化学纤维的基本知识课件

1、化学纤维的基本知识一、化学纤维的发展历史二、化学纤维的主要品种四、化学纤维的品质指标主要内容五、化学纤维的制备过程六、化学纤维的结构与性能三、化学纤维的基本概念 一、化学纤维的发展历史1884年 第一根化学纤维硝酸酯纤维素纤维问世1-计量泵2-喷丝头3-纺丝线4-纺丝甬道5、6、7-导丝及卷绕机构8、9-干燥气体入口与出口 法国，Chardonnet干法纺丝示意图一、化学纤维的发展历史1901年 纤维素的铜氨经化学处理和机械加工制得 铜氨纤维1905年 采用二硫化碳和碱对纤维素处理，得到溶 解性纤维素黄酸酯，经纺丝及后加工制成 粘胶纤维醋酸纤维，再生蛋白质纤维湿法纺丝示意图一、化学纤维的发展历

2、史1935年 首次合成了PA66，经熔融纺丝制成了尼龙66美国，Carothers1941年 首次合成了PA6，并实现了尼龙6的工业化生产德国，Schlack一、化学纤维的发展历史熔融纺丝示意图1946年 聚氯乙稀纤维实现了工业化50年代中期 聚丙烯腈纤维，聚乙烯醇 缩甲醛纤维，聚酯等相继问世1960年 聚丙烯纤维实现了工业化1962年 合成纤维超过羊毛1967年 合成纤维超过再生纤维， 与棉花持平一、化学纤维的发展历史70年代 第二代化学纤维“差别化纤维”问世第三代化学纤维也相继问世芳纶1414聚四氟乙烯纤维PU，TPU芳纶1413光导纤维碳纤维纤维家族的成员基本均已亮相大豆蛋白纤维 李观齐

3、！二、化学纤维的主要品种1.纤维 是一种细长形状的物体，其长度与直径之比至少为10：1，其截面积小于0.05mm2。纺织应用的纤维，其长度与直径之比至少为1000：1。2.纤维分类植物纤维：棉，麻动物纤维：羊毛，蚕丝，蜘蛛丝矿物纤维：石棉天然纤维化学纤维二、化学纤维的主要品种组成分类再生纤维：天然聚合物经化学和机械加工制得合成纤维：合成聚合物经化学和机械加工制得无机纤维：无机物经化学和机械加工制得3.化学纤维分类制造方法分类湿法纺丝纤维干法纺丝纤维熔体纺丝纤维干湿法纺丝、液晶纺丝、冻胶纺丝、静电纺丝二、化学纤维的主要品种原料来源分类再生纤维合成纤维再生蛋白质纤维酪盶，丝盶纤维大豆，花生，玉米蛋

4、白纤维杂链纤维纤维素酯纤维：二醋酯纤维，纤维素硝酸酯纤维溶剂纺纤维素纤维：Lyocell其他：甲壳质纤维，海藻纤维再生纤维素纤维：粘胶纤维，铜氨纤维碳链纤维聚酰胺纤维聚酯纤维聚氨酯弹性纤维聚酰亚胺、聚甲醛、聚脲纤维等聚丙烯腈纤维聚烯烃纤维含氟纤维，聚乙烯醇纤维等含氯纤维二、化学纤维的主要品种4.化学纤维的主要品种4.1聚酯纤维聚对苯二甲酸乙二酯纤维（涤纶，PET）阳离子染料可染共聚酯纤维（CDPET）聚对苯二甲酸丙二酯纤维（PTT）聚对苯二甲酸丁二酯纤维（PBT）聚萘二甲酸乙二酯纤维（PEN）聚乳酸（PLA）二、化学纤维的主要品种PETPBTCDPPENPTT二、化学纤维的主要品种4.2脂肪族

5、聚酰胺纤维聚己内酰胺纤维（尼龙6，PA6）聚己二酰己二胺纤维（尼龙66，PA66）聚己二酰丁二胺纤维（尼龙46，PA46）4.3芳香族聚酰胺纤维聚间苯二甲酰间苯二胺纤维（芳纶1313，Nomex）聚对苯二甲酰对苯二胺纤维（芳纶1414，Kevlar）PA6芳纶1313PA46PA66芳纶1414二、化学纤维的主要品种4.4聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维（其他单体含量15%）腈氯纶改性聚丙烯腈纤维4.5聚烯烃纤维聚丙烯纤维（丙纶，PP）聚乙烯纤维（乙纶，PE）超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）二、化学纤维的主要品种PAN腈氯纶改性腈纶PPPE二、化学纤维的主要品种4.6聚乙烯醇纤维聚乙烯醇缩甲醛纤维

