纤维材料及其在制备过程中的控制技术(3)

1、1嘉兴学院材料与纺织工程学院嘉兴学院材料与纺织工程学院薛元薛元2一、纤维及纤维的结构纤维及纤维的结构二、化学纤维的成形工艺二、化学纤维的成形工艺三、纺丝成形过程中纤维结构的控制技术三、纺丝成形过程中纤维结构的控制技术四、海岛纤维的制备技术四、海岛纤维的制备技术纤维材料及其在制备过程中的纤维材料及其在制备过程中的结构控制技术结构控制技术3第三章第三章 纺丝成形过程中纤维结构的控制技术纺丝成形过程中纤维结构的控制技术3.13.1纤维微观结构的调控：纤维微观结构的调控： 大大分子取向分子取向结构的调控；结构的调控； 大分子结晶结构的调控；大分子结晶结构的调控；3.2 3.2 纤维宏观结构的调控：纤维

2、宏观结构的调控： 细度的调控；细度的调控； 长度的调控；长度的调控； 截面形状的调控；截面形状的调控； 表面光洁及粗糙度的调控；表面光洁及粗糙度的调控； 纵向细度均匀性的调控；纵向细度均匀性的调控； 纵向弯曲形态的调控；纵向弯曲形态的调控； 多组分配置及分布的调控；多组分配置及分布的调控；43.1 纤维分子链取向、结晶结构的调控纤维分子链取向、结晶结构的调控纺丝工艺参数纺丝工艺参数取向度取向度结晶度结晶度纺丝速度纺丝速度 吐出量吐出量 吐出温度吐出温度 冷却温度冷却温度 分子量分子量 -u涤纶熔融纺丝的理论基础涤纶熔融纺丝的理论基础分子设计理论分子设计理论取向度、结晶度与纺丝工艺的关系取向度、

3、结晶度与纺丝工艺的关系PET PET 熔融纺丝熔融纺丝示意图示意图56纤维长度的控制技术；纤维长度的控制技术； 纤维细度的控制技术；纤维细度的控制技术； 纤维纵向形态的控制技术；纤维纵向形态的控制技术； 纤维截面形态的控制技术；纤维截面形态的控制技术； 纤维表面形态的控制技术；纤维表面形态的控制技术； 纤维卷曲形态的控制技术；纤维卷曲形态的控制技术； 其他特殊的形态的结构控制技术；其他特殊的形态的结构控制技术；3.2 纤维宏观结构的调控纤维宏观结构的调控形态结构的调控：形态结构的调控：7纤维在长度方向上产生结构分布的类型：纤维在长度方向上产生结构分布的类型：粗细均匀、结晶取向结构均匀；粗细均匀

4、、结晶取向结构均匀；粗细均匀、结晶取向结构不均匀；粗细均匀、结晶取向结构不均匀；粗细不均匀、结晶取向结构不均匀；粗细不均匀、结晶取向结构不均匀；粗细不均匀、结晶取向结构均匀；粗细不均匀、结晶取向结构均匀；实现的工艺方法实现的工艺方法由牵伸不足产生的由牵伸不足产生的“Thick & ThinThick & Thin”结构纤维；结构纤维；由不均匀牵伸产生的由不均匀牵伸产生的“Thick & ThinThick & Thin”结构纤维；结构纤维；纺丝或拉伸过程中照射激光或超声波脉冲，由此产生纺丝或拉伸过程中照射激光或超声波脉冲，由此产生“Thick & ThinThick & Thin”结构纤维；结

5、构纤维；由共混技术产生的由共混技术产生的“Thick & ThinThick & Thin”结构纤维；结构纤维；纤维纵向形态的控制技术：纤维纵向形态的控制技术：89纤维截面形态控制技术：纤维截面形态控制技术：纤维截面异形化和纤维截面异形化和纤维截面异形中空化纤维截面异形中空化：异形喷丝板技术：纤维的截面形状主要地取决于纺丝板喷异形喷丝板技术：纤维的截面形状主要地取决于纺丝板喷丝孔形状。采用电解激光精细加工技术，可以在纺丝板丝孔形状。采用电解激光精细加工技术，可以在纺丝板上加工出各种形状的上加工出各种形状的纺丝纺丝孔。孔的形状可以精确到几微孔。孔的形状可以精确到几微米。利用此项技术可以得到：偏平

