第4章-合成纤维.

1双酚A型聚砜的结构异亚丙基：脂肪基，有一定的空间体积，可以减少分子间相互作用力，赋予聚合物韧性和熔融加工性。醚基：增强分子链的柔顺性，并改善熔融加工性。砜基：提供刚性、耐热性、抗氧化性。亚苯基：提供刚性、耐热性、稳定性。OCCH3CH3SOOOn2第4章合成纤维4.1概述4.2通用合成纤维4.3高性能合成纤维4.4功能合成纤维34.1概述纤维是制造织物和绳线的原料。纤维的含义：凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。它可分为天然纤维和化学纤维。化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。4天然纤维自然界存在的和生成的具有纺织价值的纤维，是纺织工业的重要材料来源。约占纺织纤维年总产量的50%按照来源不同，分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维植物纤维：又称天然纤维素纤维，主要组成物质是纤维素；5主要品种：棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等棉：主要成分是纤维素、水分、脂肪、蜡质、蛋白质、果胶及灰分等性质强度较低，延伸率较低，但湿强度较高。6麻以苎麻纤维和亚麻纤维为主。“轻如蝉翼，薄如宣纸，平如水镜，细如罗绢”苎麻是中国特有的以纺织为主要用途的农作物，是我国国宝，我国的苎麻产量约占全世界苎麻产量的90%以上，在国际上称为“中国草”。7动物纤维：又称蛋白纤维，其主要组成成分是蛋白质；主要品种：动物的肤毛发与绒毛、禽类的羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维。羊毛纤维，是从绵羊身上剪下的，按纤维细度、长度分级。一般呈圆柱形，从根部到顶梢逐渐变细，具有螺旋卷曲。好羊毛多数呈白色或奶油色。8性能羊毛比棉轻，强度比棉低，但弹性好，其织物挺或不易折皱。应用羊毛是宝贵的纺织原料，能织四季衣着，所织冬季织物质地厚实，手感柔软，保暖性好；春秋季织物质地丰满，光泽柔和，挺括；夏季织物质地薄细、滑爽。9蚕丝又称为天然丝。生丝是由两根丝纤朊（约75%～82%）被丝胶朊（约18%～25%）粘合而成。丝胶朊能溶于热水或弱碱性溶液。除去丝胶朊而得的丝纤朊，俗称熟丝，白色，柔软有光泽，强度高，是热和电的不良导体。10矿物纤维：石棉是最大宗的天然矿物纤维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉11化学纤维用天然的或人工合成的高分子材料为原料制成的纤维。人造纤维是用天然高分子材料为原料，经过化学处理和机械加工制成的如：“人造丝”、“人造棉”。具有与天然纤维相似的性能，有良好的吸湿性，透气性和染色性，手感柔软，富有光泽，是一类重要的纺织材料。12化学纤维合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，它发展很快。如：涤纶、锦纶、腈纶13合成纤维的发展诞生于20世纪30年代；是用石油、天然气、煤或农副产品为原料合成的聚合物经加工制成的。1931年，美国，合成出尼龙66，锦纶66；1938年，德国，合成出聚酰胺6；141939年，聚氯乙烯纤维，（氯纶）；1949年，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）；1950年，聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇纤维1958年，聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇缩丁醛纤维（维纶）；151961年，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（芳纶）；1983年，聚苯并咪唑、聚苯硫醚纤维合成纤维已经广泛应用到国民经济的各个领域，对人们的生活起着举足轻重的作用。16合成纤维的分类合成纤维通用合成纤维高性能合成纤维功能合成纤维涤纶、聚酰胺、腈纶和丙纶，产量大，应用广强度大、模量大的纤维；它由刚性链聚合物和柔性链聚合物纺丝制造具有除力学和耐热性外的特殊性能，如光、电、化学、高弹性和生物降解性等的纤维，产量小，但附加值大17合成纤维的制备制备工艺成纤聚合物的制备纺丝工艺熔体纺丝溶液纺丝将聚合得到的聚合物熔体直接进行纺丝一步溶液纺丝：直接将聚合后得到的聚合物溶液作为纺丝液进行纺丝二步法溶液纺丝：将固体聚合物配制成纺丝液，再进行溶液纺丝电纺丝18熔体纺丝步骤：（1）纺丝熔体的制备（2）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细流（3）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固（4）固态纤维上油和卷绕涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