纤维基础知识

1生产技术科培训资料一、纤维基础知识（一）、纤维素纤维(棉)的性能浓碱对天然纤维素纤维的作用：常温下，浓的氢氧化钠溶液会使天然纤维素纤维发生不可逆各向异性溶胀，纤维纵向收缩而直径增大，若施加一定的张力防止其收缩，并及时洗碱，可使纤维获得丝一样的光泽，这就是丝光。在显微镜下观察可发现，溶胀了的纤维的横截面，原有胞腔几乎完全消失，长度方向缩短，并由原来扭曲的扁平带状变为平滑的圆柱状。棉纤维若在无张力下与浓碱作用，结果得不到丝光效果，却得到另一种有实用价值的碱缩效果，尤其是棉针织物经浓碱处理，纱线膨胀，织物的线圈组织密度和弹性增加，织物发生皱缩。酸与纤维素作用的一般规律是酸性愈强，水解速率愈快。强无机酸如盐酸、硫酸、硝酸等对纤维素纤维水解特别强烈，弱酸如磷酸、硼酸催化活性较弱，有机酸则更比较缓和。酸的浓度愈大，水解速率愈快。温度对纤维素的水解影响很大，温度愈高水解速率愈快，当酸的浓度恒定时，温度每升高10°，纤维素水解速率增加2～3倍。在其他条件相同的情况下，纤维素水解的程度与时间成正比，作用时间愈长，水解愈严重。此外，纤维素水解速率的快慢还与纤维素的种类有关，例如麻、棉、丝光棉、粘胶纤维，它们的水解速率依次递增，这主要是它们的纤维结构中无定形部分依次增加。实际生产中一般只用很稀的酸处理棉织物，而且温度不超过50℃，处理后还必须彻底洗净，尤其要避免带酸情况下干燥。纤维素与氧化剂的作用纤维素一般不受还原剂的影响，而易受氧化剂的作用生成氧化纤维素，使纤维变性、受损。纤维素对空气中的氧是很稳定的，但在碱存在下易氧化脆损，所以高温碱煮时应尽量避免与空气接触。在应用次氯酸钠、亚氯酸钠、过氧化氢等氧化剂漂白时，必须严格控制工艺条件，以保证织物或纱线应有的强度。（二）粘胶（人造棉）的性能同其他纤维素纤维一样，粘胶纤维对酸和氧化剂比较敏感，但粘胶纤维结构松散，聚合度、结晶度和取向度低，有较多的空隙和内表面积，暴露的羟基比棉多，因此化学活泼性比棉大，对酸和氧化剂的敏感性大于棉。粘胶纤维对碱的稳定性比棉、丝光棉差很多，能在浓烧碱作用下剧烈溶胀以至溶解，使纤维失重，机械性能下降，所以在染整加工中应尽量少用浓碱。粘胶纤维与棉纤维、丝光棉纤2维相比有不同的物理结构。粘胶纤维比丝光棉有更多的无定形区和更松散的超分子结构。所以吸湿量大，对染料、化学试剂的吸附量大于棉和丝光棉，其能力大小的次序为：粘胶纤维丝光棉棉。在染色性能方面，粘胶纤维和棉纤维相似。虽然粘胶纤维的结晶度低，对染料的吸附量大于棉，但由于粘胶纤维存在着皮芯结构的差异，皮层结构紧密，妨碍染料的吸附与扩散，而芯层结构疏松，对染料的吸附量高，所以低温、短时间染色，粘胶纤维得色比棉浅，且易产生染色不匀现象，而高温、长时间染色，粘胶纤维得色才比棉深。（三）涤纶（PE）的性能1.热性能涤纶的耐热性和热稳定性在几种主要合成纤维中是最高的。这不仅表现在有较高的熔点和分解点，而且在较高温度下，强度损失较少。涤纶的玻璃化温度Tg随其聚集态结构而变化，完全无定形的Tg为67℃，部分结晶的Tg为81℃，取向且结晶的Tg为125℃,对纤维、纱线、织物的使用性能，如硬挺性、弹性、可伸长性有很大影响。涤纶的软化点温度也较高，在230～240℃，在此温度下涤纶开始解取向，但晶格尚未破坏，还没有熔化。在255～265℃时晶格被破坏而熔融。由于软化点较高，使染整加工中的定形温度提高，这对提高定形效果十分有利。在的150℃空气中，将涤纶加热168h仍不变色，其强度下降仅为15%～30%，即使在150℃下加热1000h，也只是稍有变色，其强度下降也不超过50%，而其他纤维在此温度下，一般200～300h即行分解。如棉纤维在150℃下仅加热1h，强度几乎下降一半，所以对涤棉混纺织物进行热加工时，应着重考虑棉纤维的耐热稳定性。2.吸湿性和染色性涤纶在标准状态下的吸湿率很低，为0.4%～0.5%，原因在于涤纶大分子链上缺少亲水基团，这也使涤纶在干湿强度上几乎无差别，在服用方面有易洗快干的优点。