纤维精品课程课外资料

1、纤 维,一、 纤维 二、高功能纤维 三、高性能纤维 四、高感性纤维 五、重点介绍的新型纤维,纤维,具备或保持其本身长度大于直径1000倍以上而又具有一定强度的线条或丝状高分子材料称为纤维。纤维直径一般是很小的，受力时的变形只有百分之几到二十。在较宽的温度范围内（50150）其机械强度变化不大。,纤维发展的历史,天然纤维公元前5000年 麻、羊毛、丝、棉 有机人造纤维 再生人造纤维19世纪80年代 粘胶纤维、醋酸纤维 合成纤维1935年，Carothers发明锦纶 锦纶、涤纶、腈纶 维纶、丙纶、氨纶等等 高强聚乙烯1979年公开第一个专利 芳纶：间位芳纶1962年，对位芳纶1966年 无机人造纤

2、维 碳纤维：人造丝基1960年，PAN基1970年 玻璃纤维：起始于30年代,纤维的分类,纤维材料的品种极其繁多，除了棉、毛、麻、丝、“三大纶”等传统的纤维品种外，随着科学技术的进步，新型纤维材料也层出不穷。从“新型”纤维材料的角度着眼，有别于传统纤维材料的新型纤维，包括高性能纤维、高功能纤维和高感性纤维三大类。 纤维的“性能”和“功能”是相当重要的材料属性。一般说来，所谓“性能”是指材料对于来自外部的应力、热、光与电等物理作用或化学药品的化学作用的抵抗能力。避免材料遭到破坏失去使用价值的能力称为材料的性能，如力学性能，耐热性、溶解性等。而纤维的“功能”，是指纤维收到外部作用时，使这些作用发生

3、质的转变或量的变化，使纤维产生导电、传递、储存、光电及生物相溶性等方面的能力。,二、高功能纤维,高功能纤维是在外部物理、化学因素作用时，具有特定的响应能力，能实现一定的功能的一类纤维。这种响应能力虽然没有达到像传感器那样的准确性和响应程度，但已能够实现一定的功能。例如光导功能、光致变色功能、导湿功能、导电功能、光热转化功能、保温功能、吸湿功能、消臭功能、杀菌功能、物质分类功能、吸附交换功能、生物相容功能，等等。高功能纤维通常用于医疗保健(人工器官用纤维、医用缝纫线、止血纤维、抗菌防臭纤维)、功能性服装(保温、隔热、透湿、抗静电、变色迷彩)等。,1、防护性功能纤维材料 2、生物医疗卫生功能纤维材

4、料 3、功能高分子材料,1防护性功能纤维材料,1. 1 防辐射纤维 12 抗静电纤维 13 阻燃、耐热和防融纤维 14 保温纤维,1.1 防辐射纤维,物质以电磁波或粒子的形式所进行的能量发射或转移的过程叫做辐射。射线有许多种，它们对人体的伤害能力大小不同。 其中 射线：氦原子流，穿透能力最小； 射线：高速电子流，穿透能力大于射线； 射线：波长极短的电磁波，穿透能力大于、射线。 另外，还有许多其他的辐射线也对人体产生较大的伤害，又因为这些粒子的辐射能力不同，其相应的辐射波长、辐射能量大小不同，因而，防辐射的材料就其抵制辐射线的范围，而确定其防辐射能力。,防辐射材料的基本类型一般为： （1）防中子

5、材料 中子对人体的危害要比、射线大很多。一般的防辐射 方 法为用含有锂、硼元素的材料来吸收中子，降低中子的破坏程度； （2）防、射线材料 用含铅的材料来阻挡、吸收，以免人体受害； （3）抗紫外线材料 一方面，紫外线能够杀菌、促进维生素D的合成，对生命的产生有着巨大的贡献。但另一方面，某些波长的紫外线对人体有着不同的伤害。 吸收紫外线的化学药品有水杨酸类，二苯甲酮系，苯并三唑系，氰基丙烯酸酯；另外，在纤维中混入陶瓷粒子，可散射、反射紫外光。 （4）电磁波屏蔽材料 一般用导电物质（镍、铜的金属网）来屏蔽电磁波。,1.2 抗静电纤维,采用防止静电产生或者导电的方法，后者用的较多。通常采用导电纤维来减

6、少静电电荷的产生和积累、逸散静电电荷，克服静电干扰。同时，某些导电纤维还可以用来阻隔或吸收电磁波，对电子设备和人体起到防护作用。导电纤维通常指电阻率小于107cm的纤维。导电纤维根据材质和结构不同可分为四种类型: (1)导电成分均一型导电纤维 此类的纤维具有单一的成分，纤维的各个部位均为同一材料，导电性能优良，体积比电阻通常在(10-31O-5cm)，如金属纤维、碳纤维、导电聚合物纤维等。 (2)导电成分共混型导电纤维 是在普通合成纤维纺丝过程中以共混方式添加银粉、铜粉、炭粉、石墨粉、金属化合物等，使涤纶、锦纶、腈纶等合成纤维具有一定导电性。,(3)导电成分包覆型导电纤维 以普通合成纤维为基体

7、，在纤维表面通过物理、机械或化学方法包覆一层碳黑、金属或导电高分子等导电物质所形成的导电纤维。此类导电纤维可获得较低的电阻率，导电成分都分布在纤维表面，易于为周围普通纤维携带的静电电荷提供导电通道，所以抗静电性能优良。但在摩擦和反复洗涤后皮层导电物质较易剥落，导致导电性能和抗静电性能下降。导电成分包覆型导电纤维的导电层形成方法有电镀法、缝隙式机械涂敷法、嵌碳法、渗入法、络合法等。 (4)导电成分复合型导电纤维 采用复合纺丝的方法将高浓度的导电成分与普通成纤高聚物共混作为一种组分，以同样的普通成纤高聚物为另一组分，纺成皮芯型、多点海岛型、并列型、三叶型等截面结构的导电纤维。皮芯型导电纤维可以是皮

