第六章--合成纤维

第6章合成纤维1.了解合成纤维的基础知识。包括合成纤维的共性，合成纤维与纺织品，合纤生产方法。2.熟悉聚酯纤维的化学组成、结构和性能。包括涤纶纤维的基本组成物质和生产，涤纶纤维的形态结构和超分子结构，涤纶纤维的热性能、拉伸性能、吸湿性和染色性能、静电现象、化学性能。了解其它聚酯纤维，包括阳离子染料可染聚酯（CDP或CDPET），常温常压可染聚酯（ECDP），PPT（PTT）、PBT和PEN纤维。本章学习要求3.熟悉聚酰胺纤维的化学组成、结构和性能。包括聚酰胺纤维的基本组成物质及生产，聚酰胺纤维的形态结构和超分子结构，聚酰胺纤维的热性能、拉伸性能、化学性能。4.熟悉聚丙烯腈纤维的化学组成、结构和性能。包括聚丙烯腈纤维的基本组成物质及单体加入的目的，聚丙烯腈纤维的形态结构和超分子结构，聚丙烯腈纤维的热性能、拉伸性能、吸湿性能、染色性能、化学性能等性能。了解聚丙烯腈纤维生产概况。本章学习要求本章学习要求5.掌握聚氨酯弹性纤维的生产原理，聚氨酯弹性纤维的结构及弹性，聚氨酯弹性纤维的性能。了解高吸放湿聚氨酯纤维。6.掌握竹炭纤维的生产原理、性能。7.了解聚丙烯纤维、聚氨酯纤维、聚乙烯缩醛化纤维、聚氯乙烯纤维的化学组成、结构和性能。8.了解了解高性能合成纤维的发展概况、结构特征和使用特性。本章学习要求目录第一节合成纤维的基础知识第二节聚酯纤维第三节聚酰胺纤维第四节聚丙烯腈纤维第七节聚丙烯纤维（自学）第五节聚氨酯弹性纤维第八节聚乙烯醇缩醛化纤维（自学）第九节聚氯乙烯纤维（自学）第十节高性能合成纤维（自学）概述第六节竹炭纤维第十一节其他合成纤维（自学）概述1.合成纤维：指以简单小分子化合物为原料，通过一定的方法聚合得到高分子物（成纤高分子物），再通过纺丝和后处理加工而制成的纤维。聚酯类纤维－如聚对苯二甲酸乙二酯纤维（涤纶）、各类改性聚酯等聚酰胺类纤维－如聚酰胺6纤维（锦纶6）、聚酰胺66纤维（锦纶66）等聚烯烃类纤维－如聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）、聚乙烯纤维（乙纶）其他类纤维－如聚氨酯弹性纤维（氨纶）、聚甲醛纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）等（锦纶、尼龙）含氟纤维、酚醛纤维、碳纤维等用于纺织品的合纤：涤、锦、腈、氨、丙和氯纶等。2.合成纤维的分类3.合纤发展历史：20世纪30年代末、40年代初开始。1939年：锦纶66，美国称尼龙66。1941年：锦纶6。20世纪50年代：涤纶、腈纶。20世纪40～50年代：氯纶和维纶。20世纪60年代：丙纶。20世纪70年代后：第二代合纤――改性纤维即新型合成纤维（新合纤或差别化纤维）及特种纤维。4.合成纤维的起始原料：石油、天然气、煤、农副产品。5.合成纤维的加工过程低分子单体→聚合→纺丝成形→后加工6.合纤的优缺点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、······第一节合成纤维的基础知识一、合成纤维的共性二、常见术语三、合成纤维与纺织品四、合成纤维生产方法简述一、合成纤维的共性1.相对密度：＜天然和再生纤维，丙、腈和锦纶小。2.机械（力学）性能强度：普遍较高，涤、锦、丙及维纶更高。断裂伸长：较大，＞天然和再生纤维。强韧性：较好。耐磨性：好。锦、涤、维纶最高，丙纶相对较低。易起毛起球。3.耐光性：腈纶高，涤纶次之，锦、丙及氯纶较差。4.电学性能合成纤维的比电阻＞天然纤维和再生纤维（与吸湿性有关）。聚酯和聚丙烯纤维比电阻最高。合成纤维的导电性小，生产和使用易引起静电。5.耐热性和热收缩性（1）耐热性：敏感。温度↑：初始模量↓，断强↓，断裂伸长率↑。高温下的强度：一般＞天然和再生纤维。涤纶较好。（2）热收缩性热收缩：纤维受热的作用而产生收缩的现象。分类：干热、湿热收缩。原因：生产时拉伸处理，纤维分子间存在内应力。拉伸：使纤维获得一定的取向度和结晶度，同时也使纤维分子间存在一定的内应力。