再生纤维7-1

再生纤维7-1第一节基于碱溶液法的再生纤维素纤维p162粘胶纤维：纤维素浆粒溶解在碱溶液中形成碱纤维素，然后生成纤维素黄酸酯（粘胶），再经酸反应还原为纤维素。浆粕资源——棉（短绒）浆、木浆、竹浆和苇浆，以棉浆使用最多。相对于普通粘胶纤维的差别化粘胶纤维，如具有高湿模量的富强纤维，欧洲称为莫代尔纤维。一、碱溶液法再生纤维素纤维的结构（一）普通粘胶纤维的结构1．粘胶纤维的化学组成主要组成物质是纤维素，纤维素的元素含量为碳44.4%、氢6.2%、氧49.4%，其分子式为[C6H10O5]n。式中的C6H10O5为葡萄糖剩基，n为聚合度，为300-500。2．粘胶纤维大分子的空间结构由许多葡萄糖剩基（C6H10O5）通过β-1，4甙键相互连接而成的直线链状大分子，具有椅式构型。在粘胶纤维大分子的每一个葡萄糖剩基上有3个醇羟基，它们有不同的反应能力并能与相邻大分子中的羟基形成氢键。3．粘胶纤维的结晶结构4．粘胶纤维的聚集态结构取向度低于棉、麻，非晶区比例高于天然纤维素纤维，而且缝隙、空洞既大又多——粘胶纤维附着水的能力比较强的主要原因。普通粘胶纤维的平均聚合度较低，取向度和结晶度也都不高。5．粘胶纤维的形态结构特征横截面有不规则的锯齿形边缘纵向表面有条纹，碱溶液法再生纤维素纤维的性能p166（一）普通粘胶纤维的性能1．纤维的细度喷丝孔的大小、压出的粘胶量及卷绕牵伸的速度决定单纤维线密度，一般单纤维的线密度dpm=3.3～5.5dtex，长丝纱，每根长丝纱中约含纤维15～200根。短纤维的长丝束，每束可含12000～40000根单纤维。2纤维的比重粘胶纤维比重为1.52，超过天然纤维中的羊毛和蚕丝，有重感。3吸湿性回潮率约13～15％，水中产生很大膨润。原因：大分子上有众多的亲水性基因，单元晶格属于有一定吸水能力的纤维素Ⅱ型晶格。较多的无定形区，缝隙、空泡。4．机械性质（1）强伸度粘胶纤维的强力低于棉纤维，伸长大于棉纤维。受回潮率影响大。（2）初始模量和弹性初始模量比同属于纤维素纤维的棉低，吸湿以后下降很大。5．耐热性分子量比棉纤维低，耐热性比棉纤维差（在1000C以下），在180～200℃时，产生热分解。6．光学性质长丝纤维有“极光”的光泽感，需要时可进行消光处理。在纺丝液中加入一定量的微小颗粒，称为消光剂（如二氧化钛）。不含二氧化钛的称有光纤维。7．耐酸碱性能耐碱性能较好，不耐强酸。在室温下，59％硫酸溶液溶解。8．染色性能染色性比棉、麻等天然纤维素纤维为好，但易引起染色不匀。粘胶纤维总结生产过程中的化学反应及变化碱浸渍化学反应：CellOH+NaOH→CellONa+H2O变化：纤维素→碱纤维素老化：化学反应：氧化反应和β分裂变化：分子量降低黄化：化学反应：CellONa+CS2→CellOCS2Na+H2O变化：碱纤维素转变成纤维素磺酸酯，黄色，可溶解碱溶解：成粘胶溶液成熟：化学反应：降解反应和缩合反应变化：粘度先降低后上升纺丝：化学反应：CellOCS2-+H+→CellOH+CS2变化：粘胶溶液从喷丝孔挤出，在凝固浴中，纤维素磺酸酯再生为纤维素，成为粘胶长丝。粘胶产品：长丝：人造丝短纤维：人造棉基于铜氨溶液法的再生纤维素纤维p168一、铜氨纤维的制造原理原料是纤维素和铜氨溶液。将棉短绒（或木材）浆粕溶解在铜氨溶液中，制得铜氨纤维素纺丝液，纺丝液中含铜约4%、NH3约29%、纤维素约10%。采用湿法纺丝，凝固丝通过稀酸浴（常采用5%H2SO4），还原再生成铜氨纤维。二、铜氨纤维的结构p169塑性高，可承受高度拉伸，可制得很细的、单纤维线密度在可小至0.44～1.44dtex的纤维。是结构均匀的圆形横截面。纤维平均聚合度较粘胶纤维高，可达450～550。能加工风格高级的织物。三、铜氮纤维的性能铜氨纤维的性能基本和粘胶纤维相近：（一）机械性质强力较粘胶纤维稍高，耐磨性和耐疲劳性也比粘胶纤维好。（二）光泽和手感单纤维很细，制成的织物手感柔软，光泽柔和，有真丝感。（三）吸湿性回潮率约为12%～13.5%，吸湿性比棉纤维好，与粘胶纤维的吸湿性基本相似，但吸水量铜氨纤维比粘胶纤维高20%。