyacrylonitrile (PAN)结构 性能特点：耐日光性和耐气候性最突出腈纶腈纶2、性能 （1）热导率低； （2）耐日光性和耐气候性最突出 （3）弹性不如羊毛； 合成纤维合成纤维（五）维纶PVA(聚乙烯醇Polyvinyl alcohol)：吸湿性最好 （六）氯纶PVC(聚氯乙烯Polyvinyl chloride)：难燃纤维 （七）氨纶PU(聚氨酯Polyurethane)：弹性纤维作业作业1、何谓丝光处理？丝光处理后棉纤维的结构与性能有何变化？ 2、比较棉、麻和粘胶的结构与性能。 3、比较羊毛和蚕丝的结构与性能。 4、棉织物水洗时，羊毛织物在热湿和机械外力的作用下，以及涤纶织物在高温熨烫会发生收缩，试解释三者的原因。 6、列举七大纶的中英文学名，英文缩写及其最突出的特性。 概述概述制造 成纤高聚物必须具备条件 线型的大分子结构 可熔性或可溶性 适当的分子量 过大 过小 较好的分子凝聚能力 凝聚成型 良好的机械物理性能 概述概述制造 过程 纺丝液制备：熔体或溶液 纺丝成形：干法或湿法 后加工 集束 拉伸 上油 卷曲 定形 切断 打包 概述概述制造 主要方法 熔体纺丝 溶液纺丝 湿法 干法 其它方法 有色纺丝 异形纤维纺丝 复合纤维纺丝 喷射纺丝 裂膜成纤法 热压法 再生纤维再生纤维再生纤维素纤维 粘胶纤维 制造 碱纤维素→纤维素磺酸酯→粘胶溶液→初生纤维→凝固浴→后加工 结构 大分子结构：DP=250~550 超分子结构 形态结构 性能 吸湿染色性 力学性质 热学性质 耐酸碱性 种类 按原料来源 按结构再生纤维再生纤维再生纤维素纤维 铜氨纤维 制造 纤维素＋铜氨溶液→铜氨纤维素纺丝溶液→初生纤维→凝固浴→后加工 结构 DP=450~550 0.44~1.44tex 圆形截面，纵向光滑 性能 吸湿染色性 力学性质 光泽和手感 耐酸碱性再生纤维再生纤维再生蛋白质纤维 大豆蛋白复合纤维 制造 蛋白质＋聚乙烯醇→纺丝液(湿法) 结构 扁平哑铃状、腰圆形或不规则三角形 凹凸沟槽 性能再生纤维再生纤维再生蛋白质纤维 牛奶蛋白复合纤维 制造 蛋白质＋聚丙烯腈→纺丝液(湿法) 结构 近似哑铃状、腰圆形 凹凸沟槽 性能半合成纤维半合成纤维醋酯纤维 制造 纤维素＋醋酸酐→三醋酯纤维素→干法纺丝(二氯甲烷) 三醋酯纤维素＋热水→二醋酯纤维素干法纺丝(丙酮) 结构 酯化度 DP 结晶度 截面形状：多瓣形叶状或耳状 性能半合成纤维半合成纤维聚乳酸纤维 制造 乳酸的来源 淀粉→葡萄糖→乳酸 纤维素→乳酸 聚乳酸合成 直接：乳酸→低聚物→聚乳酸 间接：乳酸→丙交酯→聚乳酸 纺丝 熔体法 干法半合成纤维半合成纤维聚乳酸纤维 性能 优异力学性能 理想的阻燃性能 良好的生物相容性和生物可降解性 吸湿和染色性较差合成纤维合成纤维聚酯纤维 制造 高聚物：二元酸＋二元醇→聚酯 PET（涤纶） PBT PTT 熔体纺丝 结构合成纤维合成纤维聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶Polyester） 性能 吸湿性差：0.4% 易产生静电 染色困难 舒适性差 易洗快干，洗可穿性能好 可塑性好 最大特点是具有优良的弹性和回复性；合成纤维合成纤维聚酰胺纤维 制造 高聚物 氨基酸或内酰胺开环聚合 二元胺＋二元酸 熔体纺丝 结构合成纤维合成纤维聚酰胺6或聚酰胺66（锦纶6或66 Polyamide） 性能 模量低 弹性好 最突出的特性是耐磨性好羊毛和蚕丝结构与性能比较*羊毛和蚕丝结构与性能比较*羊毛和蚕丝结构与性能比较*羊毛和蚕丝结构与性能比较*