第1章纤维的分类及发展

1、第一章 纤维的分类及发展,第一节 纤维及其分类,一、纤维定义与要求 二、纤维的分类与命名 1天然纤维 2化学纤维 3其他分类,一、纤维定义与要求 1.纤维：是一种细而长的物质，它的直径从几微米到几十微米，长度则从几毫米到几十毫米甚至上千米，长度与细度之比很大。 2.纺织纤维：长度达到数十毫米以上具有一定的强度、一定的可挠曲性和一定的服用性能，可以生产纺织制品的纤维。,3.纺织纤维应具备的基本性能 （1）一定的长度和长度整齐度； （2）一定的细度和细度均匀度； （3）一定的强度和模量； （4）一定的延伸性和弹性； （5）一定的抱合力和摩擦力； （6）一定的吸湿性和染色性； （7）一定的化学稳定性

2、。 特种工业用纺织纤维有特殊要求,二、纤维的分类与命名 依来源和习惯分为天然纤维和化学纤维两类 天然纤维：凡是自然界里原有的或从经人工种植的植物中、人工饲养的动物毛发和分泌液中直接获取的纤维，统称为 化学纤维：凡用天然的或合成的高聚物以及无机物为原料，经过人工加工制成的纤维状物体，统称为,1、主要天然纤维的来源分类与名称,1、主要天然纤维的来源分类与名称,2、化学纤维的分类及名称,2、化学纤维的分类及名称,2、化学纤维的分类及名称,3、其他分类,（1）纤维的外观形态 长度、细度 棉型（38 51mm）、毛型（64 114mm）、中长型（51 76mm）、丝型（长丝） 截面形态与分布 普通圆形、

3、中空和异形纤维以及环状或皮芯纤维 弯曲特征 高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲,（2）性能或功能 性能差别化纤维：力、热、光、电、染色性能的差异； 高性能纤维：具有高强、高模量、耐高温或耐化学作用的纤维； 功能或智能纤维：具有特殊功能，如抗菌、导电、屏蔽等特征，或具有智能或自适应作用的纤维 （3）加工方式 对天然纤维，如丝光棉、精干麻、洗净毛、拉细羊毛和生丝等。 对化学纤维，高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预或全取向丝（POY或FOY）、变形丝等。 （4）资源状态 如天然纤维中的大宗纤维和特种纤维,第二节 各类常用纤维简介,一、天然纤维素纤维 1棉 （1）棉纤维的形成 棉纤维是由胚珠（即将来的棉籽）表

4、皮壁上的细胞伸长加厚而成。一个细胞就长成一根纤维，它的一端着生于棉籽表面，另一端呈封闭状。棉籽上长满了纤维，这就称为籽棉。棉纤维的生长可分为伸长期、加厚期和转曲期三个时期。,(2)棉纤维的截面结构 初生层：棉纤维伸长期形成的初生细胞壁，由网状的原纤组成，它的外皮是一层极薄的腊质与果胶。 次生层：棉纤维在加厚期淀积而成的部分，几乎都是纤维素。在次生层中以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，并沿纤维长度方向有转向。 中腔：棉纤维生长停止后遗留下来的内部空隙，中腔内留有少量原生质和细胞核残余，对棉纤维颜色有影响。,（3）、棉纤维的纵向特征 棉纤维纵向具有天然转曲。 成熟正常的棉纤维转曲最多。未成熟

5、棉纤维呈薄壁管状物，转曲少。过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。,（4）化学组成： 纤维素，占94 95，其他物质56，存在于纤维的主体层（次生层）中； 果胶和蜡质，分布于表皮初生层上，其含量随纤维产地和品种不同； 中腔内层附有微量的色素、灰分和蛋白质，色素决定纤维的颜色。,（5）棉纤维的特性 细长柔软，吸湿性好、耐强碱、耐有机溶剂、耐漂白剂以及隔热耐热，可方便地进行各种染色和纺织加工； 弹性和弹性恢复性较差、不耐强无机酸、易发霉、易燃。,（6）棉的分类 A、按棉花的品种分类,图1-1 不同来源棉种纤维的截面示意图,B、按棉花的初步加工分类,未成熟 成熟 过成熟 实际形状 图1-2 棉纤维成熟度的理

6、论几何图示,C、按棉纤维的成熟度分类：,成熟度:纤维胞壁的增厚的程度,引入取值范在05的纤维成熟度系数M ，即指棉纤维截面中段恢复成圆形后相应于双层壁厚与外径之比的标定值,细绒棉的M在1.5 2.0为成熟纤维，未成熟的M2.0 ，理想的纺用棉M在2.0左右,D、按原棉的色泽分类 1、白棉：正常成熟，为纺用棉 2、黄棉：霜黄棉。少量使用 3、灰棉：雨灰棉，棉铃开裂时由于日照不足或雨淋，潮湿，霜等原因造成。很少用。,棉花新品种 彩棉 抗虫棉 绿色有机棉 天然“不皱棉花”,开裂木棉果实 (b) 纤维表面 图1-3木棉纤维果实及纤维形态图,木棉,2麻,部分麻纤维的化学组成与特性,工艺纤维(techni

