第四章-合成纤维

第四章合成纤维涤纶、锦纶、腈纶丙纶、维伦、氨纶教学内容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4.1概述一、发展概况二、成纤高分子物条件三、纺丝方法四、合成纤维分类五、其它纤维一、纤维的概述1938年美国杜邦公司的Carothers发明了尼龙66纤维后，推动了普通合成纤维的大发展，而首先问世的特种纤维是1954年杜邦公司的聚四氟乙烯纤维和1955年美困海军研究室的熔喷法超细纤维，然而真正推动世界高科技纤维发展的是l963年杜邦公司实现聚间苯二甲酰间苯二胺纤维中试生产之后，才促进各类耐高温纤维的发展，1968年杜邦公司发明了中空纤维分离膜和聚对苯二甲酰对苯二胺溶致性液晶纤维并在20世纪70年代产业化，从此开始了高科技纤维的全面发展。80年代初，发达国家开始把投资重点转向高科技纤维，并将传统合成纤维转移至第三世界国家，到l994年发达国家普通合成纤维的产量首次低于发展中国家，却垄断／高科技纤维的主要品种，并在各支柱产业如航空航天、汽车、石化、能源、新型建树、环保、电子与信息产业、国防军工等，保持领先水平。合成纤维是指以简单化合物为原料,通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维。二、成纤高聚物的特征高聚物的品种很多，但并不是所有高聚物都能用于纺丝，而是具有如下特征的高聚物都能进行纺丝。1、成纤高聚物均为线型高分子用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方向拉伸而有序排列。当纤维受到拉力时，大分子能同时承受作用力，使纤维具有较高的拉伸强度和适宜的延伸度及其他物理-力学性能。2、成纤维高聚物具有适宜的相对分子质量线型高聚物分子链的长度对纤维的物理-力学性能影响很大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的影响更大。相对分子质量的高低均不好，高者不易加工，低者性能不好。常见的主要成纤高聚物的相对分子质量如下表所示。主要成纤高聚物的相对分子质量高聚物相对分子质量高聚物相对分子质量聚酰胺-6或-66聚酯聚丙烯腈16000-2200016000-2000050000-80000聚乙烯醇全同聚丙烯60000-80000180000-3000003、成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力高聚物的物理-力学性能与次价力有密切关系。分子间次价力越大，纤维的强度越高，次价力大于20.92kJ/mol的高聚物适宜作纤维材料。4、成纤高聚物应具有可溶性和熔融性只有这样才能将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、凝固或冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。第四章合成纤维的优缺点优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定性强、耐霉腐、耐虫蛀缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、腊状手感三.纤维的主要性能指标a.线密度（纤度）：线密度为表示纤维粗细程度的指标。线密度—指一定长度纤维所具有的重量，其单位名称为“tex”—特（克斯），1/10称为分特（克斯），单位符号dtex。1000m长纤维重量的克数称为“特”。支数—单位重量的纤维所具有的长度。对于同一种纤维，支数越高，纤维越细。断裂强度—纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大负荷与纤维的线密度之比。断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头、绕辊，纱线和织物牢度高；断裂强度太高，纤维刚性增加，手感变硬。b.断裂强度及断裂伸长率：断裂伸长率—纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断裂伸长率大，纤维的手感柔软，在纺织加工时，毛丝、断头少；断裂伸长率过大，织物易变形。模量—抵抗外力作用下形变能力的量度。纤维的初始模量为纤维受拉伸而当伸长为原长的1％时所需的应力。它表征纤维对小形变的抵抗能力。