第4章合成纤维.1

1、1第第4章章 合成纤维合成纤维n4.1 概述概述n4.2 通用合成纤维通用合成纤维n4.3 高性能合成纤维高性能合成纤维n4.4 功能合成纤维功能合成纤维24.1 概述概述n纤维是制造织物和绳线的原料。纤维是制造织物和绳线的原料。n纤维的含义：纤维的含义：凡能保持长度比本身直径凡能保持长度比本身直径大大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称均称纤维。纤维。n它可分为它可分为天然纤维天然纤维和和化学纤维化学纤维。化学纤维。化学纤维又可分为又可分为人造纤维人造纤维和和合成纤维合成纤维。3天然纤维天然纤维n自然界存在的和生成的具有纺织价值的自然界存在的和生成的具有纺织

2、价值的纤维，是纺织工业的重要材料来源。纤维，是纺织工业的重要材料来源。n约占纺织纤维年总产量的约占纺织纤维年总产量的50%n按照来源不同，分为按照来源不同，分为植物纤维植物纤维、动物纤动物纤维维和和矿物纤维矿物纤维n植物纤维：植物纤维：又称天然纤维素纤维，主要又称天然纤维素纤维，主要组成物质是纤维素；组成物质是纤维素；4n主要品种：主要品种：棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等n动物纤维：动物纤维：又称蛋白纤维，其主要组成又称蛋白纤维，其主要组成成分是蛋白质；成分是蛋白质；n主要品种主要品种：动物的肤毛发与绒毛、禽类的：动

3、物的肤毛发与绒毛、禽类的羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维n矿物纤维：矿物纤维：石棉是最大宗的天然矿物纤石棉是最大宗的天然矿物纤维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉5化学纤维化学纤维n用天然的或人工合成的高分子材料为原用天然的或人工合成的高分子材料为原料制成的纤维。料制成的纤维。n人造纤维人造纤维是用天然高分子材料为原料，是用天然高分子材料为原料，经过化学处理和机械加工制成的经过化学处理和机械加工制成的n如：如：“人造丝人造丝”、“人造棉人造棉”。n合成纤维合成纤维是以石油、煤、天然气为原料是以石油、煤、天然气为原料制成的聚合物加工而成的纤维，

4、它发展制成的聚合物加工而成的纤维，它发展很快。如：涤纶、锦纶、腈纶很快。如：涤纶、锦纶、腈纶6合成纤维的发展合成纤维的发展n诞生于诞生于20世纪世纪30年代；是用石油、天然气、年代；是用石油、天然气、煤或农副产品为原料合成的聚合物经加工煤或农副产品为原料合成的聚合物经加工制成的。制成的。n1931年，美国，合成出尼龙年，美国，合成出尼龙66，锦纶，锦纶66；n1938年，德国，合成出聚酰胺年，德国，合成出聚酰胺6；7n1939年，聚氯乙烯纤维，（氯纶）；年，聚氯乙烯纤维，（氯纶）；n1949年，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤年，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）；纶）；n1950年，聚丙烯腈纤维（

5、腈纶）、聚乙烯年，聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇纤维醇纤维n1958年，聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇年，聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇缩丁醛纤维（维纶）；缩丁醛纤维（维纶）；8n1961年，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维年，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（芳纶）；（芳纶）；n1983年，聚苯并咪唑、聚苯硫醚纤维年，聚苯并咪唑、聚苯硫醚纤维n合成纤维已经广泛应用到国民经济的各合成纤维已经广泛应用到国民经济的各个领域，对人们的生活起着举足轻重的个领域，对人们的生活起着举足轻重的作用。作用。9合成纤维的分类合成纤维的分类合成合成纤维纤维通用合成纤维通用合成纤维高性能合成纤高性能合成纤维维功能合成纤维功能合成纤维涤

6、纶、聚酰胺、涤纶、聚酰胺、腈纶和丙纶，腈纶和丙纶，产量大，应用产量大，应用广广强度大、模量大的强度大、模量大的纤维；它由刚性链纤维；它由刚性链聚合物和柔性链聚聚合物和柔性链聚合物纺丝制造合物纺丝制造具有除力学和耐热性外的特殊具有除力学和耐热性外的特殊性能，如光、电、化学、高弹性能，如光、电、化学、高弹性和生物降解性等的纤维，产性和生物降解性等的纤维，产量小，但附加值大量小，但附加值大10合成纤维的制备合成纤维的制备制备制备工艺工艺成纤聚合物的制备成纤聚合物的制备纺丝工艺纺丝工艺熔体纺丝熔体纺丝溶液纺丝溶液纺丝将聚合得到将聚合得到的聚合物熔的聚合物熔体直接进行体直接进行纺丝纺丝一步溶液纺丝：一步

7、溶液纺丝：直接将聚合后得直接将聚合后得到的聚合物溶液到的聚合物溶液作为纺丝液进行作为纺丝液进行纺丝纺丝二步法溶液纺丝：二步法溶液纺丝：将固体聚合物配将固体聚合物配制成纺丝液，再制成纺丝液，再进行溶液纺丝进行溶液纺丝电纺丝电纺丝1112熔体纺丝步骤熔体纺丝步骤:（图4-3）n（1）纺丝熔体的制备）纺丝熔体的制备n（2）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细流流n（3）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固n（4）固态纤维上油和卷绕）固态纤维上油和卷绕n涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法13溶液纺丝步骤溶液纺丝步骤：（图4-

