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1、第四章 化学纤维（chemical fiber）2概 述我国早在南宋就有记载，用醋浸渍“丝虫”， 然后剖开虫腹取出丝素，在醋中牵引成丝。这堪称 是人类人工制丝技术最早的事实。 十八世纪，测定桑叶中含有碳、氢、氧，而蚕 丝还另外含有氮。这启发人们用硝酸来处理纤维素 以增加氮的部分。1884年在法国制得硝酸纤维。 1891年，在英国有人将纤维素黄酸酯溶于稀碱 中制成很粘的液体纺丝，因其很粘，称为粘胶,制 成的纤维称为粘胶纤维 ，1905年实现工业化生产。 从此以后人造纤维开始走上了成功之路，发展到目 前这种现状。 3化学纤维的应用l民用：大家很熟悉l工农业：包装材料，传送带，渔网，绳 索l交通运输
2、：轮胎帘子线l医疗：人造器官，缝合线，手术服等l国防：降落伞，军用帐蓬，各种防护服l宇航：耐辐射，耐高低温纤维，飞行服 。4第一节 化学纤维的分类与命名l 化学纤维：利用天然的或合成的聚合物（polymer） 为原料，经过化学方法和机械加工制成的纤维。l 化学纤维的分类一、按高聚物的来源分二、按内部组成分三、按形态分5一、按高聚物(polymer)的来源分1.再生纤维以天然高聚物为原料，经过化学方法和机械加 工制再生制成的纤维，化学组成与原高聚物基本 相同的纤维。（1）再生纤维素纤维如粘胶纤维（最多）、铜氨纤维，原料为木材、 棉短绒等。依纤维素溶解成纺丝液的方法命名。（2）再生蛋白质纤维如大豆
3、蛋白质纤维、牛奶纤维，原料为大豆、 牛奶。依蛋白质的来源命名。62.合成纤维以煤、石油、天然气及一些农副产品等为原 料制成单体后，经化学聚合成聚合物，然后再纺 制成的纤维。如涤纶、锦纶（我国的商品名）等。命名：在单体名称前加“聚”。聚丙烯纤维：聚氯乙烯纤维聚酯纤维聚酰胺纤维聚丙烯腈纤维聚乙烯醇纤维CHCH2 2CHCHn nCH CH3 3 7二、按内部组成分（1）聚酯纤维：大分子中均有酯基-COO-（如聚对 苯二甲酸乙二酯，涤纶,polyester,PET）（2）聚酰胺纤维：大分子链上有酰胺键-(CONH)-， 如聚酰胺6（锦纶6,nylon 6，PA6）、锦纶66。 8一种单体缩聚而成，单
4、体含有一个端氨基和一 个端羧基。用单体中含有的碳原子数来命名。 锦纶 6:锦纶 66:NH NH(CH(CH2 2) )5 5 COCOn nNH (CH NH (CH2 2) )6 6NHCONHCO(CH(CH2 2) )4 4COCOn n两种单体缩聚而成，一种单体含有两个端氨 基，另一种含有两个端羧基。 命名：前一数字表示二元胺的碳原子数，后 一数字表示二元酸的碳原子数。 9（3）聚丙烯腈纤维：主要成分为丙烯腈(85%以上) ，腈纶acrylic,PAN。（4）聚乙烯醇纤维：聚乙烯醇缩甲醛纤维，维纶 ,vinylon, PVA)。丙烯腈:乙烯醇:乙烯醇缩甲醛:CHCH2 2CHCHn
5、nCN CN CHCH2 2CHCHn nOH OH CHCH2 2CHCHCHCH2 2CHCHn nOCH OCH2 2O O 10（5）聚丙烯纤维：丙纶（propylene,PP）（6）聚氯乙烯纤维：氯纶(chlorofibre,PVC)CHCH2 2CHCHn nClCl CHCH2 2CHCHn nCH CH3 3 11三、按形态结构分1.长丝：纤维加工得到的连续丝条。l单丝：一根长丝纤维。加工轻薄质物，如透明袜 、面纱巾等。l复丝：有很多根单丝组成。织造用丝多为复丝。l变形丝：经过变形加工的为变形丝或弹力丝，多 为复丝。高弹丝122、短纤维长丝切断成各种长度规格的纤维。 按长短分：
6、棉型化纤、毛型化纤、中长化纤l棉型化纤：33mm、35mm、38mm、41mml毛型化纤：76150mml中长化纤：45mm、51mm、60mm、65mm133.复合纤维在纤维的横截面上有两种或两种以上的不相 混合的组分或成分的纤维。常用的为双组分复 合纤维，有并列型、皮芯型和海岛型等。模仿羊毛正皮质、偏皮质双边分布可形成永 久卷曲的性能。14复合纤维15165.异形纤维指经一定几何形状（非圆形）喷丝孔纺制 的具有特殊截面形状的化学纤维。异形纤维17异形喷丝孔喷丝孔形状纤维截面形状喷丝孔形状纤维截面形状186.粗、细、超细纤维l粗特纤维: 1.1或1.65tex以上(涤纶，31.86、39m)
