化学纤维概述

一、化学纤维的诞生与应用•稳定的，持续发展的原料来源。•穿衣状况改善。•性能可以人为改变和控制。•民用。•工农业。•交通运输。•医疗。•国防。•宇航。化学纤维概述二、种类（一）人造纤维1、粘胶纤维：以木材，棉短绒，芦苇，甘蔗渣等植物纤维素为原料制成。2、人造蛋白质纤维：大豆纤维（不是纯蛋白）。（二）合成纤维1、普通合成纤维2、特种纤维（1）氨纶（莱卡）。弹性纤维。（2）芳纶。耐高温、高绝缘、高强度（3）氟纶。耐腐蚀纤维（4）导电纤维。金属的，复合的。（5）碳纤维。复合材料的骨架增强材料(三)按照形态结构分类长丝：纤维长度愈长，愈易纺成强力的机纺纱（SpunYarn），可增加纤维间络合性。太长会使纺纱等加工操作发生困难。短纤维：复合纤维并列皮芯海岛异型：为了加强纤维间的磨擦，最好使其表面不规则，及具有捻旋、鬈缩、波状等形状。超细纤维：纺制同一支数（Count）机纺纱，纤维愈细愈可增加纤维相互间络合，纱强度也愈大，但太细，纤维强度太小，易发生损伤。因而棉纺中的棉纤维纤度须在1.5d(1.6dtex)以上；纤维愈细愈可改善制品外观、触感。化学纤维合成纤维再生纤维再生纤维素纤维再生蛋白质纤维粘胶纤维铜氨纤维醋酯纤维蛹蛋白纤维大豆蛋白纤维牛奶丝纤维涤纶Polyester（Terylene）TN锦纶Polyamide（Nylon）A腈纶AcrylikV维纶VinylonL氨纶Lycra丙纶Polypropylene氯纶Chloro三、化学纤维的制造（一）纺丝液的制备成纤高聚物满足三个条件：①线性分子结构；②适当分子量；③凝固后的纤维，大分子间应具有足够的结合能。为使纺丝液具有均匀和良好纺丝性能，纺丝液还必须进行混合，过滤，脱泡。在纺丝液中加入不同量消光剂（二氧化钛），可生产不同光泽的纤维：有光，半光，无光。加入颜料，可生产色牢度很好的有色纤维。（二）纺丝成形：1、熔体纺丝：2、溶液纺丝：（1）湿法纺丝（2）干法纺丝新纺丝方法:热压法：加热温度低于熔点，软化，高压使其从孔中喷出，冷却成形；裂膜成纤法：熔融挤压为薄膜，用切刀或针刺使之破裂成条。喷射纺丝：纺丝液压出后，受高速气流喷吹，并进行高倍拉伸，纤维直径小于0.5-3μm，成超细纤维。高速纺丝：POY丝（三）后加工经过纺丝工序，高聚物初具纤维形态，称“初生丝”。短纤维后加工路线。①集束→②拉伸（关键工序，产生不同力学类型纤维）→③上油→④卷曲→⑤干燥热定形（热定形是为了消除纤维在拉伸时所产生的内应力，确保后期使用结构的稳定性。）→⑥切断、打包。第二节化纤性能检验一、长度：1、等长纤维（棉型化纤）的长度测定（1）中段切断称重法：（异长纤维不能用此法）式中：Ln——平均长度（mm）；W——纤维总重（mg）；Wc——中段重（mg）Lc——中段长度（mm）。（2）手扯法：用手扯法将纤维整理成两端平齐的纤维束，在用钢尺量取其长度。2、异长纤维（毛型化纤）具有一定长短差异，纺出的纱线品质比等长纤维纱好。（1）梳片式长度仪：方法与毛纤维的类似。（2）单根测量：测得根数加权平均长度Ln。（3）电子自动化仪器测量二、细度：纤维的光泽，抗起球，抗活，膨松性，保暖性受细度影响。1．振动测量法：对化纤较适用纤维两端夹持，由仪器在纤维上施加一横向振动，使纤维产生共振，此时，可用下面的公式计算：式中：N----纤维的线密度(g/cm)；P----张力（cN）；L----纤维的长度(cm)；f----共振频率（Hz）。三、密度：利用密度可研究纤维内部大分子排列状况，结晶程度，化纤制造工艺是否正常及对纤维结构的影响。根据纤维的密度可计算出纤维的结晶度：四、卷曲：提高抱合力，可纺性，增加纤维弹性，对织物风格也有一定影响，表征卷曲性能的指标有以下几个：1、卷曲数=个/厘米（表示卷曲的密度）（%）（表示卷曲波的深度）3、剩余卷曲率或卷曲回复率=4、卷曲弹性率=（%）(表示卷曲的恢复能力）五、其它性能检验：含油，回潮，强伸度（拉伸，湿态，钩接、打结强度），疵点等。