第6章-合成纤维

第六章合成纤维第一节概述分类1发展概况2(1)长丝(2)短纤维常用基本概念3单丝复丝帘子线长丝长丝ⅰ棉型短纤维：长度为25～38mm，纤维较细(线密度1.3～1.7dtex)，类似棉花ⅱ毛型短纤维：长度为70～150mm，纤维较粗(线密度3.3～7.7dtex)，类似羊毛。ⅲ中长纤维:长度为51～76mm，纤维的线密度为2.2～3.3dtex，介于棉型和毛型之间¾异形纤维定义(举例）¾异形纤维的特点异形纤维具有特殊的光泽，并具有蓬松性、耐污性和抗起球性，纤维的回弹性与覆盖性也可得到改善。如下：(3)差别化纤维(4)异形纤维9三角形横截面的涤纶或锦纶与其他纤维的混纺织物有闪光效应；9十字形横截面的锦纶回弹性强；9五叶形横截面的涤纶长丝有类似真丝的光泽、抗起球、手感和覆盖性良好；9扁平、带状、哑铃形横截面的合成纤维具有麻、羚羊毛和兔毛等纤维的手感和光泽；9中空纤维的保暖性和蓬松性优良，某些中空纤维还具有特殊用途，如制作反渗透膜，用于人工肾脏、海水淡化、污水处理、硬水软化、溶液浓缩等。异形纤维¾复合纤维定义¾种类：并列型、皮芯型、海岛型和裂离型等(5)复合纤维复合纤维的几种主要截面形状(1)、(2)并列型(3)、(4)皮芯型(5)、(6)裂离型(7)海岛型复合纤维¾根据不同聚合物的性能及其在纤维横截面上分配的位置，可以得到许多不同性质和用途的复合纤维。例如¾通过并列型复合和偏皮芯型复合由于两种聚合物热塑性不同或在纤维横截面上不对称分布，在后处理过程中产生收缩差，从而使纤维产生螺旋状卷曲，可制成具有类似羊毛弹性和蓬松性的化学纤维。¾皮芯型纤维是兼有两种聚合物特性或突出一种聚合物特性的纤维。如将锦纶作皮层，涤纶作芯层，可制得染色性好、手感柔中有刚的纤维；利用高折射率的芯层和低折射率的皮层可制成光导纤维。复合纤维¾根据不同聚合物的性能及其在纤维横截面上分配的位置，可以得到许多不同性质和用途的复合纤维。例如¾若利用岛组分连续分散于海组分中形成海岛型复合纤维，再用溶剂溶去海组分，剩下连续的岛组分，就成为非常细的极细纤维。¾裂离型复合纤维在纺丝成型和后加工过程中均以较粗的长丝形态出现，而在织造加工中，特别是整理和磨毛过程中，由于两组分的相容性和界面黏结性差，每一根较粗的长丝分裂成许多根丝。¾复合形式不同，裂离后纤维的截面形状和粗细也不同，如图6为橘瓣型复合纤维，裂离后纤维横截面为三角形，裂片型复合纤维，裂离后成为扁丝。这种裂离型复合纤维生产技术在超细纤维的制造中已被广泛采用。™变形纱包括所有经过变形加工的丝和纱，如弹力丝和膨体纱都属于变形纱。(6)变形纱z弹力丝即变形长丝，可分高弹丝和低弹丝两种。弹力丝伸缩性、蓬松性好，其织物在厚度、重量、不透明性、覆盖性和外观特征等方面接近毛织品、丝织品或棉织品。涤纶弹力丝多数用于衣着，锦纶弹力丝宜于制造袜子，丙纶弹力丝则多数用于家用织物及地毯。其变形方法主要有假捻法、空气喷射法、热气流喷射法、填塞箱法和赋型法等。™变形纱包括所有经过变形加工的丝和纱，如弹力丝和膨体纱都属于变形纱。(6)变形纱z膨体纱是利用高聚物的热可塑性，将两种收缩性能不同的合成纤维毛条按比例混合，经热处理后，高收缩性的毛条迫使低收缩性的毛条卷曲，从而使其具有伸缩性和蓬松性、类似毛线的变形纱。以腈纶膨体纱产量为最大，用于制作针织外衣、内衣、毛线、毛毯等。™由于单纤维的粗细对于织物的性能影响很大，所以化学纤维也可按单纤维的粗细(线密度)分类，一般分为常规纤维、细旦纤维、超细纤维和极细纤维。(7)超细纤维9常规纤维的线密度为1.4～7dtex；9细旦纤维的线密度为0.55～1.3dtex，主要用于仿真丝类的轻薄型或中厚型织物；9超细纤维的线密度为0.11～0.55dtex，可以用双组分复合裂离法生产，主要用于高密度防水透气织物和人造皮革、仿桃皮绒织物等；9极细纤维的线密度在0.11dtex以下，可通过海岛纺丝法生产，主要用于人造皮革和医学滤材等特殊领域。