8、层导电、也可以是芯部导电；多点海岛型导电纤维通常有34个岛起到导电作用；并列型截面通常是三明治结构，中间的夹层为导电层。复合型导电纤维有导电物质外露时，有利于为附近的静电电荷提供逸散通道，有较好的抗静电效果。复合纺丝法制得的有机导电纤维中导电组份沿纤维轴向连续，易于电荷逸散。导电成分在复合结构中受到保护，有良好的耐久性，是目前应用最广的结构形式。,1.3 阻燃、耐热和防融纤维,制造阻燃、耐热和防融纤维的关键应从改善纤维的组成分子结构和后加工方法入手。具体方法如下： （1） 提高纤维阻燃性的方法 共聚，改善其分子结构； 与阻燃剂共混、共聚；常用的阻燃剂有：磷酸酯，卤素化合物，氢氧化铝，硼酸的盐类

9、。 在织物后加工时，在纤维织物上吸附阻燃剂 （2） 提高纤维耐热性的方法 大分子中引入能够形成氢键或提高分子间作用力的一些官能团； 引入芳香环或杂环的化合物，提高大分子链的刚性； 提高大分子的对称性，从面提高材料的结晶度。 （3） 纤维防融的方法 进行混纺； 在纤维上涂一层不融皮膜。,耐高温阻燃类纤维材料,与整理型阻燃纺织品相比，纤维本身具有阻燃效能的纺织品具有阻燃效果耐久、无异味、不因阻燃整理剂的损伤及加工助剂的残留引发织物脆变等优点。本身具有阻燃效能的阻燃纤维包括芳族聚酰胺、芳族杂环聚酰胺、聚苯并眯唑(PBI)、聚对苯撑并苯二恶唑(PBO)、聚酰胺一酰亚胺、聚苯硫醚(PPS)、聚芳砜酰胺(

10、PSA)等线形芳香族耐高温阻燃纤维；酚醛纤维、三聚氰胺纤维等热固性三维交联纤维；以及采用共聚改性的腈氯纶纤维、采用阻燃剂共混改性的阻燃粘胶纤维、阻燃维纶、阻燃涤纶、阻燃锦纶等等。其中阻燃涤纶、阻燃锦纶、阻燃丙纶等经共混阻燃剂改性的合成纤维存在高温下的熔滴问题，故其应用受到限止。而阻燃粘胶、阻燃维纶和腈氯纶则不发生熔滴问题。腈氯纶的缺点是强度偏低、且燃烧时发烟较多。,国际上作为主流阻燃产品，有如下两种经典搭配：(1)采用原液着色技术的Kermel纤维与阻燃粘胶纤维以5050的混纺比混纺，是欧洲军警、消防人员的耐高温阻燃防护服的主要面料；(2)以Nomex为代表的芳纶1313，纯纺或与阻燃棉纤维混

11、纺(6535)，是美国、日本等军队的主要阻燃面料。 PBI有美国NASA开发、多用于宇航密封仓的耐热防火材料。因其回潮率较高，故逐渐发展为消防服、耐高温工作服、飞行服的阻燃材料。PBO的阻燃性能特别好，且强度达到芳纶1414的近2倍，LOI达68，受热后几乎不产生烟尘。芳砜纶是我国自行研究和开发应用的抗燃纤维之一，其耐热、阻燃、不熔融、电绝缘和耐腐蚀等性能可达到或接近Nomex纤维，在我国的滤料、电机绝缘材料、阻燃防护服等方面已得到推广应用。 另外，我国已经能够生产芳纶1313、阻燃粘胶、阻燃维纶和腈氯纶。,1.4 保温纤维,保温纤维的用途广泛，不仅用于制作各种保暖御寒的被服衣物，也用于需要保

12、持温度的工业环境中。近年来，由于环境恶化的影响，厄尔尼诺现象、拉尼娜现象等不正常的气候天气频频发生，促进了保温纤维的发展。近年来，“南极棉”、“北极人”产品走红，以及各种红外纺织品的火爆都是例证。 保温纤维的发展方向： A：用超细纤维； 异形纤维（对热的反射性强）； 中空纤维（静空气多）。 B：在纤维表面镀金属（如铝等）。,积极保温类纤维材料,1 相变畜热纤维 目前开发的相变畜热纤维多采用微胶囊技术或复合纺丝技术，将相变材料(PCM)封装到了纤维内部，由此生产的纺织品可实现在较低的温度环境下相变放热、在较高的温度环境下相变吸热。虽然其热焓有一定限制，不可能无限制的实现有效调温，但现有的实践表明

13、，含PCM纤维的确具有智能保温的效果，特别对于工作在冷热交替环境中的人群(如频繁出入冷库的人群)、高原缺氧地区需要减轻服装重量的人群，有实用意义。但目前尚欠缺对焓PCM的服装系统的进行深入的相变传热学研究、PCM吸热放热过程的控制方法研究、以及PCM在服装系统中的最佳分布方式研究。,积极保温类纤维材料,2 太阳能保暖纤维 由碳化锆、氧化锆等陶瓷微粒在合成纤维中共混纺丝制成。利用碳化锆、氧化锆等物质对可见光的吸收率高、对红外线的反射率高的特点，从环境吸收可见光和紫外线，转变成能力稍低的红外线向人体辐射；从人体发射的红外线被含陶瓷微粒的太阳能保温纤维反射，再回到人体表面。由此达到积极保温的作用。但