6、（维纶，维尼纶）聚乙烯醇氯乙烯接枝共聚物纤维（维氯纶）4.7聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维（氯纶）氯化聚氯乙烯纤维（过氯纶）氯乙烯与偏二氯乙烯共聚纤维（偏氯纶）4.8弹性纤维聚氨酯纤维（氨纶，PU，TPU）二、化学纤维的主要品种聚乙烯醇氯纶过氯纶偏氯纶二、化学纤维的主要品种4.9纤维素纤维粘胶纤维溶剂纺纤维素纤维（Tencel，Newcell，Lyocell）三、化学纤维的基本概念1.1长丝长度以千米计量的连续的化学纤维丝条。1.化学纤维的一般名称单丝，少于6根单纤维组成的连续丝条，直径在0.082mm的单丝称为鬃丝。复丝，几十根几百根单纤维组成的连续丝条。帘线丝，一百多根几百根单纤维组成的连续丝条

7、，用于制造轮胎帘子线。三、化学纤维的基本概念1.2短纤维化学纤维丝束经切断而成的一定规格长度的短段纤维，也称切段纤维。棉型纤维，长度：2538mm，纤度：1.31.7dtex。毛型纤维，长度：70150mm，纤度：3.37.7dtex。中长型纤维，长度：5176mm，纤度：2.23.3dtex。三、化学纤维的基本概念1.3牵切纤维化学纤维丝束经拉伸纵向断裂而成的长度不相等（而有一定比例）的短纤维，也称不等长短纤维。1.4预取向丝（POY）经高速纺丝制得的取向度在未取向丝和拉伸丝之间的长丝。1.5变形丝（变形纱）具有（或潜在的具有）卷曲、螺旋、环圈等外观特性而呈现蓬松性、伸缩性的长丝纱。三、化学

8、纤维的基本概念方法：假捻法（DTY）、空气喷射法（ATY）、热气流喷射法、填塞箱法和赋形法。2.化学纤维的特殊名称2.1差别化纤维泛指对常规化纤品种有所创新或赋予某些特性的化学纤维，指在现有化学纤维基础上经过化学改性或物理改性的化学纤维。化学改性：CDP，高收缩PAN物理改性：异形，超细三、化学纤维的基本概念2.2高性能纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、耐气候等性能的纤维。芳纶、碳纤维、超高强聚乙烯纤维、聚苯并咪唑纤维（PBO）、聚四氟乙烯纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维。2.3功能纤维泛指在一般纤维具有的物理机械性能基础上，具有某种特殊功能的纤维。抗菌、变色、芳香、磁性、储能、发光、防

9、辐射、抗紫外、远红外、负氧离子发生纤维。三、化学纤维的基本概念2.4异形纤维经一定的几何形状（非圆形）的喷丝孔纺制的具有特殊横截面形状的化学纤维。五叶形仿真丝扁平形仿麻带状仿羚羊毛哑铃形仿兔毛三、化学纤维的基本概念2.5复合纤维亦称“双组分纤维”“多组分纤维”，由两种或两种以上聚合物用复合纺丝法纺制而成。2.6共混纤维即聚合物共混纤维，亦称“双组分纤维”“多组分纤维”，指通过两种或多种聚合物熔体混合后纺成的化学纤维。三、化学纤维的基本概念三、化学纤维的基本概念2.7超细纤维0.31.02.4纤度(dtex)0.55细旦丝细旦丝微细丝超细丝欧洲超细丝日本dpf0.55dtex 超细纤维四、化学纤

