第四章 合成纤维

1、第六章纤维第六章纤维( (Fibers) )凡能保持长度比本身直径大凡能保持长度比本身直径大100100倍的均匀条状或丝状的高分倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维子材料均称纤维. .概述 -涤纶涤纶(的确良的确良 纺织纤维包括天然纤维（如羊毛、蚕丝、棉花、麻等）和纺织纤维包括天然纤维（如羊毛、蚕丝、棉花、麻等）和 化学纤维（由聚合物等材料制成）。其中化学纤维是人造化学纤维（由聚合物等材料制成）。其中化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称纤维和合成纤维的总称. 人造纤维是用自然界的纤维加工制成，如：人造纤维是用自然界的纤维加工制成，如：“人造丝人造丝”、 “人造棉人造棉”。 合成纤维是以石油、煤

2、、天然气为原料制成的，它发展合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，它发展 很快。很快。 高性能高功能纤维：高性能高功能纤维： 芳纶：间位芳纶（芳纶：间位芳纶（1962），对位芳纶（），对位芳纶（1966） 超高分子量聚乙烯纤维（超高分子量聚乙烯纤维（1979）。）。人造纤维人造纤维再生蛋白质纤维再生蛋白质纤维合成纤维合成纤维再生纤维素纤维再生纤维素纤维酪素纤维酪素纤维玉米蛋白纤维玉米蛋白纤维粘胶纤维粘胶纤维铜氨纤维铜氨纤维纤维素酯纤维纤维素酯纤维二、三乙酸纤维二、三乙酸纤维杂链纤维杂链纤维锦纶锦纶涤纶涤纶氨纶氨纶碳链纤维碳链纤维腈纶腈纶维纶维纶氯纶氯纶丙纶丙纶氟纶氟纶通用合成纤维通用合成纤

3、维高性（功）能合高性（功）能合成纤维成纤维聚芳酰胺纤维（芳纶）聚芳酰胺纤维（芳纶）UHMWPE纤维纤维高弹性纤维（氨纶）高弹性纤维（氨纶）芳杂环聚合物纤维芳杂环聚合物纤维 线密度（纤度）：线密度（纤度）： 表示纤维粗细程度的指标。是指一定长度纤维所具有的表示纤维粗细程度的指标。是指一定长度纤维所具有的 重量，重量，其单位名称为其单位名称为“tex”特（克斯），特（克斯），1/101/10称为称为分分 特（克斯），单位符号特（克斯），单位符号dtexdtex 。 支数支数: : 单位重量的纤维所具有的长度。对于同一种纤维，支数单位重量的纤维所具有的长度。对于同一种纤维，支数 越高，纤维越细。越高

4、，纤维越细。 断裂强度断裂强度: 纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大 负荷与纤维的线密度之比。断裂强度高，纤维在加工过程负荷与纤维的线密度之比。断裂强度高，纤维在加工过程 中不易断头、绕辊，纱线和织物牢度高；断裂强度太高，中不易断头、绕辊，纱线和织物牢度高；断裂强度太高， 纤维刚性增加，手感变硬。纤维刚性增加，手感变硬。 断裂伸长率断裂伸长率: 纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断 裂伸长率大，纤维的手感柔软，在纺织加工时，毛丝、断裂伸长率大，纤维的手感柔软，在纺织

5、加工时，毛丝、断 头少；断裂伸长率过大，织物易变形。头少；断裂伸长率过大，织物易变形。 初始模量（弹性模量）初始模量（弹性模量）: 抵抗外力作用下形变能力的量度。纤维的初始模量为纤维抵抗外力作用下形变能力的量度。纤维的初始模量为纤维 受拉伸而当伸长为原长的受拉伸而当伸长为原长的1时所需的应力。它表征纤维对时所需的应力。它表征纤维对 小形变的抵抗能力。小形变的抵抗能力。 纤维的初始模量越大，越不易变形，在合成纤维中，涤纶纤维的初始模量越大，越不易变形，在合成纤维中，涤纶 的初始模量最大，腈纶次之，锦纶较小，故涤纶织物挺括的初始模量最大，腈纶次之，锦纶较小，故涤纶织物挺括 不易起皱，锦纶织物易起皱

6、，保形性差不易起皱，锦纶织物易起皱，保形性差 合合成成纤纤维维制制造造聚聚合合物物制制备备纺纺丝丝熔熔体体纺纺丝丝溶溶液液纺纺丝丝熔体纺丝：熔体纺丝：纺纺丝丝熔熔体体的的制制备备熔熔体体经经喷喷丝丝头头形形成成熔熔体体细细流流纤纤维维卷卷绕绕细细流流被被拉拉伸伸、取取向向，并并冷冷却却一般纺丝速度一般纺丝速度8001000m/min，高速纺丝，高速纺丝60009000m/min，实验室可达，实验室可达15000m/min；涤纶、尼龙、丙纶采用此法涤纶、尼龙、丙纶采用此法溶溶液液纺纺丝丝一般纺丝速度一般纺丝速度200500m/min；腈纶采用此法；腈纶采用此法；纺纺丝丝液液的的制制备备纺纺丝丝液

