《纺织化学 教学课件 ppt 作者 魏玉娟 主编 胡雪敏 崔景东 副主编第16章合成纤维》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纺织化学 教学课件 ppt 作者 魏玉娟 主编 胡雪敏 崔景东 副主编第16章合成纤维（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十六章 合成纤维,第一节 合成纤维的概述 一、常见术语 1.长丝 主要包括单丝和复丝两种 2.短纤维 根据切断长度的不同，短纤维可分为棉型纤维、毛型纤 维和中长纤维三种。 3.变形纱 变形纱的主要品种为弹力丝和膨体纱。 4.差别化纤维 常见差别化纤维有异形纤维、超细纤维、复合纤维 ， 除了以上几种外，还有着色纤维、高收缩纤维、高吸 湿、高吸水纤维、抗静电和导电纤维及阻燃纤维等。 5.异形纤维 三角形纤维有闪光性，五角形纤维有显著毛型感和良好 的抗起球性，五叶形复丝酷似蚕丝，中空纤维相对密度小、 保暖、手感好等。 6.复合纤维 大致可分为并列型、皮芯型、散布型等。 7.超细纤维 超细纤维具有质
2、地柔软、光滑、抱合好、光泽柔和等特点 8.新合纤 以其商品形式，新合纤主要包括超蓬松型、超悬垂型和超细 型，按手感可分为蚕丝手感、桃皮手感、超微细粉末手感和 新羊毛手感。 9.高性能纤维 大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。,二、合成纤维生产方法简述 1.合成纤维生产过程：原料制备：高分子化合物的合成和机械处理；纺前准备：纺丝熔体或纺丝溶液的制备；纺丝：纤维的成形；后加工：纤维的后加工。 2.成纤高聚物要求：成纤高聚物大分子必须是线型的、能伸直的分子支链尽可能少没有庞大侧基； 高聚物分子之间有适当的相互作用力或具有一定规律性的化学结构和空间结构； 高聚物应具有适当高的分子量和
3、较窄的分子量分布； 高聚物应具有一定的热稳定性，其熔点或软化点应比允许使用温度高得多。 3.合成纤维的纺丝方法：湿法纺丝（湿纺）；干法纺丝（干纺）；熔融纺丝（融纺）。 除了上述纺丝方法外，近年来还出现有复合纺丝法、膜裂法、切割法等。,第二节 聚酯纤维 聚酯通常是指以二元酸和二元醇缩聚而得的高分子化合物，其基本链节之间以酯键连结。其中以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）含量在85以上的纤维为主，我国称之为涤纶，其化学结构简式如下： 一、涤纶的生产 1.酯交换法： 2.直接酯化法：,二、涤纶纤维的形态结构和聚集态结构 1.涤纶纤维的形态结构：采用熔融法纺丝制得的常规涤纶纤维表面光滑，纵向均匀而无条痕，横
4、截面为实心圆形。 2.涤纶纤维的聚集态结构：聚酯纤维的聚集态结构与生产过程的拉伸及热处理有密切的关系。通常认为涤纶的聚集态结构可以用缨状微原纤结构模型来描述，该模型认为涤纶纤维结构中存在着结晶区和无定形区（两相结构），两者之间没有严格的界面。涤纶的晶区是伸直链和折叠链晶体共存的体系。涤纶的原纤之间有较大的微隙，并由一些排列不规则的分子联结起来，构成纤维的无定形区。 三、涤纶纤维的性能 1.热性能：(1) 耐热性能：涤纶在几种主要合成纤维中其耐热性和热稳定性最好。 （2）玻璃化温度：涤纶的Tg 随其聚集态结构而变化，完全无定形的为Tg 为67，部分结晶的Tg为87，取向结晶的Tg为125。,2.