8、3）n（1）纺丝液的制备）纺丝液的制备n（2）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头的毛细孔压出形成原液细流的毛细孔压出形成原液细流n（3）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝固浴中析出形成初生纤维；固浴中析出形成初生纤维；n（4）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕14电纺丝电纺丝n电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维nP149，图4-3（c）纺丝工艺原理

9、1516合成纤维的性能合成纤维的性能n具有优良的物理、机械性能和化学性能具有优良的物理、机械性能和化学性能n如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不会发霉或虫蛀等不会发霉或虫蛀等n某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、高强力、高模量等特殊性能高强力、高模量等特殊性能17合成纤维的应用合成纤维的应用n超出了超出了纺织工业纺织工业的范围，逐渐深入到的范围，逐渐深入到国防国防工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、海洋水产、通讯联络海洋水

10、产、通讯联络等重要领域等重要领域n例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、工作服等；高性能特种合成纤维可用作降工作服等；高性能特种合成纤维可用作降落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材料等。料等。184.2 通用合成纤维通用合成纤维n4.2.1聚酰胺纤维聚酰胺纤维n世界上最早投入工业化生产的合成纤维世界上最早投入工业化生产的合成纤维n中国商品名中国商品名“锦纶锦纶”，国际商品名，国际

11、商品名“尼尼龙龙”、“耐纶耐纶”、“卡普隆卡普隆”等等n聚酰胺纤维聚酰胺纤维是脂肪族和半芳香聚酰胺是脂肪族和半芳香聚酰胺经熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链经熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链中含有酰胺键。中含有酰胺键。19COHNHNCOH2OCOHNHOHOCNHn分两类：分两类：一类由二元胺和二元酸缩聚制一类由二元胺和二元酸缩聚制得如得如PA66；另一类由；另一类由-氨基酸缩聚或由氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得内酰胺开环聚合而得,如如PA6.n具有吸水性具有吸水性20聚酰胺纤维的性能聚酰胺纤维的性能n它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品种之一种之一n（1

12、）耐磨性好耐磨性好、位于合成纤维之首，比、位于合成纤维之首，比棉花高棉花高10倍，比羊毛高倍，比羊毛高20倍，适合于做绳倍，适合于做绳索、袜子等索、袜子等n（2）强度高、耐冲击性好强度高、耐冲击性好。它是强度最。它是强度最高的合成纤维之一。比棉花高高的合成纤维之一。比棉花高12倍，比倍，比羊毛高羊毛高45倍，适合于做轮胎帘子布等倍，适合于做轮胎帘子布等21n（3）弹性、耐疲劳性好。弹性、耐疲劳性好。比棉花高比棉花高78倍倍n（4）密度小密度小，除聚乙烯和聚丙烯纤维外，除聚乙烯和聚丙烯纤维外，聚酰胺纤维是所有纤维中最轻的，相对密聚酰胺纤维是所有纤维中最轻的，相对密度度1.041.14n（5）吸湿

13、性良好吸湿性良好。锦纶具有良好的吸湿。锦纶具有良好的吸湿性，染色性好，可使用酸性染料、分散染性，染色性好，可使用酸性染料、分散染料等。料等。n缺点：缺点：弹性模量小，使用过程中容易变弹性模量小，使用过程中容易变形，耐热性及耐光性较差。形，耐热性及耐光性较差。22聚酰胺纤维的用途聚酰胺纤维的用途n应用范围广泛应用范围广泛n在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣料和针织品，特别适用于制造单丝、复料和针织品，特别适用于制造单丝、复丝弹力丝袜，耐磨耐穿；丝弹力丝袜，耐磨耐穿；n工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业滤布渔网和工业滤布

14、23n（1） 聚酰胺聚酰胺66结构式？结构式？n相对分子质量控制在相对分子质量控制在2000030000，纺丝温度，纺丝温度控制在控制在280290n性能：性能：P151，表，表4-1n（2） 聚酰胺聚酰胺6n相对分子质量控制在相对分子质量控制在1400020000，纺丝温度，纺丝温度控制在控制在260280 n性能：性能：P151，表，表4-2n（3） 长碳链聚酰胺长碳链聚酰胺X34纤维纤维n链结构：链结构：NH-(CH2)x-NHCO-(CH2)32-COn随随X的增大，链结构接近聚乙烯的增大，链结构接近聚乙烯PA66、PA6性能性能24cN/dtex：厘牛/分特，纤维强度单位25n（4）

15、 PA6T和和PA9T纤维纤维n分子结构式：分子结构式：6和和9代表代表二元胺中的碳原子，代表代表二元胺中的碳原子，T代表对苯二酸代表对苯二酸PA6T与与PA9T的性能（的性能（P152，表，表4-3）NH(CH)6NHCOCOCCN(CH2)9NOOHH26n（5） 氢化芳香聚酰胺纤维氢化芳香聚酰胺纤维（4-4-氨基氨基环六烷羧酸内酰胺）环六烷羧酸内酰胺）n合成路线：合成路线：氢化芳香聚酰胺可在氢化芳香聚酰胺可在浓硫酸浓硫酸中纺丝制成中纺丝制成纤维纤维, ,纤维的强度为纤维的强度为 ；伸长率；伸长率10%,在在300300的强度保留率为的强度保留率为40%40%。NHCOnNHHCOn274