7、液经经喷喷丝丝头头形形成成原原液液细细流流细细流流中中溶溶液液向向凝凝固固剂剂扩扩散散，浴浴中中沉沉淀淀剂剂向向西西流流扩扩散散，聚聚合合物物析析出出并并形形成成初初生生纤纤维维纤纤维维拉拉伸伸、热热定定型型、卷卷绕绕单轴取向单轴取向 材料仅沿一个方向拉伸，长度增大，厚度和宽度材料仅沿一个方向拉伸，长度增大，厚度和宽度减小，高分子链或链段倾向沿拉伸方向排列减小，高分子链或链段倾向沿拉伸方向排列纤维纤维. .平面端部侧面合成纤维的纺丝：首先在熔融状态下进行拉伸，使得链合成纤维的纺丝：首先在熔融状态下进行拉伸，使得链段、高分子链充分进行取向，达到高强度。段、高分子链充分进行取向，达到高强度。 尼龙

8、丝（未取向）的抗张强度：尼龙丝（未取向）的抗张强度：700-800kg/cm2； 尼龙丝（取向丝）的抗张强度：尼龙丝（取向丝）的抗张强度： 4700-5700 kg/cm2。 纤维通常具有纤维通常具有1020的生长率，以保持合适的弹性，的生长率，以保持合适的弹性，在纺丝过程中如何实现这一目的？在纺丝过程中如何实现这一目的？ 采用热空气或水蒸气很快吹采用热空气或水蒸气很快吹一下，使链段解取向，使纤一下，使链段解取向，使纤维具有良好的弹性维具有良好的弹性问问题题通用合成纤维(General Synthetic Fabrics)聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酰胺即锦纶、尼龙、耐纶、卡普隆，是世界上最早投聚酰

9、胺即锦纶、尼龙、耐纶、卡普隆，是世界上最早投入工业化生产的合成纤维。其品种很多，目前工业化生产入工业化生产的合成纤维。其品种很多，目前工业化生产及应用最广泛的是及应用最广泛的是PA6和和PA66，PA1010是我国的特有品种。是我国的特有品种。聚酰胺与蚕丝（主要成分氨基酸，也含酰胺基）结构相聚酰胺与蚕丝（主要成分氨基酸，也含酰胺基）结构相似，似， 主要品种有主要品种有:PA46、PA6、PA66、PA610、PA7、PA10、PA1010、PA612、PA9、PA10、PA6T、PA9T等。等。聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酰胺纤维目前大多采用切片熔融纺丝法，纺丝前，切聚酰胺纤维目前大多采用切片熔融纺

10、丝法，纺丝前，切片应充分干燥。片应充分干燥。聚酰胺聚酰胺6（PA6）相对分子量控制在相对分子量控制在1400020000；纺丝温度控制在纺丝温度控制在260280（PA6熔点为熔点为215）；）；聚酰胺聚酰胺66（PA66）相对分子量控制在相对分子量控制在2000030000；纺丝温度控制在纺丝温度控制在280290（PA6熔点为熔点为255265）；）；nCO(CH2)4CONH(CH2)6NHHOH 聚酰胺纤维的性能聚酰胺纤维的性能 耐磨性好耐磨性好,优于其他一切纤维优于其他一切纤维,比棉花高比棉花高10倍倍,比羊毛高比羊毛高20倍倍; 强度高强度高,耐冲击性能好耐冲击性能好,是强度最高的

11、合成纤维之一是强度最高的合成纤维之一; 弹性高弹性高,耐疲劳性好耐疲劳性好,可经受数万次双曲挠可经受数万次双曲挠.比棉花高比棉花高7-8倍倍; 密度小密度小,在合成纤维中其密度仅大于聚乙烯纤维和聚丙烯纤维在合成纤维中其密度仅大于聚乙烯纤维和聚丙烯纤维; 此外此外,还有耐腐蚀、不发霉、染色性能较好等优点还有耐腐蚀、不发霉、染色性能较好等优点; 缺点是弹性模量小缺点是弹性模量小,使用过程中易变形使用过程中易变形,耐热性和耐光性能较差耐热性和耐光性能较差. PA可以纯纺和混纺做各种衣料和针织品可以纯纺和混纺做各种衣料和针织品,如运动服、如运动服、休闲服以及单丝、复丝弹力丝袜等休闲服以及单丝、复丝弹力

12、丝袜等; 工业上主要利用工业上主要利用PA纤维制作轮胎帘子线、渔网、纤维制作轮胎帘子线、渔网、运输带和绳索等运输带和绳索等; 聚酰胺纤维的应用聚酰胺纤维的应用 在军事领域可用作降落伞等在军事领域可用作降落伞等; 尼龙单丝尼龙单丝.可用作钓鱼线、网球、羽毛球拍以及可用作钓鱼线、网球、羽毛球拍以及 牙刷毛牙刷毛(PA612).錦綸運動服錦綸運動服 羊毛中加入羊毛中加入锦纶锦纶的的毛衣毛衣 锦纶单丝锦纶单丝PA6 羊毛中加入羊毛中加入锦纶锦纶的的毛衣毛衣 锦纶锦纶绳梯 锦纶锦纶带 尼龙船用绳缆尼龙船用绳缆 尼龙渔网尼龙渔网 降落伞降落伞面料 尼龙球拍尼龙球拍线 尼龙拉链尼龙拉链 尼龙线尼龙线手套 通

13、用合成纤维(General Synthetic Fabrics)聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维是由聚酯树脂经过纺丝和后加工处理而得到的聚酯纤维是由聚酯树脂经过纺丝和后加工处理而得到的 一种合成纤维一种合成纤维,为目前发展速度最快、产量最大的合成纤维为目前发展速度最快、产量最大的合成纤维品种品种;聚酯纤维又称涤纶，的确良，特丽纶、达克纶、帝特纶聚酯纤维又称涤纶，的确良，特丽纶、达克纶、帝特纶等，主要品种等，主要品种PET是以对苯二甲酸二甲酯、乙二醇为原料，是以对苯二甲酸二甲酯、乙二醇为原料，经酯交换、缩聚、纺丝和纤维后加工等四个步骤而得经酯交换、缩聚、纺丝和纤维后加工等四个步骤而得.聚酯纤维的性能聚酯