5、机械性能 （1）强度和延伸度：涤纶的强度和拉伸性能与纤维生产的工艺条件有关，它取决于纺丝过程中的拉伸程度。根据实际需要，可以制成高模量型、低模量型和中模量型（介于二者之间）的纤维。 （2）弹性和耐磨性：涤纶的弹性比所有的合成纤维高，与羊毛接近。 3.化学性能：化学稳定性较高 （1）对酸和碱的稳定性：耐碱性较差。 （2）对氧化剂和还原剂的稳定性：对氧化剂和还原剂的稳定性很高。 （3）耐溶剂性：在丙酮、苯、三氯甲烷、苯酚-氯仿、苯酚-氯苯、苯酚-甲苯在室温下能使涤纶溶胀，在70110下很快溶解。涤纶还能在2的苯酚、苯甲酸或水杨酸的水溶液、0.5氯苯的水分散液、四氢萘及苯甲酸甲酯等溶剂中溶胀，所以酚
6、类化合物常用作涤纶染色的载体。 （4）染色性：染色性差。染色方法有载体法，高温高压法和热熔染色法等。 （5）其他性能：在标准状态下，回潮率仅为0.4%；燃烧发生卷缩并熔融成珠而滴落。燃烧时会产生黑烟且具有芳香味；不受虫蛀，不受霉菌的作用；涤纶的耐光性较好，在合成纤维中仅次于腈纶。 （6）容易起球 （7）容易产生静电,第三节 聚酰胺纤维 聚酰胺纤维是指大分子主链上含有酰胺键的一类合成纤维。聚酰胺纤维是世界上最早实现工业化生产的合成纤维，也是化学纤维的主要品种之一。我国聚酰胺纤维的商品名称为锦纶。 锦纶一般可分为两大类。 一类是由二元胺和二元酸缩聚制成的，其通式为： 另一类是由-氨基酸缩聚或由内酰
7、胺开环聚合而成，其通式为：,一、锦纶的生产 二、锦纶纤维的形态结构和聚集态结构 1.锦纶纤维的形态结构：锦纶是经过熔融纺丝制成的，在显微镜下观察其形态结构与涤纶差不多，截面接近圆形，纵向无特殊结构。在电子显微镜下可以观察到丝状的原纤组织。 2.锦纶纤维的聚集态结构：锦纶的聚集态结构与涤纶相似,也可用缨状微原纤结构模型来描述，其晶区也是折叠链和伸直链晶体共存的体系。,三、锦纶纤维的性能 1.热性能：锦纶6与锦纶66的结构十分相似，化学组成可以认为完全相同，但锦纶66的熔点比锦纶6高40；锦纶的耐热性较差，在150下受热5h，强度和延伸度显著下降，收缩率增加。 2.机械性能：纤维的强度比涤纶高；
8、锦纶的断裂伸长率比较高；锦纶的初始模量接近羊毛，比涤纶低得多，手感柔软，然而易变形；除氨纶外，在所有普通纤维中，锦纶的回弹性最高；耐多次变形性也好；锦纶是所有天然纤维和合成纤维中耐磨性最好的纤维。 3.吸湿与染色性能：具有中等的吸湿性，回潮率为4.5%左右；锦纶分子的两端含有氨基和羧基，在酸性介质中带有阳电荷，可用酸性染料染色，而在碱性介质中带有阴电荷，可用阳离子染料染色。 4.化学性质：酸是水解反应的催化剂，因此锦纶对酸是不稳定的，对浓的强无机酸特别敏感；对碱的稳定性较高；锦纶对氧化剂的稳定性较差。 5.耐光性及其他：锦纶的耐光性较差，接近于蚕丝；锦纶6与锦纶66的比重为1.14g/cm3
9、左右，除乙纶和丙纶外，它是最轻的纤维。,第四节 聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维（PAN）通常是指含85以上的丙烯腈共聚物或均聚物纤维，我国简称腈纶。如果共聚体中丙烯腈的含量在3585之间，则称为变性聚丙烯腈纤维。 一、腈纶纤维的生产 由于均聚丙烯腈制得的聚丙烯腈纤维不易染色，手感及弹性都较差，还常呈现脆性，不适应纺织加工和服用的要求，为了改善纤维的性能，聚合时加入少量其它单体。 一般采用三种单体共聚：（1）通常将丙烯腈称为第一单体，它是聚丙烯腈纤维的主体，对纤维的许多化学、物理及机械性能起着主要的作用;（2）第二单体为结构单体，可以是丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯等，这些单体的取代基极性较
10、氰基弱，基团体积又大，可以减弱聚丙烯腈大分子间的作用力，改善纤维的手感和弹性，克服纤维的脆性，也有利于染料分子进入纤维内部；（3）第三单体又称染色单体，是使纤维引入具有染色性能的基团，改善纤维的染色性能。,第三单体又可以分为两大类：一类是含酸性基团的单体。如丙烯磺酸钠、甲叉丁二酸单钠盐（又称衣康酸），加入这类单体的聚丙烯腈纤维可以用阳离子染料染色。另一类是含碱性基团的单体，如乙烯吡啶、丙烯基二甲胺等，加入这类单体的聚丙烯腈纤维可以用酸性染料染色。 第二、第三单体的品种不同，用量不一，就得到不同的聚丙烯腈纤维，染整加工时应注意。 二、聚丙烯腈纤维的形态结构和聚集态结构 1.聚丙烯腈纤维的形态结构
