2011.纖維化學(xué)與物理(下).ppt

纖維化學(xué)與物理 紡織服裝學(xué)院2011年 第四章纖維素纖維 纖維素纖維的分類 第一節(jié) 棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)與組成 一 生長(zhǎng)1 分類2 生長(zhǎng)階段棉纖維是從棉籽表皮上細(xì)胞突起成長(zhǎng)而成的 每根棉纖維就是一個(gè)細(xì)胞 棉纖維的生長(zhǎng) 發(fā)育 成熟分作三個(gè)階段 1 延長(zhǎng)生長(zhǎng)階段生長(zhǎng)期 第15 25天形態(tài) 薄壁 圓形小管 內(nèi)部充滿原生質(zhì) 2 胞壁增厚階段生長(zhǎng)期 第30 50天形態(tài) 胞壁增厚 胞腔縮小 原生質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素 3 成熟收縮階段 脫水收縮 縱向扭曲 圓形變成腰子形 二 棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)棉纖維為多層狀帶中腔結(jié)構(gòu) 稍端尖而封閉 中段較粗 尾端稍細(xì)而敞口 呈扁平帶狀 有天然的扭轉(zhuǎn) 稱 轉(zhuǎn)曲 截面常態(tài)腰圓形 中腔呈干癟狀 三 棉纖維的組成棉纖維的主要組成物質(zhì)是纖維素 成熟正常的棉纖維纖維素含量約為94 此外 含有少量的多縮戊糖 蛋白質(zhì) 脂肪 臘質(zhì) 水溶性物質(zhì)和灰分等 第二節(jié)纖維素的分子鏈結(jié)構(gòu)和鏈間結(jié)構(gòu) 一 纖維素分子結(jié)構(gòu)的重要性纖維素是纖維素纖維的主要成分 決定纖維素纖維的化學(xué)性質(zhì) 影響纖維素纖維的機(jī)械物理性能 是纖維素纖維染整加工的依據(jù) 二 纖維素的基本結(jié)構(gòu)1 分子式 C6H10O5 n 2 結(jié)構(gòu)式 結(jié)構(gòu)描述 1 多糖類 碳水化合物 2 高分子物 3 由 d 葡萄糖?；舜艘? 4甙鍵連結(jié)而成 相鄰兩個(gè)?；嗷ヅまD(zhuǎn)180度 大分子對(duì)稱性良好 結(jié)構(gòu)規(guī)整 4 含有大量羥基 可發(fā)生醇類的反應(yīng) 分子間可形成氫鍵 纖維素分子中的每一個(gè)葡萄糖?；嫌腥齻€(gè)自由羥基 2 3位上接兩個(gè)仲醇羥基 6位上接伯醇羥基 5 兩個(gè)末端基的性質(zhì)是不同的 一個(gè)是具有還原性隱性醛基 另一端存在仲醇羥基 因此大分子具有極性并呈現(xiàn)出方向性 6 重復(fù)單元數(shù)不等于聚合度 7 相對(duì)分子質(zhì)量具有不均一性和多分散性 二 纖維素大分子的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)構(gòu)型是 d 葡萄糖 纖維素的D 吡喃式葡萄糖基的構(gòu)象為椅式 見(jiàn)P160 三 纖維素纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 1 纖維素大分子的結(jié)晶結(jié)構(gòu) 2 纖維素的微細(xì)纖維結(jié)構(gòu) 3 纖維素纖維聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 纖維素纖維的物理性質(zhì) 一 吸濕性吸濕機(jī)理 吸濕后的強(qiáng)度變化二 溶脹與溶解 纖維素纖維的溶脹有限溶脹 兩種 無(wú)限溶脹 纖維素纖維溶液的特性纖維素的含水溶劑纖維素的非水溶劑 第四節(jié)纖維素纖維的化學(xué)性質(zhì) 從纖維素化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)看 它至少可能以下兩類化學(xué)反應(yīng) 降解反應(yīng) 與羥基相關(guān)的反應(yīng)可及度一 堿對(duì)纖維素的作用絲光水溶脹與濃堿溶脹的區(qū)別與堿作用的兩種可能產(chǎn)物水合離子溶脹溫度控制二 液氨對(duì)纖維素的作用纖維素與液氨相互作用 可生成兩種復(fù)合物 氨纖維素 氨纖維素 氨能進(jìn)入結(jié)晶區(qū)內(nèi) 引起纖維劇烈溶脹 氨纖維素 經(jīng)蒸發(fā)氨后成為氨纖維素 三 銅氨氫氧化物對(duì)纖維素的作用銅氨溶液或者銅乙二胺溶液能使纖維直接溶解 常用 值表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度 