(8)新合纤(9)高性能纤维(10)纳米纤维™纤维细旦、超细旦化纤维直径30μm纤维及织物有刺毛感，蜡状感，根本无法穿着纤维直径20μm手感和柔软性显著提高，舒适性较好；易贴身穿着纤维直径1μm纤维吸附性、过滤性、阻隔性逐步增强，保温性好，织物可防水透湿™细旦纤维特性ƒ几何特性－微气室效应－赋予保温、吸音、透湿防水ƒ物理特性－容易弯曲－赋予织物柔软性ƒ光学特性－反射光柔和－赋予丝光效应ƒ织造特性－织造前纤维需加捻或网络ƒ染色整理特性－吸染料量大、色浅¾新型纤维(举例)¾新型纤维织物及功能织物(举例)(1)高聚物的提纯与聚合(2)纺丝液的制备(3)纺丝(4)后整理4化学纤维制造概述溶液法熔融法再生纤维，提纯合成纤维，聚合熔融纺丝法溶液纺丝法湿法纺丝干法纺丝纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为1000~2000m/min，采用高速纺丝时，可达3000~6000m/min或更高。熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截面多为圆形。涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法熔融纺丝法熔融纺丝工艺流程Ⅰ湿法纺丝溶液纺丝法溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种。湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化，这种方法纺丝速度低，一般速度为18～380m/min。湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，纺出丝的截多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、黏胶纤维多采用此法。湿法纺丝工艺流程Ⅱ干法纺丝干法纺丝纺出的丝在空气中固化。这种方法目前一般的纺丝速度为200～500m/min，高者可达1000～1500m/min。干法纺丝溶剂挥发易污染环境，成本高，但丝的质量好，此法多用于制作长丝。干法纺丝工艺流程喷丝板丝条卷绕切片™添加型功能性纤维的纺丝技术纺丝湿法纺丝干法纺丝(4)后整理ⅰⅱⅲⅴⅳ涤纶短纤维的后加工工艺流程拉伸，改变取向度，力学性质上油，抗静电卷曲，提高抱合力，增加可纺性干燥定型，提高结构稳定性切断，等长纤维，异长纤维第二节聚酯（涤纶）纤维¾聚酯通常是指以二元酸和二元醇缩聚而得的高分子物，其基本链节之间以酯键连接而得名。聚酯纤维品种很多，其中以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）含量在85％以上的纤维为主，相对分子质量一般控制在18000～25000之间。¾我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85％以上的纤维简称为涤纶，国外的商品名称很多，如美国的“Dacron”、日本的“Tetoron”、英国的Terlenka”、前苏联的Lavsan”等。概述1¾涤纶的研究始于20世纪30年代，是由英国Whinfield和Dickson等人发明的，1949年在英国，1953年在美国相继实现工业化生产，可以说是大品种合成纤维中发展较晚的一种纤维，但发展速度很快。¾聚酯纤维既宜于纺制成长丝，又宜于制成短纤维，前者适宜制作变形纱和帘子线，而后者可纯纺或与其他天然纤维和化学纤维混纺制成服用性能优良的织物，如“棉的确良”、“毛的确良”等，其纤维制成品以挺括著称。聚酯纤维具有柔软性，可制成毛衣及套衫，也可制成像黏胶丝或醋酯丝一样的有光或无光产品。概述1第二节聚酯（涤纶）纤维¾酯交换法¾直接酯化法¾分子结构¾形态结构和聚集态结构–缚结分子涤纶的生产原理2涤纶结构特征3(1)吸湿性(2)热性能4涤纶性能ⅰ玻璃化温度：在熔点以下的转变温度，首先是玻璃化温度Tg。涤纶的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℃。温度对纤维、纱线和织物的力学性能（特别是弹性回复）有很大影响，是染整工作者必须考虑的。Tg的高低标志着无定形区大分子链段运动的难易。有人研究涤纶的结晶与Tg的关系，发现结晶度从零升到30％时，Tg向较高的温度移动，而结晶度进一步升高时，Tg反而向低温度移动。这一现象可能与结晶区的大小对无定形区的影响有关。