棉纺工艺梗概纺织纤维的鉴别一、手感目测法：可有效地鉴别天然纤维——棉、毛、丝、麻，对化学纤维则显得无能为力（除普通粘胶外）。具体方法：1、手感及强度棉、麻手感较硬，羊毛软，蚕丝、粘胶纤维、锦纶手感适中。2、伸长度拉伸时棉、麻伸长度较小；毛、醋酯伸长较大；蚕丝、粘胶纤维、大部分合成纤维伸长度适中。3、长度与整齐度天然纤维的长度、整齐度较差、化学纤维的长度、整齐度较好。4、重量棉、麻、粘胶纤维比蚕丝重；锦纶、腈纶、丙纶比蚕丝轻；羊毛、涤纶、维纶、醋酯纤维与蚕丝重量相近。纺织纤维系统鉴别一般步骤未知纤维拉伸可拉伸2倍以上放入浓硫酸：溶解(氨纶）不溶解（橡胶）不可拉伸2倍以上显微投影独特形状:纵向扭曲，横向腰形中腔：棉纵向有节，横向腰形中腔：麻纵向沟槽，横向锯齿形：粘胶纵向鳞片，横向近似圆形：羊毛其他第三步：70%硫酸如溶解，再燃烧：有毛发燃味（丝）；有纸燃味（其它再生纤维素纤维）如不溶解36%~38%盐酸如溶解（为锦纶）：再可用15%盐酸，溶解的为（锦纶6），不溶解的为（锦纶66）如不溶解65%~68%硝酸如溶解（为腈纶）如不溶解40%氢氧化钠如溶解（为涤纶）如不溶解（为丙纶）二、燃烧法根据各种纤维在烧烧中所表现出来的燃烧状态，加以区别，对燃烧性状接近者，不能区别。常用纺织纤维燃烧特征纤维近焰现象在焰中离焰以后嗅觉灰烬形状棉近焰即燃燃烧续燃较快有余辉燃纸味极少柔软、黑色或灰色毛熔离火焰熔并燃难续燃,自熄烧羽毛味易碎脆,黑色丝熔离火焰燃时有丝丝声难续燃自熄,烧羽毛味易碎脆,黑色且燃时飞溅麻近焰即燃爆裂声续燃冒烟有余辉同棉同棉粘胶近焰即燃燃烧续燃极快无余辉烧纸夹杂无灰间有少量化学品味黑色灰锦纶近焰即熔缩熔燃滴落并起泡似芹菜味硬、圆、轻棕灰色珠状不直接续燃涤纶同上同上能续燃,少数有烟极弱的甜味硬圆,黑或淡褐色腈纶熔，近焰即灼烧熔并燃速燃、飞溅弱辛辣味硬黑不规则或珠状特种纤维的燃烧性能特种纤维一般是指具有高强度高模量并且耐高温的纤维，或指具有特殊功能或用途的纤维或面料。图1-17是由25%特级金属纤维+75%生态竹纤维精纺而成的新型抗菌型防辐射服，该服装冬暖夏凉，天然抗菌抑菌，防静电和紫外线，面料柔软透气。图表示了莫代尔竹炭纤维制作的面料的燃烧特征，燃烧时火苗渐渐蔓延，由于竹炭易充分燃烧的特性，不产生明显的烟雾，燃烧缓慢，且能充分燃烧，燃烧遗留物为完整的纤维组织结构。四、着色法同一化学试剂，不同纤维可能显出不同的颜色（未染色纤维）五、溶解法：利用不同的化学溶剂中的溶解性能来鉴别纤维,方法准确，可靠。应注意控制好“溶液浓度，溶解时间和温度”。三、显微镜观察法观察纤维纵向和截面形状，或配合染色等方法，区分天然纤维和化学纤维。纤维种类碘-碘化钾溶液1号着色剂棉不染色灰麻（苎麻）不染色青莲羊毛淡黄红莲蚕丝淡黄深紫粘胶纤维黑蓝青绿涤纶不染色红玉锦纶黑褐酱红腈纶褐色桃红维纶蓝灰玫红丙纶不染色鹅黄氨纶—姜黄几种纺织纤维的着色反应六、熔点法：化学纤维中大部分熔融温度不同，可加以区别。七、红外光谱法：不同的化合物对同一波长的红外线具有不同的吸收率（或衰减率），同一化合物对不同波长的红外线具有不同的吸收率，某一光谱对应某一物质，该光谱具有“指纹性”。可根据未知纤维谱图与已知标准谱图对照查知是什么纤维。花旗松纤维的Raman光谱图1.已处理Treated；2.未处理Untreated花旗松1和槿麻纤维2红外谱图八、其它方法：荧光（颜色）法，双折射法，密度法，强度法等涤纶p1861．大分子结构：聚对苯二甲酸乙二酯（PET）：特征基团有：苯环——具有刚性和惰性；酯基-COO-——弱极性基团；脂肪基——柔性基团。大分子无卷曲，基本上呈曲折状直链涤纶蚊帐分子量一般控制在18000～25000左右。聚对苯二甲酸乙二酯可以由对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG），通过直接酯化法制取对苯二甲酸乙二酯（BHET）后缩聚而成。从涤纶分子组成来看，它是由短脂肪烃链（CH2链段）、酯基、苯环、端醇羟基所构成。