四 酸對(duì)纖維素纖維的作用 2 反應(yīng)機(jī)理 甙鍵的水解反應(yīng) 酸是水解的催化劑 在反應(yīng)過(guò)程中 酸的濃度保持不變3 酸降解對(duì)纖維素纖維的影響 1 聚合度降低 2 末端增加 潛在醛基增加 還原性增加 銅值增加 3 強(qiáng)度下降4 酸損傷的測(cè)定碘值 指1克干燥纖維能還原0 1mol L碘溶液的的毫升數(shù)銅值 指100克干燥纖維能使二價(jià)銅還原成一價(jià)銅的克數(shù) 5 酸降解的影響因素 五 氧化劑對(duì)纖維素纖維的作用 1 氧化產(chǎn)物 1 劇烈氧化 CO2和H2O 2 緩和氧化 氧化纖維素6位羥基 醛基 羧基2 3位羥基 酮基 醛基 羧基 3 產(chǎn)物一般是混合物 4 氧化纖維素類型 5 還原型 酮 醛 6 羧酸型2 纖維素纖維氧化反應(yīng)的特點(diǎn) 1 氧化主要發(fā)生在中間的醇羥基和末端的甙羥基上 2 表面上看分子鏈未斷裂 分子量不下降 強(qiáng)力不下降 3 有可能發(fā)生 潛在損傷 2 潛在損傷 機(jī)理 分裂 3 分裂條件 C上接負(fù)電性強(qiáng)的基團(tuán) C上有H C上有醚鍵堿性條件 六 熱對(duì)纖維素纖維的作用纖維的耐熱性纖維的熱穩(wěn)定性七 光對(duì)纖維素纖維的作用光解作用光敏作用八 纖維素纖維的酯化 醚化作用纖維素的酯化 纖維素硝酸酯 纖維素醋酸酯纖維素的醚化反應(yīng) 氯乙烷在堿性條件下生成乙基纖維素 氯乙酸生成CMC 第五節(jié)其他天然纖維素纖維一 彩棉纖維彩色棉是天然生長(zhǎng)的非白色的棉花 彩色棉附加價(jià)值高 是白棉的3 5倍 加工成本低 代表纖維發(fā)展的方向 彩色棉纖維的性能特點(diǎn) 二 麻纖維麻纖維的分類苧麻亞麻黃麻劍麻鳳梨 1 麻纖維的表觀形態(tài)2 麻的化學(xué)組成三 天然竹纖維竹纖維是以天然竹子為原料制取的纖維 竹纖維分為原生竹纖維和再生竹纖維兩種 第六節(jié) 再生纖維素纖維一 粘膠纖維二 Lyocell三 Modal四 再生竹纖維五 銅氨纖維第七節(jié) 醋脂纖維 本章重點(diǎn)回顧 1 棉纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)2 纖維素大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3 纖維素纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 結(jié)晶結(jié)構(gòu) 微細(xì)纖維結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)模型 4 纖維素纖維的吸濕性及溶脹性5 概念 堿纖維素 氨纖維素 銅氨人造纖維 分裂6 光 熱對(duì)纖維素纖維的作用7 各種再生纖維素的異同點(diǎn) 第五章蛋白質(zhì)纖維 蛋白質(zhì)纖維的分類 第一節(jié)蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)知識(shí)一 蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及分子結(jié)構(gòu)概況1 元素組成蛋白質(zhì)是有機(jī)含氮高分子物 分子量很高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 但是 組成蛋白質(zhì)的元素為 主要元素 C H O N其他元素 S P微量元素 Fe Cu Zn I2 氨基酸組成蛋白質(zhì)完全水解的最終產(chǎn)物是氨基酸 而且在水解過(guò)程中羧基與氨基又是等當(dāng)量增加的 因此蛋白質(zhì)的基本組成單位是氨基酸 天然蛋白質(zhì)中的氨基酸主要有20種左右 它們的共同特點(diǎn)都是 氨基酸 可用下列通式表示 氨基酸通式 3 氨基酸的構(gòu)型L構(gòu)型D構(gòu)型外消旋混合物 基本氨基酸分類表 所列數(shù)值為每l00g蛋白質(zhì)中分析得出的氨基酸克數(shù) 基本氨基酸分類表 所列數(shù)值為每l00g蛋白質(zhì)中分析得出的氨基酸克數(shù) 三 蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)層次 一次結(jié)構(gòu)二次結(jié)構(gòu)三次結(jié)構(gòu) 四 