第五章差别化纤维

第五章差别化纤维差别化纤维通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性能上获得一定程度改善的纤维。纤维的差别化加工处理是化学纤维发展的需要。在人们充分欣赏合成纤维许多优良性质的同时，合成纤维的一些不足也暴露出来了，这促使人们对化学纤维尤其是合成纤维进行必要的改性。差别化纤维的发展•生产差别化纤维，主要目的是为了进一步完善和拓展化学纤维材料的性能与品种，同时提高相应纤维制品的相关性能，开发新产品，提高企业的市场竞争力。主要有如下几个方面的作用：•1.提高适应性、应变性，适用于不同领域、品种、用途的产品；•2.克服常规合成纤维在吸湿、静电、染色、阻燃性能等方面存在的某些缺陷；•3.改善纤维性能；•4.天然化、自然化、仿真化；•5.差异化、特殊化、个性化；•6.增加产品附加值；•7.增加产品花色品种，开发新产品；•8.开发新功能、高功能，获得高感性、超自然效果；•9.提高可纺性、可织性、可染性等加工性能。•化学纤维的差别化和仿真化研究从20世纪60年代开始到现在已经有40年的历史。•技术、工艺、效果不断变化，由简单到复杂，从单一到多元，自初级到高级渐臻完善。•以涤纶为例介绍差别化纤维的发展•第一代涤纶差别化纤维：•纤维差别化的主要特点是改变纤维的形态，特别是截面形态。所以这一阶段的差别化可称为形态差别化，属于初仿真阶段。•差别化的主要方法是物理改性，通过异形喷丝板，在喷丝加工中获得各种异形和中空纤维。差别化的内容以异形截面和中空为主。•第二代涤纶差别化纤维:•主要特点是针对纤维的特性改性，称为特性差别化时代，属于多仿真阶段。•主要方法是化学改性加物理改性，如采用复合纺丝技术、各种加弹技术、变形技术以及各种化学改性技术。•第三代涤纶差别化纤维：•这个阶段纤维的差别化可称为多元差别化。差别化纤维被叫做高仿真纤维，因此属于高仿真阶段。•差别化的方法可以说是多样化的。差别化手段有聚合工艺、纺丝技术、牵伸技术、加工技术等，通过复合、混纤、交络、变形，加上纤维在纵向形态和表面状态方面的变化。•第四代涤纶差别化纤维:•这一代差别化纤维日本称为新一代合纤，或新合纤(Shingos-en）。属于超仿真、超感性阶段。并利用多组分混纤和细旦丝。可以说同时运用聚合物改性技术、纺丝技术、丝加工技术、织造技术、染整技术等复合加工技术，使纤维的仿真技术达到了新的高度。•差别化的内容包括物理方面、结构方面、化学性能方面、集束方面、微旦化方面以及混纤、变形等各种变化。•第五代涤纶差别化纤维：•这一代差别化纤维的特点是创新。纤维在加工技术上创新，在特性上也创新，因此被称为新一代新合纤或新新合纤.•新新合纤在技术上的创新，主要在于利用异聚合物、不规则共扼聚合工艺，超细纺丝技术似及单丝表面改质技术等。我国差别化纤维的发展•1998年，我国化学纤维的总产量已突破500万吨，居世界第一位。但其中的差别化率仅为15％，与世界先进国家纤维差别化率达40％的水平相去甚远.•1999年7月14日，国家发展计划委员会、科学技术部联合发布了一份《当前国家优先发展的高技术产业化重点领域指南》•国家出台了一系列的优惠政策和措施，为我国差别化纤维新一轮开发创造了良好的外部环境。第一节纤维的差别化主要方法一、物理改性采用改变纤维高分子材料的物理结构使纤维性质发生变化的方法，属于物理改性。1．改进聚合与纺丝条件：如温度、时间、介质、浓度、凝固浴，可改变高聚物聚合度及分布、结晶度及分布、取向度等。2．改变截面：如采用特殊的喷丝孔形状开发的异形纤维。3．表面物理改性：如采用高能射线（γ射线等）和低温等离子体进行纤维表面刻蚀、涂抹、以及物理改性接枝共聚、电镀等。4．复合：即将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成一根纤维的技术。5．混合：即利用聚合物的可混溶性和溶解性，将两种或几种聚合物混合后喷纺成丝。