第三章-化學(xué)纖維(1-2)

第三章化學(xué)纖維

（chemicalfiber）內(nèi)容提要：成纖高聚物特征和化學(xué)纖維制造概述?；瘜W(xué)纖維的分類(lèi)、性質(zhì)及檢測(cè)；常用化纖的特性；纖維鑒別的方法簡(jiǎn)介。

重點(diǎn)難點(diǎn)：本章是纖維部分特性介紹的最后一章，在性能介紹中注意與前面章節(jié)的對(duì)比，突出特點(diǎn)的介紹，難點(diǎn)在于綜合性。2概述我國(guó)早在南宋就有記載，用醋浸漬“絲蟲(chóng)”，然后剖開(kāi)蟲(chóng)腹取出絲素，在醋中牽引成絲。這堪稱是人類(lèi)人工制絲技術(shù)最早的事實(shí)。

十八世紀(jì)，測(cè)定桑葉中含有碳、氫、氧，而蠶絲還另外含有氮。這啟發(fā)人們用硝酸來(lái)處理纖維素以增加氮的部分。1884年在法國(guó)制得硝酸纖維。

1891年，在英國(guó)有人將纖維素黃酸酯溶于稀堿中制成很粘的液體紡絲，因其很粘，稱為粘膠,制成的纖維稱為粘膠纖維，1905年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。從此以后人造纖維開(kāi)始走上了成功之路，發(fā)展到目前這種現(xiàn)狀。3化學(xué)纖維的應(yīng)用民用：大家很熟悉工農(nóng)業(yè)：包裝材料，傳送帶，漁網(wǎng)，繩索交通運(yùn)輸：輪胎簾子線醫(yī)療：人造器官，縫合線，手術(shù)服等國(guó)防：降落傘，軍用帳蓬，各種防護(hù)服宇航：耐輻射，耐高低溫纖維，飛行服，宇宙飛船減速器。4第一節(jié)化學(xué)纖維的分類(lèi)與命名化學(xué)纖維：利用天然的或合成的聚合物（polymer）為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)方法和機(jī)械加工制成的纖維?；瘜W(xué)纖維的分類(lèi)一、按高聚物的來(lái)源分二、按內(nèi)部組成分三、按形態(tài)分5一、按高聚物(polymer)的來(lái)源分

1.再生纖維以天然聚合物為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)方法和機(jī)械加工制成，化學(xué)組成與原高聚物基本相同的纖維。（1）再生纖維素纖維如粘膠纖維（最多）、銅氨纖維，原料為木材、棉短絨等。依纖維素溶解成紡絲液的方法命名。（2）再生蛋白質(zhì)纖維如大豆蛋白質(zhì)纖維、牛奶纖維，原料為大豆、牛奶。依蛋白質(zhì)的來(lái)源命名。

6

2.合成纖維以煤、石油、天然氣及一些農(nóng)副產(chǎn)品等為原料制成單體后，經(jīng)化學(xué)聚合成聚合物，然后再紡制成的纖維。如滌綸、錦綸（我國(guó)的商品名）等。

命名：在單體名稱前加“聚”。

7二、按內(nèi)部組成分（1）聚酯纖維：大分子中均有酯基-COO-（如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯，滌綸,polyester,PET）（2）聚酰胺纖維：大分子鏈上有酰胺鍵-(CONH)-，如聚酰胺6（錦綸6,nylon6，PA6）、錦綸66。P173頁(yè)表3-2介紹8一種單體縮聚而成，單體含有一個(gè)端氨基和一個(gè)端羧基。用單體中含有的碳原子數(shù)來(lái)命名。錦綸6:錦綸66:

[NH－(CH2)5CO]n

[NH(CH2)6－NHCO－(CH2)4

CO]n兩種單體縮聚而成，一種單體含有兩個(gè)端氨基，另一種含有兩個(gè)端羧基。命名：前一數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)，后一數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)。9（3）聚丙烯腈纖維：主要成分為丙烯腈(85%以上)，腈綸acrylic,PAN。（4）聚乙烯醇纖維：聚乙烯醇縮甲醛纖維，維綸,vinylon,PVA)。

