《合成纤维》课件.ppt

第五章 合成纤维,第一节 合成纤维的概况,合成纤维是以简单的低分子化合物（来源于煤、石油、天然气等）为原料，经过一系列的化学反应，成为高分子化合物，再经抽丝加工而成的纤维。合成纤维的原料来源广泛，生产不受自然条件限制，并具有许多优良特性，如坚牢耐磨、质轻、易洗快干、不易皱缩、不霉不蛀等，成为很好的衣着原料。市场上销售的涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氨纶等都属于合成纤维。,合成纤维的分类,聚酯类纤维聚对苯二甲酸乙二酯纤维（涤纶）、各类改性聚酯纤维等。聚酰胺类纤维聚酰胺6纤维（锦纶6）、聚酰胺66纤维（锦纶66）、聚酰胺1010纤维（锦纶1010）、芳香族聚酰胺纤维（芳纶）等。聚烯烃类纤维聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）、聚乙烯纤维（乙纶纤维）等。其他类纤维聚氨酯弹性纤维（氨纶）、聚甲醛纤维、含氟纤维、酚醛纤维、碳纤维等。,合成纤维的纺丝方法主要有3种,（1）熔融法纺丝：把高分子化合物加热到熔点以上，使它变成为黏稠的液体，再从喷丝头细孔中喷出，在空气中或水中冷却凝固成丝。（2）湿法纺丝：将高分子化合物溶解在适当的溶剂中，先制成黏稠的纺丝溶液，再从喷丝头细孔中喷出，纺丝溶液呈细流状射入凝固液，凝固成丝。（3）干法纺丝：将高分子化合物溶解在挥发性的溶剂中制成纺丝液，从喷丝头小孔中喷出后，呈细流状进入热空气中，使溶剂挥发而凝固成丝。,纺丝方法,除上述纺丝法外，还有复合纺丝法、拉裂法、切割法、反应法等。目前合成纤维生产中以熔融法纺丝为主，其次是湿法纺丝，干法纺丝使用较少。根据各种高分子聚合物的不同性质，采用熔融法纺丝生产的有锦纶、涤纶、丙纶等；采用湿法纺丝生产的有腈纶短纤维；采用干法纺丝生产的有腈纶长丝、氨纶弹性丝。,圆形纤维和异形纤维,喷丝孔的形状有圆形、三角形、五叶形、扁平形、中空形等各种形状。在合成纤维成形过程中，用圆形喷丝孔纺成的丝的横截面呈圆形；用各种异形喷丝孔则纺成非圆形横截面的纤维或中空纤维，称为异形横截面纤维，简称异形纤维。,异形纤维,异形纤维在纯化纤仿真丝、仿毛产品中应用广泛，主要原料为涤纶。有的异形纤维由于采用不均匀牵伸技术，使化纤长丝的条干不匀，织物可获得像天然纤维般的自然外观，并可改善纤维的抱合力、手感、回弹性、抗起球性、耐污性等。,中空纤维,中空纤维的保暖性和蓬松性优良，某些中空纤维还具有特殊用途，如制作反渗透膜，用于人工肾脏、海水淡化、污水处理、硬水软化、溶液浓缩等。,复合纤维,复合纤维是指用两种或两种以上不同的高分子物粘并成为一根纤维。复合纤维最突出的特点是大多数都具有三维空间的立体卷曲，所以具有高度蓬松性、延伸性和覆盖能力。,复合纺丝设备,复合纺丝设备主要由螺杆挤出机、计量泵和复合纺丝组件组成。双组分复合纺丝装置示意图，其中复合纺丝组件是关键部件，有各种组合形式。只需改变纺丝组件的形式，就可生产出各种类型的复合纤维。,纺丝后加工,刚纺出来的合成纤维不能直接用来加工制成纺织品。因为它还没有完全定形，强度较低，伸长也较大，易变形。因此还必须根据不同品种进行拉伸、水洗、上油、干燥、定形等一系列后处理过程。如果是长丝，要将丝束连续卷绕在筒管上，再经过加捻和络丝等工序；如是短纤维，需将丝束切断成近似棉花、羊毛等纤维的长度，有的在切断前还要经过卷曲处理，经过这些后处理加工的合成纤维，才具有可供纺织使用的优良性能。,目前全世界化学纤维生产中短纤维的产量高于长丝。