二、化学改性化学改性是指通过改变纤维原来的化学结构来达到改性目的的方法，改性方法包括共聚、接枝、交联。1．共聚：是采用两种或两种以上单体在一定条件下进行聚合的方法。例如，丙烯睛与氯乙烯或偏氯乙烯共聚可以提高聚丙烯睛的阻燃性能，而对苯二甲酸乙二酯与间苯二甲酸磷酸钠或对苯二甲酸磷酸钠共聚则可以改善聚酯纤维的染色性能。2．接枝：是通过一种化学的或物理的方法，使纤维的大分子链上能接上所需要的基团。接枝可以在聚合体内进行也可以在成形纤维表面进行。3．交联：交联是指使纤维大分子链间用化学链联结起来。当聚合物交联时，所有的单个聚合物链形成一个大的三维网状结构。将使玻璃化温度提高，纤维的耐热性、抗皱性、褶裥保持性、尺寸稳定性、弹性和初始模量获得改善，对纤维拉伸强度和伸长也有一定影响。工艺变性•1、采用新的聚合方法和对聚合物进行特殊控制。•2.根据新的成形原理采用新的成形方法。•3、改进纺丝成形和后加工工艺。•4、后续工艺过程的联合。第二节变形纱（丝）一．变形丝的分类（一）伸缩型1．扭曲型（1）加捻-热定型-解捻法（2）假捻法2．非扭曲型（1）填塞箱法（2）擦边法（3）复合纤维卷曲法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，出口处不加热，使纤维形成卷曲形状。填塞法可加工粗旦锦纶和丙纶纱线。1．空气喷射法2．膨体纱加工法（二）非伸缩型喷气变形运用空气变形技术，将单根或多根长丝改良成具有毛圈结构的丝线，这些毛圈及其弯曲的状态，通常是不易断裂或改变的。•加捻—热定型—解捻法是最早的一种方法，但消耗大、效率低。假捻法目前是最主要的加工方法。填塞箱法仅次于假捻法，速度高，主要生产地毯纱等粗特变行纱。空气喷射法设备简单，主要用于长丝仿短纤丝的加工。二．变形纱的特性1．变形纱上的波纹、环圈、螺旋和皱曲使其具有良好的膨松性。2．可提高抗皱性、抗起毛起球性、保形性和耐用性。3．覆盖性好。4．良好的挠曲性和延伸性。第三节异形纤维一．分类1．三角形（三叶、T形）2．多角形（五叶、五星、六角、支形）3．扁平形（带状、狗骨、豆形）4．中空（异形、中空、多孔）二．加工方法1．异形喷丝孔，最普通2．膨化粘着法，喷丝孔是相互靠近的圆孔、弧形孔、狭缝等。纺出的丝膨化相互粘着形成异形纤维。3．复合纤维分离法，将可通过机械剥离、溶解其中某些组份等得异形纤维。4．热塑性挤压法。几何特征•异形度:指异形纤维截面外接圆半径和内切圆半径的差值与外接圆半径的百分比。即纤维异形度•B=(1一r／R)100%•中空度:是指中空纤维内径(或空腔截面积)与纤维直径(或纤维截面积)的百分比。•中空纤维的中空度为:•H=d／D×100％光泽透气性抗起球和耐磨四．用途1．三角形，闪光效应，作为点缀。2．变形三角形，仿丝绸、仿毛织物等。3．三叶，强捻做仿麻织物，手感脆爽。4．五星，皱织物5．中空，保暖，做絮片，混纺做毛料。6．中空异形，中厚花呢，复丝长统袜7．扁平丝，刚性好，仿毛皮中的长毛纤维8．双十字，袜子（不脱垂、用料省）。五、异形中空纤维•有大量的静止空气，很好的蓄热保温材料•中空降低了表观密度，实现了材料轻量化•截面的异形化中空提高了纤维的刚度•对光的漫反射增强了纤维的不透明感•织物具有较好的吸湿、透气、保暖功能六、长度方向随机不匀异形丝长度方向随机不匀异形丝,如卷缩不匀、热收缩不匀、粗细、结晶取向不匀、染色吸收不匀等。第四节复合纤维一．复合纤维复合纤维是将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成一根纤维的技术。通过复合，在纤维同一截面上可以获得并联型、皮芯型、海岛型等其它复合方式的复合纤维。复合纤维截面几何形状的分类二、复合纤维的生产方法•复合纤维的生产要根据纤维的类型采用不同的纺丝方法和设备。其主要方法有•复合纺丝法:基本原理是将两种性质不同的高聚物，用两根螺杆分别熔融、计量后．共同进入特殊设计的纺丝组件.按照预定的要求在喷丝孔中有规律地排列成熔体流，经喷丝孔喷出冷却成形后，再通过卷绕、拉伸而成为复合长丝。