維系蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵 五 蛋白質(zhì)的主要性質(zhì) 蛋白質(zhì)兩性性質(zhì)和膜平衡 等電點(diǎn) 膜平衡原理 蛋白質(zhì)溶液的膠體性質(zhì)透析 鹽析蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的紫外吸收蛋白質(zhì)的顯色反應(yīng) 第二節(jié)羊毛纖維 一 毛纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) 羊毛鱗片結(jié)構(gòu)由片狀細(xì)胞組成 根部附著于毛干 梢部張開(kāi)并指向毛尖 鱗片覆蓋形式有三種 環(huán)狀 瓦狀 龜裂狀 細(xì)羊毛鱗片密度高 單位面積上的鱗片數(shù)多 鱗片張角大 多呈環(huán)狀 鱗片主要保護(hù)毛干 會(huì)影響羊毛的光澤 手感和縮絨性 皮質(zhì)層皮質(zhì)層是羊毛的主要組成部分 一般由兩種皮質(zhì)細(xì)胞組成 正皮質(zhì) 結(jié)構(gòu)松散 偏皮質(zhì) 結(jié)構(gòu)緊密 綿羊毛的兩種皮質(zhì)分居纖維的兩側(cè) 且沿長(zhǎng)度方向改變位置 形成雙側(cè)結(jié)構(gòu) 由于力學(xué)性質(zhì)的差異 形成了羊毛的天然卷曲 皮質(zhì)層的比例越大 羊毛的性能越好 髓質(zhì)層結(jié)構(gòu)松散 使羊毛的強(qiáng)度 彈性 卷曲 染色性都變差 一般羊毛越粗 髓質(zhì)層的比例越大 細(xì)絨毛 直徑52 5 m 有連續(xù)的髓質(zhì)層死毛 除鱗片層外 幾乎全為髓質(zhì)層 二 羊毛纖維的表觀形狀密度 細(xì)度 長(zhǎng)度 卷曲度三 羊毛纖維的近程結(jié)構(gòu) 四 羊毛纖維的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)羊毛蛋白的分子一般具有 螺旋構(gòu)象 主要存在于低硫蛋白的多肽鏈中 構(gòu)象變化 構(gòu)象向 構(gòu)象轉(zhuǎn)變拉伸倍數(shù) 20 開(kāi)始轉(zhuǎn)變拉伸倍數(shù) 35 明顯轉(zhuǎn)變拉伸倍數(shù) 70 完全轉(zhuǎn)變 如能形成新的穩(wěn)定的交聯(lián)鍵則構(gòu)象變化不可逆 五 羊毛的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 皮質(zhì)細(xì)胞 微原纖和基原纖模型圖 六 羊毛纖維的性能1 吸濕性和水的作用良好的吸濕性條件激烈 肽鍵水解 纖維失重 機(jī)械性能惡化二硫鍵變化 沸水中長(zhǎng)時(shí)間處理 2 拉伸與回復(fù)性能斷裂強(qiáng)力不高 斷裂延伸率高 斷裂功較大 拉伸時(shí) 螺旋構(gòu)象變成 伸直構(gòu)象 形變大 放松時(shí) 伸直的分子鏈可通過(guò)內(nèi)旋轉(zhuǎn)再恢復(fù)螺旋狀 彈性大 這種形變回復(fù)稱為熵彈性 當(dāng)纖維發(fā)生形變時(shí) 二硫鍵被拉伸 內(nèi)能升高 放松時(shí) 二硫鍵具有較強(qiáng)的回復(fù)力 這種形變回復(fù)稱為內(nèi)能彈性 羊毛的彈性包括兩部分 即熵彈性和內(nèi)能彈性 羊毛二者都高 所以彈性好 3 可塑性指羊毛在濕熱條件下 可使其內(nèi)應(yīng)力迅速衰減 并右按外力作用改變現(xiàn)有形態(tài) 再經(jīng)冷卻或烘干使形態(tài)保持下來(lái) 過(guò)縮 二硫鍵拆散但未重建 可自由收縮暫時(shí)定型 二硫鍵拆散并在新位置部分重建 不穩(wěn)定 部分回縮永久定型 二硫鍵拆散并在新位置重建 不易再回縮 4 縮絨性指羊毛在濕熱條件下經(jīng)外力的反復(fù)作用 纖維之間互相穿插糾纏 纖維集合體逐漸收縮變得緊原因 順鱗片方向和逆鱗片方向的摩擦系數(shù)不同 5 導(dǎo)電性6 耐熱性7 耐光性耐光性較好 但是長(zhǎng)時(shí)間日光照射會(huì) 破壞鱗片層 改變羊毛的組成和結(jié)構(gòu) 使羊毛較易溶脹和溶解 可及度提高 8 堿的作用 一 堿對(duì)肽鍵的作用1 作用機(jī)理 催化肽堿水解 使蛋白質(zhì)溶解2 測(cè)定堿損傷程度的方法 纖維在堿中的溶解百分率3 影響堿作用大小的因素 堿的種類 強(qiáng)堿如苛性堿作用強(qiáng)烈 其它弱堿可不致造成明顯損傷 堿液濃度 濃堿對(duì)蛋白質(zhì)的損傷較大堿液溫度 