6、丝、三角丝、三叶丝、米。利用此项技术可以得到：偏平丝、三角丝、三叶丝、五叶丝、各类中空纤维。五叶丝、各类中空纤维。双组份共轭纺丝：利用不相容的两个组份共轭纺丝，其中双组份共轭纺丝：利用不相容的两个组份共轭纺丝，其中组合喷丝板的结构可以决定两个组份的接着方式和接着组合喷丝板的结构可以决定两个组份的接着方式和接着形式。在后序加工过程中两个组份剥离成相互独立的纤形式。在后序加工过程中两个组份剥离成相互独立的纤维，纤维的截面形状则取决于当时两个组份的接着方式维，纤维的截面形状则取决于当时两个组份的接着方式和接着形式。和接着形式。10111213凉爽型涤纶凉爽型涤纶 异形截面丝异形截面丝141516 双

7、组份共轭纺丝双组份共轭纺丝 对纤维截面形态的控制对纤维截面形态的控制17双组份共轭纺丝双组份共轭纺丝对纤维截面形态的控制对纤维截面形态的控制 1 1、并列型、并列型 2 2、皮芯型、皮芯型 3 3、层积型、层积型 4 4、木纹型、木纹型 5 5、异形复合、异形复合 6 6、多重皮芯形、多重皮芯形 7 7、马赛克型、马赛克型 8 8、海岛型、海岛型 9 9、星云型、星云型18双组份共轭纺丝双组份共轭纺丝对纤维截面形态的控制对纤维截面形态的控制19纤维表面形态控制技术：纤维表面形态控制技术： 为了为了在纤维表面形成微孔、微坑、微沟槽。一般采用在纤维表面形成微孔、微坑、微沟槽。一般采用：双组份共轭纺

8、丝；双组份共轭纺丝；共混纺丝。共混纺丝。采用有机物与采用有机物与低比例低比例无机粒子共混纺丝无机粒子共混纺丝，在碱减量时首先是在碱减量时首先是混入混入的的无机物粒子周围的聚合物被水解，故在纤维的表面无机物粒子周围的聚合物被水解，故在纤维的表面出现了很多喷火口状的微孔。这种表面给予织物清凉感。出现了很多喷火口状的微孔。这种表面给予织物清凉感。有机物与无机粒子的共混可在共聚阶段进行，也可在高聚有机物与无机粒子的共混可在共聚阶段进行，也可在高聚物聚合后纺丝前进行共混，也可在纺丝时共混。无机物的物聚合后纺丝前进行共混，也可在纺丝时共混。无机物的混率一般控制在混率一般控制在5%8%左右。粒子的直径最好在

9、纳米左右。粒子的直径最好在纳米级。如将碱水解速度不同的两种有机物共混，经碱减量处级。如将碱水解速度不同的两种有机物共混，经碱减量处理也可在纤维表面形成复杂的凹凸和沟槽，使纤维和织物理也可在纤维表面形成复杂的凹凸和沟槽，使纤维和织物的外观、深色性、触感、风格得到改良。的外观、深色性、触感、风格得到改良。2021中空微孔纤维22纤维三维卷曲形态纤维三维卷曲形态及蓬松度及蓬松度控制技术：控制技术： 三维自卷曲丝是指在无张力条件下纤维表三维自卷曲丝是指在无张力条件下纤维表现出三维卷曲现象。一般通过控制双组份共轭现出三维卷曲现象。一般通过控制双组份共轭丝两个组份的模量、热收缩率的差异，以及采丝两个组份的

10、模量、热收缩率的差异，以及采用不对称截面可控制纤维自卷曲度。用不对称截面可控制纤维自卷曲度。2324 一般定义单纤细度小于一般定义单纤细度小于0.5dtex为超细纤维为超细纤维,单单纤细度小于纤细度小于0.1dtex为极细纤维。纺丝成形方法为极细纤维。纺丝成形方法有：单组份直接纺丝、双组份共轭复合纺丝或高有：单组份直接纺丝、双组份共轭复合纺丝或高 分子相互配列体纺丝、海岛法、剥离型或分分子相互配列体纺丝、海岛法、剥离型或分割型复合纤维、多层型复合纤维。割型复合纤维、多层型复合纤维。2526各各 类类 中中 空空 纤纤 维维27 层积型纤维通过控制喷嘴内聚合物流体层积型纤维通过控制喷嘴内聚合物流