16、.2.2 聚酯纤维聚酯纤维n中国商品名中国商品名“涤纶涤纶”，俗称，俗称“的确良的确良”n聚酯纤维是指含聚酯纤维是指含芳香族取代羧酸酯芳香族取代羧酸酯结构结构的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩聚而制得的聚酯树脂，经聚而制得的聚酯树脂，经熔融纺丝熔融纺丝和后和后处理制得的一种合成纤维。处理制得的一种合成纤维。n在合成纤维中发展最快，产量居于首位在合成纤维中发展最快，产量居于首位28n品种较多，根据化合物的结构，已经工品种较多，根据化合物的结构，已经工业化生产的有：业化生产的有：n聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（

17、苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘酯（）、聚萘酯（PEN）等纤维等纤维聚酯纤维的品种聚酯纤维的品种29聚酯纤维的性能聚酯纤维的性能n（1）外观）外观n单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染料制成各种有色纤维料制成各种有色纤维n（2）密度）密度n随着聚酯纤维的随着聚酯纤维的结晶度和取向度结晶度和取向度的不同，的不同，密度不同。一般密度在密度不同。一般密度在1.381.40n（3）弹性）弹性30n弹性好，接近羊毛，而且弹性好，接近羊毛，而且耐皱性好耐皱性好，弹，弹性模量比聚酰胺纤维高性模量比聚酰胺纤维高n（4）强

18、度）强度n强度大，在湿态下强度不变强度大，在湿态下强度不变n（5）吸湿性吸湿性n吸湿性低，回潮率小，易洗快干吸湿性低，回潮率小，易洗快干n（6）耐热性）耐热性n耐热性较好，软化点耐热性较好，软化点230240n（7）耐光性）耐光性n高于锦纶，低于腈纶高于锦纶，低于腈纶31n（8）电性能）电性能n干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是作为服装时，由于摩擦作为服装时，由于摩擦易产生静电易产生静电，易吸，易吸灰尘，这是涤纶的缺点灰尘，这是涤纶的缺点n（9）化学性能）化学性能n在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐蚀性降低蚀性降低n（

19、10）抗菌性）抗菌性n优良，作为织物通常不被蛀虫破坏优良，作为织物通常不被蛀虫破坏32聚酯纤维的用途聚酯纤维的用途n由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、保型性好、免熨等特点，所以是理想的保型性好、免熨等特点，所以是理想的纺织材料；可纯纺或混纺制作各种服装纺织材料；可纯纺或混纺制作各种服装及针织品及针织品n在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。33n（1）涤纶（涤纶（PET）n制备：制备：涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过熔融纺丝制成

20、的合成纤维，相对分子质量熔融纺丝制成的合成纤维，相对分子质量控制在控制在1500022000，纺丝温度控制在，纺丝温度控制在275295n成纤结构：成纤结构：P153，图，图4-8、4-9n力学性能：力学性能：P153，表，表4-4343536n其他性能：其他性能：涤纶又叫涤纶又叫的确良的确良，具有，具有高强度、耐磨、耐腐高强度、耐磨、耐腐 蚀，易洗快干蚀，易洗快干等优点，是很好的衣料纤维。等优点，是很好的衣料纤维。n但透气性、吸湿性、染色性差限制但透气性、吸湿性、染色性差限制了涤纶在时装行业的应用；需要进行了涤纶在时装行业的应用；需要进行改性后引入亲水性基团。改性后引入亲水性基团。37n（2

21、） 聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维n制备：制备：PTT纤维纤维(Corterra)是由对苯二甲酸是由对苯二甲酸和，丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝和，丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝制成的纤维，具有反旁反旁式构象制成的纤维，具有反旁反旁式构象n结晶结构：结晶结构：OCCOOOCCCO38n性能：性能：PTT纤维性能优于涤纶（纤维性能优于涤纶（？），），具有更优异的柔软性、弹性恢复性；优具有更优异的柔软性、弹性恢复性；优良的抗折皱性、尺寸稳定性、耐候性、良的抗折皱性、尺寸稳定性、耐候性、易染色性和良好的屏蔽性能，并改进了易染色性和良好的屏蔽性能，并改进了抗水解稳定性。抗水解稳定性。nPTT

22、纤维被认为是最具有发展前途的通纤维被认为是最具有发展前途的通用合成纤维新品种。用合成纤维新品种。39n（3） 聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维n制备：制备：B纤维是由对苯二甲酸或对苯二甲纤维是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和酸二甲酯和1,4丁二醇缩聚经过熔体纺丝制成丁二醇缩聚经过熔体纺丝制成的纤维的纤维n性能：性能：PBT纤维强度纤维强度30.9135.32cN/dtex，伸长率伸长率3060%；具有极好的伸长弹性恢复率、；具有极好的伸长弹性恢复率、柔软、易染色柔软、易染色n用途：用途：PBT纤维特别适于制作游泳衣、连裤袜、纤维特别适于制作游泳衣、连裤袜、训练服、体操服、健美服

