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1、纤维材料 一 概述 1 纤维的分类 纤维 长径比很大 并具有一定柔韧性 的纤细物质 纺织纤维包括天然纤维 如羊毛 蚕丝 棉花 麻等 和化学纤维 由聚合物 等材料制成 人造纤维 是以天然聚合物如纤维素和蛋白 质等改性而成 如粘胶纤维 醋酸纤维 蛋 白质纤维等 合成纤维 是由合成的聚合物经纺丝而成 如聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维 涤纶 聚 酰胺 锦纶 聚乙烯醇缩甲醛 维纶 聚丙烯 丙纶 聚丙烯腈 腈纶 聚氯 乙稀 氯纶 聚氨酯弹性体纤维 氨纶 芳香族聚酰胺纤维 Kevlar 等 化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称 2 成纤聚合物的基本性质 通常 成纤聚合物具有以下一些特性 a 成纤聚合物的分子为线性结
2、构 具有 好的结晶性 b 用于溶液纺丝的聚合物可溶于溶剂中 制成聚合物溶液 聚合物溶液或熔体具 有适当的粘度 c 聚合物应具有适当高的相对分子质量 和较窄的相对分子质量分布 d 聚合物分子链间具有较强的相互作用 e 成纤聚合物的玻璃化温度高于其使用 温度 熔化温度应超过洗涤和烫熨温度 100 以上 3 纤维的主要性能指标 a 线密度 纤度 线密度为表示纤维粗细程度的指标 线密度 指一定长度纤维所具有的重量 其单位名称为 tex 特 克斯 1 10 称为分特 克斯 单位符号dtex 1000m长纤维重量的克数称为 特 支数 单位重量的纤维所具有的长度 对 于同一种纤维 支数越高 纤维越细 断裂强
3、度 纤维在连续增加负荷的作用 下 直至断裂所能承受的最大负荷与纤 维的线密度之比 断裂强度高 纤维在加工过程中不易断 头 绕辊 纱线和织物牢度高 断裂强 度太高 纤维刚性增加 手感变硬 b 断裂强度及断裂伸长率 断裂伸长率 纤维在伸长至断裂时的长 度比原来长度增加的百分数 断裂伸长率大 纤维的手感柔软 在纺 织加工时 毛丝 断头少 断裂伸长率 过大 织物易变形 模量 抵抗外力作用下形变能力的量度 纤维的初始模量为纤维受拉伸而当伸长 为原长的1 时所需的应力 它表征纤 维对小形变的抵抗能力 纤维的初始模量越大 越不易变形 在 合成纤维中 涤纶的初始模量最大 腈 纶次之 锦纶较小 故涤纶织物挺括
4、不易起皱 锦纶织物易起皱 保形性差 c 初始模量 弹性模量 1 长丝 长度以千米计的丝 2 短纤维 被切成几厘米或十几厘 米长的纤维 混纺织物不可能用长丝制 造 只有用短纤维与天然纤维或其它化 学纤维的短纤维进行混纺 才能得到混 合良好的混纺织物 如用涤纶与棉花混 纺得到的织物即 涤棉 与羊毛混纺 的织物叫 毛涤 3 异形截面纤维 在合成纤维成型 过程中 采用非圆形孔眼的喷丝板 可 得不同截面形状的纤维 用以改善纤维 的手感 回弹性等 如三角形截面的维 纶光泽良好 不易沾尘土 其织物耐穿 五叶形截面的涤纶长丝有类似真丝的 光泽 手感良好等 4 变形纱 经过变形加工处理的丝和纱 如弹力丝和膨体纱
5、 六大合成纤维 氯纶 聚氯乙烯 锦纶 尼龙6 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯 腈纶 聚丙烯睛 维纶 聚乙烯醇 丙纶 聚丙烯 4 化学纤维的生产方法 化学纤维的生产工艺流程主要包括纺丝 熔体和溶液的制备 纺丝及初生纤维的 后加工 目前 合成纤维的纺丝方法主要有两大 类 熔体纺丝法和溶液纺丝法 在溶液 纺丝法中 根据凝固方式的不同 又可 分为湿法纺丝和干法纺丝两种 二 粘胶纤维 粘胶纤维 以天然纤维如木质纤维 棉 纤维 禾本科植物纤维 如甘蔗渣 芦 苇 麦杆等 为原料 经纤维素黄酸酯 溶液以湿法纺丝制成的 粘胶纤维的生产包括以下四个过程 1 粘胶的制备 即浆粕的准备 碱 纤维素的制备及老成 纤维素黄酸
6、酯的 制备 磺化 和溶解等 浆粕是将原料经蒸煮 精选 漂白等预 处理而得到的 老成是借空气的氧化作用 使碱纤维素 分子链断裂 聚合度下降 以达到适当 调整粘胶粘度的目的 磺化是使难溶解的纤维素变成可溶性的 纤维素黄酸酯 以便进行湿法纺丝 2 粘胶的纺前准备 包括粘胶的混 合 过滤 熟成 脱泡等 熟成是将粘胶在一定温度下放置约18 30h 以降低纤维素黄酸酯的酯化度 3 纺丝 粘胶经过计量和纺前过滤 后 通过喷丝孔形成多根粘胶细流 进 入凝固浴而固化成丝条 再经塑化拉伸 和受丝卷取等过程 4 纤维的后处理 包括纤维的水洗 脱硫 漂白 酸洗 上油 干燥等 长丝要进行加捻 络丝 分级 包装等 加工过