热处理：原来大分子间的取向和结晶有所改变，原来有序排列的分子链段会趋于无序，同时还发生链的折叠和重结晶现象，从而使纤维产生不可逆的收缩。影响热收缩的因素：纤维种类：纤维不同，同样条件下收缩率不同。纤维的吸湿性：干热收缩率和湿热收缩率不同。吸湿性好的合成纤维：湿热收缩率＞干热收缩率。吸湿性差的合成纤维：干热收缩率＞湿热收缩率。生产时拉伸倍数：拉伸倍数大，热收缩率较大。热处理温度：温度↑，热收缩率↑。纤维成型及染整等加工过程热定形的目的：消除纤维拉伸时产生的内应力，提高纤维的尺寸稳定性，消除热收缩现象。6.染色性能不同的纤维不同。腈纶和锦纶：易染色。聚酯、聚烯烃及含氯纤维：难染色。要特殊的设备和染色条件。二、常见术语（常用基本概念）1.长丝长丝：不需纺纱，就可用于织造，长度可达千米。用途：可纯织或和其他长丝或纱线交织。分类：单丝、复丝和帘子丝。单丝：含有3～6根单丝的少孔丝。复丝：由数十根（8～100）单纤维组成的丝条。其纺织品柔软性较好。帘子丝：由一百至几百根单纤维组成的用于制造轮胎帘子布的丝条。聚酯（聚对苯二甲酸乙二酯）长丝聚酰胺长丝特点：需纺纱才能用于织造。分类：棉型、毛型、中长型。棉型短纤维：长度25-38mm，纤维较细(线密度1.3-1.7dtex)，类似棉纤维，主要用于与棉纤维混纺。毛型短纤维：长度70-150mm，纤维较粗(线密度3.3-7.7dtex)，类似羊毛，主要用于与羊毛混纺。中长纤维：纤维的长度为51-76mm，纤维的线密度为2.2-3.3dtex，介于棉型和毛型之间。用于制造中长纤维织物。2.短纤维：被切成几厘米至十几厘米长度的化纤。用途：纯纺、混纺。涤、锦、腈纶三大纶：锦纶长丝为主；腈纶短纤维为主；涤纶两者接近。3.粗细节丝（自己看）粗细节丝：外形上能看到交替出现的粗节和细节部分，丝条染色后可看到交替出现的深浅色变化。性能：物理性能与粗细节的直径比等有关。断裂伸长率和沸水收缩率较高，断裂强度和屈服强度较低。粗细节丝粗节部分：强力低，断裂伸长大，热收缩性强，染色性好，易于碱减量加工。粗节部分易变形、强力低等问题在织造、染整过程要加以注意。（1）弹力丝：即变形长丝。分类：高弹丝和低弹丝。性能：伸缩性、蓬松性良好，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。适应性：涤纶弹力丝多用于衣着。锦纶弹力丝宜用于生产袜子。丙纶弹力丝多用于家用织物及地毯等。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。4.变形纱包括经过变形加工的丝和纱，如弹力丝和膨体纱。（2）膨体纱：生产原理：利用纤维的热塑性，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，高收缩的毛条迫使低收缩毛条卷曲，从而使混合毛条具有伸缩性和蓬松性、类似毛线的变形纱。其中腈纶膨体的产量最大，用于制作针织外衣、内衣、毛线、毛毯等。见P276图6-10。差别化纤维：在原有合纤基础上经物理变化或化学改性而得到的纤维材料，在外观或内在品质与普通合纤明显不同。性能：改善和提高了合纤的性能和风格，赋予合纤新的功能及特性，如高吸水性、导电性、高收缩性和染色性等。种类：异形、复合、超细、易染、高吸水吸湿、高收缩、抗静电、低熔点纤维等。改性方式：物理、化学和工艺改性3种。主要品种：仿毛、仿麻、仿蚕丝等。5.差别化纤维6.异形纤维常规合纤喷丝口：圆形，纤维截面一般圆形。异形纤维喷丝口：非圆形，纤维截面非圆形或中空。种类：如三角形、四角形、五角形、扁平形及中空形等。见P249图6-1。用途：仿真，如仿丝、仿毛、仿麻等。主要原料：涤纶。特点：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。