14、纤维的性能 弹性好弹性好,弹性接近羊毛弹性接近羊毛,耐皱性超过其他一切纤维耐皱性超过其他一切纤维,弹性模量弹性模量比聚酰胺纤维高比聚酰胺纤维高; 强度大强度大,湿态下强度不变湿态下强度不变,其冲击强度比聚酰胺纤维高其冲击强度比聚酰胺纤维高4倍倍,比粘胶纤维高比粘胶纤维高20倍倍; 吸水性小吸水性小,纤维回潮率仅为纤维回潮率仅为0.4%-0.5%,电绝缘性好电绝缘性好,织物易织物易洗易干洗易干; 耐热性好于聚酰胺纤维耐热性好于聚酰胺纤维; 耐腐蚀性能较好耐腐蚀性能较好,耐磨性能仅次于聚酰胺纤维耐磨性能仅次于聚酰胺纤维,耐光性能则耐光性能则仅次于聚丙烯腈纤维仅次于聚丙烯腈纤维;聚酯纤维的品种聚酯纤

15、维的品种涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯（涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）经熔融纺丝制成的）经熔融纺丝制成的纤维；纤维；相对分子量相对分子量1500022000,特性粘度通常为特性粘度通常为0.62.68dL/g ； PET纺丝温度纺丝温度275295（PET熔点熔点262 ，软化点为，软化点为230-240、Tg80 ）；）；涤纶是最挺括的纤维，易洗，快干，免烫；涤纶是最挺括的纤维，易洗，快干，免烫；但透气性、吸湿性较差（可通过化学接枝或离子表面处理但透气性、吸湿性较差（可通过化学接枝或离子表面处理引入亲水基团）引入亲水基团）PET分子中含有酯基，易发生水解，故在纺丝时应严格控分子中含有酯基，

16、易发生水解，故在纺丝时应严格控制水分含量。制水分含量。聚酯纤维的品种聚酯纤维的品种PET成纤的结构成纤的结构：P PE ET T纤纤维维单单 丝丝原原 纤纤直径直径0.5mm，由数百个单丝组成由数百个单丝组成直径直径25um，由原纤组成由原纤组成直径直径10nm，由直径为，由直径为10nm的片晶堆砌而成，的片晶堆砌而成，片晶间由无定形区域连接片晶间由无定形区域连接在拉伸过程中，堆砌的片晶沿纤维轴方向取向，而在拉伸过程中，堆砌的片晶沿纤维轴方向取向，而在松弛过程中，堆砌的片晶发生扭曲在松弛过程中，堆砌的片晶发生扭曲聚酯纤维的品种聚酯纤维的品种 与与PET相比，相比，PBT柔性链节更长一些，柔性链

17、节更长一些，Tg（29）和）和Tm均会低一些，结晶速度较均会低一些，结晶速度较PET快快10倍，有极好的伸长弹性回复率，且柔软易染色倍，有极好的伸长弹性回复率，且柔软易染色；特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑雪裤等高弹性纺织品。雪裤等高弹性纺织品。COnCOOOCH24聚酯纤维的品种聚酯纤维的品种 1995年，年，Shell 公司研制成功，熔点公司研制成功，熔点230，Tg46；其主要物理性能均优于其主要物理性能均优于PET，柔软性和伸长弹性回复，柔软性和伸长弹性回复率介于率介于PBT和和PET之间；之间；能经受能经受射线消毒，开发功能性织物。射线

18、消毒，开发功能性织物。COnCOOOCH23涤纶涤纶32.1%羊毛67.9%涤纶涤纶织物 涤纶涤纶浸胶帘子布 涤纶涤纶带 男士游泳衣男士游泳衣PBT弹性弹性绷带绷带 product/4通用合成纤维(General Synthetic Fabrics)聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈（聚丙烯腈（PAN）简称腈纶，为目前世界上产量仅次于）简称腈纶，为目前世界上产量仅次于聚酯纤维和聚酰胺纤维的第三大品种的纤维材料聚酯纤维和聚酰胺纤维的第三大品种的纤维材料;聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融，在聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融，在280300下下分解，一次一般不能采用熔体纺丝，而是采用溶液纺丝法分解，一

19、次一般不能采用熔体纺丝，而是采用溶液纺丝法;腈纶是由聚丙烯腈和或含腈纶是由聚丙烯腈和或含85%以上丙烯腈的共聚物经溶以上丙烯腈的共聚物经溶液纺丝制成的合成纤维液纺丝制成的合成纤维.因丙烯腈纺织的纤维硬脆因丙烯腈纺织的纤维硬脆,且难以染且难以染色色;以腈纶为原料还可以制造阻燃的以腈纶为原料还可以制造阻燃的PAN基氧化纤维和碳纤维。基氧化纤维和碳纤维。聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚合物原料的制备：聚合物原料的制备： PAN均聚物：均聚物：AN的自由基聚合的自由基聚合 PAN共聚物：共聚物：AN与与A或或MAA等的自由基共聚等的自由基共聚 PAN相对分子量：相对分子量：5000080000性能：性能：