10、维的品质指标1.纤维长度评定化学短纤维的特有指标。1.1名义长度亦称切断。棉型纤维超过名义长度5mm并小于名义长度的2倍者，中长型及毛型纤维超过名义长度10mm并小于名义长度2倍者称为超长纤维，纤维长度超过名义长度2倍及以上者称为倍长纤维。1.2长度偏差率四、化学纤维的品质指标2.细度和线密度线密度（纤度）：单位长度的纤维质量，法定单位为特克斯（tex），其十分之一为分特（dtex）。分特：10000米长的纤维重1克，其纤度为1分特（dtex）。旦尼尔（旦）：9000米长的纤维重1克，其纤度为1旦。分特1.1旦尼尔数四、化学纤维的品质指标公制支数（公支）：1克重的纤维长1米，其纤维支数为1公支

11、。公支数分特数100003.吸湿性通常将纤维吸收或放出气态水的能力称为吸湿性；将其吸收或放出液态水的能力称为吸水性。四、化学纤维的品质指标四、化学纤维的品质指标4.密度5.热收缩指受热条件下纤维形态尺寸的收缩，温度降低后不可逆。四、化学纤维的品质指标6.拉伸性能反应纤维拉伸过程中受力与变形之间的关系。四、化学纤维的品质指标6.1断裂强力和断裂强度断裂强力：绝对强力或断裂负荷。断裂强度：绝对强力对纤度或截面积的相对值。四、化学纤维的品质指标四、化学纤维的品质指标打结强度（结节强度）：将一根纤维在中央打结后测得的断裂强度，反映纤维耐受弯曲、扭转的能力。钩接强度（对拉强度）：指两根纤维互套成环状后测

12、得的断裂强度，与纤维抗弯性能有关。6.2断裂伸长和断脱伸长四、化学纤维的品质指标绝对伸长：拉伸至断裂时的试样长度与试样原长度之差。相对伸长：亦称断裂伸长率（延伸度）。指绝对伸长与试样长度之比，以百分率表示。断脱伸长率：拉伸至完全断脱的伸长率四、化学纤维的品质指标亦称弹性模量或杨氏模量，表示试样在小负荷下变形的难易程度，反映了材料的刚性。一般通过测量其伸长1时的负荷求出。6.3初始模量6.4断裂功拉伸至断裂时外力所做之功。反映了纤维的韧性。四、化学纤维的品质指标6.5回弹性一次负荷回弹性质多次循环负荷回弹性质定负荷回弹率，测定时对每个试样施加一定的负荷定伸长回弹率，测定时固定给予一定的伸长四、化

13、学纤维的品质指标7.耐疲劳性亦称耐多次变形性或疲劳强度。 疲劳是在较小的外力长时间作用或反复多次作用下材料被破坏的现象。如拉伸疲劳、弯曲疲劳等。 纤维的疲劳强度通常用一定的循环应力的次数，即坚牢度表示。次数愈多，纤维的耐疲劳性愈好。 一般说来，回弹性较好的纤维，其耐疲劳性就较高。化学纤维主要品种中，锦纶的耐疲劳性最好。四、化学纤维的品质指标8.耐磨性是纤维抵抗磨损能力的量度。所谓磨损，一般指材料由于机械作用从固体表面不断失去少量物质的现象，即两个固体表面接触作相对运动时，伴随着摩擦引起的减量过程。纤维耐磨性的测试仪器有许多。一般是以纤维在耐磨试验仪器上所测得的断裂强度的降低或质量的损失程度来表

14、征纤维、纱线或织物耐磨性的好坏。锦纶在主要化学纤维品种中耐磨性最好，因此在袜类、绳索等方面占有稳定的市场。四、化学纤维的品质指标9.变形丝的卷缩性能表示变形丝的弹性及卷缩程度的指标，为变形丝加重负荷时的长度与加轻负荷时长度之差，与轻负荷时的长度之比。四、化学纤维的品质指标10.对高温作用的稳定性耐热性：表征纤维在升高温度下测得的机械性能的变化，这种变化在回复至常温时往往能够恢复（属于可复变化），因此亦称物理耐热性。热稳定性：表征纤维受热后，机械性能的不可复变化，这种变化是将纤维加热并冷却至常温后测得的，系聚合物发生了降解或化学变化所致，因此亦称化学耐热性。主要化学纤维品种中，粘胶纤维耐热性最好