14、由于陶瓷微粉的添加量有限，通常只能对微气候区的温度发生零点几度的变化。 3 吸湿发热纤维 纤维捕捉空气中含较高动能的水分子、将其吸附固定到纤维表面，可使其动能转变为热能，从而达到发热的作用。吸湿发热纤维即是利用这一机理实现积极保温的一种纤维，其中比较典型的是日本东洋纺公司对聚丙烯酸分子链进行高亲水化处理，生产出的Eks纤维。由于Eks纤维在20、65RH下的吸湿能力是棉的约3.5倍，故纤维吸湿放热量约是羊毛和羽绒的2倍左右，在从干燥的室内到达湿冷的室外，可通过纤维的吸湿放热，达到衣内微气候区温度变化减缓的作用。但一旦纤维达到吸湿平衡，就不再具有放热效果。,2、生物医疗卫生功能纤维材料,生物医疗

15、卫生功能纤维与生命科学密切相关，它包括两部分： （1）医用材料 40年代开始发展，有假牙、牙托、骨牙材料、针筒、导管（食管、胆道管、尿道管）、从工脏器（肾、心）、黏合剂（骨断接骨用）。 （2）高分子药物 高分子药物有缓释或智能功效，持久性长。该类产品的独特优势，使得它有大力发展的潜力和市场优势。但是，因为它是一种药物，应用于人体疾病的治疗，因此，高分子药物必须严格按照药物生产、管理的办法，做到无毒、无害。,高分子药物 做到无毒、无害。其具体要求如下： 纯度高，不含有任何对身体有害的杂质； 有优良的生物相容性 无毒，不引引导肿瘤的产生，不产生炎症； 有稳定的物理、机械、化学作用； 消毒过程中稳定

16、 加工方便，价格低廉。,3、功能高分子材料,1748年，功能高分子材料最初发现并开始应用， 一般被用于功能性透过的高分子材料膜，但是，当时应用于工业中的腊的透过性不好，选择性分离也比较差。到本世纪60年代，性能良好的功能高分子膜才开始使用，主要用于海水淡化及苦咸水的分离。目前，最好的膜已可以分离混合液体及混合气体。,功能高分子膜的优点： 能耗较低； 设备简单，占地面积小，可实现连续化和自动化； 按传统方法不能分离的物质，可通过膜分离。比如肯有共沸点或恒沸点的物质，或热敏性物质，用膜分离方便。,功能高分子膜的类型： 功能高分子膜的类型较多，常见的有以下六大类，它们各自具有不同的特点，人们可以将其

17、适用于不同的用途。 纤维素及其酯类：醋酸纤维素、硝酸纤维素、铜氨纤维素、纤维素复合； 聚砜：化学稳定性好，耐热性好、机械强度高，但水通量较小； 聚酰胺：水通量高，透盐率低，抗水解，热稳定性高，抗微生物性好； 聚丙烯腈：化学稳定性好于纤维素，低于聚砜；抗容血性好，抗微生物性好； 聚乙烯醇：用于污水处理； 聚丙烯、聚乙烯、甲壳素等种类。,三、高性能纤维,高性能纤维是指对力、热、光、电等物理作用和酸、碱、氧化剂等化学作用有超常抵抗能力的一类纤维，分别具有高强度、高模量、耐高温、阻燃、耐腐蚀、防电子束辐射、防射线辐射等能力。高性能纤维通常用于制作尖端复合材料、产业用纺织品、特种防护用纺织品等方面，如制

18、作导弹壳体复合材料的芳纶1414、制作高温烟尘过滤用无纺布的芳纶1313、制作防弹衣、防弹头盔的芳族聚酰胺纤维、芳族聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维，等等。,碳纤维的发现最初可以追溯到1879年爱迪生发明灯丝之时。正式的发展应是美国人在1950年发明的，1959年开始工业化生产。到1980年，世界上已经有许多公司生产碳纤维，但主要集中在美国，大约有16家生产厂。 碳纤维的原料 生产碳纤维的原料主要有丙烯腈、粘胶、沥青、木质素以及少量的其他纤维。,1、碳纤维,碳纤维的分类 按照不同的分类方法，碳纤维可以分为不同的类别。 按性能分，碳纤维分为高性能和低性能两种。高性能的碳纤维分高强度、高模量和中等模

19、量三类，用于高强高模的场合；低性能碳纤维常用于耐火焰、做碳质等用途。 按功能分类，碳纤维可分为受力结构材料、耐火焰材料、活性炭（用于净化水）、导电材料、润滑材料、以及耐磨材料。 按原料分类，碳纤维分丙烯腈碳纤维、粘胶碳纤维、沥青碳纤维、木质素碳纤维、其他碳纤维等。,2、芳纶纤维,美国的杜邦公司，日本的帝人公司，荷兰的阿克苏，以及我国都有芳香族聚酰胺纤维的生产，但是具体的产品在大分子组成和结构上并不完全一样。现在市场上常见的芳香族纤维有美国杜邦生产的Kavlara，Nomex，日本帝人公司生产的Technora,Connex，荷兰阿克苏生产的Twara和我国生产的芳纶纤维。由于Kavlara的生

20、产和使用较早，在世界上的影响较大。,Kevlara(凯夫拉) 凯夫拉为芳香族聚酰胺纤维，芳纶纤维中的一种，凯夫拉是其商品名。 1965年，凯夫拉发明生产，用的是湿法纺丝；1970年后，发明了凯夫拉的干法纺丝方法，使得凯夫拉的强力由原来的400g/d增加到800g/d，提高了2倍。其主要特点是： （1）结晶模型特殊。凯夫拉的结晶模型体现在结晶度高，取向度高，缺陷周期长。 （2）皮芯结构特殊。虽然许多种复合纤维都具有皮芯结构，但是凯夫拉的皮层厚度非常小，为0.11.0m，表歧结构规则；而芯层的大分子亦排列整齐，结晶度和取向度非常高。 （3）易于原纤化。凯夫拉在浸水、受磨或受力时，会发生劈裂，产生原