20、腈纶蓬松柔软、被誉为腈纶蓬松柔软、被誉为“人造羊毛人造羊毛”； 分子中具有氰基，具有优良的耐晒性，用于制作户外用分子中具有氰基，具有优良的耐晒性，用于制作户外用 织物，如帐篷、窗帘等；织物，如帐篷、窗帘等； 腈纶弹性模量高腈纶弹性模量高,仅逊于聚酯纤维仅逊于聚酯纤维,化学稳定性和耐热性也化学稳定性和耐热性也很好很好;聚丙烯腈地毯聚丙烯腈地毯预氧化Pan纤维纤维 腈纶腈纶野餐垫 65% 腈纶腈纶, 45%涤纶涤纶 通用合成纤维(General Synthetic Fabrics)丙纶丙纶丙纶由等规丙纶由等规PP经熔体纺丝而成经熔体纺丝而成,近年来发展速度很快近年来发展速度很快,和涤和涤纶、锦纶和

21、腈纶并称为四大合成纤维纶、锦纶和腈纶并称为四大合成纤维;相对分子量：相对分子量：1030万（非极性分子，提高分子量来提高万（非极性分子，提高分子量来提高纤维强度；纤维强度；分子量的增大导致熔体的粘度较大，纺丝温度比其熔点分子量的增大导致熔体的粘度较大，纺丝温度比其熔点要高很多要高很多 ,主要采用熔融挤压法纺丝；主要采用熔融挤压法纺丝；丙纶的吸湿性、染色性、耐热性都不好；丙纶的吸湿性、染色性、耐热性都不好；主要用途是制成扁丝、无纺布、地毯和主要用途是制成扁丝、无纺布、地毯和PP绳等。绳等。丙纶丙纶绳 丙纶地毯丙纶地毯 无纺布无纺布购物袋 尿不湿尿不湿 编织袋编织袋 通用合成纤维(General

22、Synthetic Fabrics)聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVA）又称维纶、维尼纶。工业上成纤用聚）又称维纶、维尼纶。工业上成纤用聚乙烯醇是以醋酸乙烯为单体，经缩聚生成聚醋酸乙烯，然乙烯醇是以醋酸乙烯为单体，经缩聚生成聚醋酸乙烯，然后进行醇解反应而得聚乙烯醇后进行醇解反应而得聚乙烯醇,纺丝处理后纺丝处理后,再经缩醛化而得再经缩醛化而得聚乙烯醇缩甲醛纤维一般缩醛度控制在聚乙烯醇缩甲醛纤维一般缩醛度控制在5%左右左右;维纶短纤维的外观形状接近棉花，因此有维纶短纤维的外观形状接近棉花，因此有“合成棉花合成棉花”之称，其长丝则似蚕丝。维纶吸湿率大，与棉花接近，导之称，其长丝则似蚕

23、丝。维纶吸湿率大，与棉花接近，导热性差，具有良好的保暖性；热性差，具有良好的保暖性； 聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维聚乙烯醇的熔融温度为聚乙烯醇的熔融温度为220240，在，在250以上完全分以上完全分解变色，且没有明显的稳定熔融态，故不能采用熔融法纺解变色，且没有明显的稳定熔融态，故不能采用熔融法纺丝，而是采用溶液纺丝法生产纤维。湿法纺丝法主要生产丝，而是采用溶液纺丝法生产纤维。湿法纺丝法主要生产短纤维，干法纺丝主要生产长丝短纤维，干法纺丝主要生产长丝;聚乙烯醇纤维的强度是棉花的聚乙烯醇纤维的强度是棉花的1.5-2倍倍,耐日光性、耐化学耐日光性、耐化学腐蚀、耐虫蛀性能均较好腐蚀、耐虫蛀性能均较好,

24、但染色性差，色泽不鲜艳；耐水但染色性差，色泽不鲜艳；耐水性较差，易收缩和变形；弹性较差，其织物不够挺括，易性较差，易收缩和变形；弹性较差，其织物不够挺括，易发生折皱发生折皱聚乙烯醇纤维的最大用途与棉混纺制成维棉混纺布或针聚乙烯醇纤维的最大用途与棉混纺制成维棉混纺布或针织品织品.通用合成纤维(General Synthetic Fabrics)聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维称氯纶、维尼纶。是以用聚氯乙烯树脂采聚氯乙烯纤维称氯纶、维尼纶。是以用聚氯乙烯树脂采用溶液纺丝的方法制得的用溶液纺丝的方法制得的;含氯纤维除了聚氯乙烯纤维外含氯纤维除了聚氯乙烯纤维外,还有偏氯纶还有偏氯纶(偏二氯乙烯和偏

25、二氯乙烯和氯乙烯的共聚物氯乙烯的共聚物)等等;氯纶的优点是耐化学腐蚀性、保暖性、阻燃性、耐晒、氯纶的优点是耐化学腐蚀性、保暖性、阻燃性、耐晒、耐磨、弹性都很好耐磨、弹性都很好,电绝缘性好电绝缘性好,强度接近棉纤维强度接近棉纤维;氯纶的缺点是耐热性差、沸水收缩率大以及染色困难等氯纶的缺点是耐热性差、沸水收缩率大以及染色困难等;特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)耐高温纤维耐高温纤维耐高温合成纤维主要有芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤耐高温合成纤维主要有芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚砜酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维和聚亚苯基苯并二恶维、聚砜酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维和聚