7、cal fiber) 多个单细胞纤维由细胞间质粘合而成纤维束。 特性： 麻纤维的吸湿性好、强度高、变形能力小，纤维以挺爽为特征。 比棉纤维粗硬，易引起穿着中的刺痒。,苎麻(ramie) ： 截面：腰圆或跑道形 有中腔 纵向：无明显扭转， 有横节竖纹 单纤维较长，可单纤维纺纱。 苎麻纤维的细度直接影响可纺性和柔软性，纤维愈细，可纺支数愈高，成纱愈柔软。 头麻最细，三麻次之，二麻最粗。,亚麻 (flax) 一年生草本植物 ，用工艺纤维纺纱 截面呈圆形和扁圆形，纵向中段粗两头细，有横节竖纹 吸湿性好、导湿快、细度相对较细，是夏季衣衫的主要纤维原料 黄麻与红麻 工艺纤维纺纱 包装、地毯底布，或混纺纤维

8、制品的原料,3叶纤维 4竹纤维,二、天然蛋白质纤维 1绵羊毛 2特种动物纤维 3丝纤维,1、绵羊毛 （一）构成与特征 羊毛为角蛋白物质：高硫角蛋白、存在于无序和基质部分；低硫角蛋白，存在于原纤有序结构中，典型的a螺旋角蛋白分子 截面为圆形或椭圆形，由外向内分为鳞片层、皮质层和髓质层。,（二）、羊毛的分类 1、按纤维结构分： 绒毛：具有鳞片层和皮质层，没有髓质层，绒毛品质优良，纺纱性能好。 两型毛：具有鳞片层、皮质层和有断续髓质层。毛纤维有显著的粗细不匀，纺纱性能差些。 粗毛：具有鳞片层、皮质层和连续的髓质层。纺纱性能较差。 死毛：除鳞片层外，整根纤维几乎全部是髓质层，色泽呆白，脆弱易断，无纺纱

9、价值。,2、按毛被上的纤维类型分： 同质毛：羊体各毛丛由同一类型毛纤维组成。纤维的细度、长度基本一致。一般按细度分成各种支数毛。 异质毛：羊体各毛丛由两种及以上类型毛纤维组成。异质毛一般按粗腔毛含量进行分级。,3、按细度和长度分： 细羊毛：同质毛，18 27mm，长36mm，长15 30cm，毛丛长度在10cm以上，明亮光泽。织制长毛绒织物、毛毯和工业用呢的原料。 半细毛：25 37mm，长92的羟基被乙酰化。 纺织用纤维基本为三醋酯纤维素纤维。结构对称性和规整性好 二醋酯纤维素纤维一般作为滤材，如香烟滤嘴材料,2.再生蛋白质纤维 一种是将蛋白质的溶液与其他高聚物材料进行共混纺丝（高再生蛋白质

10、含量） 另一种办法是将蛋白质与其他高聚物进行接枝共聚（低再生蛋白质含量）。 分子量偏低，分子不易伸直取向排列，而造成纤维的低强度；耐热性差；纤维自身发黄，染色后色泽不好,（三）、普通合成纤维 1涤纶（Polyester，PET） 2锦纶 (polyamide, PA) 3腈纶 (acrylic fiber, Polyacrylic, PAN) 4丙纶 (polypropylene fiber, PP) 5维纶 (vinylon, Polyvinyl alcohol, PVA) 6氯纶 (polyvinyl chloride fiber, PVC),对苯二甲酸,甲酯化,对苯二甲酸 二甲酯,酯交换

11、,对苯二甲酸 双羟乙酯,初生纤维,拉伸 定形 卷曲 切断,拉伸 定形 加捻 变形,短纤维,长丝,熔体纺丝,聚酯纤维生产流程示意图,聚对苯二甲 酸乙二酯,表1- 7常用合成纤维的名称及代号,（一）、 涤纶（挺括不皱）： 1、强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性仅次于腈纶，吸湿性差，染色困难，织物易洗快干，保形性好， “洗可穿” 。 2、用途较广：目前化纤中用量最大。 长丝常作为低弹丝，制作各种纺织品；短纤：棉、毛、麻等均可混纺。,（二）、 锦纶（结实耐磨）： 1、最大特点是结实耐磨，是最优的一种。密度小，弹性好，耐疲劳破坏，化学稳定性好，耐碱不耐酸 2、耐日光性不好，吸湿也不