7、l细特纤维: 0.0440.11tex(涤纶，6.37-10m)l 超细纤维: 0.044tex(涤纶，6.37m)以下，特点：织物柔软、细腻、悬垂性好，吸附性和去 污能力强。应用：制造人造麂皮、高级清洁布。 超细纤维19第二节 化学纤维的制造一、化学纤维制造概述 （一）成纤高聚物的特征高聚物： 由千百个原子以共价键相互联结起 来的所组成的分子量很大的物质。1. 聚合度：组成纤维大分子单基的个数n 2. 分子量：103107 3. 多分散性：聚合度和结构形状有不同的分布 20（二）成纤高聚物要满足三个条件1.线型分子结构：能伸值的分子，支链尽可能少 ，没有庞大侧基，具备可溶性或可熔融性；2.适
8、当的分子量：纺丝液具备适当的粘度；3.凝固后的纤维中，大分子间应该具有足够的结 合力。 21（三）化学纤维制造过程（掌握）高聚物的提纯或聚合纺丝熔体或溶液的制备 纺丝成形 后加工（牵伸、卷曲、上油、切断）1. 高聚物的提纯或聚合（1）再生纤维 提纯，去除杂质。 （2）合成纤维 聚合，单体聚合成线型高聚物。222.纺丝熔体或溶液的制备（1）熔体法 将高聚物加热成熔体（如涤纶、锦纶、丙纶等）。条件：熔融温度分解温度,或高聚物为非熔性233.纺丝纺丝液用计量泵定量供料通过喷丝孔后凝固成丝 条的过程称为。有熔体纺丝法和溶液纺丝法。（1）熔体纺丝法将熔融的高聚物熔体从 喷丝孔喷射到空气中冷却固 化。过程
9、简单，成本低，纺 丝速度高。涤纶、锦纶、丙 纶等均采用此法。熔体纺丝工艺流程24纺丝切片25（2）溶液纺丝法将高聚物溶解于适当的溶剂配成纺丝溶液，将 纺丝液从喷丝孔中压出后射入凝固浴中凝固成丝条 。根据凝固浴的不同分为湿法与干法两种。u 湿法纺丝（Wet spinning）：液体凝固剂固化。纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、 维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。湿法纺丝工艺流程26湿法纺丝27l 干法纺丝(Dry spinning)：热空气固化。丝的质量好、成本高、易污染环境（应用少）。 维纶、醋酯、氨纶可用此法。 干法纺丝工艺流程28干法纺丝294. 后加工经过纺丝工序，高聚物已初具纤维
10、形态， 称它“初生丝”。它必须经过一系列后处理加 工（后加工）才能得到结构稳定，性能优良， 可以进行纺织加工的纤维。后加工的目的：使纤维具有一定的物理机 械性能（强力、伸长、抗静电、抱合力等）。30短纤维后加工路线：（1）集束：获得大股丝束。（2）拉伸：改变取向度，改善力学性质（如增 加强度、降低伸长）。（3）上油：抗静电，减小摩擦。（4）卷曲：提高抱合力，增加可纺性。（5）干燥定形：去除水分，提高结构稳定性。（6）切断：切成规定长度的短纤维。31集束、拉伸、卷曲、定形32（二）弹力丝和膨体纱的加工1、弹力丝的加工加工方法很多，绝大部 分用假捻法加工。 （1）假捻法 原理：如果把两端固定的 丝
11、条在中间加捻，则加捻点 上、下两段形成捻向相反、 捻度相同的捻回。当把丝条 由下向上移动到加捻点以上 时，则所得的捻度便退到零 ，丝条上并不存在真正的捻 度。33（2）刀刃擦过法(刮擦法)1932年英国人发明。将加 热的单丝或复丝以紧张状态 擦过曲率很小的刀刃，纤维 贴近刀边一面受压缩，另一 面受拉伸，从而形成卷曲。34（3）填塞箱法又称压缩卷曲法，原丝 由喂入轮送入加热管（填塞 箱）内，受到高度压缩。并 在弯曲情况下受热定形，使 纤维形成卷曲形状。填塞箱 法可加工粗旦锦纶和丙纶纱 线。35（4）喷气变形法利用喷气方法，使受到 冲击的丝条中各跟长丝产 生弯曲形成随机的环圈， 借纤维之间的摩擦而使环 圈固定在一定位置上，这 种变形加工不需加热定型 ，可用于不具有热塑性的 纤维的加工。36（5）复合纤维卷曲法选用两种不同收缩性的 聚合物复合纺丝，在热处 理中因两种组分收缩程度 不同而产生卷曲。 变形纤维的卷曲形态37热塑性腈纶纤维，在加热情况下拉伸，则产 生较大的伸长，冷却后固定下来（潜在收缩） 高收缩纤维A。A和普通纤维混纺制成短纤纱， 经过汽蒸加工后，其中A沿长度方向收缩而聚集 于纱芯，普通纤维则形成卷曲或环圈而鼓起，使 纱结构变得膨松柔软，此即膨体纱。 2、膨体纱的加工（重点掌握 ）