21、纤化。当凯夫拉作过滤材料时，希望其原纤化越强越好。,现在，凯夫拉纤维已经是目前世界上使用最广泛的高性能纤维之一，应用范围有： （1）橡胶类，主要用于强化汽车轮胎帘子线，管子； （2）工业用，制作绳索、轮胎、帘子布、传送带、以 及过滤材料； （3）防弹材料，用于制作防弹衣、防弹头盔、降落伞、 装甲板以及飞机内部的装潢材料； （4）复合材料，用于建筑待业以及制作塑料等。,Nomex(诺梅克斯) 诺梅克斯也是一种芳纶纤维，用于制作防火衣、太空衣、烘干机用毯、输送带等。,3、超高强聚乙烯纤维,超高强聚乙烯材料，近年来的发展非常快，其熔点低，耐冲击性能特别好，在防弹纺刺产品上用途广泛。常与其它高性能纤维

22、作复合材料。 超高分子量聚乙烯纤维因为其密度低，所以是比强度最高的纤维。但存在熔点低、不耐高温、无极性基团、不易粘接的缺点。目前除荷兰、美国、日本能生产UHMWPE纤维外，国内已经有4家企业能够工业化生产。除用作军、警用防弹背心、头盔、防弹插板外，还用于防切割手套、绳索、鱼网、钓鱼线和其它休闲用具。,四、高感性纤维,高感性纤维是指在高功能纤维中，有一类纤维在服用纺织品的手感、风格、触觉、质感以及成品外观方面有特殊贡献，使最终产品的服用性能方面或有独特风格、或优于天然纤维、或实现了特殊服用功能，是“新合纤”、“新新合纤”、“超仿真纤维”、“超天然纤维”以及后续各种新型服用纤维的总称，也被人们称作

23、新感觉纤维。,高感性纤维主要有两种，一种是合成新纤维，另一种是对原有产品进行改性。高感性纤维主要有仿真丝，超细纤维和仿生纤维。 1、仿真丝技术 2、超细纤维 3、仿生纤维,1、仿真丝技术,真丝的特点是纤度不一，细度要超细，截面开头为钝三角形，纵向有沟槽。化纤仿真丝技术的发展方向是，将通常的圆形截面、纤度均匀的化学纤维的截面开头和纤度制作得接近于真丝，然后再弥补真丝的日晒牢度、染色性能、强度方面的缺陷。使得生产的仿真丝纤维既具有真丝织物的手感和服用舒适感，又具有化学纤维的强度和染色多样度和鲜艳度。,仿真丝技术在科技飞速发展的今天获得了较大的发展，从50年代开始，仿真丝技术的发展共经历了四代。 第

24、一代：合纤黎明期 从1950年到1953年，我国先后建立了生产维纶、尼龙、聚丙烯腈、聚酯的化纤厂。当时化学纤维的手感无法与真丝相比，它只是具有天然纤维所不能达到的强度，而且光泽太强，极光现象严重。,第二代：仿真丝 从1960年开始，仿真丝技术可以做到三角形的截面，使之具有真丝的光泽；利用腐蚀性后整理加工，碱减量处理，使之表面毛糙，悬垂性和凉爽感都有提高；卷曲处理，使之蓬松度提高。初步具备了纺真丝纤维的能力，但仍与真丝有较大差距。,第三代：向真丝挑战 1971年后，超细化纤维及异收缩纤维的发展，使化纤具有很好的细腻感柔软感，蓬松度也有提高。1976年以后进入了向真丝挑战的新时代。仿真丝的表面形状

25、有利于染色及色泽效果；不均匀拉伸，造成纤度不一及自然的竹节效果；还发展了中空和展示形，使得仿真丝的纤维截面从三角表扩展到3叶形、5叶形、Y形、哑铃形、带状以及中空纤维。第三代仿真丝产品的仿真丝效果已经比较成熟。,第四代：合纤特有的风格、色彩、功能 80年代初，纤维的形态结构开始在纤维轴向和外表面甚至更细微的部位发生变化，在纱线制作方面，长丝织物中应采用纱线的条干不匀的思路从概念上已经明了，同时，变形纱技术进步较快。而且，由于高聚物科学和纺丝技术的进步，微细旦纤维开始出现。到1985年，复合纺丝已经得到充分完善，0.1旦左右的微细旦纤维已不足为奇。 从1985年开始，多段热收缩、超细化、添加无机

26、物、多重混纤复合、高次功能加工等方法和手段的彩，使得仿真丝纤维具有真丝纤维所无法比拟的优点，这也是仿丝技术发展的最终目标。,2、超细纤维,涤纶纤维超细化以后，飘逸性、悬垂性、舒适性、透气性、耐磨性、抗皱性、免烫性、缩水性都有明显的增加或改善。纤维超细化的方法主要采用复合纺丝的方法。,3、仿生纤维,超微坑纤维 主要仿造昆虫眼睛凹凸不平的结构，有化学方法和物理方法两种。 多重螺旋纤维 仿南美洲亚马逊河流域生活的一种闪蛱蝶，其翅膀表面有鳞片，鳞片上有板状物，可造成漂亮的钴蓝色。仿制的纺织品，具有深色感。,五、重点介绍的新型纤维,1. 芳香族聚酰胺纤维 16. 拉细羊毛纤维 2. 新纤维素纤维 17.