•共混纺丝:将两种或两种以上的具有相容性的聚合物混合在一起进行纺丝的方法.三．特性及用途1、特性复合纺丝法可以使纤维同时具有所含组分聚合物的特点，且通过截面内不同组分的适当配置，使各组分聚合物的优点能得到充分的利用，可制成永久卷曲、易染色、难燃、抗静电、高吸湿等特殊功能的纤维。它是一种目前普遍采用的合成纤维物理改性方法之一。2．用途并列：三维自卷曲，膨松、丰满、弹性好。皮芯：自卷曲纤维、热粘接纤维、导电纤维。多组分：制取超细纤维。第五节超细纤维一．分类(一)按照化纤生产技术水平,结合丝的基本性能及应用范围分:1．细旦丝:0.55dtex-1.4dtex(0.5-1.3旦)(涤纶，7.2-11μm)2．超细旦丝:0.33dtex-0.55dtex(0.3-0.5旦)(涤纶，5.5-7.2μm)。3．极细旦丝:0.11dtex-0.33dtex(0.1-0.3旦)(涤纶，3.2-5.5μm)4．超极细旦丝:0.11dtex以下(0.1旦)以下.(二)按照合成纤与蚕丝细度接近或超越的程度分为：•(1)细特纤维。线密度大于0.44dtex(0.4旦)而小于1.1dtex(1.o旦)的纤维称为细特纤维，或细旦纤维。•细特纤维组成的长丝称为高复丝。•(2)超细纤维。单纤维线密度小于0.44dtex的纤维称为超细纤维。•超细纤维组成的长丝称为超复丝。二．特点（一）优点1．手感柔软、细腻，抗弯刚度明显降低。2．柔韧性好，重复弯曲强度提高。3．光泽柔和，漫射光增加。4．高清洁能力，接触面积增大。5．高吸水、吸油性。6．高密结构。7．高保暖性，静止空气多。（二）缺点1．单纤维强力小，易出现毛丝，断丝等。2．抗弯刚度低，织物不硬挺。3．卷缩性低，膨松性差。4．上油、上染率增加，物料消耗量增加。三．制取方法•1．常规纺丝法常规纺丝法是直接用熔纺法、湿法或干法纺丝制取细旦或超细旦纤维。它可以通过加大拉伸倍数和小孔径喷丝孔来实现。常规设备、工艺，主要是细旦丝.2．分裂剥离法，多组分复合丝。两种成分以放射状，多层等形成，然后用化学或物理方法分裂、剥离。3．溶解去除法，复合纤维中溶去一种成分。四．应用1．仿真丝。2．高密防水透气织物。3．桃皮绒织物。4．洁净布。5．高吸水材料，毛巾、吸水笔芯、卫生巾。6．仿麂皮。第六节其它改性纤维一表面微坑、沟槽和高比重纤维•采用无机粒子与有机物共混纺丝可得到高比重纤维，提高织物的悬垂性。•混入无机物粒子的纤维在碱减量时，无机物粒子周围的聚合物被水解，在纤维的表面出现很多喷火口状的微孔口。这种表面能赋予织物清凉感。二高收缩纤维(一)高收缩纤维1．纤维在热处理时，收缩率在20%--50%（70%）的纤维。（一般纤维的沸水收缩率不5%,长丝不9%）。2．高收缩睛纶，沸水收缩率达15%-45%；高收缩涤纶，沸水收缩率达30%-50%(二)应用1．晴纶膨体纱2．毛纺产品的改性3．交织，形成凹凸不平的效果。4．立体图形，提花织物，花用普通长丝，底用高收缩纤维，收缩处理，图形有立体感。5．其他高密织物、膨体厚织物、人造麂皮。三、自伸长丝指进行热处理时表现出自伸长的特性。其自伸长可达8%-15%。将自伸长丝与高、低收缩丝复合形成高异收缩复合丝，组分之间的收缩率差可达30%-45%。后整理后低收缩丝浮在织物表面，形成致密的超短波丝圈和桃皮绒手感。高收缩丝集中在织物的内部作为骨架四易染色纤维易染色是指可用不同染料染色，且色泽鲜艳、色谱齐全、色调均匀、色牢度好、染色条件温和等。涤纶是常用合成纤维中染色最困难的纤维，易染色合成纤维主要是指涤纶的染色改性纤维。易染色合成纤维常见的品种除阳离子染料可染涤纶外，还有常温常压阳离子可染涤纶（ECDP），酸性染料可染涤纶，酸性或碱性染料可染涤纶，酸性染料可染腈纶纤维，可染锦纶纤维，阳离子可染锦纶纤维等五吸水吸湿纤维吸水吸湿纤维是指具有吸收水分并将水分向临近纤维输送能力的纤维。同天然纤维相比，多数合成纤维吸湿性较差，尤其是涤纶与丙纶，改善合成纤维吸湿性与舒适性可以采用化学改性方法和物理改性方法，通过改性提高纤维的润湿与