纤维的初始模量越大，越不易变形，在合成纤维中，涤纶的初始模量最大，腈纶次之，锦纶较小，故涤纶织物挺括，不易起皱，锦纶织物易起皱，保形性差。c.初始模量（弹性模量）（1）长丝：长度以千米计的丝。（2）短纤维：被切成几厘米或十几厘米长的纤维。混纺织物不可能用长丝制造，只有用短纤维与天然纤维或其它化学纤维的短纤维进行混纺，才能得到混合良好的混纺织物。如用涤纶与棉花混纺得到的织物即“涤棉”，与羊毛混纺的织物叫“毛涤”。（3）异形截面纤维：在合成纤维成型过程中，采用非圆形孔眼的喷丝板，可得不同截面形状的纤维，用以改善纤维的手感、回弹性等。如三角形截面的维纶光泽良好，不易沾尘土，其织物耐穿；五叶形截面的涤纶长丝有类似真丝的光泽，手感良好等。（4）变形纱：经过变形加工处理的丝和纱，如弹力丝和膨体纱。六大合成纤维：氯纶（聚氯乙烯）锦纶（尼龙6）涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）腈纶（聚丙烯睛）维纶（聚乙烯醇）丙纶（聚丙烯）四.化学纤维的生产方法化学纤维的生产工艺流程主要包括纺丝熔体和溶液的制备、纺丝及初生纤维的后加工。目前，合成纤维的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法，在溶液纺丝法中，根据凝固方式的不同，又可分为湿法纺丝和干法纺丝两种。1．熔融纺丝法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工艺流程纺丝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。2．湿法纺丝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，纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。湿法纺丝工艺流程3．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。干法纺丝工艺流程干法纺丝合成纤维的生产首先是将单体经聚合反应制成成纤高聚物，这些聚合反应原理、生产过程及设备与合成树脂、合成橡胶的生产大同小异，不同的是合成纤维要经过纺丝及后加工，才能成为合格的纺织纤维。拉伸可改变初生纤维的内部结构，提高断裂强度和耐磨性，减少产品的伸长率。热定型可调节纺丝过程带来的高聚物内部分子间作用力，提高纤维的稳定性和其他物理－机械性能、染色性能。四、合成纤维的分类人造纤维：是以天然聚合物如纤维素和蛋白质等改性而成，如粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等；合成纤维：是由合成的聚合物经纺丝而成，如聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）、聚酰胺（锦纶）、聚乙烯醇缩甲醛（维纶）、聚丙烯（丙纶）、聚丙烯腈（腈纶）、聚氯乙稀（氯纶）、聚氨酯弹性体纤维（氨纶）、芳香族聚酰胺纤维（Kevlar）等。纤维：长径比很大，并具有一定柔韧性的纤细物质。纺织纤维包括天然纤维（如羊毛、蚕丝、棉花、麻等）和化学纤维（由聚合物等材料制成）。化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称根据性能和用途，合成纤维又可以分为：通用合成纤维：涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维伦等高性能合成纤维：强度18cN/dtex模量400cN/dtex1cN/dtex=91MPa功能合成纤维：光、电、化学（耐腐蚀、阻燃）、高弹性、生物可降解性纤维等。五、其它纤维1、复合纤维两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一喷丝头，在喷丝头的适当部位相遇后，从同一喷丝孔中喷出，成为两组份或多组份粘并的一根纤维。并列型皮芯型海岛型桔瓣型复合纤维的特点：具有三维空间的立体卷曲，高膨松性、延伸性和覆盖能力。2、异形纤维：在合成纤维成形过程中采用非圆形孔眼的喷丝板，制成的非圆形截面或中空的纤维。可改善手感、回弹性、抗起球性及光泽等。主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。