27、微胶囊变色纤维 3. 玉米纤维 18.形象记忆纤维 4. 大豆蛋白纤维 19.发光纤维 5. 纳米纤维 20.水溶PVA纤维 6. 聚乳酸纤维 21.负离子纤维 7. 吸湿排汗类纤维材料 8. 聚酯纤维PTT 9. 三元复合纤维 10. 多异多重复合变形长丝 11. 混纤异收缩超蓬松纤维 12. 自伸长纤维 13. 落水不透明纤维 14.竹纤维 15.大麻纤维,芳香族聚酰胺纤维,自从美国杜邦公司科学家Carothers1935年发明脂肪族聚酰胺，即尼龙66纤维以来，聚酰胺纤维作为工业用纤维发挥了很大作用。一直到60年代，有好多种新聚酰胺产品问世，其中最重要的发现是杜邦公司1962年发表的聚间苯

28、二甲酰间苯二胺纤维（当时称为HT-1），以后正式商品的名称为Nomex。到1966年又发表更令人注目的高性能聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（当时称为Fiber B）,其正式的商品名为Kevlar。为了区别于脂肪族聚酰胺的通称，1974年，美国政府通商委员会把芳香族聚酰胺纤维定名为Aramid，泛指酰胺基团直接与两个苯环基团连接而成的线性高分子，用它制造的纤维就是芳香族聚酰胺纤维Aramid。,芳香族聚酰胺纤维Aramid与一般聚酰胺的区别：在主链上大 部分为脂（肪）族和环脂（肪）族。 包括： 美国杜邦：凯夫拉 Kevlar 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 诺梅克斯 Nomex 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维 日

29、本帝人：康纳克斯 Conex 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维 Technora 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 荷兰： 阿克苏 Twaron 聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 中国： 芳纶，间位Aramid称为芳纶1313， 对位Aramid称为芳纶1414,1.凯夫拉 Kevlar纤维,（1）凯夫拉 Kevlar（聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA）的合成 工业生产上常用低温溶液缩聚和界面缩聚的方法。即二烃基酰胺溶剂内苯撑（PPD）和对苯二酰氯（TCI）低温缩聚成PPD-T聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。,（2）凯夫拉 Kevlar纤维制造 PPTA高相对分子质量，高的分子质量分数硫酸溶液，具有典型的向列型液晶结构。纺

30、丝原液通过喷丝孔时，在剪切力和伸长流动下，全体向列型液晶微区沿纤维轴向取向，刚出喷丝孔的已经取向了的原液细流，在空气层中进一步伸长取向，到低温的凝固裕中冷冻凝固成形，分子取向结构被保留下来，因此初生丝不经过拉伸就能得到高强度高模量的纤维，纺丝装置示意图及纤维结构图如下图1。,图1 纺丝装置示意图及纤维结构图,2. 日本帝人Technora,Technora性能,图13 Technora的性能 注：上述的抗张强度时多根长丝的值，长丝的强力是30g/den,新纤维素纤维溶剂纺再生纤维素纤维,1980年 德国SKZONobel 取得工艺和设备专利 1989年 国际人造纤维和合成纤维委员会正式命名 L

31、yocell纤维 英国Curtaulds公司生产短纤，商品名Tencel纤维,Tencel纤维特点,资源丰富纤维素原料； 纺丝工艺简短、无污染、溶剂可回收； 机械性能类似PET，强度、模量高、湿强高； 吸湿性能纤维素吸湿好，舒适； 尺寸稳定性优于粘胶，沸水收缩率低； 易原纤化不利于后加工，特种产品：桃皮绒、滤材； 目前生产成本高，后加工（纺、织、染）有待进一步完善。,Lyocell 纤维的研究开发,21世纪纤维材料的研究开发，既要考虑石油资源的枯竭及其替代物的问题，又要考虑环保问题、重视生物可降解材料及绿色生产过程的开发。Lyocell（莱塞尔）纤维就是在此背景下于90年代发展起来的一种新型的

32、纤维素纤维，它是通过将天然纤维素原料直接溶解在N甲基N氧化物（NMMO）和水的混合溶剂中进行特殊纺丝制得的，其制备过程具有以下一些特点。,1） 原料资源丰富 据预测，全世界的石油含量仅够再开采30-50年，因此以石油为原料的合成纤维的发展将越来越受到限制。而Lyocell是以可不断再生的天然纤维素为原料的，自然界中每年产生的纤维素量比历年来所开采的石油含量还多，并且目前每年用于纤维生产的天然纤维素量，仅占自然界年产量的万分之二左右，因此，Lyocell的原料可以说是取之不尽、用之不竭的。,2） 工艺简单 Lyocell工艺不仅比传统的纤维素纤维的生产工艺如粘胶工艺少了很多道工序，并且它还是一种

33、高技术的新型工艺。 3） 属于一种绿色工程 与污染严重的传统粘胶工艺不同，Lyocell的生产，不仅原料为天然原料，而且所用的溶剂NMMO也无毒，临床上无异性，在整个生产过程中，无化学反应，无毒放出，并且溶剂的回收率可达99.7%。因此，该生长过程被称为绿色工程，得到的纤维被誉为“绿色纤维”。,4） 具有持续发展性 如前所述，Lyocell纤维生产不消耗紧缺的石油资源。此外，随着人们生活水平的不断提高，对衣着舒适性的要求也越来越高，由此也越加偏爱原料为棉或纤维素纤维的织物。但由于耕地面积的限制，棉花产量的增加是很有限的。而生产粘胶纤维又严重污染环境，唯有Lyocell纤维不仅生产符合环保要求，

