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1、新型化学纤维 第一章新型化学纤维概述 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 一 纤维分类 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 化纤纤维非天然生成的纤维 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 腈纶 芳纶等 例如按来源分类 二 纤维的发展概况 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
2、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 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
3、 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
4、 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 PBO 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 4 21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 Mod
5、al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 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 特点 原料易得可循环利用环境污染小 新型再生纤维分类 Lyocell纤维 Modal纤维蛋白纤维竹纤维粘胶基甲壳素纤维 第一节Lyoce
6、ll纤维 要求了解Lyocell的发展历史及世界上的商品名 主要生产商 熟悉Lyocell的生产工艺掌握Lyocell的结构和性能的关系 一 基本概念 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 分子式 C5H11NO2分子量 117 15CAS No 7529 22 8性状 无色或淡黄色液体 类似氨臭味沸点 118 5 凝固点 20 自燃点 130 可溶性 易溶比重 1 14纯度 wt 60 50 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 1980年 AkzoNobel公司专利 1989年 布鲁塞尔国
7、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 AkzoNobel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AkzoNobel公司合资成立Acordis公司在英国Crimsby生产 纤维商品名称CourtauldsLyocell 1999年 LenzingAG公司在奥地利Heiligenkreuz生产 纤维商品名称Lenzing
8、Lyocell 2000年 AkzoNobel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 络合作用逐渐深入到结晶区内 最终使纤维素溶解 Lyocell特点 生产原料及生产过程对环境没有或者很少污
9、染生产过程简单具有优良的性能 三 生产工艺 Lyocell生产工艺流程图 1 原料准备 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650 700杂质含量有一定要求 Fe 0 05ppm Cl 1 0ppm Cu 0 01ppm Mn 0 001 0 002ppm 其它元素 0 01ppm浆粕要经过粉碎NMMO不超过2个结晶水含量的NMMONMMO含水量13 18 2 纺丝液制备 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90 125 均匀搅拌 浆粕先溶胀 继而溶解
10、 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700 750Pa s 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 原液过滤和脱泡在80 以上的保温状态下进行过滤时间越快越好 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
11、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 Lyocell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 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 区为液流在气体夹层中的轴向变形区 在此区内液流被强烈拉伸 变细 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
12、 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 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 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 分子结构纤维素 聚合度400 700形态结构 皮芯层结构 截面 椭圆形或圆形 纵向 光滑均一 聚集态结构 高结晶 Lyocell63 9 粘胶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 不同拉伸度的Lyocell纤维 Lyocell纤维的WAXD照片 性能 机械性
13、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 结构强度 较大 沸水收缩率 较小 Lyocell2 68 粘胶4 09 原因 Lyocell结晶度较大 晶粒较大对碱溶液的稳定性 较高 丝光处理吸湿膨润性 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 纤维变粗较高的径向膨润率 织物湿加工困难较低的纵向膨润率 在湿加工后尺寸稳定性好 舒
14、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 Lyocell纤维原纤化 原纤化定义湿态下纤维与纤维或与金属等物体发生湿磨损时 原纤沿纤维主体剥离成为直径小于1 4 m的巨原纤以及进而裂为更加细小的微原纤的过程 原纤化结果微小细原纤部分脱离纤维主体 纤维或织物多毛 染色后无光 可洗烫性差 Lyocell纤维与原纤化 1 纺丝过程 干湿法纺丝 纤维皮芯结构 皮层结构致密且较薄 芯层结构疏松且较厚 原纤化 2 水溶胀作用 A纤维轴向有排列规则的微孔 直径15 30nm 水溶胀 B纤维较高的结晶度和
15、取向度 而微纤间的横向结合力较弱 湿润下 非晶态或无定形态的纤维素吸收相当于自身重量几倍的水而膨胀伸长 部分氢键被破坏 结合力减弱 由于连续摩擦及振动 原纤从纤维表面分离出来 原纤化 原纤化产生的原因是由于Lyocell纤维是在空气中喷丝 同时进行牵伸 因此分子取向性好 分子排列的紧密程度高于棉和粘胶 如图 在湿态下通过绳状或成衣加工 可以使织物表面产生特殊的桃皮绒效果 赋予服装优良的手感和外观 对一般织物 纤维的原纤化会使织物颜色发灰 不够鲜艳 要限制纤维的原纤化 就要进行适当的整理 Acordis公司已开发出一种新的无原纤化的Lyocell纤维 品牌号为 A100 其悬垂性极好 染色性能也
16、好 原纤化控制 1 纤维制造阶段 A纺丝中加入交联剂B调整纺丝工艺参数C对纤维进行处理 2 染整阶段 A机械控制 气流染色机 滚筒加工设备 Belly处理机B纤维素酶处理 多组分系统 内切酶 外切酶 葡萄糖苷酶 注意表面光洁度和织物强度C交联处理 染色交联 选用多官能团的染料 活性染料 树脂交联 织物手感硬 局部变脆 故加入柔软剂 原纤化应用 仿桃皮 仿麂皮 吸水性 Lyocell纤维具有比棉还高的膨润性 当暴露在水中时 Lyocell纤维的横截面积增加50 为棉的2倍多 以重量百分比来计算 Lyocell纤维有更好的防止水的渗透并可改善通常的防护性能 悬垂性和动感 用Lyocell纤维织成的织物具有独特的悬垂性和动感 这种效果是通过前处理 染色及整理 在织物内部产生了更大的空间而形成的 Lyocell纤维应用 牛仔布 套装系列 毛型 休闲和运动装系列色织系列衬衫内衣系列针织系列产业用纺织品系列 Lyocell纤维分析 SN T1507 2005 第二节莫代尔 Modal 纤维 再生纤维素纤维 cellulosefiber 再生纤维素纤维的发展总体上可以分为三个阶段 形成了三代产品 第