15、，而涤纶的热稳定性最好。四、化学纤维的品质指标11.对化学试剂作用的稳定性是纤维抵抗化学试剂作用的能力的量度。 化学纤维对化学试剂作用的稳定性主要决定于其聚合物的结构。一般碳链化学纤维比杂链化学纤维对酸碱的稳定性好。但与侧基也有关系，例如腈纶的大分子链上有氰基，因此不耐强碱。12.对日光和大气作用的稳定性是纤维抵抗气候条件引起的性能变化能力的量度。 主要是由于日光和空气中的氧引起的，因此提高纤维的耐气候性是提高其光稳定性和氧化稳定性。腈纶的大分子中有氰基，能吸收紫外线并把光能转化为热能，保护聚合物不受破坏，因此其耐候性最好。四、化学纤维的品质指标13.阻燃性材料所具有的减、终止 或防止有焰燃烧

16、的特性。限氧指数，亦称极限氧指数或氧指数，符号为LOI，即在规定的试验条件下，氮氧混合物中，材料刚好能保持燃烧状态所需的最低氧浓度。四、化学纤维的品质指标垂直法是燃烧试验法中的一种。其特点是火焰的位置与试样垂直。这是测定燃烧蔓延的程度（炭化面积及炭化距离）、残焰时间、残烬时间及余烬时间的方法。按照这种方法评定的材料，A级的为完全不燃材料；B1级的为难燃材料；B2 级的为可燃材料；B3级的为易燃材料。14.染色性包含内容可采用的合适染料可染得色谱是否齐全及深浅程度染色工艺实施得难易染色均匀性及染色后的各项染色牢度影响因素染料纤维复合物的性质染色速度染色亲和力五、化学纤维的制备过程 原料制备。高分

17、子化合物的合成（聚合）或天然高分子化合物的化学、物理处理和机械加工。 纺前准备。纺丝熔体或纺丝溶液的制备。 纺丝。纤维的成型。 后加工。纤维的后处理。1.原料制备1.1成纤聚合物的基本性质五、化学纤维的制备过程对成纤聚合物的一般要求：聚合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；聚合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；聚合物应具有适当高的平均分子量和较窄的分子量分布；聚合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。 成纤聚合物必须在熔融时不分解，或能在普通的溶剂中溶解而形成浓溶液，并具有充分的成纤能力和随后使纤维性能强化的

18、能力，保证最终所得纤维具有一定的良好综合性能五、化学纤维的制备过程1.2原料制备再生纤维素纤维和纤维素酯纤维的原料制备过程，是将天然高分子化合物经一系列的化学处理和机械加工，除去杂质，并使其具有能满足纤维生产的物理和化学性能。五、化学纤维的制备过程合成纤维的原料制备过程，是将有关单体通过一系列化学反应，聚合而成具有一定官能团、一定平均分子量和分子量分布的线型聚合物。2.纺丝流体的制备2.1纺丝熔体的制备2.1.1切片干燥2.1.2切片的熔融切片干燥的目的是除去水分，提高聚合物的结晶度与软化点。在高温下易发生热裂解、热氧化裂解和水解等反应；熔体中的水分气化，会使纺丝断头率增加。聚合物的结晶度和软

19、化点提高，这样的切片在输送过程中不易因碎裂而产生粉末，同时也避免在螺杆挤出机中过早地软化粘结而产生“环结阻料”现象。五、化学纤维的制备过程3.化学纤维的纺丝成形五、化学纤维的制备过程4.化学纤维的后加工拉伸，定型，变形.六、涤纶的结构、性能与用途1.涤纶的结构1.1分子内结构两端有两个相同的羟乙基，中间一个苯环，每个重复单元是由酯基连接成为对称苯环结构线型大分子。这种结构有利于相邻大分子彼此镶嵌堆砌，也就是说PET大分子有紧密的敛集能力。 重复单元中含有柔软的链段和移动困难的苯环。酯基和苯环形成共扼的整体，链统刚性基团自由旋转时，柔软的链段不能单独转动，只能和苯环作一个共同的整体一起扳动。因此

