特种纤维介绍解读

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1、新型化学纤维 第一章 新型化学纤维概述 n内容提要 新型化纤概念 纤维分类 纤维发展概况 纤维发展方向 本课程新型化纤分类 教学要求 n了解纤维发展概况 n熟悉纤维发展趋势和方向 n掌握新型化纤概念及分类 一、纤维分类 n纤维（Fiber）的概念 细而长的丝状物，通常是指长径比100，直径 小于0.2mm。 n化纤纤维 非天然生成的纤维。 n新型化纤纤维 具有与传统纤维不同特性的一大类纤维总称 纤维分类 纤维可以按来源、用途、组成、性能以及生成 工艺等进行分类 化学纤维 天然纤维：棉、麻、毛、丝、石棉 纤维 人造纤维：粘胶、莫代而（高湿模 量高强度）、Lyocell等 合成纤维：涤纶、锦纶、腈

2、纶、芳 纶等 例如按来源分类 二、纤维的发展概况 年代棉花化纤 70增加231万吨，增幅21.0% 增加588.4万吨，增幅86.7% 80增长277万吨，增幅20.0% 增长432万吨，增幅34.2% 90 增加284万吨，增幅17.7% 增加589.5万吨，增幅38.4% 2000增加348万吨，增幅18.4% 增长1073万吨，增幅47.0% 纺织纤维发展统计数据 二、纤维的发展概况 从20世纪50年代初到新世纪的前7年，棉纤维占纺织纤维72.7%的比例下降 到40.0%，降幅32.7个百分点。分析主要原因是化学纤维的生产量加快，同 时期非棉纤维增长了约5倍为3354.5万吨，而棉纤维仅

3、增长2倍，为2236万 吨。 从1960年到2006年，非棉纤维的增长率4.7%，而棉纤维的增长率为2.0%。 n世界各地区化学纤维主要生产国：中国 、印度、美国、日本、韩国 三、化学纤维发展方向 1差别化纤维率先兴起 世界差别化纤维占40%。 （1）异型纤维：赋予产品光泽、手感、保暖、耐污、蓬 松、耐磨、导湿等特性。 （2）复合纤维：不同组分的收缩性（三维卷曲纤维）。 （3）超细纤维：纤维质地柔软，光泽柔和，织物悬垂性 好，纤维比表面积大仿真丝、桃皮绒织物、仿麂皮。 （4）易染纤维：对于不易染色的合成纤维采用单体共聚 、聚合物共混或嵌段共聚阳离子可染涤纶、酸性染料 可染涤纶、酸性染料可染腈纶

4、等。 2功能性纤维悄然问世 发达国家功能性纺织品占全部纺织品的比重：日本 39%、美国28%、欧洲21% （1）保护功能纤维：防辐射纤维、阻燃纤维、防紫外线 纤维、抗静电纤维 （2）物质分离功能纤维：离子交换纤维、吸附纤维、中 空纤维分离膜 （3）卫生保健功能纤维：抗菌纤维、防臭纤维、生物活 性纤维、香味纤维、远红外纤维 （4）传导纤维：光导纤维、导电纤维、超导纤维 3高性能纤维异军突起 （1）耐高温纤维：芳纶1313(Nomex)、芳纶1414（ Kevlar）；聚苯并咪唑(PBI)纤维； （2）超高强度纤维：超高分子量聚乙烯纤维 （3）高强度、高模量、耐热性、阻燃性纤维：聚苯并双 恶唑(P

5、BO)纤维 （5）最耐腐蚀、最难燃纤维：聚四氟乙烯（PTFE）纤 维 （6）无机纤维：碳纤维耐热、自润滑；不锈钢纤维 防电磁波、防静电、导电、耐切割 421世纪的新宠绿色环保纤维 （1）新型再生纤维素纤维：Lyocell、竹 浆纤维、甲壳素纤维、Modal纤维 （2）新型再生蛋白质纤维：大豆蛋白纤维 （5）可生物降解纤维：聚乳酸（PLA） 5未来的化学纤维智能化纤维材料 （1）纳米纤维 （2）温控纤维 （3）环境自适应纤维 四、新型化学纤维分类 1新型再生纤维素纤维：Lyocell、竹浆纤维、 甲壳素纤维、Modal纤维 2新型再生蛋白质纤维：大豆蛋白纤维、牛奶 蛋白纤维、蛹蛋白纤维、蜘蛛蛋白