丙烯腈:乙烯醇:乙烯醇縮甲醛:[CH2－CH]n

CN[CH2－CH]n

OH[CH2－CH－CH2－CH]n

OCH2O10（5）聚丙烯纖維：丙綸（propylene,PP）（6）聚氯乙烯纖維：氯綸(chlorofibre,PVC)

[CH2－CH]n

CH3

[CH2－CH]n

Cl

11三、按形態(tài)結(jié)構(gòu)分

1.長(zhǎng)絲：?jiǎn)谓z、復(fù)絲與變形絲（彈力絲）

2.短纖維：（1）按長(zhǎng)度分布分：等長(zhǎng)纖維、異長(zhǎng)纖維（2）按長(zhǎng)度分：棉型化纖、毛型化纖、中長(zhǎng)化纖高彈絲123.復(fù)合纖維在纖維的橫截面上有兩種或兩種以上的不相混合的組分或成分的纖維。常用的為雙組分復(fù)合纖維，有并列型、皮芯型和海島型等。13復(fù)合纖維14復(fù)合纖維154.混合纖維：在纖維的橫截面上有兩種及兩種以上的相混合的組分或成分的纖維。5.異形纖維指經(jīng)一定幾何形狀（非圓形）噴絲孔紡制的具有特殊截面形狀的化學(xué)纖維。異形纖維16

6.粗、細(xì)、超細(xì)纖維

粗特纖維:1.1或1.65tex以上(滌綸，31.86、39μm)

細(xì)特纖維:0.044-0.11tex(滌綸，6.37-10μm)

超細(xì)纖維:0.044tex(滌綸，6.37μm)以下，超細(xì)纖維多用于制造人造麂皮。

17第二節(jié)化學(xué)纖維的制造與品質(zhì)特征一、化學(xué)纖維制造概述（一）成纖高聚物的特征

高聚物,由千百個(gè)原子以共價(jià)鍵相互聯(lián)結(jié)起來(lái)的所組成的分子量很大的物質(zhì)。

1.聚合度：組成纖維大分子單基的個(gè)數(shù)n2.分子量：103～107

3.多分散性：聚合度和結(jié)構(gòu)形狀有不同的分布18（二）成纖高聚物要滿足三個(gè)條件

1.線型分子結(jié)構(gòu)：能伸值的分子，支鏈盡可能少，沒(méi)有龐大側(cè)基，具備可溶性或可熔融性；

2.適當(dāng)?shù)姆肿恿浚杭徑z液具備適當(dāng)?shù)恼扯龋?/p>

3.凝固后的纖維中，大分子間應(yīng)該具有足夠的結(jié)合力。19（三）化學(xué)纖維制造過(guò)程高聚物的提純與聚合→紡絲熔體或溶液的制備→紡絲成形→

后加工（牽伸、卷曲、上油、切斷）

1.高聚物的提純與聚合（1）再生纖維提純，去除雜質(zhì)。（2）合成纖維聚合，單體聚合成線型高聚物。20

2．紡絲熔體或溶液的制備

（1）熔體法將高聚物加熱成熔體（如滌綸、錦綸、丙綸等）。條件：熔融溫度<分解溫度（2）溶液法高聚物溶解在溶劑中（如粘膠、維綸、腈綸等）。條件：熔融溫度>分解溫度,或高聚物為非熔性

21

3.紡絲紡絲液用計(jì)量泵定量供料通過(guò)噴絲孔后凝固成絲條的過(guò)程稱為~。有熔體紡絲法和溶液紡絲法。

（1）熔體紡絲法將熔融的高聚物熔體從噴絲孔噴射到空氣中冷卻固化。過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，紡絲速度高。滌綸、錦綸、丙綸等均采用此法。熔體紡絲工藝流程22紡絲23（2）溶液紡絲法將高聚物溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┡涑杉徑z溶液，將紡絲液從噴絲孔中壓出后射入凝固浴中凝固成絲條。根據(jù)凝固浴的不同分為濕法與干法兩種。