23、、网球服、舞蹈紧身训练服、体操服、健美服、网球服、舞蹈紧身衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜、医疗绷带衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜、医疗绷带聚酯纤维亚甲基单元的奇偶效应聚酯纤维亚甲基单元的奇偶效应PBT和PET含偶数亚甲基，分子链与苯相连的两个羰基处于相反方向，亚甲基键为反式构象；PTT含奇数个亚甲基，分子链与苯相连的两个羰基处于相同方向，亚甲基键为旁式构象，结晶速率：PBTPTTPET熔融温度：PETPTTPBT4041n（4） 聚萘酯（聚萘酯（PEN）纤维）纤维n制备：制备：PEN纤维是由纤维是由2,6-萘二甲酸二甲酯与乙萘二甲酸二甲酯与乙二醇的缩聚物聚萘二甲酸乙二醇酯经过二醇的缩聚物聚萘二

24、甲酸乙二醇酯经过熔体纺熔体纺丝丝制成的纤维制成的纤维n结构式：结构式：性能：性能：PEN与与PET相比，具有更高的模量、强度，相比，具有更高的模量、强度，抗拉伸性能好、尺寸稳定性好、热稳定性好、化抗拉伸性能好、尺寸稳定性好、热稳定性好、化学稳定性和抗水解性能优异学稳定性和抗水解性能优异COOCH2CH2OCOn424.2.3 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维n中国商品名中国商品名“腈纶腈纶”，有，有“人造羊毛人造羊毛”之称之称n制备：制备：腈纶是聚丙烯腈或含腈纶是聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的以上丙烯腈的共聚物制成的合成纤维。共聚物制成的合成纤维。n腈纶的制备采用腈纶的制备采用湿纺工艺湿纺工艺n湿纺工

25、艺是将聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物溶解湿纺工艺是将聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物溶解在在溶剂溶剂中（纺丝液），纺丝液经喷丝板后在含中（纺丝液），纺丝液经喷丝板后在含凝固剂的凝固浴中凝固形成纤维凝固剂的凝固浴中凝固形成纤维纺丝液的选择：选择纺丝液的选择：选择内聚能大的溶剂或能内聚能大的溶剂或能与聚丙烯腈相互作用与聚丙烯腈相互作用的溶剂配制的溶剂配制常用的溶剂常用的溶剂DMF、DMA、DMSO、EC、NaSCN、HNO3、ZnCl2DMF N,N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺DMA N,N-二甲基乙酰胺二甲基乙酰胺DMSO 二甲基亚砜，二甲基亚砜，EC碳酸乙酯碳酸乙酯共聚单体共聚单体43共聚目的：共聚目的：提高

26、聚丙烯晴的提高聚丙烯晴的染色性染色性、阻燃性阻燃性、力学力学性能性能。腈纶的干喷湿纺工艺腈纶的干喷湿纺工艺4445聚丙烯腈纤维的性能聚丙烯腈纤维的性能n性能优良，外观、手感都类似羊毛，因此有性能优良，外观、手感都类似羊毛，因此有“人人造羊毛造羊毛”之称之称n很多性能指标超过羊毛，如腈纶的强度比羊毛高很多性能指标超过羊毛，如腈纶的强度比羊毛高12.5倍，密度小，保暖性及弹性好等倍，密度小，保暖性及弹性好等n耐光性、耐候性耐光性、耐候性是天然纤维和化学纤维中是天然纤维和化学纤维中最好的最好的n化学稳定性、对酸碱和氧化剂的稳定性也比较好化学稳定性、对酸碱和氧化剂的稳定性也比较好n缺点是缺点是耐磨性、

27、抗疲劳性差耐磨性、抗疲劳性差46聚丙烯腈纤维的用途聚丙烯腈纤维的用途n多为民用，可纯纺代替羊毛制备大衣呢多为民用，可纯纺代替羊毛制备大衣呢华达呢、运动衫、针织衫、地毯、毛毯、华达呢、运动衫、针织衫、地毯、毛毯、人造毛皮、装饰织物等；可混纺制成内人造毛皮、装饰织物等；可混纺制成内衣、衬衫、服装及雨衣布等衣、衬衫、服装及雨衣布等n在工业中主要制成帆布、过滤材料、保在工业中主要制成帆布、过滤材料、保温材料、包装用布、医疗材料等温材料、包装用布、医疗材料等n另外可制成军用帐篷、防火服等另外可制成军用帐篷、防火服等474.2.4 聚丙烯纤维聚丙烯纤维n中国商品名中国商品名“丙纶丙纶”n制备：制备：等规聚

28、丙烯等规聚丙烯熔体纺丝熔体纺丝制备，成纤制备，成纤聚丙烯的相对分子质量聚丙烯的相对分子质量10万万30万，纺万，纺丝温度丝温度255290n原料来源丰富、生产工艺简单、产品价原料来源丰富、生产工艺简单、产品价格低廉、发展较快；产量仅次于涤纶、格低廉、发展较快；产量仅次于涤纶、锦纶、腈纶锦纶、腈纶48聚丙烯纤维的性能聚丙烯纤维的性能n（1）质轻）质轻n合成纤维中合成纤维中最轻的最轻的，密度，密度0.90.91n（2）强度高）强度高n湿强度和干强度基本相同湿强度和干强度基本相同n（3）耐磨、耐腐蚀性好）耐磨、耐腐蚀性好n耐磨性、回弹性好，抗微生物，不霉、不蛀、耐磨性、回弹性好，抗微生物，不霉、不蛀