6、纤维等 3新型服用合成纤维：聚乳酸纤维、异形纤维 、超细纤维、水溶性纤维、抗静电纤维 4、特种纤维：高强纤维、耐热纤维、阻燃纤维 思考题 1、新型化纤的含义是什么？ 2、新型化纤的分类。 3、简述纤维发展的三个方向？ 第二章 新型再生纤维 n再生纤维又叫人造丝，是以已有的天然植物或 动物纤维为原料，通过不破坏其纤维基本结构的 物理或化学的方法进行加工，以改善原纤维的性 能为目的而生产的一类纤维的总称。 n特点： 原料易得 可循环利用 环境污染小 新型再生纤维分类 nLyocell纤维、Modal纤维 n蛋白纤维 n竹纤维 n粘胶基甲壳素纤维 第一节 Lyocell纤维 n要求 n了解Lyoce

7、ll的发展历史及世界上的商品 名，主要生产商。 n熟悉Lyocell的生产工艺 n掌握Lyocell的结构和性能的关系。 （一）基本概念 n定义：采用N-甲基吗啉- N-氧化物（ NMMO）的水溶液溶解纤维素后进行纺丝 再生出来的纤维 NMMO n分子式：C5H11NO2 n分子量：117.15 nCAS.No.：7529-22-8 n性状: 无色或淡黄色液体，类似氨臭味 n沸点: 118.5 n凝固点: -20 n自燃点: 130 n可溶性: 易溶 n比重: 1.14 n纯 度(wt%) 60%，50% n用途：可用于有机合成；环氧树脂催化剂；纤维素溶液的溶剂及 热稳定剂。 （二）发展史 1

8、980年，Akzo Nobel公司专利 1989年，布鲁塞尔国际人造丝及合成纤维标准局（BISFA）命名： Lyocell 1992年，美国联邦贸易委员会：Lyocell 1987和1990年，Akzo Nobel公司分别将生产Lyocell纤维的专利转让给奥 地利Lenzing公司和英国Courtaulds公司 1993年，英国Courtaulds公司在美国Mobile生产，纤维商品名称Tencel 1998年，由Courtaulds公司和Akzo Nobel公司合资成立Acordis公司在英 国Crimsby生产，纤维商品名称Courtaulds Lyocell 1999年，Lenzing

9、 AG公司在奥地利Heiligenkreuz生产，纤维商品名称 Lenzing Lyocell 2000年，Akzo Nobel公司和Lenzing公司合资，在德国Obernburg生产， 纤维商品名称Newcell 2000年，台湾聚隆纤维股份有限公司，纤维商品名称Acell 2003年，韩国Hanil合成纤维公司，纤维商品名称Cocel NMMO溶解纤维素机理 甲基胺氧化物的氧原子有很强的极性，能与纤维素大分子上的羟 基形成强的氢键，生成纤维素NMMO络合物，而使纤维素溶解。 络合作用先是在纤维素的非晶区内进行，破坏了纤维素大分子间原 有的氢键。由于过量的NMMO溶剂存在，络合作用逐渐深入

10、到结晶 区内，最终使纤维素溶解。 Lyocell特点 n生产原料及生产过程对环境没有或者很 少污染 n生产过程简单 n具有优良的性能 （三）生产工艺 Lyocell生产工艺流程图 （1）原料准备 n木浆或棉浆 纤维素含量为96.5%99% 原料浆粕的聚合度控制在650700 杂质含量有一定要求：Fe0.05ppm，Cl1.0ppm，Cu0.01ppm ，Mn0.0010.002ppm，其它元素0.01ppm 浆粕要经过粉碎 nNMMO 不超过2个结晶水含量的NMMO NMMO含水量13-18% （2）纺丝液制备 n纤维素的溶解 溶解过程可分为混合、浸润、膨润、溶胀、溶解五个环节 ， 在整个溶解

11、过程为非连续式的，溶解时间较长 。 将粉末状纤维素、NMMO和过量水配成悬浊液，加热至90125，均匀 搅拌，浆粕先溶胀，继而溶解。经2h左右，得到稍呈褐色的透明而粘稠的溶 液，其纤维素含量约15%18%，粘度约700750Pas。 将经过粉碎的定量的浆粕，投入60%NMMO水溶液中，然后将混 合物加热蒸发，提高NMMO浓度。纤维素开始先溶胀，然后慢慢溶 解。当混合物中水分降低至13%19%时，纤维素被完全溶解 过滤脱泡 n原液过滤和脱泡在80以上的保温状态 下进行 n过滤时间越快越好。 n通常采用压滤机。 1称重传送皮带 2马达 3转子 4物料进口 5加热介质进口 6旋转叶 片 7供热夹套