濕法紡絲（Wetspinning）：液體凝固劑固化。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。濕法紡絲工藝流程24

濕法紡絲25干法紡絲(Dryspinning)：熱空氣固化。絲的質(zhì)量好、成本高、易污染環(huán)境（應(yīng)用少）。維綸、醋酯、氨綸可用此法。干法紡絲工藝流程26干法紡絲27

有色紡絲（原液紡絲）：紡絲液+色母粒異形紡絲：非圓形噴絲孔紡絲（3）其他紡絲法異形噴絲孔28復(fù)合紡絲Bicomponentfibers29熱空氣熱空氣聚合物熔體冷卻氣流冷卻氣流接收裝置噴射紡絲30靜電紡絲314.后加工經(jīng)過(guò)紡絲工序，高聚物已初具纖維形態(tài)，稱它“初生絲”。它必須經(jīng)過(guò)一系列后處理加工（后加工）才能得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能優(yōu)良，可以進(jìn)行紡織加工的纖維。后加工的目的：使纖維具有一定的物理機(jī)械性能（強(qiáng)力、伸長(zhǎng)、抗靜電、抱合力等）。32短纖維后加工路線：（1）集束：獲得大股絲束。（2）拉伸：改變?nèi)∠蚨龋纳屏W(xué)性質(zhì)（如增加強(qiáng)度、降低伸長(zhǎng)）。（3）上油：抗靜電，減小摩擦。（4）卷曲：提高抱合力，增加可紡性。（5）干燥定形：去除水分，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（6）切斷：切成規(guī)定長(zhǎng)度的短纖維。33（二）化纖消光和上油1、化纖消光減少或消除化纖中的強(qiáng)光澤，添加消光劑如二氧化鈦，根據(jù)消光劑的數(shù)量可生產(chǎn)有光、無(wú)光和半無(wú)光纖維。2、化纖上油化纖上油一方面是紡絲工藝本身的要求，一方面是化纖紡織加工的需要，上油后可提高柔軟、潤(rùn)滑性和抗靜電性。34（三）彈力絲和膨體紗的加工

1、彈力絲的加工加工方法很多，絕大部分用假捻法加工。（1）假捻法

原理：如果把兩端固定的絲條在中間加捻，則在加捻點(diǎn)上、下兩段絲條上就形成了捻向相反、捻度相同的捻回。如果把加捻點(diǎn)的下段絲條上的捻向定為加捻。那么加捻點(diǎn)上段絲條上的捻向便是退捻。當(dāng)把絲條由下向上移動(dòng)到加捻點(diǎn)以上時(shí)，則所得的捻度便退到零，絲條上并不存在真正的捻度。35（2）刀刃擦過(guò)法(刮擦法)1932年英國(guó)人發(fā)明。將加熱的單絲或復(fù)絲以緊張狀態(tài)擦過(guò)曲率很小的刀刃，纖維貼近刀邊一面受壓縮，另一面受拉伸，從而形成卷曲。36（3）填塞箱法又稱壓縮卷曲法，原絲由喂入輪送入加熱管（填塞箱）內(nèi)，受到高度壓縮。并在彎曲情況下受熱定形，使纖維形成卷曲形狀。填塞箱法可加工粗旦錦綸和丙綸紗線。37（4）噴氣變形法利用噴氣方法，使受到?jīng)_擊的絲條中各跟長(zhǎng)絲產(chǎn)生彎曲形成隨機(jī)的環(huán)圈，借纖維之間的摩擦而使環(huán)圈固定在一定位置上，這種變形加工不需加熱定型，可用于不具有熱塑性的纖維的加工。38（5）復(fù)合纖維卷曲法選用兩種不同收縮性的聚合物復(fù)合紡絲，在熱處理中因兩種組分收縮程度不同而產(chǎn)生卷曲。變形纖維的卷曲形態(tài)39熱塑性腈綸纖維，在加熱情況下拉伸，則產(chǎn)生較大的伸長(zhǎng)，冷卻后固定下來(lái)（潛在收縮）－－高收縮纖維A。A和普通纖維混紡制成短纖紗，經(jīng)過(guò)汽蒸加工后，其中A沿長(zhǎng)度方向收縮而聚集于紗芯，普通纖維則形成卷曲或環(huán)圈而鼓起，使紗結(jié)構(gòu)變得膨松柔軟，此即膨體紗。2、膨體紗的加工40二、粘膠纖維(Rayon長(zhǎng)絲/viscose短纖維)--吸濕易染（一）概況是再生纖維素纖維的主要品種，化學(xué)組成與棉纖維相同。由于采用不同的原料和紡絲工藝，可分別制得普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維和高強(qiáng)力粘膠纖維等。普通粘膠纖維具有一般的物理機(jī)械性能和化學(xué)性能，又可分為棉型、毛型和長(zhǎng)絲型，俗稱人造棉、人造毛和人造絲。高濕模量粘膠纖維具有較高的強(qiáng)力、濕模量，濕態(tài)下強(qiáng)度為22cN/tex,伸長(zhǎng)率不超過(guò)15%，其代表產(chǎn)品為富強(qiáng)纖維。高強(qiáng)力粘膠纖維具有較高的強(qiáng)力和耐疲勞性能。41（二）制造流程