20、PET大分子链表现很大的刚性，使PET纤维表现出一些固有的特征，如熔点较高、纤维的刚性较大、强度较高等。六、涤纶的结构、性能与用途（1）分子量和分子量分布成纤PET的平均分子量不能低于13000，纤维级PET的聚合度应在100左右，分子链长度约为I07.5nm，分子量约20000。制造高强度产业用绍的聚酯，平均聚合度应更高些，平均分于量约为30000，分子链长度150200 M M较为合适。 （2）端基结构从理论上讲，PET分子中只应有一个端羟基。但由于水解、热降解及杂质的存在，聚酯中有羧基及其盐和醛基，用DMT法生产的聚酯可能有甲羟基存在。聚酯中总端基数与相对粘度有一定的关系，即随着相对粘度

21、的提高，总端基数量下降。 六、涤纶的结构、性能与用途（3）老化结构和凝胶由于杂质的存在和副反应的原因，聚酯中可能存在着支链结构。老化导致分干量分布变宽，从纤维加工过程中裁留在过滤介质上的物质分析结果得知，聚酯中含有不熔的凝胶交联网状结构的物质，其形成原因可能是原料中含有或副反应中生成三官能团以上的化告物所致。 （4）醚链节和环状齐聚物醚链节的存在主要是因为EG脱水生成DEG(二甘酵)与对苯二甲酸反应，结合到大分子的主链中。醚链节的存在有利于改善PET染色性能。故有些厂家如美田杜邦公司在缩聚之前，加入少量的DEG，以保证聚合物中DEG含量稳定，以提高聚酯的染色性能。 六、涤纶的结构、性能与用途1

22、.2构象相同的聚酯大分子的构象可以相互转变，在不同的环境和加工条件下两种构象的比例不同。在低位能态时，旁式构象的浓度较大；高位能态时，反式构象的浓度较大。无序态时，旁式构象的浓度较大；有序态时，反式构象的浓度较大。PET纤维的很多特性及其加工过程皆可以通过构象浓度予以解释。六、涤纶的结构、性能与用途1.3超分子结构超分子结构又称物理结构、聚集态结构、分子外结构，也有人称为凝聚结构。（1）非晶结构处于熔融态或从熔体迅速冷却得到的玻璃体，是完全的非晶状态，非晶态结构为无规线团模型。也就是说，PET分子链在其本体的非晶态结构中是无干扰的，呈无规构象。大分子呈旁式构象。无定形聚酯保留原液体特征，通常外

23、观是透明的。 （2）结晶结构PET在玻璃化转变温度以上至熔点的温度范围内，或从溶液中析出时，分子链相互作用就会按严格的次序规整的排列起来，形成结晶结构。 六、涤纶的结构、性能与用途（1）取向结构半结晶性PET，分子链在外界条件的影响下，其反式构象浓度增加，大分子沿一定方向有序排列，这种现象称为取向。2.涤纶的性能2.1化学性质（1）水解水存在时，高温高压下很容易进行水解反应。六、涤纶的结构、性能与用途（2）热降解聚酯的分子结构是具有对称苯环结构的线型大分子分子链上官能团排列整齐，故其耐热性能极佳，其软化点和熔点较其它纤维级树脂高。加入磷酸酯可以提高其热稳定性。六、涤纶的结构、性能与用途（3）热

24、氧化降解对漂白剂、亚硫酸钠、过氧化氢等氧化剂有相应的稳定性。 （4）醇解聚酯的醇解可看作酯交换的逆反应，甲醇醇解生成DMT，乙二醇醇解能生成BHET。六、涤纶的结构、性能与用途（5）氨解在低分子伯氨作用下，会发生氨解反应。（6）与碱作用在高温下和促进剂的作用下，与NaoH发生反应，最终生成对苯二甲酸钠和乙二醇。这一技术被用在聚酯织物的后处理上俗称碱减量。六、涤纶的结构、性能与用途（7）与脂肪酶作用脂肪酶可以水解PET的酯链，产生极性的羧基和羟基，使PET降解。此方法已用于PET纤维的表面改性工艺，对PET织物表面润湿性和吸附性的改善效果可以与碱减量法相比，但不损伤织物内纤维的强度。 六、涤纶的结构、性能与用途（8）高能射线和等离子的作用射线、紫外线、电子束等高能射线和等离子体皆能与聚酯作用。即使在惰性气体中，紫外线也能使聚酯及其制品表面发生链断裂、交联和氧化；紫外线照射使聚酯表面产生对位和间位末端酚基。射线、