26、亚苯基苯并二恶唑纤维等唑纤维等;DuPont公司公司1962年发现的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（年发现的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（ 芳纶芳纶1313,Nomex），到），到1966年又发现聚对苯二甲酰对苯二胺年又发现聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（芳纶纤维（芳纶1414,Kevlar）芳香族聚酰胺纤维芳香族聚酰胺纤维COnCONHNH13COnCONHNH41芳纶芳纶1313芳纶芳纶1414这类聚合物的最大特点在于这类聚合物的最大特点在于:由于含有苯环由于含有苯环,分子链间存在刚性分子链间存在刚性或半刚性的高分子链或半刚性的高分子链,又能形成氢键又能形成氢键,耐热性高耐热性高;芳香族聚酰胺纤维芳香族聚

27、酰胺纤维 耐疲劳性和耐热老化性能优良耐疲劳性和耐热老化性能优良; 吸水、吸湿小吸水、吸湿小,由此引发的制品尺寸和力学性能变好小由此引发的制品尺寸和力学性能变好小; 耐有机溶剂和化学药品性能优良耐有机溶剂和化学药品性能优良; 电绝缘性能和阻燃性能优良电绝缘性能和阻燃性能优良; 纤维具有高强、高模量、高耐热性和热稳定性以及密度纤维具有高强、高模量、高耐热性和热稳定性以及密度 小的优点小的优点;芳香族聚酰胺纤维芳香族聚酰胺纤维芳纶芳纶1313分子结构中酰胺键与分子结构中酰胺键与苯环间位连接苯环间位连接间位苯环间位苯环 的共价键内旋转的共价键内旋转位能低，可旋转角度大位能低，可旋转角度大大分子是柔性链

28、结构，在力学大分子是柔性链结构，在力学性能上接近普通的柔性链纤维性能上接近普通的柔性链纤维但苯环含量高，耐热性能就但苯环含量高，耐热性能就远大于脂肪族纤维远大于脂肪族纤维芳纶芳纶1414纤维纤维对位连接的苯酰胺，酰胺对位连接的苯酰胺，酰胺键与苯环形成共轭结构键与苯环形成共轭结构内旋位能相当高，呈线性内旋位能相当高，呈线性刚性伸直链结构，分子排刚性伸直链结构，分子排列规整，结晶和取向极高列规整，结晶和取向极高溶致液晶聚合物，纤维的溶致液晶聚合物，纤维的强度和模量相当高强度和模量相当高在芳香族聚酰胺纤维的研究中发现，不仅其熔点高于热分解温度，在芳香族聚酰胺纤维的研究中发现，不仅其熔点高于热分解温度

29、，而且在常规有机溶剂中很难溶解，因此用普通的纺丝方法（熔体、而且在常规有机溶剂中很难溶解，因此用普通的纺丝方法（熔体、溶液）无法制得纤维；溶液）无法制得纤维； 液晶纺丝：液晶纺丝：1966年杜邦公司年杜邦公司 对位芳纶可溶解在浓硫酸中，达到临界浓度时，形成高分子液对位芳纶可溶解在浓硫酸中，达到临界浓度时，形成高分子液晶溶液，粘度会减小，通过干喷湿纺液晶纺丝技术纺出的纤维强度晶溶液，粘度会减小，通过干喷湿纺液晶纺丝技术纺出的纤维强度非常高；非常高；具有向列型液晶结构的纺丝原液通过喷丝孔时，在剪切力和伸长流具有向列型液晶结构的纺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

30、取向，动下，全体向列型液晶微区沿纤维轴向取向，在空气层中进一步伸长取向，在空气层中进一步伸长取向，随后在低温凝固裕中冷冻凝固成形、分子取向结构被保留下来这样随后在低温凝固裕中冷冻凝固成形、分子取向结构被保留下来这样得到高强度高模量的纤维。得到高强度高模量的纤维。芳香族聚酰胺纤维的加工芳香族聚酰胺纤维的加工芳纶芳纶1313凯夫拉（芳纶芳纶1414 芳纶芳纶1313加1414烤箱手套 聚酰亚胺纤维由均苯四酸二酐和芳香族二胺聚合经溶液聚酰亚胺纤维由均苯四酸二酐和芳香族二胺聚合经溶液纺丝后纺丝后,再经热处理环化而得再经热处理环化而得.产品外观为金黄色产品外观为金黄色,该纤维可在该纤维可在-150-34

31、0下使用下使用,具有高强度、高弹性、高具有高强度、高弹性、高 韧性、高度的耐原子辐射和高绝缘性能韧性、高度的耐原子辐射和高绝缘性能 。可用于宇宙航行、。可用于宇宙航行、 电气绝缘、核动力防护织物等电气绝缘、核动力防护织物等.耐高温纤维耐高温纤维聚苯并咪唑纤维聚苯并咪唑纤维(PBI)是美国塞拉尼斯公司研制开发并是美国塞拉尼斯公司研制开发并且工业化的耐高温、耐化学腐蚀、纺织加工性优良的且工业化的耐高温、耐化学腐蚀、纺织加工性优良的一种高科技纤维。一种高科技纤维。NNHCNHNC优点：优点： 耐高温性、阻燃性、尺寸稳定性和耐化学腐蚀性，还耐高温性、阻燃性、尺寸稳定性和耐化学腐蚀性，还有穿着舒适性等。

32、有穿着舒适性等。缺点：力学性能不太高；缺点：力学性能不太高；用途：用途： 特殊纺织制品：如宇航服、飞行服，太空飞船中密封垫、特殊纺织制品：如宇航服、飞行服，太空飞船中密封垫、救生衣；救生衣； 金属铸造、玻璃行业：隔热防护材料，如手套，工作服，金属铸造、玻璃行业：隔热防护材料，如手套，工作服，输送带。输送带。 氟纶：氟纶：90 酚醛纤维：酚醛纤维：3234 氯纶：氯纶：3537 芳纶：芳纶：3334 PBI：41 腈氯纶：腈氯纶：2631 维氯纶：维氯纶：3033222%100%OLOION极限氧指数：极限氧指数：纤维点燃后在氧纤维点燃后在氧-氮混合气中维持燃氮混合气中维持燃烧所需的最低含氧量的