（四）染色性无皮层结构，对染料亲和力较大，上色较快，上染率较高，以对直接染料的饱和值相比，粘胶纤维为1.0，铜氨纤维则为1.3。（五）化学性质能被热稀酸和冷浓酸溶解，遇强碱会发生膨化及使纤维的强度降低，直至溶解。一般不溶于有机溶剂，而溶于铜氨溶液。基于有机溶剂法的再生纤维素纤维p170绿塞（Lyocell）纤维是目前已实现工业化生产的使用有机溶剂法再生的纤维素纤维。纤维在制造过程中，几乎没有污染物排放，所有溶剂几乎全部回收（99.9%以上）。一、绿塞纤维的结构（一）纤维的形态结构截面接近圆形（二）纤维的聚集态结构p171分子的取向度比普通粘胶高，结晶度也高于普通粘胶纤维，晶粒长而薄，无定形区的取向程度也高。（三）纤维结构的形成干湿法纺丝成形工艺;1．纺丝液进入喷丝孔。2．纺丝液在气隙中进行干纺，因牵伸及脱失部分溶剂使纤维直径减小，取向程度已大为改善。3．被牵伸细化的塑性纺丝液进入凝固浴后，纺丝液中的溶剂全部脱去，纤维已经基本成形。4．在干燥过程中，纤维脱去所含以水为主的非溶剂成份，使结构进一步收缩，适量牵伸形成有良好取向的原纤化构造。表7-4p173纤维绿塞短纤维粘胶纤维高湿模量粘胶纤维棉纤维涤纶纤维纤维细度（dtex）1.71.71.71.65～1.951.7干强度（cN·tex-1）40～4222～2634～3620～2440～52湿强度（cN·tex-1）34～3810～1519～2126～3040～52干断裂伸长（%）14～1620～2513～157～944～45湿断裂伸长（%）16～1825～3013～1512～1444～45回潮率（%）11.51312.580.55%伸长湿模量（cN·tex-1）270501101002101．相对强度较高2．初始模量较高3．吸湿性能良好4．有与粘胶相近的染色性能5．有突出的原纤化特征可以沿纵向将纤维从更微细的层次上剖离。纤维素改制再生的衍生物纤维p176-181醋酯纤维以纤维素为原料，改制再生成后已不是纤维素纤维，而是纤维素衍生物纤维。再生的甲壳质纤维与壳聚糖纤维p181-185甲壳质是指由虾、蟹、昆虫的外壳及从菌类、藻类细胞壁中提炼出来的天然高聚物，壳聚糖是甲壳质经浓碱处理后脱去乙酰基后的化学产物。1．甲壳质、壳聚糖和纤维素有十分相似的结构，可以将它们视为是纤维素大分子中C2位以上的羟基（OH）被乙酰胺基（—NHCOCH2）或氨基（—NH2）取代后的产物。2．甲壳质分子中脱去乙酰基的链节数占总链节数的百分数称为脱乙酰度。凡是脱乙酰度在20%以上的，方成为壳聚糖。3．脱乙酰程度愈彻底，即含氨基数愈高。大量氨基的存在可使壳聚糖的溶解能力提高。（二）纤维的成形湿法纺丝。甲壳质或壳聚糖溶解在合适溶剂中，成为纺丝液，过滤脱泡，再将纺丝原液喷入凝固溶中，可历经多次凝固成为固态纤维，再经拉伸、洗涤、干燥纤维。三、纤维的主要性能（一）生物医药性能1．可以被制成为无毒性、无刺激的安全生物材料。2．由于既具有与纤维素纤维相似的大分子结构，又具有类似于人体骨胶原组织的大分子结构，所以可以用它制成人体用生物材料，利用它和人体组织的相容性，被人体的溶解酶溶解并被人体所吸收。3．因为有消炎、止血、镇痛、抑菌和促进伤口愈合的作用，可以成为这方面用途的医用材料和医药材料。例如用它制做的手术缝线，在直径为0.21mm时的断裂强力可达900CN以上，打结断裂强力（弯曲性能）也大于450CN。缝入体内后一个月左右，强力可降为零。10天左右即可被人体吸收。（二）化学性能与衍生物性能在一定的条件下，甲壳质与壳聚糖都能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、碘化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合、络合等化学反应，从而生成各种具有不同性能的甲壳质或壳聚糖的衍生物。（三）溶解性能甲壳质纤维基本上不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂。它能在浓硫酸、盐酸、硝酸和高浓度（85%）的磷酸等强酸中溶解，并在溶解的同时发生剧烈的降解，使分子量明显下降。可以溶解甲壳质纤维的主要是六氟丙酮、三氯乙酸或二氯乙酸与氯烃类的混合物、二甲基乙酰胺——氯化锂的混合溶剂。