高溫下?lián)p傷較大處理時(shí)間 時(shí)間越長(zhǎng) 損傷越嚴(yán)重電解質(zhì)總濃度 電解質(zhì)總濃度越高 水解越劇烈 添加中性鹽也會(huì)增加纖維的損傷 二 堿對(duì)二硫鍵的作用二硫鍵的堿性水解與再交聯(lián)1 二硫鍵的拆散2 產(chǎn)生新的交鍵3 胱氨酸含量降低 含硫量開(kāi)始降低以后變化不大 新的交鍵比較穩(wěn)定 具有定型效果 9 酸的作用蛋白質(zhì)耐酸性較好肽鍵 一般條件影響不大 高溫 高濃強(qiáng)酸 長(zhǎng)時(shí)間處理可使肽鍵水鍵 二硫鍵 對(duì)酸很穩(wěn)定 整加工盡量在酸性條件下進(jìn)行 10 氧化劑的作用羊毛不耐氧化 強(qiáng)氧化劑在高溫下作用更為劇烈 如 高錳酸鉀 將絲分解成氨 草酸 脂肪酸和芳香酸等雙氧水 氧化作用較緩和 可小心用于漂白次氯酸鹽和氯氣 氧化作用較劇烈且生成黃色氯胺類化合物 不能用于漂白 并且破壞鱗片層 這一特性可用于羊毛防氈縮處理 11 還原劑的作用 一 羊毛中的二硫鍵易被還原 堿性條件下更劇烈1 硫化鈉 同時(shí)具有堿和還原劑的雙重作用 堿的作用 肽鍵水解 纖維溶脹還原作用 胱氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘腚装彼?P S 大量P S 生成 促使羊毛溶脹 P S 可進(jìn)一步反應(yīng) 生成新交鍵 2 亞硫酸鹽3 巰基乙酸用途 羊毛定型羊毛定型作用原理 變形時(shí)原來(lái)的分子間作用力被拆散 在新的位子重建新的分間鍵作用力 將形變固定 定型 羊毛定型過(guò)程對(duì)蛋白質(zhì)有一定損傷 巰基較長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中 或者結(jié)果過(guò)氧化氫等處理 會(huì)很容易被氧化形成二硫鍵 第三節(jié)蠶絲纖維蠶絲的特點(diǎn)明亮的光澤平滑和柔軟的手感較好的吸濕性輕盈的外觀蠶絲的分類家蠶絲 桑蠶絲 真絲 野蠶絲 柞蠶絲 蓖麻蠶絲 一 蠶絲的形成和形態(tài)蠶絲是蠶體內(nèi)絹絲腺分泌出的絲液經(jīng)吐絲口吐出后凝固而成的纖維 稱為繭絲 每一根繭絲由兩條主體為絲素的平行單絲組成 絲素的外面被絲膠包圍 蠶繭主要分為三層 外層 繭衣 絲細(xì)而脆弱 可作絹紡原料 中間層 繭層 繭層的絲粗細(xì)均勻 占全部絲重的70 80 經(jīng)繅絲而獲得的長(zhǎng)絲稱為生絲 可直接用于織造 靠近蠶蛹體的部分 蛹襯 絲細(xì)而脆弱 可作絹紡原料 二 蠶絲的組成和結(jié)構(gòu)1 蠶絲的組成蠶絲主要由絲素與絲膠兩部分組成 它們占繭絲總重量的90 以上 此外還含有少量的無(wú)機(jī)物 脂臘 色素和碳水化合物 2 絲素的結(jié)構(gòu) 進(jìn)程 遠(yuǎn)程 聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 絲素原纖的結(jié)構(gòu) 3 絲膠的結(jié)構(gòu) 三 蠶絲的主要性能 1 吸濕性吸濕性比較高 吸濕后纖維膨脹 直徑大幅增加 蠶絲遇水迅速膨化 以至部分溶解 絲素由于結(jié)晶區(qū)與無(wú)定形區(qū)網(wǎng)狀分布 只能有限膨化 而不能溶解 但是在比較強(qiáng)烈的條件下會(huì)使肽鏈水解 2 力學(xué)性能結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)組成 側(cè)基極小 結(jié)構(gòu)規(guī)整 大分子構(gòu)象 伸直狀 構(gòu)象 無(wú)二硫鍵 取向度高 由于吐絲口有擠壓和抽伸作用 結(jié)晶度高 性能 強(qiáng)度高 模量高 延伸度小 彈性差 3 熱性能和耐光性蠶絲對(duì)熱的抵抗力較強(qiáng) 光氧化 光泛黃 光摧損 現(xiàn)象 纖維明顯收縮4 鹽的作用促進(jìn)蠶絲纖維的溶脹或溶解鹽縮所用鹽類 濃CaCl2 Ca NO3 2原理 鈣離子具有較強(qiáng)的水合能力 在較高的溫度下 鈣離子引起的溶脹作用可破壞絲素蛋白質(zhì)大分子間的鹽鍵 氫鍵和范德華力等各種結(jié)合力 在無(wú)張力的作用下 絲素纖維內(nèi)蛋白質(zhì)大分子鏈的構(gòu)象發(fā)生變化 產(chǎn)生自由卷曲 宏觀上表現(xiàn)為纖維劇烈收縮 銅銨 銅乙二胺等鹽類可使絲纖維溶脹或溶解 5 酸的作用耐酸性較好 一般條件下對(duì)肽鍵影響不大 高溫 高濃強(qiáng)酸 長(zhǎng)時(shí)間處理可使肽鍵水鍵 1 酸縮現(xiàn)象 