33、体积分数。烧所需的最低含氧量的体积分数。LOI%21%即为阻燃纤维即为阻燃纤维无机阻燃剂：氢氧化铝（镁）、氧化锡等；无机阻燃剂：氢氧化铝（镁）、氧化锡等；有机阻燃剂：磷酸三辛酯、磷酸丁乙醚酯、十溴二苯醚等有机阻燃剂：磷酸三辛酯、磷酸丁乙醚酯、十溴二苯醚等6.3 特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维 第一代氯纶：无规立构，第一代氯纶：无规立构，Tg75 ，分子量，分子量610万，万，具有耐腐蚀性好、抗静电和保暖功效具有耐腐蚀性好、抗静电和保暖功效；第二代氯纶：高间规度，低温

34、聚合产物，第二代氯纶：高间规度，低温聚合产物，Tg100 ，溶液纺丝。溶液纺丝。 乳液纺丝乳液纺丝； 耐腐蚀、耐酸碱耐腐蚀、耐酸碱。特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维弹性纤维是指具有类似橡胶丝的高伸长性弹性纤维是指具有类似橡胶丝的高伸长性(400%)和回弹力和回弹力的一类纤维的一类纤维.通常用于制造各种紧身衣、运动衣、游泳衣以及通常用于制造各种紧身衣、运动衣、游泳衣以及各种弹性织物各种弹性织物.目前主要品种有聚氨酯弹性纤维和聚丙烯酸酯目前主要品种有聚氨酯弹性纤维和聚丙烯酸酯 弹性纤维弹性纤维.聚氨酯纤维俗称氨纶聚氨酯纤维俗称氨纶,是由柔性链段和刚性

35、链段组成的嵌段共是由柔性链段和刚性链段组成的嵌段共 聚物聚物,低熔点、无定形的软链段作为母体，高熔点、结晶的硬低熔点、无定形的软链段作为母体，高熔点、结晶的硬 链段嵌在其中；链段嵌在其中；其中软链段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚组成，其中软链段由非晶性脂肪族聚酯或聚醚组成，Tg：-70-50 ， 常温下为高弹态；常温下为高弹态；纤维纤维硬链段由结晶性的芳香族二异氰酸酯等组成，在应力作用下不变硬链段由结晶性的芳香族二异氰酸酯等组成，在应力作用下不变 形；形；且对脂肪族二胺进行了交联且对脂肪族二胺进行了交联,故氨纶具有故氨纶具有500%800%的伸长，回的伸长，回 复性也非常出众复性也非常出众,可达可达

36、95%以上；以上； 6.3 特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维合成纤维的缺点之一是吸湿性差合成纤维的缺点之一是吸湿性差,吸湿性纤维的主要品种吸湿性纤维的主要品种是是PA46纤维纤维,该纤维的吸湿性优于目前所有的锦纶品种该纤维的吸湿性优于目前所有的锦纶品种, 与棉花与棉花 相似相似.从分子结构上来说从分子结构上来说,一方面其主链上的极性酰一方面其主链上的极性酰 胺健密度大胺健密度大,另一方面无侧基或苯环存在的位阻效应另一方面无侧基或苯环存在的位阻效应.近年来出现了一些新型的吸湿性纤维的品种近年来出现了一些新型的吸湿性纤维的品种,如高吸湿性如高吸湿性

37、腈纶、亲水丙纶等腈纶、亲水丙纶等,主要是通过改变纤维的物理结构来实主要是通过改变纤维的物理结构来实 现的现的.如增加纤维的内部微孔如增加纤维的内部微孔,使纤维的截面异性化以及纤使纤维的截面异性化以及纤维的表面粗糙化等维的表面粗糙化等,特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维合成纤维的缺点之一是容易带静电合成纤维的缺点之一是容易带静电.这是由于分子链中的共这是由于分子链中的共 价键难以传递电子价键难以传递电子,使得纤维可能存在放电和吸尘等危害使得纤维可能存在放电和吸尘等危害,采用抗静电剂对织物进行表面处理而获得的防静电织物；采用抗静电剂对织物进行表面处理而

38、获得的防静电织物；通过织造工艺直接获得防静电织物，如在合成纤维制造通过织造工艺直接获得防静电织物，如在合成纤维制造过程中，在聚合阶段用共聚方法引入抗静电剂，如加入过程中，在聚合阶段用共聚方法引入抗静电剂，如加入0.10.5%的纳米的纳米TiO2、Cr2O3、ZnO、Fe2O3等，通过纺丝等，通过纺丝制成具有抗静电效果的纤维；或者直接加入导电纤维进行制成具有抗静电效果的纤维；或者直接加入导电纤维进行混纺。混纺。特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维纤度（线密度）纤度（线密度） ：表征纤维粗细的指标，：表征纤维粗细的指标，1000m长纤长纤维质量的维质量的