法1920熔体纺丝：21溶液纺丝步骤：（1）纺丝液的制备（2）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头的毛细孔压出形成原液细流（3）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝固浴中析出形成初生纤维；（4）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕22溶液纺丝：23电纺丝电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维24纺丝的工艺参数纺丝工艺参数包括：纺丝速率、熔体温度、纺丝液浓度、热定型温度纺丝工艺参数对合成纤维的结构和性能影响很大。聚合物纺丝过程中遭受剪切和拉伸力。，一般来说，无定形合成纤维为皮芯结构，结晶纤维为三相结构。25剪切和拉伸作用下的链结构26皮芯结构和三相结构27合成纤维的性能具有优良的物理、机械性能和化学性能如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不会发霉或虫蛀等某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、高强力、高模量等特殊性能28合成纤维的应用超出了纺织工业的范围，逐渐深入到国防工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、海洋水产、通讯联络等重要领域例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、工作服等；高性能特种合成纤维可用作降落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材料等。294.2通用合成纤维4.2.1聚酰胺纤维世界上最早投入工业化生产的合成纤维中国商品名“锦纶”，国际商品名“尼龙”、“耐纶”、“卡普隆”等聚酰胺纤维是脂肪族和半芳香聚酰胺经熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链中含有酰胺键。301938年10月27日正式宣布世界上第一种合成纤维诞生1939年10目24日杜邦在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购。人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强，象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，1940年5月，尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。从第二次世界大战爆发直到1945年，尼龙工业被转向制降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。1958年4月，第一批中国国产己内酰胺试验样品在锦州化工厂试制成功。产品送到北京纤维厂一次抽丝成功，从此拉开了中国合成纤维工业的序幕。因为它诞生在锦州化工厂，所以这种合成纤维后来就被命名为“锦纶”31COHNHNCOH2OCOHNHOHOCNH分两类：一类由二元胺和二元酸缩聚制得；另一类由ω-氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得具有吸水性32聚酰胺纤维的性能它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品种之一（1）耐磨性好、位于合成纤维之首，比棉花高10倍，比羊毛高20倍，适合于做绳索、袜子等（2）强度高、耐冲击性好。它是强度最高的合成纤维之一。比棉花高1~2倍，比羊毛高4~5倍，适合于做轮胎帘子布等33（3）弹性、耐疲劳性好。比棉花高7~8倍（4）密度小，除聚乙烯和聚丙烯纤维外，聚酰胺纤维是所有纤维中最轻的，相对密度1.04~1.14（5）吸湿性良好。锦纶具有良好的吸湿性，染色性好，可使用酸性染料、分散染料等。缺点：弹性模量小，使用过程中容易变形，耐热性及耐光性较差。34聚酰胺纤维的用途应用范围广泛在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣料和针织品，特别适用于制造单丝、复丝弹力丝袜，耐磨耐穿；工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业滤布354.2.1.1聚酰胺66相对分子质量控制在20000~30000，纺丝温度控制在280~290℃性能：36聚酰胺66的制备是已二酸与已二胺的缩聚物，是最早实现工业生产的聚酰胺品种，也是产量最大。。