在结晶度低时，可能产生的是众多的小结晶（晶区），晶区起着物理交联点的作用，阻碍着无定形区链段的运动，所以Tg升高；而当结晶度升高时，可能形成少而大的晶区，能允许无定形区的链段更自由一些。ⅱ受热性能：几种主要合成纤维的耐热性，以涤纶为最好。涤纶在170℃以下短时间受热所引起的强度损失，在温度降低后可以恢复；腈纶在150℃、锦纶在120℃下短时间受热，其强度损失可以恢复。大部分碳链纤维在高于80～90℃下受热要发生变形，其强度损失很难恢复。涤纶的热稳定性在几种主要的合成纤维中也是最好的。涤纶在150℃下受热168h后，强度损失不超过3％，而锦纶在150℃下受热5h即变黄，纤维强度大幅度下降。(3)机械性能ⅰ强度和延伸度：涤纶的强度和拉伸性能与纤维生产的工艺条件有关。它决定于纺丝过程中的拉伸程度。按实际需要可用以制成高模量型(强度高，延伸度低)、低模量型(强度低，延伸度高)和中模量型(介于二者之间)的纤维。一般涤纶在生产过程中的拉伸倍数为4～5倍，其干强度为3.5cN／dtex～4.4cN／dtex（4.0～5.0g／D），是合成纤维中强度较高的一种纤维。它的延伸度在18％～36％范围内，稍低于锦纶。由于其吸湿性低，所以干、湿强度基本相等，干、湿延伸度亦接近。ⅱ弹性和耐磨性：涤纶无论是承受拉伸、弯曲还是承受剪切形变时，均具有良好的弹性回复性能。快速地加负荷，然后去负荷，1min后涤纶的弹性回复率为：伸长2％时，弹性回复率为97％；伸长4％时，弹性回复率为90％；伸长8％时，弹性回复率为80％。由于涤纶的弹性模量高，受力不易变形，又由于涤纶的弹性回复率高，变形后容易回复，再加上吸湿性低，所以涤纶织物穿着挺括，形状稳定性好。涤纶的耐磨性虽不及锦纶优异，但比其他合成纤维高出几倍，在干态和湿态下的耐磨性大致相同。涤纶和天然纤维或黏胶纤维混纺，可显著提高织物的耐磨性。(4)化学稳定性ⅰ对酸和碱的稳定性图6-3涤纶强度与硫酸浓度的关系图6-4碱液浓度、处理时间和温度对涤纶的影响ⅱ对氧化剂和还原剂的稳定性ⅲ耐溶剂性：(5)染色性(6)起球现象(7)静电现象(8)低聚物(9)其他--燃烧性、霉蛀性、耐光性其他聚酯纤维9常用有机溶剂如丙酮、苯、三氯甲烷、苯酚-氯仿、苯酚-氯苯、苯酚-甲苯在室温下能使涤纶溶胀，在70～110℃下很快溶解。9涤纶还能在2％的苯酚、苯甲酸或水杨酸的水溶液、0.5％氯苯的水分散液、四氢萘及苯甲酸甲酯等溶剂中溶胀，所以酚类化合物常用作涤纶染色的载体。dhu第三节聚酰胺纤维（锦纶）™聚酰胺纤维是指其分子主链由酰胺键(-CO—NH-)连接起来的一类合成纤维。各国的商品名称不同，我国称聚酰胺纤维为锦纶，美国称尼龙(Nylon)，苏联称卡普隆(Kapron)，德国称贝纶(Perlon)，日本称阿米纶(Amilan)等。™脂肪族聚酰胺纤维一般可分成两大类。ƒ一类是由二元胺和二元酸缩聚制成的，其通式为：ƒ另一类是由ω-氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得，其通式为：概述1根据二元胺和二元酸的碳原子数目，可得到不同品种的聚酰胺纤维。命名的原则是聚酰胺纤维前面一个数字是二元胺的碳原子数，后一个数字是二元酸的碳原子数如聚酰胺66（或锦纶66）即由己二胺和己二酸缩聚而成的，聚酰胺纤维610是由己二胺和癸二酸缩聚而成的,余此类推。dhu9其耐磨性居纺织纤维中最好的；9断裂强度较高；回弹性和耐疲劳性优良；9聚酰胺纤维密度小，是除乙纶和丙纶外的最轻的纤维；9吸湿性低于天然纤维和再生纤维，但在合成纤维中其吸湿性仅次于维纶；9染色性能好等。9耐光性较差，在长时间的日光或紫外光照射下，强度下降，颜色发黄；9聚酰胺纤维的耐热性也较差；9聚酰胺纤维的初始模量比其他大多数纤维都低，因此在使用过程中容易变形。9可赋予织物特殊光泽、手感及弹性的异形截面纤维；9异收缩混纤丝和不同截面、不同线密度的混纤丝；9抗静电和导电纤维；高吸湿纤维；9耐光、耐热纤维；抗菌防臭纤维；9可改善“平点”效应的聚酰胺帘子线等。™聚酰胺纤维也有一些缺点，如™聚酰胺纤维具有一系列优良性能，如™为了克服聚酰胺纤维的不足，可对聚酰胺纤维进行改性，开发聚酰胺纤维新品种，目前已取得很大成效。