34、且用地仅为棉花地1/3，耗水量也仅为棉花地1/300，有利于保护天然资源和持续发展。,5） 产品性能比较好 Lyocell集天然纤维和合成纤维地优点于一身，它不仅具有所有纤维素纤维地优良特性，如吸湿性好、透气、舒适，而且还具有合成纤维地强度高地优点，其强度与涤纶相当，远高于棉和普通的粘胶，尤其是它的湿强比棉花的干强还高，有利于染整处理。并且混纺性能好，可与其他天然纤维或合成纤维混纺，还能经受剧烈的机械和化学等处理，使织物有仿丝、棉、麻、毛等各种手感。另外，通过生物酶处理等，可使织物产生桃皮绒、砂洗、天鹅绒的美感。除此之外，该纤维在湿态下的收缩率较低，因而可洗不易变形。,6） 产品的应用前景很广

35、 利用Lyocell的这些优越性，因此，从80年代起，一些发达国家就纷纷停止污染严重的粘胶纤维生产或将粘胶生产转移到经济落后国家及发展中国家，而他们自己却着重开发象Lyocell这样的环保型产品。自90年代初Lyocell实现工业化以来发展非常迅速。目前实现该纤维工业化的主要有英国的Courtaulds公司（现并入Acordis集团）和奥地利的Lenzing公司。他们在美国、英国、奥地利等国都各自建有规模几万吨的Lyocell工厂。至2000年底，世界Lyocell年产量已达近15万吨。除上述两大公司外，德国的一些公司或研究所以及韩国、台湾、印度等国和地区也都在开发各自的Lyocell生产技术

36、。,大豆蛋白纤维,大豆蛋白纤维是国家火炬计划项目，是由河南省濮阳华康化学生物工程联合集团公司李官奇等研制，并由河南省遂平华康生物工程有限公司工业化生产的一种性能优异的全新纺织纤维。,主要生产原料是豆粕、烃基和氰基基高聚物，其生产原理是将豆粕水浸分离提纯出蛋白质，将蛋白质改变空间结构并在适当的条件下与烃基和氰基高聚物共聚接枝，通过湿法纺丝生成大豆蛋白纤维。 大豆蛋白纤维中，蛋白质与烃基和氰基高聚物并没有完全发生共聚，它具有相当的水溶性，还需经过缩醛化处理才能成为性能稳定的纤维。,在纺丝过程中，牵伸使纤维大分子达到一定的取向度，这样在缩醛过程中就可避免纤维过分收缩而解除取向。 醛化后的丝束经过卷曲

37、、热定形、切断、加油就成为纺织用的大豆蛋白纤维。现该公司已开发出0.9 dtex的产品。,玉米纤维,1. 发展背景： 环保纤维制品已成为21世纪主导纤维市场的主要产品之一，从环保的观点看，玉米聚乳酸纤维能以低原料能源取胜于合成纤维，具有广阔的开发前景。,2.分类 （1）玉米蛋白质纤维（Vicara）：利用玉米残渣，以70的异丙醇提取一种黄色粉状物，一般称之为玉米醇溶蛋白质（Zein），将其溶解氢氧化钠溶液，经过滤、进入储存沟使之成熟，再以湿法纺成Vicara纤维。 （2）玉米聚乳酸纤维（PLA):是将玉米发酵制得乳酸，经由缩合聚合反应制成聚乳酸，再利用耦合剂制成较高分子量的聚乳酸，再经过化学改

38、性，并将其纤维化。,聚乳酸聚合物及纤维,1932年美国的Carothers通过在真空状态下加热乳酸的方式第一次合成来源于乳酸的聚合物，这种PLA聚合物分子量很低，由于当时缺乏提高聚合物分子量的能力，这方面的研究被中断 1954年以来，美国Dupont及Ethicon Inc.把PLA用于医疗领域，如医用缝合线、移植片、药物缓释剂等。日本的Shimadzu公司和Mitsui Toatsu化学公司用PLA生产出小批量的商业化塑料,1992年，日本Shimadzu公司与Kanebo Gohsen合作在实验室开发出由熔融纺丝所得到的PLA纤维；同年由于PLA具有生物可降解性能，PLA聚合物作为粘合剂在

39、纤维素无纺布的生产上得到应用 1993年美国Tennesses大学用PLA制造纺丝成网法及熔喷无纺布 1994年捷克国立化学工程大学用干法纺丝制成PLA纤维并进行热拉伸。同年日本的Kanebo Gohsen公司生产出PLA纤维（商品名Lactron），并形成了年产3000吨的纺丝成网法无纺布生产能力，产品主要用于农业领域,1998年，Kanebo Gohsen把Lactron纤维用于服装领域 1997年，美国Cargill DOW公司开始进行PLA聚合物及纤维的研究，在1998年建立年产4000吨的由淀粉发酵产生乳酸并合成为PLA的试验工厂，2000年扩大到8000吨/年，使PLA纤维的工业化

40、变成现实。2002年经美国联邦贸易委员会的批准得到分类名称，和棉、丝、毛、尼龙及聚酯纤维一起划归入公认的商用纤维类别；同年建成140,000吨/年的命名为NatureWorks 聚合物生产厂，并于2003年年初推出Ingeo 纤维,纳米纤维,纳米材料分类,纳米材料的定义为：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度，即1 100nm的范围,表1 纳米材料的分类,纳米纤维分类,纳米纤维定义有狭义、广义之分。狭义的纳米纤维指直径为纳米尺度范围，即定义为直径是1100nm的纤维。可以将纳米丝和纳米棒与传统的纤维对应，而纳米管则与传统的中空纤维对应，只是直径要小至少两个数量级；广义的纳米纤维指只要纤维中包含有