12、好，但比腈纶，涤纶好。 3、用途： 长丝，多用于针织和丝绸工业； 短纤，大都与羊毛或毛型化纤混纺，作华达呢等。 工业：帘子线和渔网，地毯，绳索，传送带等。,（三）、腈纶（膨松耐晒）： 1、 “合成羊毛”。具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度羊毛小，织物保暖性好。耐日光性与耐气候性居第一位，吸湿差，染色难。 2、用途：主要作民用：人造毛皮、长毛绒，膨体纱，水龙带，阳伞布等。,（四）、 维纶（价廉耐用）： 1、吸湿性是合成纤维中最好的，称“合成棉花”。 2、强度比锦、涤差，化学稳定性好，不耐强酸，耐碱。耐日光性与耐气候性好，耐干热而不耐湿热（收缩）弹性最差，织物易起皱，染色较差，色泽不鲜艳。

13、 2、用途：多和棉花混纺：细布，府绸，灯芯绒，内衣，帆布，防水布，包装材料，劳动服等。,（五）、 丙纶（质轻保暖）： 1、最轻的纤维。几乎不吸湿，但芯吸能力强，强度高，尺寸稳定，耐磨弹性和化学稳定性好，热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损。 2、用途：可以织袜，蚊帐布，被絮，保暖填料、尿布湿等。工业上：地毯、渔网，帆布，水龙带等。,（六）、 氯纶（阻燃纤维） 1、强度与棉相接近，耐磨性、保暖性、耐日光性比棉、毛好。 2、抗无机化学试剂的稳定性好，耐强酸强碱，耐腐蚀性能强，隔音性好，但对有机溶剂的稳定性和染色性能比较差。 3、主要用于装饰与产业用纺织品。,(七)、氨纶聚氨基甲酸酯纤维（Polyur

14、ethane， PU ） 1、纤维来源：1945年由美国杜邦公司开发成功，商品名为“莱 卡”（Lycra），也称高弹纤维。 2、性能： 1）具有高弹性，高回复性和尺寸稳定性，伸长68倍，弹性恢复率可达100%。因此用于弹性织物、运动服、袜子等。产品以包芯纱或与其它纤维合股出现。 2）耐热性差熨烫温度90110 ，低温快速烫。 3）染色性好，色牢度好。 4）耐酸碱性较好。,五、差别化纤维(differential fiber) 1基本定义 通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理或化学改性处理，使性状上获得一定程度改善的纤维。 2. 获得方法 物理改性 ：改进聚合与纺丝条件 化学改性 ：共聚、接枝

15、、交联、溶蚀、电镀等 表面物理化学改性 ：高能射线（射线、射线）、低温等离子体对纤维进行表面改性处理,3. 差别化纤维 （1）变形丝(textured yarn) 变形加工：一般是指通过机械作用给予长丝(或纤维)二度或三度空间的卷曲变形，并用适当的方法(如热定形)加以固定，使原有的长丝(或纤维)获得永久、牢固的卷曲形态。,（2）异形纤维(profile fiber) 指纤维截面形状不是实心圆形的纤维。 一般采用非圆形孔眼喷丝板纺丝制得，或膨化粘着法、复合纤维分离法、热塑性挤压法和变形加工法等。 目的：改善合成纤维的手感、光泽、抗起毛起球性、蓬松性等特性,（3）复合纤维 (composite f

16、iber) 将两种或两种以上的高聚物或性能不同的同种聚合物通过一个喷丝孔纺成的纤维。 可解决纤维的永久卷曲和弹性，可通过多组分的连续覆盖作用，提供纤维易染色、难燃、抗静电、高吸湿等特性。,典型复合纤维的结构示意图 （a）（b）并列型 （c）（d）皮芯型 （e）海岛型 （f）（g）离裂型,（4）超细纤维 (ultra-fine fiber) 细度小于0.9dtex的纤维，可直接纺丝，如熔喷纺丝、静电纺丝；分裂剥离法和溶解去除法等方法得到。 抗弯刚度小, 织物手感柔软、细腻、具有良好的悬垂性、保暖性和覆盖性，但回弹性低、膨松性差。比表面积大，吸附性和除污能力强。,使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场

17、中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,（5）高收缩纤维 在热或热湿作用下的长度有规律弯曲收缩或复合收缩的纤维。 收缩率20% 50%，一般纤维沸水收缩率 5% （6）易染色纤维 易染色合成纤维主要是指涤纶的染色改性纤 （7）吸水吸湿纤维 具有吸收水分并将水分向临近纤维输送能力的纤维 主要用于功能性内衣、运动服、训练服、运动袜等,六、功能性纤维(functional fiber) 功能纤维是满足某种特殊要求和用途的纤维，即纤维具有特定的物理和化学性质。 1抗静电(antistatic fiber） 主要指通过提高纤维表面的吸湿性来改善其导电性的纤维。 2.导电纤维（conductive