11、体的流动形成层积构造。如图的流动形成层积构造。如图4.将两组份的聚将两组份的聚合物流体反复进行合物流体反复进行n次分配和合流，可得到次分配和合流，可得到层的多层积构造。层积型纤维的两个组份如层的多层积构造。层积型纤维的两个组份如果双折射系数相差较大且与层积厚度巧妙的果双折射系数相差较大且与层积厚度巧妙的匹配，可使层积形复合纤维产生光干涉效应。匹配，可使层积形复合纤维产生光干涉效应。 2829光干涉材料及纤维30透光不透明纤维31 自伸长丝是指自伸长丝是指POY（UDY也可）丝经特殊的牵也可）丝经特殊的牵伸热处理工艺后，再进行热处理时表现出自伸长伸热处理工艺后，再进行热处理时表现出自伸长的特性。

12、其自伸长率可达的特性。其自伸长率可达3%8%。常规。常规FDY、DTY丝的沸水收缩率分别为丝的沸水收缩率分别为8%和和3%。POY丝采丝采取不同的牵伸加弹热处理可控制其得到不同的沸取不同的牵伸加弹热处理可控制其得到不同的沸水缩率。将自伸长丝与高、低收缩丝复合形成高水缩率。将自伸长丝与高、低收缩丝复合形成高异收缩复合丝，组份之间的收缩率差异可达异收缩复合丝，组份之间的收缩率差异可达30%45%。后整理后低收缩组份浮在沙线和织。后整理后低收缩组份浮在沙线和织物表面可形成致密的超短波丝圈和柔软糯感的桃物表面可形成致密的超短波丝圈和柔软糯感的桃皮绒手感。高收缩组份则集中在纤维和织物的内皮绒手感。高收缩

13、组份则集中在纤维和织物的内部作为骨架为织物提供身骨和弹性。部作为骨架为织物提供身骨和弹性。3233一步法双收缩涤纶多异复合混纤丝成型流程一步法双收缩涤纶多异复合混纤丝成型流程34一步法双收缩多异混纤复合丝的多异特征设计一步法双收缩多异混纤复合丝的多异特征设计差异化特征差异化特征高收缩组份高收缩组份低收缩组份低收缩组份纤度差异纤度差异中、粗旦纤维中、粗旦纤维微细旦、超细旦微细旦、超细旦超细海岛纤维超细海岛纤维截面形状差异截面形状差异十字型十字型圆型圆型五叶型五叶型中空型中空型圆型圆型圆型圆型扁平型扁平型三角型三角型十字型十字型五叶型五叶型结晶取向差异结晶取向差异低低高高热收缩率差异热收缩率差异高

14、高低低染色性能差异染色性能差异稍高稍高稍低稍低力学性能差异力学性能差异模量低、伸长大模量低、伸长大模量高、伸长低模量高、伸长低功能差异功能差异常规纤维常规纤维功能纤维功能纤维35纤维结构与形态控制技术是实现纤维功能化、高性能化与差别化的基础。通过物理改性、化学改性和表面改性，可以制备出为更多的 36具有普通纤维材料所不具备的功能的纤维材料，如：具有普通纤维材料所不具备的功能的纤维材料，如：仿生物纤维：提高深色感和鲜明度功能的超微坑纤维、光仿生物纤维：提高深色感和鲜明度功能的超微坑纤维、光干涉功能纤维、仿荷叶效果防水拒水透气超细超高密度织干涉功能纤维、仿荷叶效果防水拒水透气超细超高密度织物；物；高吸水吸湿功能纤维；高吸水吸湿功能纤维；透湿、防水功能纤维；透湿、防水功能纤维；抗静电、导电功能纤维；抗静电、导电功能纤维；耐热、纺熔、阻燃功能纤维；耐热、纺熔、阻燃功能纤维；蓄热保温纤维；蓄热保温纤维；微胶囊芳香纤维；微胶囊芳香纤维；微孔中空过滤纤维；微孔中空过滤纤维；抗菌、防臭、消臭纤维；抗菌、防臭、消臭纤维；具信息传递功能的光导纤维；具信息传递功能的光导纤维；37具有耐高温、模量、断裂强度远高于普通纤维的高力学和耐具有耐高温、模量、断裂强度远高于普通纤维的高力学和耐高温的高性能纤维材料，如：高温的高性能纤维材料，如：碳纤维；碳纤维；芳