374.2.1.2聚酰胺6相对分子质量控制在14000~20000，纺丝温度控制在260~280℃性能：38聚酰胺6制备主要原料:已内酰胺生产原理:高温；惰性气体保护；水作引发剂；Mn=15000～23000生产工艺:有常压法、高压法、常减压并用、固相缩聚等聚酰胺-639聚酰胺6制备常压高压常减压固相缩聚主要用于生产相对粘度较低的聚酰-6树脂，所用的反应器为直形VK管和U形VK管。采用直管形反应器，助剂为水和已二酸，制备较高粘度的树脂。聚合后的熔体可直接纺丝，也可铸带切片。所用的反应器是两直形管，前者供纺丝用，后者供注塑成型用。将常压法制备树脂，经苯萃取除去单体和低分子物，经回转式真空干燥鼓，在190～200℃下，用高纯度氮气保护进行聚合。40聚酰胺的纺丝熔融纺丝将聚酰胺切成片状颗粒，再进行纺丝；主要包括纺丝和纤维的后加工两在基本操作过程。直接纺丝熔体直接纺丝，该法具有省去铸带、切片、萃取、熔融等工序和设备，缩短生产周期，提高劳动生产率，成本低等优点。414.2.2聚酯纤维中国商品名“涤纶”，俗称“的确良”聚酯纤维是指含芳香族取代羧酸酯结构的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩聚而制得的聚酯树脂，经熔融纺丝和后处理制得的一种合成纤维。在合成纤维中发展最快，产量居于首位42品种较多，根据化合物的结构，已经工业化生产的有：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘酯（PEN）等纤维聚酯纤维的品种43聚酯纤维的性能（1）外观单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染料制成各种有色纤维（2）密度随着聚酯纤维的结晶度和取向度的不同，密度不同。一般密度在1.38~1.40（3）弹性44弹性好，接近羊毛，而且耐皱性好，弹性模量比聚酰胺纤维高（4）强度强度大，在湿态下强度不变（5）湿性吸湿性低，回潮率小，易洗快干（6）耐热性耐热性较好，软化点230~240℃（7）耐光性高于锦纶，低于腈纶45（8）电性能干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是作为服装时，由于摩擦易产生静电，易吸灰尘，这是涤纶的缺点（9）化学性能在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐蚀性降低（10）抗菌性优良，作为织物通常不被蛀虫破坏46聚酯纤维的用途由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、保型性好、免熨等特点，所以是理想的纺织材料；可纯纺或混纺制作各种服装及针织品在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。47（1）涤纶（PET）制备：涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过熔融纺丝制成的合成纤维，相对分子质量控制在15000~22000，纺丝温度控制在275~295℃成纤结构：P155，图4-11、4-12力学性能：P155，表4-448其他性能：涤纶又叫的确良，具有高强度、耐磨、耐腐蚀，易洗快干等优点，是很好的衣料纤维。但透气性、吸湿性、染色性差限制了涤纶在时装行业的应用；需要进行改性后引入亲水性基团。49（2）聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备：PTT纤维是由对苯二甲酸和１，３－丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝制成的纤维，具有反－旁－反－旁式构象结晶结构：OCCOOOCCCO50性能：PTT纤维性能优于涤纶，具有更优异的柔软性、弹性恢复性；优良的抗折皱性、尺寸稳定性、耐候性、易染色性和良好的屏蔽性能，并改进了抗水解稳定性。PTT纤维被认为是最具有发展前途的通用合成纤维新品种。51（3）聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维制备：ＰBＴ纤维是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和1,4－丁二醇经过熔体纺丝制成的纤维性能：PBT纤维强度30.91~35.32cN/dtex，伸长率30~60%；具有极好的伸长弹性恢复率、柔软、易染色用途：PBT纤维特别适于制作游泳衣、连裤袜、训练服、体操服、健美服、网球服、舞蹈紧身衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜、医疗绷带52（4）聚萘酯（PEN）纤维制备：PEN纤维是由2,6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇的缩聚物聚萘二甲酸乙二醇酯经过熔体纺丝制成的纤维结构式：性能：PEN与PET相比，具有更高的模量、强度，抗拉伸性能好、尺寸稳定性好、热稳定性好、化学稳定性和抗水解性能优异COOCH2CH2OCOn534.2.3聚丙烯腈纤维中国商品名“腈纶”