濃無(wú)機(jī)酸處理蠶絲很短時(shí)間 蠶絲發(fā)生顯著收縮原因 酸拆散分子間力 破壞了晶格 使大分子鏈解取向應(yīng)用 生產(chǎn)皺縮織物2 絲鳴方法 用弱酸 醋酸 酒石酸等 處理蠶絲效果 改善光澤 手感 產(chǎn)生特殊聲響 絲鳴3 增重方法 用單寧酸處理蠶絲效果 重量增加 6 堿的作用蠶絲纖維對(duì)耐堿性差 但比羊毛的耐堿性好1 作用機(jī)理 催化肽堿水解 使蛋白質(zhì)溶解2 測(cè)定堿損傷程度的方法 纖維在堿中的溶解百分率3 影響堿作用大小的因素 堿的種類 強(qiáng)堿如苛性堿作用強(qiáng)烈 其它弱堿可不致造成明顯損傷 堿液濃度 濃堿對(duì)蛋白質(zhì)的損傷較大堿液溫度 高溫下?lián)p傷較大處理時(shí)間 時(shí)間越長(zhǎng) 損傷越嚴(yán)重pH影響 第四節(jié) 其他動(dòng)物纖維 一 蜘蛛絲是迄今發(fā)現(xiàn)最細(xì)的絲 分三種類型 捕捉絲 徑向絲 圓周網(wǎng)絲 其中徑向絲強(qiáng)度很高 耐低溫 二 兔毛用于紡織的兔毛主要為安哥拉兔毛 安哥拉兔毛為長(zhǎng)毛兔毛 有不同品系 中國(guó)的安哥拉品系兔叫中國(guó)白兔 兔毛年收購(gòu)量達(dá)8000 10000t 占世界總產(chǎn)量的90 左右 出口量世界第一 三 馬海毛馬海毛是安哥拉山羊毛 土耳其安哥拉省 的音譯商品名 Mohair 南非 土耳其和美國(guó)為馬海毛的三大產(chǎn)地 四 山羊絨山羊絨是山羊的抓毛 山羊絨又叫 開(kāi)司米 我國(guó) 伊朗 蒙古 阿富汗為山羊絨主要產(chǎn)地 我國(guó)年產(chǎn)山羊絨約6000噸 占世界產(chǎn)量的60 左右 主要分布在四個(gè)地區(qū) 西北 內(nèi)蒙 山西 河南 河北的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)和山東省 山羊絨顏色有白 紫 青色 我國(guó)紫色較多 五 駱駝毛我國(guó)是雙峰駱駝的主要產(chǎn)地 雙峰駱駝的含絨量高達(dá)70 以上 駱駝絨的平均直徑為14 23 m 平均長(zhǎng)度為40 135mm 駱駝絨帶有天然的杏黃 棕褐等顏色 鱗片邊緣較光滑 不易氈縮 駱駝毛可做衣服襯絮 具有優(yōu)良的保暖性 駱駝絨可織制高級(jí)服用織物和毛毯 六 牦牛毛牦牛主要分布在中國(guó) 阿富汗 尼泊爾等9個(gè)亞洲國(guó)家 我國(guó)牦?？傤^數(shù)及其毛 絨產(chǎn)量均為世界首位 牦牛絨 毛 大多是黑色 褐色 牦牛絨由鱗片層與皮質(zhì)層組成 髓質(zhì)層極少 牦牛絨鱗片呈環(huán)狀 邊緣整齊 緊貼于毛干上 縱向有無(wú)規(guī)則卷曲 縮絨性與抱合力較小 牦牛絨產(chǎn)品不易掉毛 蓬松 豐滿 手感滑軟 光澤柔和 是毛紡行業(yè)的高檔原料 可織制各類針織 機(jī)織衣料等 第五節(jié)蛋白復(fù)合纖維 一 大豆蛋白復(fù)合纖維二 牛奶蛋白復(fù)合纖維腈綸基牛奶纖維維綸基牛奶纖維三 蠶蛹蛋白復(fù)合纖維 作業(yè) P244第9 14 18題 第六章合成纖維 第一節(jié)合成纖維概述合成纖維是指以簡(jiǎn)單化合物為原料 通過(guò)聚合或縮聚反應(yīng)制成成纖高分子物 再通過(guò)紡絲和后處理加工制成纖維 一 成纖高分子物條件具備一定的分子結(jié)構(gòu) 線形或支化度很低 超分子結(jié)構(gòu)具有取向并部分結(jié)晶具有一定的耐熱性具有一定的機(jī)械物理性能具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性具有一定的染色性 二合成纖維的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 強(qiáng)度高 彈性好 耐穿耐用 光澤好 化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng) 耐霉腐 耐蟲(chóng)蛀缺點(diǎn) 吸濕性差 耐熱性差 導(dǎo)電性差 防污性差 易起毛起球 不易染色 臘狀手感 三 常用基本概念 1 短纖維 a 棉型b 毛型 c 中長(zhǎng)纖維2 長(zhǎng)絲 a 單絲b 復(fù)絲c簾子線 3 復(fù)合纖維兩種或兩種以上成纖高分子物的熔體分別輸入同一噴絲頭 在噴絲頭的適當(dāng)部位相遇后 從同一噴絲孔中噴出 成為兩組份或多組份粘并的一根纖維 根據(jù)不同聚合物的性能及其在纖維橫截面上分配的位置 