具体如下：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；十字形横截面的锦纶回弹性强；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；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；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。注意点：采用圆形纺丝孔湿法纺制的非圆形截面的纤维不能称为异形纤维，如粘胶，腈纶。复合纤维：在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物。又称共扼纤维或多组分纤维。即将两种或两种以上的成纤高分子物熔体或浓溶液分别输入同一喷丝头，在喷丝头适当部位相遇后，从同一喷丝空中喷出，成为两组分或多组分粘并的一根纤维。品种：双层型和多层型两大类。双层型：并列型、皮芯型。多层型：海岛型、木纹型、多芯型、放射型等。几种复合纤维截面形状：见P250图6－2。7.复合纤维7.复合纤维7.复合纤维性能：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。如：并列型复合和偏皮芯型复合纤维：因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。皮芯型纤维：兼有两种聚合物特性或突出一种聚合物特性的纤维。芯层：具有纤维的主体性能。皮层：提供特殊的表面性能（如吸湿性、导电性、低熔点性等）例如：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。母体－小纤维型（海岛型）复合纤维：一个组分以多束很细的小纤维状（岛）分布在另一连续组分（母体）中。用溶剂溶去海组分，剩下岛组分，就成为非常细的极细纤维。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。复合形式的影响：复合形式不同，裂离后纤维的截面形状和粗细也不同，如橘瓣型复合纤维，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。制造超细纤维。复合纺丝设备：由螺杆挤出机、计量泵和复合纺丝组件组成。其中复合纺丝组件是关键部件，纺丝组件的形式改变，就可生产出各种类型的复合纤维。纤维分类：按单纤维的线密度分类。常规纤维：单纤维线密度1.5～4dtex。细旦纤维：单纤维线密度0.55～1.44dtex，主要用于仿真丝轻薄型或中厚型织物。超细纤维：单纤维线密度0.11～0.55dtex，可采用双组分复合裂离法、海岛法、熔喷法等生产。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。极细纤维：单纤维线密度＜0.11dtex，可用海岛法生产。主要用于人造皮革和医学滤材等特殊领域。8.超细纤维超细纤维成形方法：超细纤维的特点：优点：手感柔软滑糯、光泽柔和、织物覆盖力强、高清洁能力，高吸水和吸油、服用舒适等。缺点：抗皱性差、染色时染料消耗大。超细纤维用途：制造高密度防水透气织物、人造皮革、仿桃皮绒、仿丝绸织物、高性能擦布等。超细纤维及其产品特性见P251表6－1。性能纤维特性产品性能几何性能高卷曲率高保湿性、吸音性极小线密度高填充密度、毛细现象、防水透湿性、均匀性等力学性能高比强力高强力、高补强效果高扭绕性柔软、易折、高悬垂性表面性能高比表面积高反应活性、高吸湿性平滑性流体阻力、摩擦性表6－1超细纤维及其产品特性按商品形式：超蓬松型、超悬垂型和超细型。超蓬松型：采用异收缩混合纤维或多相混合技术制成。超细型：单纤维线密度很低，有的达0.001dtex以下，主要采用复合纺极细化技术纺制而成。超悬垂型：该纤维制成的制品具有超悬垂性和天然纤维不及的独特手感。按手感：蚕丝手感、桃皮手感、超微细粉末手感和新羊毛手感。9.新合纤29世纪80年代开始末在日本出现10.易染性合成纤维易染合纤：通过化学改性使合纤的可染性与染深性得以改善和提高的改性合纤。如通过化学改性来改善和提高聚酯纤维的可染性