1.紡絲液的制備木材、甘蔗渣→純凈的纖維素→稀堿處理→堿纖維素→+CS2→纖維素黃酸酯→+NaoH→紡絲液

2.成形（紡絲）紡絲液+凝固浴（硫酸、硫酸鈉、硫酸鋅）普通粘膠：鋸齒形皮芯結(jié)構(gòu)強(qiáng)力粘膠：全皮層富強(qiáng)纖維：全芯層42富強(qiáng)纖維縱橫向普通粘膠縱橫向43

3.粘膠的特點(diǎn)

⑴斷裂強(qiáng)度比棉??；濕強(qiáng)小于干強(qiáng)（干強(qiáng)的40％～50%）,不耐水洗。⑵吸濕性是普通化纖中最好的（通常條件13％，比棉好）。⑶染色性好，色譜齊全，色澤鮮艷。⑷耐堿不耐酸（較棉差）。

⑸懸垂性好，易皺，尺寸穩(wěn)定性差。

⑹耐熱性和熱穩(wěn)定性較好，易燃燒。44三、聚酯纖維（滌綸polyester,PET）－－挺括不皺（一）概況滌綸是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維的中國(guó)商品名，英國(guó)的商品名為T(mén)erylene，美國(guó)商品名為Dacron。滌綸是合成纖維的一大類(lèi)屬和主要品種，其產(chǎn)量居所有化學(xué)纖維之首。滌綸的發(fā)展最快，可仿各種天然纖維。45滌綸縱、橫向形態(tài)46（二）制造

1.紡絲液的制備切片（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）干燥→加熱熔融

2.紡絲和后加工短纖維初生絲（空氣固化）→集束→拉伸（4-4.5倍，取向度↑）→熱定形（消除內(nèi)應(yīng)力）→卷曲→切斷長(zhǎng)絲初生絲→拉伸→定形→加捻（或變形）→打包47（三）性質(zhì)

1、機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)度高伸長(zhǎng)大；初始模量高；耐沖擊性好；彈性好，織物挺括抗皺，尺寸穩(wěn)定，但易起球。2、吸濕染色性吸濕染色性差（W=0.4%），洗可穿性好；易起靜電，易吸灰。483、熱學(xué)性質(zhì)耐熱性好，150度處理1000h僅稍有變色，其他普通纖維200-300h完全破壞。遇火星易熔孔。4、光學(xué)性質(zhì)耐光性好，僅次于腈綸，曝曬1000小時(shí)，強(qiáng)力保持60%-70%。5、密度