29、、耐化学性优于其他纤维耐化学性优于其他纤维n（4）电绝缘性、保暖性优）电绝缘性、保暖性优n缺点：缺点：耐热性、耐老化性、吸湿性、染色性差耐热性、耐老化性、吸湿性、染色性差49聚丙烯纤维的用途聚丙烯纤维的用途n主要用途是制作地毯、装饰布、家具布主要用途是制作地毯、装饰布、家具布n工业中制作各种绳索、条带、渔网、吸油工业中制作各种绳索、条带、渔网、吸油毡、包装材料和工业用布，如，滤布、袋毡、包装材料和工业用布，如，滤布、袋布等；布等；n丙纶纤维可制成土工布，用于建筑、水利丙纶纤维可制成土工布，用于建筑、水利工程等；工程等；n丙纶纤维无纺布可用于卫生制品、医用手丙纶纤维无纺布可用于卫生制品、医用手术

30、帽、床上用品等术帽、床上用品等504.2.5 聚乙烯醇甲醛纤维聚乙烯醇甲醛纤维n中国商品名中国商品名“维纶维纶”，日本命名为，日本命名为“维维尼纶尼纶”n制备：制备：n（1）乙酸乙烯溶液聚合得到聚乙酸乙烯，）乙酸乙烯溶液聚合得到聚乙酸乙烯，经醇解得到聚乙烯醇，再经过缩醛化后经醇解得到聚乙烯醇，再经过缩醛化后得到的纤维得到的纤维n此法制备的聚乙烯醇是此法制备的聚乙烯醇是无规立构无规立构51CH2CHOCOCH3CH3OHCH2CHOHHCHOCH2CHCH2CHOOCH2n（2）特戊酸乙烯聚合得到聚特戊酸乙烯，经）特戊酸乙烯聚合得到聚特戊酸乙烯，经皂化后得到聚乙烯醇皂化后得到聚乙烯醇CH2CHO

31、COCCH3CH3CH3CH2OCOCCH3CH3CH3CH()nn此法得到的聚乙烯醇是此法得到的聚乙烯醇是间规立构间规立构的的n具有比上述方法具有比上述方法更高的熔点和热稳定性更高的熔点和热稳定性52维纶的性能维纶的性能n良好的强度、吸湿性、保暖性、耐磨蚀良好的强度、吸湿性、保暖性、耐磨蚀和耐日光性；和耐日光性；n主要缺点：主要缺点：耐热水性差，弹性不佳，染耐热水性差，弹性不佳，染色性较差，高温下的力学性能低，在服色性较差，高温下的力学性能低，在服饰方面远远不如涤纶、腈纶和锦纶应用饰方面远远不如涤纶、腈纶和锦纶应用广泛。广泛。53维纶的用途维纶的用途n可混纺也可纯纺，用于制作外衣、汗衫、可混

32、纺也可纯纺，用于制作外衣、汗衫、棉毛衫裤和运动衫，以及工作服棉毛衫裤和运动衫，以及工作服n可制作帆布、缆绳、渔网、包装材料、可制作帆布、缆绳、渔网、包装材料、过滤材料过滤材料n可作为塑料、水泥、陶瓷的增强材料可作为塑料、水泥、陶瓷的增强材料544.3 高性能合成纤维高性能合成纤维4.3.1 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)n超高分子量聚乙烯纤维是用超高分子量聚乙烯超高分子量聚乙烯纤维是用超高分子量聚乙烯采用凝胶纺丝采用凝胶纺丝-超延伸技术（超延伸技术（p158)制成的。图制成的。图4-16n性能：性能：具有高强度、高模量、最低的相对密度、具有高强度、高模量、最低的相对密

33、度、化学惰性、具有疏水性（化学惰性、具有疏水性（P159，表，表4-9）n但极限使用温度只有但极限使用温度只有1001304.3.1 4.3.1 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维4.3.1 4.3.1 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维缺陷：缺陷：超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)(UHMWPE)具有非极具有非极性链和伸直链的聚集态结构，化学惰性、性链和伸直链的聚集态结构，化学惰性、疏水性及低表面能特征，需要表面处理。疏水性及低表面能特征，需要表面处理。应用：应用：主要用于制作头盔、主要用于制作头盔、装甲板、防弹衣和弓弦装甲板、防弹衣和弓弦4.3.1 4.3

34、.1 超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维表面处理方法表面处理方法：低温等离子体技术；铬酸：低温等离子体技术；铬酸化学刻蚀；电晕；光化学表面接枝。化学刻蚀；电晕；光化学表面接枝。 作用：作用：增加纤维的极性基团和表面积，提增加纤维的极性基团和表面积，提高它与树脂基体的界面粘合性高它与树脂基体的界面粘合性584.3.2 芳香聚酰胺纤维芳香聚酰胺纤维n（1）聚对苯二甲酸对苯二胺纤维）聚对苯二甲酸对苯二胺纤维(PPTA)n制备：制备：利用利用PPTA进行进行溶液纺丝溶液纺丝制成的纤维；制成的纤维；PPTA采用采用低温溶液聚合低温溶液聚合合成合成n化学反应式：化学反应式：相对分子质量相对分子质量2