39、1/10质量（质量（g）表示，单位分特（）表示，单位分特（dtex）。）。1 dtex=1g/10000m7.0 dtex：1000m纤维重纤维重0.7g纤维根据纤度分为：纤维根据纤度分为：粗旦纤维：粗旦纤维：7.0dtex;中旦纤维：中旦纤维：7.02.4dtex;细旦纤维：细旦纤维：2.41.0dtex;微细纤维：微细纤维：1.00.3dtex;超细纤维：超细纤维：0.3dtex纤维纤维超细合成纤维制作的关键：纺丝工艺和技术；超细合成纤维制作的关键：纺丝工艺和技术；超细纤维长丝和短丝制作工艺也有差别；超细纤维长丝和短丝制作工艺也有差别；超细合成纤维的结构可分为单一结构和复合结构两种，复超细

40、合成纤维的结构可分为单一结构和复合结构两种，复合结构超细纤维可由两种不同纤维通过复合纺丝工艺制备。合结构超细纤维可由两种不同纤维通过复合纺丝工艺制备。 复合纤维结构类型复合纤维结构类型：. .皮芯结构皮芯结构并列结构并列结构橘瓣结构橘瓣结构带形结构带形结构海岛结构海岛结构1、超细纤维由于直径很小、超细纤维由于直径很小,因此其弯曲刚度很小因此其弯曲刚度很小,纤维手感特别柔软纤维手感特别柔软 纤维性能纤维性能2、超细纤维的比表面积很大，覆盖性、蓬松性和保暖性有明显提、超细纤维的比表面积很大，覆盖性、蓬松性和保暖性有明显提高高 ，具有极强的清洁功能；，具有极强的清洁功能； 3、将超细纤维制成超高密织

41、物将超细纤维制成超高密织物,纤维间的空隙介于水滴直径和水蒸纤维间的空隙介于水滴直径和水蒸汽微滴直径之间汽微滴直径之间,因此超细织物具有防水透汽效果；因此超细织物具有防水透汽效果；4、超细纤维在微纤维之间具有许多微细的孔隙、超细纤维在微纤维之间具有许多微细的孔隙,形成毛细管构造形成毛细管构造,如果加工成可被水润湿的毛巾类织物如果加工成可被水润湿的毛巾类织物,则具有高吸水性则具有高吸水性 特种合成纤维(Particular Synthetic Fabrics)纤维纤维凝胶纺丝是近二十年来逐渐发展起来的一种新型纺丝技术凝胶纺丝是近二十年来逐渐发展起来的一种新型纺丝技术.目目前已经由荷兰、美国和日本等

42、国家实现了工业化前已经由荷兰、美国和日本等国家实现了工业化.凝胶纺丝制得纤维的突出优点是具有高强度和高模量凝胶纺丝制得纤维的突出优点是具有高强度和高模量,一般把一般把强度超过强度超过20g/d,模量超过模量超过500g/d的纤维称为高强度、高模量纤维的纤维称为高强度、高模量纤维凝胶纺丝是使得普通柔性链的成纤聚合物获得较理想结构凝胶纺丝是使得普通柔性链的成纤聚合物获得较理想结构,和和实现高性能的最有效的方法实现高性能的最有效的方法,目前成功的品种有超高相当分子质目前成功的品种有超高相当分子质量的量的PE纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维等纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维等.的过程的过程第一步：把超

43、高相对分子质量的聚合物溶解成半稀溶第一步：把超高相对分子质量的聚合物溶解成半稀溶液，让它依次经过脱泡、过滤、计量、纺丝从凝固浴液，让它依次经过脱泡、过滤、计量、纺丝从凝固浴的冷凝，形成含有大量溶剂的凝胶丝条。的冷凝，形成含有大量溶剂的凝胶丝条。第二步：将凝胶丝条经受超倍热拉伸（第二步：将凝胶丝条经受超倍热拉伸（20倍），同时倍），同时除去溶剂。除去溶剂。的过程的过程凝胶纺丝过程属于溶液纺丝的范畴凝胶纺丝过程属于溶液纺丝的范畴,但不同于一般的但不同于一般的干法纺丝和湿法纺丝干法纺丝和湿法纺丝.基本区别在于纺丝原液在凝固成基本区别在于纺丝原液在凝固成型过程中型过程中,溶液基本上不扩散溶液基本上不扩

44、散,几乎全部滞留在初生丝条几乎全部滞留在初生丝条中中.即在凝固浴中只发生热交换即在凝固浴中只发生热交换,基本上无物质的交换基本上无物质的交换,凝胶丝条只有经过超倍拉伸凝胶丝条只有经过超倍拉伸(拉伸比大于拉伸比大于20倍的拉伸倍的拉伸).去除溶液去除溶液(加热和萃取加热和萃取)等工艺处理过程后等工艺处理过程后,才能称为超才能称为超高强度和模量的纤维高强度和模量的纤维,所以这种方法又被称为凝胶纺丝所以这种方法又被称为凝胶纺丝-超拉伸法超拉伸法(gel apinning-altra-drawing)的基本特征的基本特征凝胶纺丝的一个显著特征是采用超高分子量的聚合凝胶纺丝的一个显著特征是采用超高分子量

45、的聚合物为原料物为原料, 超高相对分子质量超高相对分子质量(如如UHMWPE,100万万) 纤维中由分子链末纤维中由分子链末端造成的结构缺陷越端造成的结构缺陷越少少.利于强度提高利于强度提高 可承受的最大拉伸可承受的最大拉伸倍数就越大倍数就越大,利于超利于超倍拉伸的实现倍拉伸的实现但溶液粘但溶液粘度大度大,成成型困难型困难的基本特征的基本特征凝胶纺丝的另一个显著特征是纺丝溶液浓度较低凝胶纺丝的另一个显著特征是纺丝溶液浓度较低,一一般介于浓溶液和稀溶液之间般介于浓溶液和稀溶液之间,称为半稀溶液称为半稀溶液,半稀溶液半稀溶液 利于超高相对分子利于超高相对分子质量聚合物的溶解质量聚合物的溶解 利于降