小于棉大于羊毛，1.38g/cm3。496、化學(xué)性質(zhì)對(duì)酸較穩(wěn)定，但只耐弱堿不耐強(qiáng)堿；不霉不蛀。堿減量處理：在較高的溫度下利用濃堿腐蝕滌綸表面，纖維細(xì)度變細(xì)，織物重量減輕(失重20％～25％)，光澤柔和，重量減輕，從而形成真絲綢的外觀和手感的工藝過(guò)程。50四、其它幾種合成纖維的品質(zhì)特征（一）聚酰胺纖維－－錦綸（nylon6，PA6，結(jié)實(shí)耐磨）

1.概況

1935年，杜邦公司首次合成了聚酰胺纖維（尼龍66），并于1938年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。同年，德國(guó)化學(xué)家P．Schlack制成了尼龍6，并于1941年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2004年世界年產(chǎn)錦綸416萬(wàn)噸，我國(guó)年產(chǎn)63.3萬(wàn)噸。我國(guó)聚酰胺纖維的商品名稱為錦綸。錦綸也稱耐綸、尼龍、卡普隆。51錦綸及異形錦綸縱、橫向形態(tài)52

2.性質(zhì)

（1）機(jī)械性質(zhì)

強(qiáng)度（普通纖維中最強(qiáng)）、伸長(zhǎng)大；耐磨性六大綸中最好（棉的10倍，羊毛的20倍）初始模量低，故手感柔軟但織物保形性差。（2）吸濕染色性

W=4.5%，在合纖中位居第二，染色性能好。（3）熱學(xué)性質(zhì)

耐熱性差，隨溫度的升高強(qiáng)力下降，收縮率增大。安全使用溫度：低于93℃（PA6），低于130℃（錦綸66）。53（4）耐光性

耐光性差（端基對(duì)光、熱、氧敏感），久曬變黃，強(qiáng)度下降。（5）化學(xué)性質(zhì)耐堿性優(yōu)良但不耐酸。（6）密度較小，1.14g/cm3，服裝制品穿著輕便，且有良好的防水防風(fēng)性能。54（二）聚丙烯腈纖維

－－腈綸（acrylic,PAN，膨松耐曬）1.概況腈綸是聚丙烯腈纖維的中國(guó)商品名，產(chǎn)量?jī)H次于滌綸和錦綸。純粹的丙烯腈纖維，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，服用性能差，所以它是由85%以上的丙烯腈和其他第二、第三單體共聚的高分子聚合物紡制的合成纖維。第二單體主要改善彈性和手感，第三單體主要改善染色性。1953年美國(guó)杜邦公司最先實(shí)現(xiàn)了腈綸的商品化。

55腈綸手感柔軟、彈性好，有“合成羊毛”之稱,也稱奧綸、開(kāi)司米綸、愛(ài)克蘭。結(jié)構(gòu)：腈綸在內(nèi)部大分子結(jié)構(gòu)上很獨(dú)特，呈不規(guī)則的螺旋形構(gòu)象，且沒(méi)有嚴(yán)格的結(jié)晶晶區(qū)，但有高序排列與低序排列之分。由于這種結(jié)構(gòu)使腈綸具有很好的熱彈性（可加工膨體紗），腈綸密度小，比羊毛還小，織物保暖性好。紡絲：濕法，截面基本圓形；干法，花生果形。

562.性質(zhì)（1）機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)度比滌綸、錦綸低，斷裂伸長(zhǎng)率則與之相當(dāng)，多此拉伸后，剩余伸長(zhǎng)率較大，尺寸穩(wěn)定性差；易起球。（2）吸濕染色性吸濕性較差（w=1.2%-2%）,易積聚靜電；染色性好。（3）熱學(xué)性質(zhì)具有熱彈性；沒(méi)有明顯的熔點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生熔孔現(xiàn)象。57（4）耐曬性六大綸中最好。（5）化學(xué)性質(zhì)耐酸也耐堿。（6）密度較小，1.17g/cm3。58（三）聚乙烯醇縮甲醛纖維