41、纳米结构，而且又赋予了新的物性，则可以划入纳米纤维的范畴。,最早出现的纳米纤维碳纳米管,纳米碳管基本上由正六边形的网状石墨盘卷而成，其两端则由正五边形排列的碳原子“盖帽”。纳米碳管有极高的柔性，具有极大的强度，是一种真正的空心纳米碳纤维，见图1。 碳管（CNT）可以看成直径为纳米范围的纤维材料，符合狭义纳米的定义，下表2列出碳纳米管这种纳米纤维的特殊性质，表3列出其性质。,图1碳管（CNT）一种空心纳米碳纤维的结构示意图,表2碳纳米管的特殊性质,表3 碳纳米管的用途,狭义纳米纤维,它与传统纤维材料一样，按来源分为天然纳米纤维、有机纳米纤维、金属纳米纤维、陶瓷纳米纤维等。我们着重介绍前两种。,蜘

42、 蛛,早在1709年，人们就注意到蜘蛛丝可以利用，蜘蛛丝的许多特点，只是最近才能才得到深入了解。目前，世界上发现最大的南美巨型舞蛛体长为8.59cm，加腿后长度尺寸可达25cm，最小的蜘蛛只有0.37mm。下图是蜘蛛一般形态，蜘蛛丝是从其腹部尾端的吐丝器拉出的。,图2蜘蛛的俯视图,蜘蛛丝,蜘蛛丝与化学纤维纺制时从毛细管中挤压出纺丝液的方式完全不同，丝蛋白质拉伸的过程是用蜘蛛的某一条腿牵引丝而完成。丝腺至少有7种，每种制造不同的丝。丝腺有复杂的组织，电镜观察表明它由10050000个筛状微管（cribellum）组成，从微管中拉出极细的蜘蛛蛋白丝，其最小的直径仅有20nm。可以由若干跟这种纳米丝

43、再复合成更粗的丝。而静电纺丝机跟它比起来显得异常粗糙。,图3蜘蛛丝腺筛状微管的结构,图4另一种蜘蛛丝腺筛状微管的结构,图5蜘蛛腺筛状微管纺出的纳米纤维,图6静电纺丝机的工作照片,表4 不同种类的蜘蛛大囊壶腺体所产生丝蛋白质的氨基酸组成,蜘蛛丝中含量较大的极性基因组分为谷氨酸大于10，脯氨酸10%左右，丝氨酸5左右，占构成蜘蛛丝a-螺旋肽键结构氨基酸的30%左右，与蚕丝的比例33%接近；形成B-折叠片层结构的极性氨基酸比例为5，蚕丝5.9。,表5 蚕丝和蜘蛛丝的二级结构/,由表中数据可见，蚕丝和蜘蛛丝的-螺旋结构呈现顺纤维轴向较高有序的排列。根据有序排列的螺旋和螺旋尾端，可知螺旋链段长度较短。-

44、转角约为22的比例，可估计晶体中的-折叠束较短。,制造狭义纳米纤维的几种方法,1.复合法生产超细纤维的生产推向极至，有望得到纳米纤维。 美国Hills公司的超微细旦纺丝技术在每根细旦纤维截面上约有900个岛，经过充分拉伸将海岛型复合高分子纺丝加工，可能使岛相成为纳米直径的微原纤，再将岛相同溶剂洗去，剩下的既是纳米或亚微米纤维。 日本东丽公司用此法得到0.0011dtex的纳米纤维（约100nm），所得织物完全达到麂皮的效果（麂皮蛋白质纤维的直径约为400nm）。 2.目前世界上用得最普遍生产纳米纤维的方法，即静电纺丝法,静电纺丝法,静电纺丝这种思路60年前就产生了。然而对静电纺丝的大量实验工作

45、和深入的理论研究，却是近十年中随纳米纤维的开发才完成的。当前，静电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。目前有平行板垂直排布静电纺丝机图12和卧式静电纺丝机图13。,静电纺丝的原理,图11静电纺设备的示意图,图12 平行板垂直排布静电纺丝机,图13卧式静电纺丝机,图14 静电纺丝所制得的纳米纤维无纺布,图15 静电纺丝所得纳米纤维照片,纳米纤维变细的原因,在强电场作用下，流体进而可以从Taylor锥中被顶出，形成射流，直径变小。由电流体动力学分析可知，注入流体的表面电荷可能发生衰减，表面电荷与电场的偶合力可以导致出现切向电应力，这是使带电液流加速和直径减小的主要推动力，与之抗衡的主要是黏性应

46、力。另一方面，与法向电应力平衡的是表面张力和相之间的压力差。在理论研究中首先应建立牛顿流体电纺的数学模型，写出这种细长状射流的电流体动力学的完整方程组，主要包括流体的黏度、电导率、电荷密度等参数。根据这种射流细化模型的理论分析，可以预示出射流横切剖面和表面电荷分布随射流位置而改变。,广义的纳米纤维,1.紫外线防护纤维 2.远红外纤维 3.防菌抗菌防臭纤维,紫外线防护纤维,纳米微粒的紫外线屏蔽性能 紫外线防护纤维的制备及性能 紫外线防护织物效果的评价及测试方法,纳米微粒的紫外线屏蔽性能,具有紫外线防护功能的纤维及制品，当紫外线照射时，除其中一部分从纤维织物上的孔隙透过外（其透过量视织物的组织和厚