7、程 短纤维则需经切断 开松 打包等 上油 使纤维表面覆上一层油膜 赋予纤 维平滑柔软的手感 降低纤维间或纤维与 金属间的摩擦 使加工过程顺利进行 并 使其湿度增加 改善纤维的抗静电性能 加捻的目的主要是使复丝中各根单纤维紧 密地抱合 避免在纺织加工时发生断头或 紊乱现象 并使纤维的断裂强度提高 络丝 将经过压洗 定型后的纤维在络 丝机上由有孔的丝筒退绕至锥形筒管 形成双斜面宝塔形式 以便运输和纺织 加工 切断 将纤维切割成规定长度的短段 以使合成纤维在纺丝加工过程中适应混 纺的棉 毛等天然纤维的长度和纺丝加 工设备的特殊需要 粘胶纤维的性质与棉极为相似 吸湿 透气 易染色 抗静电 易于纺织加工
8、 制成的织物花色鲜艳 穿着舒适 但粘胶纤维的的湿态强度大大低于干态 强度 且缩水性较大 纤维吸水后膨化 织物在水中易变硬 粘胶纤维应用广泛 其长丝称为人造丝 可织成各种平滑柔软的丝织品 毛型 短纤维俗称人造毛 是毛纺厂重要的原 料 棉型粘胶短纤维俗称人造棉 可织 成各种色彩绚丽的人造棉布 三 聚酯纤维 聚酯纤维通常是指聚对苯二甲酸乙二酯 PET 为目前发展速度最快 产量 最大的合成纤维品种 聚酯纤维又称涤纶 的确良 特丽纶 达克纶 帝特纶等 是以对本二甲酸二 甲酯 乙二醇为原料 经酯交换 缩聚 纺丝和纤维后加工等四个步骤而得 聚酯纤维常采用熔体纺丝法 可分为切 片纺丝和直接纺丝 目前 聚酯短纤
9、维大多采用直接纺丝法 即将聚合釜中的熔体直接送入纺丝机 而聚酯长丝多采用切片纺丝法 PET的软化点230 240 熔点范围255 264 纤维级PET树脂的相对分子质 量为15000 2000 特性粘度通常为0 62 0 68dL g PET分子中含有酯基 易发生水解 故 在纺丝时应严格控制水分含量 弹性好 其弹性接近于羊毛 耐皱性超 过其它纤维 强度大 干态强度和湿态强度接近 模量高 其初始模量为大规模生产的合 成纤维中最高者 故其织物的尺寸稳定 不变形 吸湿性低 湿强度下降少 织物易洗快 干 耐热性好 聚酯纤维的性能 三 聚酰胺纤维 聚酰胺及锦纶 尼龙 卡普龙 是世界 上最早投入工业化生产
10、的合成纤维 聚酰胺的品种很多 目前工业化生产及 应用最广泛的是PA6和PA66 PA1010 是我国的特有品种 PA6在大规模工业生产中大多采用以己 内酰胺为原料 经开环水解聚合制得 PA66是将己二胺和己二酸反应生成66盐 然后进行缩聚而得 聚酰胺纤维目前大多采用切片熔融纺丝 法 纺丝前 切片应充分干燥 耐磨性好 为所有纺织纤维中耐磨性最 好的品种 强度高 耐冲击性能好 弹性高 耐疲劳性好 耐低温性能良好 吸湿率较低 聚酰胺纤维的性能 四 聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈 PAN 简称腈纶 为目前世 界上产量仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维 的第三大品种的纤维材料 聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融 在280
11、 300 下分解 一次一般不能采 用熔体纺丝 而是采用溶液纺丝法 柔软性和保暖性好 外观和手感像羊毛 耐光性和耐辐射性优异 弹性模量高 保型性好 化学稳定性和耐热性好 优良的耐霉菌和耐虫蛀性 聚丙烯腈的特性 五 聚乙烯醇纤维 聚乙烯醇 PVA 又称维纶 维尼纶 工业上成纤用聚乙烯醇是以醋酸乙烯为 单体 经缩聚生成聚醋酸乙烯 然后进 行醇解反应而得 聚乙烯醇的熔融温度为220 240 在 250 以上完全分解变色 且没有明显 的稳定熔融态 故不能采用熔融法纺丝 而是采用溶液纺丝法生产纤维 湿法 纺丝法主要生产短纤维 干法纺丝主要 生产长丝 维纶短纤维的外观形状接近棉花 因此 有 合成棉花 之称 其长丝则似蚕丝 维纶的强度和耐磨性优于棉花 吸湿率 大 与棉花接近 导热性差 具有良好 的保暖性 维纶的主要缺点是染色性差 色泽不鲜 艳 耐水性较差 易收缩和变形 弹性 较差 其织物不够挺括 易发生折皱 六 聚对苯二甲酸对苯二胺纤维 聚对苯二甲酸对苯二胺纤维商品名为 Kevlar 又称芳纶1414 是目前国外产 量最大 应用最广的高强度 高模量 耐高温的纤维 Kevlar纤维具有极好的力学性能