但另一方面也带来导电性差、易产生静电和沾污、染色比较困难、服用时因为不吸湿而发闷等缺点。涤纶染色困难，主要是因为纤维结构紧密，分子链间空隙小，纤维吸湿性又小，在水中溶胀度小。另外，纤维的化学结构中缺少极性基团，难于同染料结合，所以涤纶染色常采用分子量不太大、水溶性很小的分散染料。染色条件要求更高，如在130℃左右高温染色，以增加分子链段的热运动，使纤维微隙增大。此外，还可使用涤纶增塑剂，如有机酚，使纤维分子链间作用力降低并发生溶胀，达到染色的目的。3.化学性能在涤纶大分子中，苯环和两个亚甲基是比较稳定的，唯有酯基较活泼，具有反应性能。酯键在酸和碱的作用下，容易水解而使分子链断裂。然而，涤纶大分子因物理结构紧密，大分子有较高的取向度和结晶度，因此化学试剂不易扩散到纤维内部，所以涤纶抵御酸、碱、氧化剂、还原剂等的能力在常用的合成纤维中是非常突出的。4．与其他化学试剂的作用：还原剂对涤纶基本无损伤。对在染整加工中遇到的硫代硫酸钠、保险粉等还原剂有很高的稳定性，如将涤纶放入保险粉的饱和溶液中，80℃下处理72h，强度无损伤。涤纶对各种氧化剂也有较高的抵抗能力，即使用高浓度的氧化剂在高温下长时间作用，也不会使纤维发生显著的损伤。（四）、锦纶(PA)的性能1.热性能在锦纶加工时，必须考虑温度对纤维性能的影响。锦纶的耐热性较差，在100℃以上的热空气中，锦纶强度损失明显，这是由于在热的作用下，纤维分子发生氧化裂解之故。若无氧存在进行加热时，则强度损失很小。温度升高还会使锦纶收缩，接近熔点时收缩严重，纤维变黄。锦纶6的Tg为35～60℃，锦纶66的Tg为40～60℃，2.吸湿性和染色性锦纶属于疏水性纤维，但锦纶大分子链中含有大量的弱亲水基—CONH—，分子两端还有亲水基—NH2-和—COOH，因此锦纶的吸湿性高于除维纶以外的所有合成纤维。锦纶66中由于残留有低分子物，吸湿性略高于锦纶6。在标准状态下，锦纶6和锦纶66的吸湿率分别是4.0%和4.2%。锦纶的染色性不如天然纤维，但在合成纤维中又属容易染色的。从锦纶分子结构上看，大分子上含有相当数量的—CH2—疏水链，因而锦纶可采用疏水性的分散染料染色。3.化学性能锦纶的化学稳定性较好，特别是耐碱性更为突出。在10%氢氧化钠溶液中，85℃处理10h，纤维强度只降低5%。稀的无机酸在温度低、时间短时，对纤维破坏不明显，但浓度高、时间长，破坏很明显，如浓的硫酸、硝酸、盐酸在室温下就能破坏锦纶大分子，使纤维发生溶解。有机酸对锦纶的作用较缓和，甲3酸和醋酸对锦纶有膨化作用。强氧化剂能够破坏锦纶，如漂白粉、次氯酸钠、过氧化氢等都能引起纤维分子链的断裂，使纤维强度降低，而且用这些氧化剂漂白后织物容易变黄，所以锦纶需要漂白时，一般用亚氯酸钠或还原型漂白剂。（五）腈纶（PAN）的性能1.热性能腈纶的热稳定性不如涤纶和锦纶，由于它没有真正的结晶，所以对热处理比较敏感，具有较大的热塑性。温度升高时，分子间力被严重削弱，通过分子链段的运动，在不受外力作用的条件下，收缩形变较大。腈纶的耐热性能较好，在125℃热空气中，放置32天，强度不变，在150℃热空气中经20h，其强度下降不到5%。随着第二、第三单体的加入，耐热性有所下降。腈纶在空气中长时间受热会变黄。腈纶不像涤纶、锦纶那样有明显的结晶和无定形结构，只有不同序态的区别，所以腈纶没有明显的熔融温度，软化温度范围也比较宽（190℃～240℃），更特殊的是它有两个玻璃化温度：Tg1=70～80℃,Tg2=140～150℃，分别代表低序态和高序态内分子链段开始转动的温度。由于腈纶分子中引入了第二、第三单体，所以纤维序态降低，Tg2降到80～100℃，在含有较多水分或膨化剂的情况下，将会降到75℃左右，了解这一温度对腈纶的染整加工有指导意义。2.吸湿性和染色性腈纶的吸湿性是比较差的，在标准状态下，其回潮率为1.2%～2.0%在合成纤维中属中等。聚丙烯腈均聚物纤维很难染色。但在纤维的组成中引入了第二、第三单体后，不仅在一定程度上降低了纤维结构的规整性，并且引进了少量酸性或碱性基团，而能采用阳离子染料或酸性染料染色，使染色性能得到改善。