－維綸（vinylon,PVA，價(jià)廉耐用）

1.概況維綸又稱維尼綸、紗綸，是聚乙烯醇纖維的中國(guó)商品名。未經(jīng)處理的聚乙烯醇纖維溶于水，用甲醛或硫酸鈦處理后可提高其耐熱水性。維綸于1940年6月進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品以短纖維為主，也有少量可溶性長(zhǎng)絲。維綸在性能上與棉花相似，有合成棉花之稱。59結(jié)構(gòu)：濕法紡絲皮芯層結(jié)構(gòu)，橫截面為腰圓形；縱面形態(tài)1-2根溝槽。

大分子主鏈呈平面鋸齒形。維綸縱、橫向形態(tài)60

2.性質(zhì)（1）機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)伸性比棉好，但差于其他合成纖維，初始模量比滌綸低，彈性較差（織物易折皺），耐磨性較好。

（2）吸濕性

合成纖維中最好（W=5.0%）。（3）染色性濕法紡絲：染色性不好，色澤不鮮艷。干法紡絲：染色性好。61（4）熱學(xué)性質(zhì)耐干熱而不耐濕熱（收縮）。耐熱水性差，115℃收縮變形，煮沸3～4小時(shí)，織物變形或部分溶解。（5）化學(xué)穩(wěn)定性較好，較耐堿不耐強(qiáng)酸；耐腐蝕，不怕霉蛀，長(zhǎng)期放于海水或土中均無(wú)影響。

（6）耐光性較好（7）熱傳導(dǎo)系數(shù)低，保暖性較好62（四）聚丙烯纖維

－－丙綸（propylene，PP，質(zhì)輕保暖）1.概況丙綸是等規(guī)聚丙烯纖維的中國(guó)商品名。1955年研制成功，1957年由意大利開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)。丙綸的品種較多，有長(zhǎng)絲、短纖維和膜裂纖維等。2000年以丙綸為主，包括紡粘法非織造布、地毯絲在內(nèi)的聚烯烴纖維，全世界年產(chǎn)580萬(wàn)噸，其中我國(guó)為88萬(wàn)噸。632.性質(zhì)（1）機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)度較高，伸長(zhǎng)較大，初始模量較高，彈性和耐磨性均好。（2）吸濕染色性

幾乎不吸濕性（常見(jiàn)化纖中最?。?，有獨(dú)特的芯吸能力，染色性很差。（3）熱學(xué)性質(zhì)

導(dǎo)熱系數(shù)在纖維中最低（保暖性好），熔點(diǎn)低，耐濕熱不耐干熱。64（4）耐光性

不耐日曬，易老化。（5）化學(xué)穩(wěn)定性很好；耐化學(xué)品性優(yōu)；不霉不蛀。（6）密度

0.91g/cm3，是最輕的纖維。

65（五）氨綸（彈性纖維）

1.概況

氨綸具有優(yōu)良的延伸性和彈性，又稱為彈力纖維。最著名的商品名稱是美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的“萊卡”。通常將氨綸絲與其他纖維紡成包芯紗后，供織造使用。它可用于制造各種內(nèi)衣、游泳衣、緊身衣、牛仔褲、運(yùn)動(dòng)服等。氨綸制成的服裝，穿著舒適，能適應(yīng)身體各部分變形的需要，并能減輕服裝對(duì)身體的束縛感。662.性質(zhì)（1）機(jī)械性質(zhì)

強(qiáng)度最差，伸長(zhǎng)率最大（450%-800%），彈性特別好。（2）吸濕性較差（W=0.8-1%）。（3）熱學(xué)性質(zhì)日光照射稍發(fā)黃，強(qiáng)度稍有下降。（4）具有較好的耐酸堿性、耐光性等（5）密度小：1.0-1.3g/cm367（六）聚氯乙烯纖維

1.概況氯綸是聚氯乙烯纖維在我國(guó)的商品名稱。氯綸的原料豐富，生產(chǎn)流程短，是合成纖維中生產(chǎn)成本最低的一種。

氯綸短纖維可以制成棉絮、毛線及針織內(nèi)衣褲等，由于氯綸的保暖性非常好，織物經(jīng)摩擦后容易產(chǎn)生靜電，用其做成內(nèi)衣對(duì)患有風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的人有一定的輔助