可以得到許多不同性質(zhì)和用途的復(fù)合纖維 例如通過(guò)并列型復(fù)合和偏皮芯型復(fù)合由于兩種聚合物熱塑性不同或在纖維橫截面上不對(duì)稱分布 在后處理過(guò)程中產(chǎn)生收縮差 從而使纖維產(chǎn)生螺旋狀卷曲 可制成具有類似羊毛彈性和蓬松性的化學(xué)纖維 皮芯型纖維是兼有兩種聚合物特性或突出一種聚合物特性的纖維 如將錦綸作皮層 滌綸作芯層 可制得染色性好 手感柔中有剛的纖維 利用高折射率的芯層和低折射率的皮層可制成光導(dǎo)纖維 若利用島組分連續(xù)分散于海組分中形成海島型復(fù)合纖維 再用溶劑溶去海組分 剩下連續(xù)的島組分 就成為非常細(xì)的極細(xì)纖維 裂離型復(fù)合纖維在紡絲成型和后加工過(guò)程中每一根較粗的長(zhǎng)絲容易分裂成許多根絲 橘瓣型復(fù)合纖維 裂離后纖維橫截面為三角形 裂片型復(fù)合纖維 裂離后成為扁絲 這種裂離型復(fù)合纖維生產(chǎn)技術(shù)在超細(xì)纖維的制造中已被廣泛采用 5 異形纖維 在合成纖維成形過(guò)程中采用非圓形孔眼的噴絲板 制成的非圓形截面或中空的纖維 可改善手感 回彈性 抗起球性及光澤等 主要有三角形 四角形 五角形 扁平形 中空形等 異形纖維具有特殊的光澤 并具有蓬松性 耐污性和抗起球性 纖維的回彈性與覆蓋性也可得到改善 如下 三角形橫截面的滌綸或錦綸與其他纖維的混紡織物有閃光效應(yīng) 十字形橫截面的錦綸回彈性強(qiáng) 五葉形橫截面的滌綸長(zhǎng)絲有類似真絲的光澤 抗起球 手感和覆蓋性良好 扁平 帶狀 啞鈴形橫截面的合成纖維具有麻 羚羊毛和兔毛等纖維的手感和光澤 中空纖維的保暖性和蓬松性優(yōu)良 某些中空纖維還具有特殊用途 如制作反滲透膜 用于人工腎臟 海水淡化 污水處理 硬水軟化 溶液濃縮等 6 超細(xì)纖維由于單纖維的粗細(xì)對(duì)于織物的性能影響很大 所以化學(xué)纖維也可按單纖維的粗細(xì) 線密度 分類 一般分為常規(guī)纖維 細(xì)旦纖維 超細(xì)纖維和極細(xì)纖維 常規(guī)纖維的線密度為1 4 7dtex 細(xì)旦纖維的線密度為0 55 1 3dtex 主要用于仿真絲類的輕薄型或中厚型織物 超細(xì)纖維的線密度為0 11 0 55dtex 可以用雙組分復(fù)合裂離法生產(chǎn) 主要用于高密度防水透氣織物和人造皮革 仿桃皮絨織物等 極細(xì)纖維的線密度在0 11dtex以下 可通過(guò)海島紡絲法生產(chǎn) 主要用于人造皮革和醫(yī)學(xué)濾材等特殊領(lǐng)域 7 納米纖維通常把直徑小于100nm的纖維稱為納米纖維 具有特殊的物理和化學(xué)性能 超高強(qiáng) 超柔韌 具有表面效應(yīng) 小尺寸效應(yīng)等特性 納米纖維制備方法靜電紡納米纖維 Morphologiesofnanofibers Scanningelectronimagesofnanofibers a cylindricallyshaped notaligned b cylindricallyshaped aligned c beaded shaped d wrinkled e foamed highlyporous and f ribbon shaped PolymerNanofibers Electrospinningofwater solublepolymers Electrospinningoforgano solublepolymers Electrospinningofmelt electrospunpolymers Electrospinningofbio erodiblepolymers CeramicNanofibers SEMimagesofelectrospunSiO2ceramicnanofiberspyrolyzedat600 A 800 B 1000 C 1200 D and1400 C E for6hours CarbonNanofibers TEMimagesofcarbonnanotubesgrownontheelectrospunPAN basedcarbonnanofibers 四 紡絲方法合成纖維的紡絲方法 目前主要分為以下三種 還有些新方法 如乳液紡絲 懸浮紡絲 液晶紡絲等 1 熔融紡絲法 紡絲液是熔體 紡出的絲在空氣中固化 熔融紡絲的紡絲速度高 目前一般的紡絲速度為1000 2000m min 采用高速紡絲時(shí) 可達(dá)3000 6000m min或更高 熔融紡絲加工成本低 但噴絲板孔數(shù)少 絲的截面多為圓形 滌綸 錦綸 丙綸等均采用此法 熔融紡絲工藝流程 2 