染料在纤维上的染色牢度与第三单体的种类密切相关。3.化学性能聚丙烯腈属碳链高分子物，其大分子主链对酸、碱比较稳定，然而聚丙烯腈大分子的侧基———氰基在酸、碱的催化作用下会发生水解，先生成酰胺基，进一步水解生成羧基。水解的结果使聚丙烯腈转变为可溶性的聚丙烯酸而溶解，造成纤维失重，强力降低，甚至完全溶解。例如，在50g/L的氢氧化钠溶液中沸煮5h，纤维将全部溶解。腈纶对常用的氧化性漂白剂稳定性良好，在适当的条件下，可使用亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白。对常用的还原剂，如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和保险粉也较稳定，所以与羊毛混纺时可用保险粉漂白。（六）天丝（TENCEL）纤维的性能天丝（Tencel）是一种溶剂型纤维素纤维，是英国Acordis公司通过十年开发，直至上世纪九十年代才完成商业应用，是最典型的绿色环保纤维。1、天丝的特性天丝兼具普通型粘胶纤维优良的吸湿性、柔滑飘逸性、舒适性等优点外，克服了普通粘胶纤维强力低，尤其是湿强低的缺陷，它的强力几乎与涤纶相近。2、天丝物化性能：外观：白色、有光，纤维截面呈圆形天丝与其他纤维比较回潮率：11%，熔点：无，着火点：约400度3、天丝纤维的性能4（1）具有高的干、湿强力，干湿强比85%。（2）具有较高的溶胀性：干湿体积1：1.4（3）独特的原纤化特性,即天丝纤维在湿态中经过机械摩擦作用下,会沿纤维轴向分裂出原纤,通过处理后可获得独特桃皮绒风格。（4）良好可纺性：可纯纺，也可与棉、毛、丝、麻、化纤、羊绒等纤维混纺交织。适用纺制各类机、针织纱。（七）莫代尔（Modal）纤维的性能莫代尔纤维是一种高湿模量再生纤维素纤维，该纤维的原料采用欧洲的榉木,先将其制成木浆,再通过专门的纺丝工艺加工成纤维.纤维的整个生产过程中没有任何污染。它的干强接近于涤纶，湿强要比普通粘胶提高了许多、光泽、柔软性、吸湿性、染色性、染色牢度均优于纯棉产品；用它所做成的面料,展示了一种丝面光泽，具有宜人的柔软触摸感觉和悬垂感以及极好的耐穿性能莫代尔纤维特点：1.高干燥度和湿强度。2.低干燥度和湿伸长度。3.高湿度模量。4.最佳纯度。缩减膨胀。5.缩减保水量。6.提高碱的稳定性。7.良好的染料亲和力。8.非原纤维化/非原纤状结构。莫代尔纤维与其他纤维的指标对比纤维性能普通粘胶纤维Modal纤维Lyocell纤维纤度/分特1.2—2.41.0—3.30.9—6.7调湿强度CN/dtex2.4—2.63.4—3.64.0—4.2调湿深长%18—2012—1415—17湿强度%506085伸长%21—2313—1517—19BISFA湿模量3610钩接强力CN/tex7820原纤化*****吸湿性9060—7060—70莫代尔纱线的应用Modal纤维可与多种纤维混纺、交织，发挥各自纤维的特点，达到更佳的服用效果。1、Modal纤维面料手感柔软，悬垂性好，穿着舒适。2、Modal纤维面料的吸湿性能、透气性能优于纯棉织物，是理想的贴身织物和保健服饰产品，有利于人体生理循环和健康。3、Modal纤维面料布面平整、细腻、光滑，具有天然真丝的效果。4、Modal纤维面料色泽艳丽、光量，是一种天然的丝光面料。5、Modal纤维面料服用性能稳定，经测试比较，与棉织物一起经过25次洗涤后，手感将越来越硬，而Modal纤维面料恰恰相反，越洗越柔软，越洗越亮丽。6、Modal纤维面料成衣效果好，形态稳定性强，具有天然的抗皱性和免烫性，使穿着更加方便、自然。（八）PTT记忆纤维的性能PTT纤维是聚对苯二甲酸1.3丙二醇酯(英文为polytrimethylene-tereph-thalate)纤维的英文缩写，最早是由ShellChemical（壳牌化学公司）与美国杜邦公司分别从石油工艺路线及生物玉米工艺路线通过PTA与PDO聚合、纺丝制成的新型聚酯纤维，PTT纤维与PET（聚对苯二甲酸乙二醇