46、低溶液的粘利于降低溶液的粘度度,进而提高纺丝溶进而提高纺丝溶液的流动性和可纺性液的流动性和可纺性 浓度越稀浓度越稀,则溶液则溶液中大分子间缠结点越中大分子间缠结点越少少,缠结点间的统计缠结点间的统计链节数越大链节数越大,利于超利于超倍拉伸倍拉伸 但浓度太小但浓度太小,会造会造成生产成本增加成生产成本增加. 同时浓度太小同时浓度太小,会会使得大分子间缠结过使得大分子间缠结过少少.不利于应力间的不利于应力间的传递传递,会造成分子链会造成分子链间的滑移间的滑移,反而不利反而不利于拉伸于拉伸.的基本特征的基本特征凝胶纺丝的第三显著特征是拉伸比大凝胶纺丝的第三显著特征是拉伸比大,一般总拉伸比一般总拉伸比

47、要大于要大于20倍倍,因超高强度和模量纤维的主要结构特征之因超高强度和模量纤维的主要结构特征之一是在有大量缠结分子存在的同时一是在有大量缠结分子存在的同时,晶区和非晶区中大晶区和非晶区中大分子链充分伸展分子链充分伸展.超倍拉伸的作用体现在不仅使大分子取向超倍拉伸的作用体现在不仅使大分子取向,使得分子使得分子间作用力增加间作用力增加;促进应力诱导结晶促进应力诱导结晶,增加结晶度增加结晶度,更为重更为重要的是使得纤维在拉伸过程中出现伸直链结晶要的是使得纤维在拉伸过程中出现伸直链结晶.同种结晶聚合物不同结晶形态的力学强度的大小顺同种结晶聚合物不同结晶形态的力学强度的大小顺序序:伸直链晶体串晶球晶伸直

48、链晶体串晶球晶.问问题题1 为使得柔性成纤聚合物纤维实现超高强化为使得柔性成纤聚合物纤维实现超高强化,从结构角度分析从结构角度分析, 应从哪几方面入手应从哪几方面入手？1 提高聚合物分子量提高聚合物分子量 2 减少非晶区分子链间缠结减少非晶区分子链间缠结 3 减少晶区折叠链含量减少晶区折叠链含量,增加伸增加伸直链的含量直链的含量; 4 非晶区均匀地分散在晶区基非晶区均匀地分散在晶区基质中质中; 强度达到强度达到2.23.5GPa，而芳纶，而芳纶1414强度为强度为2.152.58GPa； 具有很好的耐疲劳性和耐磨擦性；具有很好的耐疲劳性和耐磨擦性； 耐冲击性能强于芳纶、碳纤维、聚酯，仅小于尼龙

49、；在高强耐冲击性能强于芳纶、碳纤维、聚酯，仅小于尼龙；在高强纤维中，它是最高的；纤维中，它是最高的； 耐光性是所有纤维中最好的；耐光性是所有纤维中最好的； 优良的耐化学腐蚀性：经强酸、强碱优良的耐化学腐蚀性：经强酸、强碱2000h浸泡，高强浸泡，高强PE的的强度能保持在强度能保持在90%以上，而芳纶只有原来的以上，而芳纶只有原来的20%； 热性能：熔点热性能：熔点144 ,一般只能在一般只能在80以下使用。以下使用。 绳索类：由于聚乙烯强度高、模量高、密度小、耐腐蚀绳索类：由于聚乙烯强度高、模量高、密度小、耐腐蚀性好，因此特别适合用作海洋航行用绳索。降落伞用绳，性好，因此特别适合用作海洋航行用

50、绳索。降落伞用绳，高强聚乙烯纤维也是首选对象高强聚乙烯纤维也是首选对象； 防弹材料：高强聚乙烯纤维优良的吸收冲击能量的本领、防弹材料：高强聚乙烯纤维优良的吸收冲击能量的本领、纤维的可加工性及特别小的密度都使它在作防弹或防切割纤维的可加工性及特别小的密度都使它在作防弹或防切割衣服方面具有其他纤维无法比拟的优点。衣服方面具有其他纤维无法比拟的优点。 用作防刺。防锯和防割等防护手套和防护服装等用作防刺。防锯和防割等防护手套和防护服装等;其复合材料可用作头盔和光缆的防护层等其复合材料可用作头盔和光缆的防护层等.防防 弹弹 衣衣高比强度的降洛伞绳索高比强度的降洛伞绳索防护手套防护手套其具有很高的机械强度其具有很高的机械强度,与芳香族聚酰胺相当与芳香族聚酰胺相当,可用作可用作其他聚合物的增强材料其他聚合物的增强材料;.其具有较高的耐热性能其具有较高的耐热性能,140热环境中热环境中,其抗拉强度不其抗拉强度不变变,可用于制作轮胎帘子布。输送带。传送带等可用于制作轮胎帘子布。输送带。传送带等;具有高的抗碱腐蚀性具有高的抗碱腐蚀性,可用作混凝土或其他水泥物系可用作混凝土或其他水泥物系的增强材料的增强材料;具有高的耐磨性具有高的耐磨性,可用作离合器摩擦片。抛光轮和研可用作离合器摩擦片。抛光轮和研磨盘等磨盘等;还是石棉的优质代用品还是石棉的优质代用品.特种