濕法紡絲濕法紡絲紡出的絲在溶液中固化這種方法紡絲速度低 一般速度18 380m min 濕法紡絲加工成本高且對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重 紡出絲的截面多為非圓形 有皮芯結(jié)構(gòu) 腈綸 維綸 氯綸 粘膠纖維多采用此法 工藝流程 3 干法紡絲 干法紡絲紡出的絲在空氣中固化這種方法目前一般的紡絲速度為200 500m min 高者可達(dá)1000 1500m min 干法紡絲溶劑揮發(fā)易污染環(huán)境 成本高 但絲的質(zhì)量好 此法多用于制作長(zhǎng)絲 干法紡絲工藝流程 第二節(jié)聚酯纖維1概述聚酯纖維既宜于紡制成長(zhǎng)絲 又宜于制成短纖維 前者適宜制作變形紗和簾子線 而后者可純紡或與其他天然纖維和化學(xué)纖維混紡制成服用性能優(yōu)良的織物 如 棉的確良 毛的確良 等 其纖維制成品以挺括著稱 采用熔融紡絲法制成的一般聚酯纖維 其橫截面是圓形的 縱向均勻而無(wú)條痕 2 生產(chǎn)原理 3 結(jié)構(gòu)特征 結(jié)晶度和取向度模型理論 折疊鏈 櫻狀原纖模型 4 滌綸的性能 1 吸濕性吸濕性較差原因 極性基團(tuán)太少 缺少吸濕中心 結(jié)晶度高 結(jié)構(gòu)緊密 孔隙小 2 熱性能幾種主要合成纖維的耐熱性 以滌綸為最好 滌綸在170 以下短時(shí)間受熱所引起的強(qiáng)度損失 在溫度降低后可以恢復(fù) 腈綸在150 錦綸在120 下短時(shí)間受熱 其強(qiáng)度損失可以恢復(fù) 大部分碳鏈纖維在高于80 90 下受熱要發(fā)生變形 其強(qiáng)度損失很難恢復(fù) 滌綸的熱穩(wěn)定性在幾種主要的合成纖維中也是最好的 滌綸在150 下受熱168h后 強(qiáng)度損失不超過(guò)3 而錦綸在150 下受熱5h即變黃 纖維強(qiáng)度大幅度下降 3 力學(xué)性能 強(qiáng)度和延伸度 彈性和耐磨性 4 化學(xué)性能對(duì)酸和堿的穩(wěn)定性 對(duì)氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性滌綸對(duì)氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性很高 因此 染整加工中漂白劑 次氯酸鈉 亞氯酸鈉 雙氧水 還原劑 保險(xiǎn)粉 二氧化硫脲 都可使用 耐溶劑性滌綸可溶解在一些有機(jī)溶劑中 如 丙酮 苯 苯酚 四氯乙烷 6 4 滌綸可在一些有機(jī)物的水溶液中溶脹 如酚類酚類化合物可作滌綸染色的載體 5 染色性能滌綸的染色較困難 易染性較差 分子鏈緊密 染料難進(jìn)入纖維內(nèi)部 無(wú)特定染色基團(tuán) 缺乏親水性 在水中膨化程度低 不易與水溶性染料結(jié)合 極性小 染料無(wú)法與纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合 6 起毛起球現(xiàn)象 7 靜電現(xiàn)象 8 其他理化性能三 其他聚酯纖維 第三節(jié)聚酰胺纖維1概述聚酰胺纖維是指其分子主鏈由酰胺鍵 CO NH 連接起來(lái)的一類合成纖維 一類是由二元胺和二元酸縮聚制成的 其通式為 另一類是由內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合而得 其通式為 聚酰胺纖維具有一系列優(yōu)良性能 如其耐磨性居紡織纖維中最好的 斷裂強(qiáng)度較高 回彈性和耐疲勞性優(yōu)良 聚酰胺纖維密度小 是除乙綸和丙綸外的最輕的纖維 吸濕性低于天然纖維和再生纖維 但在合成纖維中其吸濕性僅次于維綸 染色性能好等 聚酰胺纖維也有一些缺點(diǎn) 如耐光性較差 在長(zhǎng)時(shí)間的日光或紫外光照射下 強(qiáng)度下降 顏色發(fā)黃 聚酰胺纖維的耐熱性也較差 聚酰胺纖維的初始模量比其他大多數(shù)纖維都低 因此在使用過(guò)程中容易變形 2聚酰胺纖維的生產(chǎn)原理3聚酰胺纖維的結(jié)構(gòu)特征 1 分子結(jié)構(gòu) 2 形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)錦綸是經(jīng)過(guò)熔融紡絲制成的 在顯微鏡下觀察的形態(tài)與滌綸差不多 截面接近圓形 縱向無(wú)特殊結(jié)構(gòu) 聚酰胺的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與滌綸相似 