47、度等不同），其他的不是被紫外线防护剂反射，就是选择性吸收紫外线并将其能量转换成热能或低能而释放，以达到将紫外线遮断的目的,紫外线防护纤维的制备及性能,1.对天然纤维的防紫外线处理有两种方式，一种是植入法（吸尽法），另一种处理方法是涂层法 2.对合成纤维的防紫外线处理，一种方式是涂层法 ，另外一种方法是纺丝法 日本开发的各类防紫外线纤维有涤纶、尼龙、腈纶和丙纶等，有长丝也有短纤维。例如1991年可乐丽推出的紫外线屏蔽纤维织物商品名“ESMO”，它是混有ZnO微粉的聚酯短纤，其粒径在0.1um左右，为获得足够的紫外线屏蔽功能，混合了10的微粉（一般最多混1），效果很明显。,紫外线防护织物效果的评价

48、及测试方法,就纺织品而言，目前国际尚无统一的测试标准，我国有关抗紫外线纺织品的产品标准制定已于2001年完成。纺织品的防紫外线性能的测试结果表示方法，通常有： 紫外线透过率 UPF(ultraviolet protection factor) UV透过率（）上限值Tul,远红外纤维,远红外纤维：具有吸收和发射远红外线功能的纤维。不但具有保暖作用而且具有保健作用。远红外纤维是将能吸收和发射远红外线的物质微粒添加到纤维材料中经共混纺丝而成。 波长在0.761000um区域的电磁波叫做红外线，将2.51000um波长范围的红外线称为远红外。远红外线对人体有保温和医疗保健双重作用。一般把发射远红外线的

49、陶瓷微粒引入纺织品中，利用太阳光能并把它转换成远红外线发射出来，达到保暖作用，医疗保健作用也与这类似。,远红外纤维及纺织品的制备,远红外天然纤维的制备 棉纤维及其混纺产品的远红外化整理一般是采用涂层加工的方法 羊毛制品的远红外化整理是国际羊毛局于20世纪80年代后期推出的 技术。它由三部分组成，即羊毛纤维表面改性、陶瓷微粒的吸附和 陶瓷微粒的树脂固着处理 远红外合成纤维的制备 全造粒法 母粒法 注射法 复合纺丝法,远红外纤维及织物的性能测试,辐射性能测试 保温性能的测试 ： 大致有六种方法，即热阻CLO值法、红外测温仪法、皮肤表面温度测试法、不锈钢锅法、传热系数法和使用统计法等 保健性能的测试

50、,图22抗菌防臭、除臭的基本内容,抗菌防臭和除臭纤维,图23 纺织品除臭内容和方法,吸湿排汗类纤维材料,利用纤维的特殊异型截面、以及赋予纤维表面良好的亲水性，可在织物中的纤维之间，形成有极好的芯吸作用的大量微细尺寸的毛细管，使纤维具有良好的芯吸能力。可以从有汗液的体表将水分快速疏运到外侧表面。再利用外侧织物表面专门设计的较大的比表面积，造成可快速蒸发的条件，即可实现吸湿排汗的目的。最典型的吸湿排汗纤维是美国杜邦公司的Coolmax纤维，是具有四沟槽截面的实心聚酯纤维，其截面像一长一短垂直相交的十字，由纤维的四沟槽结构和亲水性表面的联合作用形成吸湿排汗功能，常用于T恤衫等产品。但四沟槽截面容易导

51、致织物起毛起球。总后军需装备研究所研发的深五叶型截面和其它多种截面混配的聚酯纤维，也具有极好的吸湿排汗效果。,聚酯纤维PTT,PTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维。由于PTT 的每个链节中有3个亚甲基，因奇数个亚甲基单元会在大分子链之间产生“奇碳效应”，使苯环不能与3个亚甲基处于同一平面，从而不能在180 平面排列，只能以120错开排列，由此使得PTT大分子链形成螺旋状排列，使纤维具有永久的弹性。 PTT纤维的各项物理机械指标和性能都优于PET性能，兼有涤纶和锦纶的特性。其弹性与氨纶相比，PTT的变形能力特别适合予外衣面料；其染色温度比PET低约3O ，特别适合于和羊毛混纺后进行匹染。从其综合

52、性能看，PTT纤维是今后聚酯纤维的发展方向。,三元复合纤维,三元复合纤维采用三种成分的复合纺丝方法生产，虽然其纺丝组件要比一般二元复合纺丝组件要复杂得多，造价也要贵得多，但因其一根单丝上同时存在了三种不同物性的材料，显然其制品的性能更易兼顾到各种功能要求和纤维的立体构造。目前国内以及开始有研究单位和企业开发三元复合纤维的纺丝设备，探讨三元复合纤维的品种搭配。,多异多重复合变形长丝,它是总后军需装备研究所采用的异截面、异细度、异收缩、异刚度、异模量聚酯长丝、经过多种复合方式生产的军队常服专用功能性长丝，配套采用专门的织造和染整加工技术，使军队常服具有仿毛像毛的手感风格，且坚牢挺括、结实耐磨、易洗快干、机可洗洗可穿、永久性抗静电。,混纤异收缩超蓬松纤维,将多种原料、多种加工方式、不同截面、不同细度、不同沸水收缩率的长丝进行混纤加工(空变、网络、混并等)，形成织物的蓬松、异染、消除极光、仿毛、仿麻等特殊手感和风格。例如可利用空气变形机生产涤纶锦纶、涤纶粘胶、涤纶改性涤纶、涤纶POY涤纶FDY、涤纶丙纶、涤纶有色丝的混纤空气变形丝；用POY与FDY直接并合加捻或加网络，等等。根据搭配方式的不同，可形成丰富多彩的织物外观和手感，且成本低廉。,自伸长纤维,自伸长纤维的大分子链相对皱曲，取向度和结晶度偏低，其初步结晶保持了纤维大分子的皱曲状态。但