35、000025000nNH2NH2n ClOCCOCl2nHClNHNHCOCOn59nKevlar的分子结构模型的分子结构模型：（图4-19）nKevlar有三个品种：有三个品种：nKevlar29是高韧性纤维、是高韧性纤维、 Kevlar49是高模量纤维、是高模量纤维、 Kevlar149是超高模是超高模量纤维量纤维n性能：性能：表表4-10，具溶致液晶性，具溶致液晶性n表面处理：表面处理：低温等离子体处理（氨气低温等离子体处理（氨气）芳纶的分子结构模型芳纶的分子结构模型6061n应用：应用： Kevlar作为高性能的有机纤作为高性能的有机纤维主要应用于航空、航天领域；防弹维主要应用于航空、

36、航天领域；防弹领域；土木建筑领域领域；土木建筑领域n如火箭发动机壳体、飞机零部件；头如火箭发动机壳体、飞机零部件；头盔、防弹运钞车、防穿甲弹坦克；混盔、防弹运钞车、防穿甲弹坦克；混凝土、代钢筋材料、轮胎帘子线等凝土、代钢筋材料、轮胎帘子线等62n性能：性能：表表4-11n应用：应用：绝缘纸、蜂窝结构材料、工业滤材和无绝缘纸、蜂窝结构材料、工业滤材和无纺布纺布n（2） 聚间苯二甲酰间苯二胺纤维聚间苯二甲酰间苯二胺纤维n制备：制备：聚间苯二甲酰间苯二胺采用间苯二甲酰聚间苯二甲酰间苯二胺采用间苯二甲酰氯和间苯二胺为原料，在二甲基乙酰胺溶剂中氯和间苯二胺为原料，在二甲基乙酰胺溶剂中进行进行低温溶液聚合

37、低温溶液聚合；然后采用；然后采用溶液纺丝溶液纺丝法制成法制成纤维纤维(商品名商品名Nomex)。n化学结构式：化学结构式：COCONHNH63n（3） 对对/间芳纶间芳纶n化学结构式：化学结构式：n性能：性能：既具有间位芳纶的经济性、阻燃性又具既具有间位芳纶的经济性、阻燃性又具有对位芳纶的耐热性有对位芳纶的耐热性；拉伸强度；拉伸强度3060cN/dtex；弹性模量弹性模量14GPaNNCCOOHH70-90NCCOOHNHNNCH10-30n(4)(4) 芳砜纶芳砜纶n芳砜纶又称聚苯砜对苯二甲酰胺纤维（芳砜纶又称聚苯砜对苯二甲酰胺纤维（PSA),PSA),结构式：结构式：n中国自主研发中国自主

38、研发的高性能纤维。芳砜纶的的高性能纤维。芳砜纶的耐热性、耐化学性和阻燃性耐热性、耐化学性和阻燃性优于芳纶优于芳纶。6465n羟基苯甲酸羟基苯甲酸、对苯二甲酸对苯二甲酸和一系列和一系列第三第三单体单体的缩聚物。可以进行的缩聚物。可以进行熔体纺丝熔体纺丝n分子结构式：分子结构式：4.3.3 热致液晶聚酯纤维热致液晶聚酯纤维第三单体对液晶聚酯可纺性和成纤性影响：第三单体对液晶聚酯可纺性和成纤性影响：表表4-12OCOBOCCOOCH2CH2OE第三单体T第三单体影响第三单体影响66热致液晶聚酯纤维性能热致液晶聚酯纤维性能67n4.3.4 芳杂环纤维芳杂环纤维n（1）聚苯并咪唑（）聚苯并咪唑（PBI）

39、纤维）纤维n制备：制备：PBI是间苯二甲酸二苯酯和四氨联苯的是间苯二甲酸二苯酯和四氨联苯的缩聚物；以二甲基乙酰胺为溶剂，在氮气下进缩聚物；以二甲基乙酰胺为溶剂，在氮气下进行行干纺干纺得到得到PBI纤维纤维n化学结构式：化学结构式：CNNHNHNC68n性能：性能：PBI纤维具有纤维具有优异的耐热性优异的耐热性，但，但吸水性大，限制了工业应用的范围吸水性大，限制了工业应用的范围n其物理力学性能见其物理力学性能见P163，表，表4-14nPBI纤维经过纤维经过酸处理酸处理可以可以提高尺寸稳定性提高尺寸稳定性CNNHNHNCH2SO4CNNHNHNCSO3H69n性能：性能：高强度、高模量、耐高温、

40、耐水、化高强度、高模量、耐高温、耐水、化学稳定性好；缺点是压缩性能差学稳定性好；缺点是压缩性能差nP163，表4-15n（2）聚亚苯基苯并二）聚亚苯基苯并二噁噁唑（唑（PBO）纤维）纤维n制备：制备：2,4-二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二甲二氨基间苯二酚盐酸盐与对苯二甲酸缩聚合成酸缩聚合成PBO；然后采用；然后采用干喷湿纺干喷湿纺获得纤维获得纤维n化学结构式：化学结构式：NONO70n采用采用干喷湿纺干喷湿纺技术可获得高取向度、高技术可获得高取向度、高强度、高模量、耐高温和化学稳定性好强度、高模量、耐高温和化学稳定性好的纤维的纤维nPBZT制备：制备：DADMB与与TPA在在PPA中缩聚中缩聚n