12、8水蒸气排出口 9浓浆排出泵 10浓缩的浆粕悬浮液 11 接受器 12加热介质出口 13内壁 14分配环 15进口 16水蒸气排出 口 B，B造纸的制浆机 C降薄膜蒸发器 D升薄膜蒸发器 58均匀的悬浮原液 85均匀的一次浓缩液 105均匀的二次浓缩液 一次浓缩器 二次浓缩器 典型的Lyocell纤维纺丝液生产系统 （3）纺丝： nLyocell纤维采用干喷湿法纺丝，即通过空气夹层的湿法纺丝 1原液罐 2计量泵 3喷丝头组件 4空气夹层 5凝 固浴 6导丝辊 7水洗浴 8卷绕辊 n区为液流胀大区。自喷丝孔挤出的液流由于在喷丝孔中流动时产生的法向应力差而在出口处胀大。 n区为液流在气体夹层中的轴

13、向变形区。在此区内液流被强烈拉伸、变细。 n区为液流在凝固浴中的轴向变形区。原液细流中的溶剂（NMMO）与凝固浴中的凝固剂（水）的双扩散作 用，细流表面开始形成皮层，在皮层生成之前（点S之前），液流发生一定的纵向变形，直径变细。 n区为固化区。此段（S点至D点）纺丝线从表面到中心迅速凝固。在离开凝固浴之前，丝条的结构已基本形 成。 n区为导出区。丝条继续脱除溶剂和凝固剂，完成纤维结构的成形过程。 （四）Lyocell纤维的结构及性能 n分子结构 纤维素 ，聚合度400700 n形态结构：皮芯层结构；截面（椭圆形或圆形 ）；纵向（光滑均一） n聚集态结构：高结晶（Lyocell 63.9%，粘胶

14、 40%）且晶粒较大（使纤维弹性模量、刚性、脆 性及织物尺寸稳定性提高）、高取向（Lyocell双 折射率0.072；粘胶0.02） n不同拉伸度的Lyocell纤维 nLyocell纤维的WAXD照片 性能 纤维纤维性能Lyocell粘胶纤维纤维Modal棉涤纶涤纶 干拉伸断裂强度cN/tex42482025343825304860 湿拉伸断裂强度cN/tex26361015182226324658 干断裂伸长率%1015182314168102530 湿断裂伸长率%10182228151812142530 钩结 强度cN/tex182010141216 湿初始模量cN/tex2502704

15、050180250100150210 标准回潮率%12131214128.50.4 吸水率（保水率）657090758040455 在水中膨润度cm3/g0.530.680.490.2950.06 在水中径向膨润度%405030353080.6 在水中轴向膨润度%0.032.61.10.60.02 吸汗能力%250230 出汗时热传导 阻力m2k/w11.318.3 汗湿汽传导 阻力m2Pa/w2.923.17 n机械性能： 强度：较高（原因：纤维素不降解、结晶度高 、取向度高） 湿强80%干强生产高支轻薄纱线织物 伸长：较低，织物水洗后变形小 初始模量和湿模量：较高织物尺寸稳定性 、抗皱 结

16、构强度：较大 n沸水收缩率：较小（Lyocell 2.68%；粘胶4.09%） 原因：Lyocell结晶度较大，晶粒较大 n对碱溶液的稳定性：较高丝光处理 n吸湿膨润性：吸湿膨润的异向特点（径向40%，轴向 0.03%） 纺丝牵伸诱导结晶原纤的结晶化沿纤维轴向排列 轴向结合力；径向结合力层状排列湿润下分子 进入无定形区大分子链间的横向结合被切断分子间 距加大纤维变粗 n较高的径向膨润率织物湿加工困难 n较低的纵向膨润率在湿加工后尺寸稳定性好 n舒适性： 回潮率、保水率人出汗时吸收汗液 由于热传导能力和汗湿汽传导能力 当人体蒸发的汗液和热量被织物吸收后， 又能很快从织物表面扩散出去人体感到 凉爽 Ly