18、fiber ) 包括金属纤维，金属镀层纤维，炭粉、金属氧化、硫化、碘化物掺杂纤维，络合物导电纤维，导电性树脂涂层与复合纤维，本征导电高聚物纤维等,3蓄热纤维(thermal storage fiber)和远红外纤维(far-infrared fiber) 将阳光转换为远红外线，相应的纤维称之为蓄热纤维； 低温(接近体温)下辐射远红外线，相应的纤维称之为远红外纤维。 4防紫外线纤维(ultraviolet resistant fiber),4阻燃纤维(flame retardant fiber) 从提高纤维材料的热稳定性、改变热分解产物、阻隔和稀释氧气、吸收或降低燃烧热等方面着手来达到阻燃目的。

19、 5光导纤维(optical fiber) 简称光纤：石英光纤；氟化物玻璃光纤；高聚物光纤 6弹性纤维(elastic fiber) 400700的断裂伸长率，接近100%的弹性恢复能力，初始模量很低。 分为橡胶弹性纤维和聚氨酯弹性纤维。,表1- 8 氨纶性能表,7抗菌防臭纤维 8变色纤维 光敏变色纤维 ，热敏变色纤维；多用于登山、滑雪、游泳、滑冰等运动员以及救生、军用隐身的着装。 9香味纤维 10相变纤维 是指将含有相变物质（PCM）能起到蓄热降温、放热调节作用的纤维，也称空调纤维。,七、高性能纤维(high performance fiber) 高性能纤维（HPF）主要指高强、高模、耐高温

20、和耐化学作用纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维。,主要高性能纤维的基本分类与构成,1对位和间位芳纶,对位芳纶：芳纶1414，1965年发明，1971年美国杜邦公司的商品化命名为Kevler。 纤维强度高、模量高、密度轻、柔性，化学性能稳定，除无机强酸、强碱外，能耐多种酸、碱及有机溶剂的侵蚀。 间位芳纶：芳纶1313，是杜邦1967年商品化的芳族聚醚胺纤维，商品名为Nomex。 芳纶1313耐热性能好，可在260高温下持续使用1000h。阻燃性好，能耐大多数酸的作用，除不能与强碱长期接触外，对碱的稳定性也很好。具有良好的抗辐射性能。,芳纶纤维的应用领域示意图,2PBO纤维 PBO是聚-p-亚

21、苯丙二噁唑，简称聚苯并噁唑。是美国空军基地Wright研发中心在20世纪60年代研究的、美国空军斯坦福研究所生产的耐高温的芳香族杂环高聚物。 PBO纤维有非常高的耐燃性，热稳定性比芳纶纤维更高，非常好的抗蠕变、耐化学和耐磨性能； 主要用于要求既耐火和耐热，有要高强高模的柔性材料的领域中。,3PEEK纤维 PEEK统称为聚醚酮醚，半结晶的芳香族热塑性聚合物，可以高温熔体纺丝,玻璃化温度143,耐湿热性极其优良,PEEK纤维在加压蒸汽中7天的的强度保持率,4聚四氟乙烯纤维 是已知最为稳定的耐化学作用和耐热的纤维材料。其分子式为（CF2-CF2）n，是化学惰性的物质,聚四氟乙烯纤维的基本特征值,5碳

22、纤维 指纤维化学组成中碳元素占总质量90%以上的纤维。 20世纪60年代末，以粘胶纤维为原料，经预氧化、炭化、石墨化制成粘胶基碳纤维。现主要为腈纶基和沥青基碳纤维。,常用碳纤维的力学特征值范围,在没有氧气存在的情况下，碳纤维能够耐受3000的高温。 主要用于制作增强复合材料，可用于航空、航天和国防军工、体育器材及各种产业用途。,第三节 纤维的加工,一、天然纤维的初加工 1棉的初加工 传统的棉花初加工是指将籽棉上的纤维（俗称衣分）与棉籽分离的加工，也称轧花或轧棉。其得率称为衣分率，一般为30%40%，所得纤维称为皮棉或原棉。 头发、丙纶丝、动物毛发等物质，俗称“三丝”。,锯齿轧棉 皮辊轧棉 皮辊式与锯齿式轧棉原理比较图,2麻的初加工 最为典型的去除非纤维类物的加工。非纤维类物质主要是胶质物质，其去除能获得纤维，而且兼带纤维间的分离。 剥皮刮青生苎麻高压高温碱煮