都是折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系 聚酰胺纖維的性質(zhì) 1 密度 2 熱性能 3 機(jī)械性質(zhì) 4 耐光性 5 吸濕與染色性能錦綸大分子的兩端含有氨基和羧基 在酸性介質(zhì)中帶有陽(yáng)電荷 可用酸性染料染色 而在堿性介質(zhì)中帶有陰電荷 所以可用陽(yáng)離子染料染色 當(dāng)然這些端基的數(shù)量受縮聚時(shí)分子量穩(wěn)定劑的影響 一般說(shuō)來(lái) 以醋酸為分子量穩(wěn)定劑 錦綸6大分子的氨基端基數(shù)量為0 098mmol g纖維 而錦綸66為0 04mmol g纖維 因此用酸性染料在同一條件下染色 錦綸6容易染成濃色 6 化學(xué)性能 第四節(jié)聚丙烯腈纖維 腈綸 1概述聚丙烯腈 PAN 纖維通常指含丙烯腈在85 以上的丙烯腈共聚物或均聚物纖維 國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱腈綸 丙烯腈的含量在35 85 之間的共聚物纖維則稱為改性聚丙烯腈纖維或改性腈綸 聚丙烯腈纖維具有許多優(yōu)良性能 如纖維柔軟 保暖性好 密度比羊毛小 腈綸相對(duì)密度1 17 羊毛相對(duì)密度1 32 廣泛地用于代替羊毛 制造膨體絨線 腈綸毛毯 腈綸地毯 故有 合成羊毛 之稱 2聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)原理目前我國(guó)腈綸生產(chǎn)是以硫氰酸鈉水溶液為溶劑 聚合 紡絲連續(xù)進(jìn)行的濕紡工藝 3聚丙烯腈纖維的結(jié)構(gòu)特征 1 化學(xué)組成由于均聚丙烯腈制得的聚丙烯腈纖維不易染色 手感及彈性都較差 還常呈現(xiàn)脆性 不適應(yīng)紡織加工和服用的要求 為了改善纖維的性能 聚合時(shí)加入少量其他單體 一般的成纖聚丙烯腈大多采用三元共聚體 2 形態(tài)結(jié)構(gòu)聚丙烯腈纖維的截面隨溶劑及紡絲方法不同而不同 用通常的圓形紡絲孔 采用硫氰酸鈉為溶劑的混紡聚丙烯腈纖維的截面是圓形的 而以二甲基甲酰胺為溶劑的干紡聚丙烯腈纖維的截面是花生果形的 聚丙烯腈纖維的縱向一般都較粗糙似樹(shù)皮狀 混紡聚丙烯腈纖維的結(jié)構(gòu)中存在著微孔 微孔的大小及多少影響著纖維的機(jī)械及染色性能 微孔的大小與共聚體的組成 紡絲成型的條件等有很大關(guān)系 3 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)由于側(cè)基 氰基的作用 聚丙烯腈大分子主鏈呈螺旋狀空間立體構(gòu)象 在丙烯腈均聚物中引入第二單體 第三單體后 大分子側(cè)基有很大變化 增加了其結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的不規(guī)則性 腈綸不能形成真正的晶體的原因可以認(rèn)為是 聚丙烯腈大分子上具有體積較大和極性強(qiáng)的側(cè)基 氰基 CN 同一大分子上相鄰的氰基因極性方向相同而相斥 相鄰大分子間因氰基極性方向相反而相互吸引 聚丙烯腈分子間的相互作用 4聚丙烯腈纖維性能 1 機(jī)械性能 2 玻璃化溫度聚丙烯腈纖維不像滌綸 錦綸那樣有明顯的結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū) 而只存在著不同的側(cè)序度區(qū) 所以聚丙烯腈纖維沒(méi)有明顯的熔點(diǎn) 而其軟化溫度在190 240 之間 軟化溫度范圍比較寬 但250 以上則出現(xiàn)熱分解 3 熱彈性 4 熱穩(wěn)定性 5 燃燒性 6 吸濕性和染色性 7 化學(xué)穩(wěn)定性 8 耐光 耐曬和耐氣候性 第五節(jié)聚丙烯纖維 丙綸 1概述2聚丙烯纖維生產(chǎn)原理3聚丙烯纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等規(guī)聚丙烯結(jié)晶有 和擬六方變體五種 其中與成型加工有關(guān)的主要有 和擬六方變體 等規(guī)聚丙烯的結(jié)晶形態(tài)為球晶結(jié)構(gòu) 雖然等規(guī)聚丙烯結(jié)晶變體較多 但紡絲拉伸后的晶體 變體 等規(guī)聚丙烯纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)也屬于折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系 4聚丙烯纖維性