41、化学方程式：化学方程式：n（3）聚亚苯基苯并二噻唑（聚亚苯基苯并二噻唑（PBZT）、）、含含单甲基（单甲基（MePBZT）、）、四甲基侧基四甲基侧基（tMEPBZT）纤维）纤维71nMePBZT通过通过交联网络的形成交联网络的形成来改善来改善PBZT的的横向压缩性能横向压缩性能n交联反应：交联反应：nMePBZT纤维的韧性优于纤维的韧性优于PBZT纤维纤维NNSSCH3NNSSNNSSNNSSCH2NNSSNNSSCH2CH2NNSS72ntMePBZT的结构的结构NNSSCH3CH3H3CH3CnntMePBZT与PBZT共聚物的结构n具有很好的耐热性和横向压缩性具有很好的耐热性和横向压缩性

42、NNSSCH3CH3H3CH3CnNNSS1-n73nPIPD具有具有双向分子内和分子间氢键网络双向分子内和分子间氢键网络（P164，图，图4-23）n性能：性能：高强度、高模量、高压缩强度、高强度、高模量、高压缩强度、优异的耐燃性和自熄性优异的耐燃性和自熄性（4） M5纤维纤维(聚聚1,6-二咪唑并二咪唑并4,5-b:4,5, e吡啶吡啶-1,4-（2,5-二羟基苯）二羟基苯）nPIPD化学结构式：化学结构式：NNNHNNHOHOHn74n性能：性能：具有高耐热性、化学稳定性和具有高耐热性、化学稳定性和力学性能；但是溶解性差，加工困难力学性能；但是溶解性差，加工困难（5） 聚酰亚胺（聚酰亚胺

43、（PI）纤维）纤维n制备：两步法制备：两步法HOOCNHOCCOOHCONHRH2OCOCOCOCONRN75n性能：性能：纤维强度纤维强度4060cN/tex，伸长率，伸长率4%8%；耐热性与聚酰亚胺纤维相当；耐热性与聚酰亚胺纤维相当（6） 聚聚1,3,4-二二噁噁唑（唑（POD）纤维）纤维n制备：一步法（对苯二甲酸和硫酸肼）制备：一步法（对苯二甲酸和硫酸肼）HOOCCOOHNH2NH2H2SO4NNO764.4 功能合成纤维功能合成纤维4.4.1 高弹性合成纤维高弹性合成纤维(聚氨酯纤维）聚氨酯纤维）n氨纶的突出特点就是氨纶的突出特点就是高弹性高弹性(?)n氨纶的高分子链组成包括两部分：氨

44、纶的高分子链组成包括两部分：软链段软链段和和硬硬链段链段非晶性非晶性的脂肪的脂肪族聚酯族聚酯或聚醚或聚醚组成，组成，常温下常温下处于高处于高弹态弹态结晶性的结晶性的芳香族二芳香族二异腈酸酯异腈酸酯组成，应组成，应力下不变力下不变形形因为高分子因为高分子链是由低熔链是由低熔点无定形的点无定形的软链段为母软链段为母体和嵌在其体和嵌在其中的高熔点中的高熔点结晶的硬链结晶的硬链段组成段组成CONHRNHCOOR1On77n（2）用高间规度聚氯乙烯制备，即第二）用高间规度聚氯乙烯制备，即第二代氯纶代氯纶n制备：制备：采用低温采用低温-30聚合，溶液纺丝制成氯纶聚合，溶液纺丝制成氯纶n性能性能: P166

45、，表，表4-204.4.2 耐腐蚀合成纤维耐腐蚀合成纤维n（1）用无规立构聚氯乙烯制备，即统称）用无规立构聚氯乙烯制备，即统称的的氯纶氯纶n制备：制备：聚氯乙烯采用悬浮聚合，聚氯乙烯采用悬浮聚合，4560；成；成纤聚氯乙烯分子量纤聚氯乙烯分子量60000100000；溶液纺丝溶液纺丝制备氯纶制备氯纶n性能：性能：抗静电性好、保暖性好、抗静电性好、保暖性好、耐腐蚀性耐腐蚀性好好78n氟纶氟纶n制备：制备：聚四氟乙烯采用聚四氟乙烯采用乳液聚合法乳液聚合法凝聚凝聚成颗粒，相对分子质量成颗粒，相对分子质量300万，然后采用万，然后采用乳液纺丝法乳液纺丝法制成氟纶制成氟纶n性能：性能：化学稳定性突出，耐

46、强酸、强碱化学稳定性突出，耐强酸、强碱n力学性能（表力学性能（表4-21）794.4.3 阻燃合成纤维阻燃合成纤维n极限氧指数极限氧指数（limiting oxygen index,LOI）n纤维点燃后在氧纤维点燃后在氧-氮混合气体中维持燃烧所需氮混合气体中维持燃烧所需要的最低含氧量的体积分数要的最低含氧量的体积分数nLOI21%，纤维可在空气中燃烧，属于纤维可在空气中燃烧，属于可燃纤可燃纤维；维；nLOI21%，属于，属于阻燃纤维阻燃纤维。n合成纤维的燃烧性能，合成纤维的燃烧性能，p167，表，表4-22（氟纶、氟纶、氯纶、氯纶、PBI）n，222%100%OLOION=+80n具有生物相容