涤纶分子中除存在二个端醇羟其外，并无其它极性基团，因而涤纶纤维亲水性极差，属疏水性的纤维。涤纶分子中约含有46%酯基，酯基在高温时能发生水解、热裂解，遇碱则皂解，使聚合度降低；涤纶分子中还含有脂肪族烃链，它能使涤纶分子具有一定柔曲性，但由于涤纶分子中还有不能内旋转的苯环，故涤纶大分子基本为刚性分子，分子链的易于保持线型。涤纶大分子在适宜条件下很容易形成结晶，使涤纶纤维的结晶度和取向性较高。•2．性质•（1）机械性质•断裂强度较高，伸长率大；初始模量高；弹性回复性好；织物挺括，耐磨性较好，尺寸稳定。•（2）吸湿染色差•（3）热学性质•熔点高，达255-265℃；耐热性和热稳定性好•（4）光学性质：耐光性好；•（5）耐酸不耐强碱，不霉不蛀•（6）密度：1.38g/cm3项目短纤维长丝普通丝强力丝断裂强度(g/D)干态4.8～6.54.3～6.06.3～9.0湿态断裂伸长率(%)干态35～5020～327～17湿态弹性恢复率(%)90～9595～100初始模量(g/D)25～5090～160比重(g/cm3)1.38标准回潮率(%)0.4耐热性软化点:238～240℃熔点:225～260℃涤纶主要性能指标二、纺丝方法合成纤维的纺丝方法，大致分四种：分类\做法纺丝液制备凝固方法湿法纺丝溶于水或水溶液凝固浴凝固成型干法纺丝溶于非水溶剂蒸发溶剂凝固成型熔融法纺丝加热熔融冷却凝固成型膜裂法纺丝制成薄膜--撕裂或割裂成纤维涤纶生产概况熔纺法：分子量一般控制在18000～25000左右。PET的原料是对苯二甲酸和乙二醇.PET的合成酯交换法直接酯化法后处理后处理过程较多，如下图所示：生产过程中各工序的作用和纤维的变化如下：工序\项目作用变化纺丝使PET熔体变成长丝大分子熔体凝固成纤维状--初生丝产生一定的取向度无结晶抽伸为纤维提供必须的机械性能取向度提高产生部分结晶有内应力，使纤维结构不稳定卷曲提高纤维的抱和力纤维表面出现皱纹热处理提高纤维的结构稳定性结晶度提高内应力消除涤纶的形态结构和超分子结构一、涤纶纤维的形态结构圆形的横截面和光滑、均匀而无条痕的圆柱体纵向;二、涤纶纤维的超分子结构产品结晶度(%)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1.38全结晶(理论)完全结晶较高1.455～1.498涤纶的性能(略)一、热性能1.涤纶的一些热性能常数涤纶锦纶玻璃化温度（℃）67～8135～50熔点（℃）255～260215～220软化点（℃）238～240180比热（卡/克/℃）0.320.46注意：染整加工温度小于软化点2.涤纶的热转变情况(略)涤纶纤维是一种热塑性纤维，受热时可发生结构变化如下：1)结晶区晶体熔化(熔点)晶型不同，熔点不同(多熔点)结晶尺寸越大，熔点越高结晶完整性越高，熔点越高晶型转变(晶型II→晶型I)结晶尺寸、结晶完整性提高2)无定形区注意：玻璃化温度——涤纶无定型部分从高弹态向玻璃态过渡时，第一次出现的转变称为α-转变，也就是通常所谓的玻璃化温度。完全无定形Tg≈67℃部分结晶Tg≈81℃涤纶线3.纤维的超分子结构与玻璃化温度的关系(略)1)结晶度与玻璃化温度结晶度在0～30%范围时现象：结晶度越高，Tg越高原因：晶体小而分散，对无定形区束缚大结晶度30%时现象：结晶度越高，Tg越低原因：晶体大而集中，对无定形区束缚小2)玻璃化温度对机械性能的影响硬挺度弹性延伸性3)超分子结构与可及度的关系对于分子量小的化合物，结晶度越大，可及度越小对于分子量大的化合物，随着结晶度增大，可及度先下降后上升4.热收缩及其对纤维结构和性能的影响(略)1)涤纶的热收缩现象在松弛状态下，涤纶受热后可能会发生剧烈的收缩。2)原因：纤维无定形区分子链的解取向产生折叠链结晶3)影响因素:收缩温度：温度越高，收缩越大，如图所示：收缩时间：收缩分为三个阶段：快速收缩阶段：涤纶分子无定形区的解取向阶段涤纶收缩较大阶段：分子链发生折叠结晶涤纶收缩达到最大，不再增加收缩时间对涤纶热收缩的影响如下图