11、：聚丙烯腈纤维的截面随溶剂及纺丝方法不同而不同。用通常的圆形纺丝孔，采用硫氰酸钠为溶剂的湿纺聚丙烯腈纤维的截面是花生果形的。聚丙烯腈纤维的纵向一般都较粗糙，似树皮状。 2.聚丙烯腈纤维的聚集态结构：聚丙烯腈纤维的超分子结构与涤纶、锦纶不同，它没有严格称谓上的结晶部分，同时无定形部分的规整程度又高于其它纤维的无定形区。,三、聚丙烯腈纤维的性能 1.机械性能：聚丙烯腈纤维初始模量比涤纶小，比锦纶大，因此它的硬挺性介于这两种纤维之间；聚丙烯腈纤维的回弹性在伸长较小时与羊毛相差不大；但在穿着过程中，羊毛的回弹性优于腈纶。 2.玻璃化温度和热弹性：聚丙烯腈纤维没有明显的熔点，而其软化温度在190240之
12、间；利用聚丙烯腈纤维的热弹性可以制造膨体纱。 3.吸湿与染色性：聚丙烯腈纤维的吸湿性是比较差的。在标准状态下，其回潮率为1.2%2.0%，在合成纤维中属中等；聚丙烯腈均聚物纤维很难染色。但在纤维的组成中引入了第二、第三单体后，不仅在一定程度上降低了结构的规整性，并且引进了少量的酸性基团或碱性基团，而能采用阳离子染料或酸性染料染色，使染色性能得到改善。 4.化学性质：在酸、碱的催化作用下会发生水解；对常用的氧化性漂白剂稳定性良好，在适当的条件下，可使用亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白。 5.其他性能：聚丙烯腈纤维具有优异的耐日晒及耐气候性能。,第五节 其他合成纤维 一、聚丙烯纤维 聚丙烯纤维在我国商品
13、名称为丙纶，是后起的相对密度最小的合成纤维，于1957年开始工业生产。 1.丙纶的生产 丙纶纤维由等规聚丙烯经过熔融纺丝法制成。 2.聚丙烯纤维的形态结构和聚集态结构 聚丙烯纤维截面呈圆形，纵向光滑无条纹；等规聚丙烯纤维的聚集态结构也属于折叠链和伸直链晶体共存的体系。,3.聚丙烯纤维的性能 聚丙烯纤维的密度为0.900.92g/cm3，在所有化学纤维中是最轻的；它的吸湿率低于0.03，因此用于衣着时多与吸湿性高的纤维混纺；聚丙烯纤维的熔点较低，因此，加工和使用时，温度不能过高；聚丙烯纤维在有空气存在下受热，容易发生氧化裂解；丙纶的强度很高，断裂延伸度和弹性都好，其耐磨性也较高；染色性差；对酸、
14、碱及氧化剂的稳定性很高；丙纶耐光性较差，日光曝晒后易发生强度损失。,二、聚氨酯弹性纤维 聚氨酯弹性纤维又称氨纶弹性纤维，是指以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维，它是一种在50年代末研制成功，在60年代迅速发展的特种用途纤维。 1.氨纶纤维的生产,2.聚氨酯弹性纤维的性能 聚氨酯弹性纤维的密度为1.1 g/cm31.2g/cm3；标准条件下回潮率为1.1%；聚氨酯弹性纤维还具有良好的耐绕曲、耐磨性能；耐热性较好；对次氯酸钠含氯型漂白剂的稳定性较差；通常用分散染料，酸性染料等染色。 合成纤维的品种还有许多，如现在用量已明显减少的聚乙烯醇缩醛化纤维（维纶）和氯乙烯纤维（氯纶）、聚乙烯
15、纤维（乙纶），以及属于高科技纤维的芳香族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯并双口恶唑（PBO）纤维、聚苯并咪唑（PBI）纤维、聚四氟乙烯（PTFE）纤维等等，以上纤维都有各自的特点及适用范围。限于篇幅，此处不再赘述。,阅读材料 一种新型的环保型纤维由玉米制成聚乳酸纤维,早在80年代就有设想：将来玉米将不再仅作为粮食而存在。今天，这种设想终于成为现实。美国卡吉尔道（Cargill-Dow）公司向世人推出了一种新型的环保型纤维-由玉米制成的聚乳酸纤维Ingeo。 聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维，它可从谷物中取得。其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会
16、散发毒气，不会造成污染。是一种可持续发展的生态纤维。,聚乳酸纤维具有很多优异的性能，如比PET亲水性好；悬垂性、舒适性和手感好；回弹性好；较好的卷曲性和卷曲持久性；收缩率可以控制；强度高达6.23cNdtex；UV(抗紫外)稳定性好；比PET密度小；可以用分散性染料染色；成型加工性好；热粘结温度可以控制；结晶熔融温度可以在120170范围内变化；可燃性低、发烟量小。这些特性刺激了聚乳酸纤维在纤维和非织造布领域的应用，并且聚乳酸纤维可以制成圆截面的单丝或复丝、三叶形截面的BCF(可用于织造地毯和毛毡)、卷曲或非卷曲的短纤维、双组份纤维、纺粘非织造布和熔喷非织造布等，这使聚乳酸纤维在服装市场、家用及装饰市场、非织造布市场、双组份纤维领域、卫生及医用等领域有潜在的应用前景。,