壳聚糖纤维，由于分子中存在大量NH2基，所以，能在甲酸、乙酸、盐酸、环烷酸、苯甲酸等稀酸中制成溶液，而且因为壳聚糖大分子活性较大，其溶液即使在室温下也能被分解，粘度下降并完全水解成氨基葡萄糖。特种纤维特种纤维一般是指具有高强度高模量并且耐高温的纤维，但也没有严格的定义。公认的特种纤维有：芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺，PPTA,Kevlar）,碳纤维，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，聚苯并噻唑(PBT)纤维,芳香族聚酯纤维等。芳纶纤维是由聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）的液晶溶液经干喷湿纺工艺成型而制得，美国商品名为Kevlar纤维。芳纶具有优异的力学性能。芳纶纤维主要应用于飞机、火箭、导弹等航空、航天等器具中使用的复合材料。碳纤维是以合成纤维或人造纤维为原料，在张力下经热处理预氧化成不熔纤维，进一步在惰性气氛下高温烧制碳化（或称石墨化）而成。碳纤维具有优异的力学性能，抗张强度为360-720kg/mm2,模量为2.4万-3万kg/mm2，断裂伸长率为1.5-2.0%，耐高温（可在380℃左右使用），但比重稍高于芳纶（碳纤维比重为1.76-1.8g/cm3）.碳纤维主要应用于飞机，火箭，导弹，卫星等航空航天器具中使用的复合材料，也可用于赛车，船舶，防弹衣，滑雪板，钓鱼杆，网球拍等需要高强度力学性能用品的制造。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的制造技术国际上出现于1978年,国内于1985年左右开始了超高分子量聚乙烯的成纤技术研究。商品的超高分子量聚乙烯纤维性能为：抗张强度2.4-3.8GPa/mm2,抗张模量88-166GPa/mm2，断裂伸长率2.7-3.6%,比重0.97-0.98g/cm3。但其熔点在150℃左右，因此使用温度在100℃以下。超高分子量聚乙烯纤维主要用于制作防弹衣，降落伞，强力绳索，高级包装材料等。也用于制造使用温度较低的复合材料。•GlossaryofTechnicalTermpolymer聚合体length-to-widthratio长径比strength强度flexibility可挠曲性cohesiveness粘结性，内聚性uniformity均匀度，整齐度mass质量fineness细度luster光泽度color色彩moistureabsorption吸湿性elongation伸长elasticrecovery弹性回复resiliency弹性变形；弹力thermalproperties热学性能abrasionresistance耐磨性specimen试样，样品tensilestrength拉伸强力，断裂强力tenacity强度（单位细度的强力）specificstress比应力breakingload断裂负荷lineardensity线密度denier旦尼尔tex特克斯pliability可挠性，柔韧性spinningquality纺纱性能scale鳞片（毛）mergenumber纺纱批号run一次连续生产总长lot批，批量，组specificgravity比重flammability可燃性Micronairefineness马克隆尼细度（气流仪细度）wicking芯吸yieldpoint屈服点morphology形态学decitex分特polypropylene聚丙烯hydrophobic拒水的hydrophilic亲水的moisturecontent含水量，含水率moistureregain回潮率commercialmoistureregain商业公定回潮率Saturationregain饱和回潮率stress-straincurve应力应变曲线modulus模数，模量glasstransitiontemperature玻璃化转变点meltingpoint熔点fl