47、性具有生物相容性n生物可降解性合成纤维生物可降解性合成纤维和和不可降解性合成纤维不可降解性合成纤维4.4.4 医用合成纤维医用合成纤维脂肪族聚酯纤维包括脂肪族聚酯纤维包括聚羟基乙酸、聚乳酸、聚羟基乙酸、聚乳酸、聚己内酯、聚羟基丁聚己内酯、聚羟基丁酸酯、聚羟基戊酸酯酸酯、聚羟基戊酸酯及其共聚物；纤维分及其共聚物；纤维分子链中的酯键易水解子链中的酯键易水解或酶解；或酶解；可用于医学可吸收缝可用于医学可吸收缝线、自增强人造骨复线、自增强人造骨复合材料、无纺布合材料、无纺布聚酰胺、涤纶、聚酰胺、涤纶、腈纶、丙纶等；腈纶、丙纶等；可医用可医用丙纶、聚酰胺、涤纶用于非丙纶、聚酰胺、涤纶用于非吸收性缝合线；

48、涤纶、氯纶吸收性缝合线；涤纶、氯纶用于制造人工血管；聚丙烯用于制造人工血管；聚丙烯腈中空纤维用于人工肾；聚腈中空纤维用于人工肾；聚丙烯中空纤维用于人工心脏丙烯中空纤维用于人工心脏81n新合纤：新合纤：采用超细合成纤维制备的具有新质采用超细合成纤维制备的具有新质感的纤维织物感的纤维织物n纤度：纤度：用用1000m长纤维质量的长纤维质量的1/10质量表示，质量表示，单位单位分特分特；它是；它是表征纤维粗细的指标表征纤维粗细的指标4.4.5 超细合成纤维超细合成纤维粗旦纤维粗旦纤维中旦纤维中旦纤维细旦纤维细旦纤维微细纤维微细纤维超细纤维超细纤维纤维根据纤度分类纤维根据纤度分类：82n差别化合成纤维：

49、差别化合成纤维：通过分子设计合成通过分子设计合成或通过化学和物理改性制备具有预想结或通过化学和物理改性制备具有预想结构和性能的成纤聚合物或利用革新的纺构和性能的成纤聚合物或利用革新的纺丝工艺赋予纤维新的性能并与通用纤维丝工艺赋予纤维新的性能并与通用纤维有差别的纤维有差别的纤维n通过对合成纤维通过对合成纤维分子链和表面的改性和分子链和表面的改性和复合化技术复合化技术，可提高，可提高纤维的染色性、制纤维的染色性、制备抗静电纤维、阻燃性通用合成纤维、备抗静电纤维、阻燃性通用合成纤维、抗起球纤维抗起球纤维等等83n合成纤维的改性技术合成纤维的改性技术合合成成纤纤维维的的改改性性技技术术分子主链改性分子

50、主链改性分子侧链改性分子侧链改性表面改性表面改性复合化复合化共聚反应共聚反应接枝反应接枝反应引入功能基团引入功能基团双组分纤维双组分纤维混纺混纺添加改性剂锑添加改性剂锑84n两种不同纤维组成的两种不同纤维组成的n熔体纺丝工艺：熔体纺丝工艺：P169，图，图4-26n双组分纤维的双组分纤维的形态形态：（图：（图4-27）n（1）皮芯结构）皮芯结构n（2）并列结构）并列结构n（3）橘瓣结构）橘瓣结构n（4）带形结构）带形结构n（5）海岛结构）海岛结构4.4.6 双组分纤维双组分纤维8586n4.4.7 智能合成纤维智能合成纤维n对环境具有感知能力并且对人们的需求对环境具有感知能力并且对人们的需求作

51、出反应的合成纤维作出反应的合成纤维n智能合成纤维服装可以检测身体功能、智能合成纤维服装可以检测身体功能、转发电子邮件、判断人的情绪、可以改转发电子邮件、判断人的情绪、可以改变颜色等变颜色等n具有微型计算机、全球定位系统和通信具有微型计算机、全球定位系统和通信装置的服装；安装太阳能处理系统的服装置的服装；安装太阳能处理系统的服装；抗菌服装；自洗衣；智能泳衣；救装；抗菌服装；自洗衣；智能泳衣；救生电子滑雪服；生命衬衣等生电子滑雪服；生命衬衣等87n4.4.8 高分子光纤高分子光纤n高分子光纤是高分子光纤是因为光在纤维界面上全反射或纤因为光在纤维界面上全反射或纤维的折射率梯度而使光在纤维内曲折反复传播维的折射率梯度而使光在纤维内曲折反复传播把光约束在纤维内进行导光的材料把光约束在纤维内进行导光的材料n高分子光纤构造图高分子光纤构造图P170，图图4-28n包括三部分：包括三部分：芯材、包层、保护性外套芯材、包层、保护性外套n阶跃型光纤：阶跃型光纤：用折射率低的皮层包覆折射率高用折射率低的皮层包覆折射率高的芯，入射到芯层的光通过芯和皮的界面反复的芯，入射到芯层的光通过芯和皮的界面反复全反射而传输光；全反射而传输光；88n例如以聚甲基丙