4、改性纤维：近来，为了改善化学纤维容易起静电、起毛起球等缺点，为了改进染色性能和提高熔点等，已出现了抗静电纤维、低温可染涤纶、阳离子可染涤纶、变性涤纶等改性纤维。3、超细纤维：单丝纤度0.1旦特点：手感柔软、细腻，柔韧性好，光泽柔和，高清洁能力，高吸水和吸油性，…第一节涤纶一、涤纶的生产简介二、涤纶的结构三、涤纶的性能四、改性涤纶4.2通用合成纤维概述俗称“的确良”，国外“达柯纶”、“帝特纶”、“特丽纶”、“拉芙桑”涤纶学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。1953年美国工业化生产了这种商品名为达可纶的涤纶纤维。在合成纤维中，涤纶是比较理想的纺织材料，世界涤纶纤维的产量1996年为1247万吨，占当年合成纤维总产量的65.5％。我国涤纶纤维产量1996年为210万吨。预计2000年世界涤纶产量达到1600万吨。1、聚酯纤维的分子结构：聚酯通常指以二元酸和二元醇缩聚而提的高分子物，其基本链节之间以酯键联结而得名。2、聚酯的品种：PTT、PBT、PET等等，其中以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）纤维为主，其分子量一般控制在18000～25000左右。一、涤纶的生产简介1、主要原料：对苯二甲酸和乙二醇2、合成方法：酯交换法：将对苯二甲酸和乙二醇在催化剂作用下进行酯交换，然后再经缩聚生成聚对苯二甲酸乙二酯。已逐渐被淘汰。直接酯化法：将对苯二甲酸和乙二醇进行直接酯化生成聚对苯二甲酸乙二酯。目前使用广泛。3、纺丝方法：熔融纺丝法连续法：聚对苯二甲酸乙二酯熔体→纺丝间歇法：a.聚对苯二甲酸乙二酯熔体→铸带→切片b.切片→干燥→纺丝二、涤纶的生产原理4、熔融纺丝法工艺流程：二、涤纶的结构1、形态结构：采用熔融纺丝法制成的一般聚酯纤维，其横截面是圆形的，纵向均匀而无条痕。2、分子结构：二、涤纶的结构产品结晶度(%)取向度密度（克/厘米2）初生丝完全无定形差1.335～1.337商品丝40～60较高1.383、聚集态结构：•结晶度和取向度•模型理论：折叠链-樱状原纤模型三、涤纶的性能1、热性能2、机械性能3、化学稳定性4、吸湿、染色性能5、起球现象6、静电现象7、燃烧性能1、热性能玻璃化温度Tg完全无定形67℃部分结晶81℃取向且结晶125℃软化点230~240℃定形温度180~220℃1、热性能耐热性：最好。170℃以下短时间受热引起的强度损失，温度降低后可恢复。腈纶为150℃；锦纶120℃；大部分碳链纤维为80~90℃下受热变形很难恢复。热稳定性：最好。涤纶150℃受热168h，强力损失3%，锦纶在150℃受热即变黄，纤维强度大幅度下降。2、机械性能强度和延伸度：与工艺条件有关。一般涤纶，生产中拉伸倍数为4~5倍强度为3.5~4.4cN/dtex(4.0~5.0g/旦)干、湿强度基本相等在合成纤维中强力较高，冲击强度比PA高4倍。延伸度为18%~36%，略低于锦纶。2、机械性能弹性和耐磨性具有良好的弹性，穿着挺括，形状稳定性好，表现在两个方面：不易变形（弹性模量较大）原因：结晶度高，取向度高从形变中回复能力较强原因：亚甲基有较大的柔性；大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点耐磨性不及锦纶，但比其它合成纤维高出几倍，与天然纤维或粘胶纤维混纺，可显著提高耐用磨性。3、化学性能涤纶的耐酸性较好弱酸：煮沸也无显著损伤强酸：低温下稳定高温下有损伤，纤维强度迅速降低涤纶耐酸的意义染整加工尽量在酸性条件下进行可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用酸侵蚀涤棉包芯纱织物生产涤棉烂花织物。3、化学性能涤纶的耐碱性差碱使聚酯发生水解，水解程度随碱种类、浓度、温度及时间不同而不同。碱处理涤纶的剥皮现象：热稀碱能使表面的大分子水解。表面的分子水解到一定程度溶在碱中，使纤维表面一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，而对纤维的芯层则无多大影响，分子量也没有什么变化，这种现象称为剥皮现象。使纤维变细、变轻，纤维表面出现刻蚀--变得凹凸不平，增加了纤维在纱中活动性。意义：碱减量处理提高纤维细度、提高纤维吸湿性，获得仿真丝绸整理效果3、化学性能3、化学性能对氧化剂和还原剂的稳定性涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高