根据纤维特点，有些品种（如锦纶）以生产长丝为主；有些品种（如腈纶）则以生产短纤维为主；而有些品种（如涤纶）则长丝与短纤维比例比较接近。,第二节 涤纶（PET）,涤纶是聚对苯二甲酸乙二酯纤维（Polyethylene Terephthalate Fiber，PET Fiber）的商品名称，英国商品名为特丽纶（Terylene），美国商品名为达可纶(Dacron)。涤纶的工业化生产始于1953年，是发展较晚的一种合成纤维，但因其具有机械强度好、耐磨、耐酸碱、不易霉蛀、化学稳定性好等特点，近半个世纪发展很快，产量已居合纤首位。涤纶可制成长丝，也可制成短纤维，产量几乎各占一半。,一、涤纶生产简介,涤纶生产所用原料为对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG）。通过化学合成，可得到聚对苯二甲酸乙二酯。将合成的聚对苯二甲酸乙二酯经铸带、切粒，成为无色透明的固体颗粒，通常称为涤纶树脂或涤纶切片，切片干燥后即可纺丝。,涤纶采用熔融法纺丝，温度为285290。涤纶熔体从喷丝板的小孔中挤出形成黏液细流，细流在空气中冷却形成初生纤维。涤纶的后加工因生产品种不同而不同。生产涤纶长丝时，要经牵伸加捻、热定型、络丝、包装；涤纶短纤维后加工一般包括集束、牵伸、上油、卷曲、热定型、切断、打包等。,二、涤纶的结构,1涤纶的形态结构 在一般光学显微镜下观察，普通涤纶的纵向为光滑、均匀、无条痕的圆柱体，横截面为圆形。,2涤纶的分子结构,涤纶大分子的化学组成为聚对苯二甲酸乙二酯，分子结构式如下：,从结构式中可以看出：,（1）除两端含OH外，涤纶的大分子上含有亲水性基团，且缺乏与染料分子结合的官能团，故吸湿性、染色性差，属于疏水性纤维。（2）酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力，但由于苯环和亚甲基的稳定性较好，所以涤纶的化学稳定性较好。（3）涤纶大分子的基本链节中含有苯环，阻碍了大分子的内旋转，使主链刚性增加；但涤纶大分子的基本链节中还含有一定数量的亚甲基，所以又有一定的柔性；刚柔相济的大分子结构使涤纶具有弹性优良、挺括、尺寸稳定性好等优异性质。（4）涤纶大分子为线型分子，没有大的侧基和支链，分子链易于沿着纤维拉伸方向平行排列，因此分子间容易紧密地堆砌在一起，形成结晶，这使纤维具有较高的机械强度和形状稳定性。,3涤纶的超分子结构,涤纶的超分子结构与纤维生产过程中的拉伸和热处理有关。涤纶喷丝成型后的初生纤维是无定形的，取向度很差，需要进一步牵伸取向后方能纺织加工。经过拉伸和热定型处理后的纤维，结晶度约为60%，并有较高的取向度。涤纶的超分子结构称为“折叠链缨状微原纤”,三、涤纶的性能,1热性能（1）玻璃化温度与软化点温度 涤纶的玻璃化温度为6881，在玻璃化温度以下，大分子链段活动能力小，受外力不易变形，有利于正常使用；涤纶的软化点温度为230240，超过此温度，涤纶纤维开始解取向，分子链段发生运动产生形变，且形变不能回复。在染整加工中，温度要控制在玻璃化温度以上，软化点温度以下。印染厂的热定型温度一般为180220，染色、整理及成衣熨烫的温度均应低于热定型温度，否则会因分子链段活动加剧而破坏定形效果。,（2）耐热性,在几种主要合成纤维中，涤纶的耐热性最好。涤纶的热稳定性在几种主要的合成纤维中也是最好的。耐热性好熔点高。热稳定性好温度升高时，涤纶的强度损失小，且不易收缩变形。,2机械性能,（1）强度和断裂伸长率 涤纶的强度和断裂伸长率不仅与其分子结构有关，还与纤维纺丝过程中的拉伸和热处理工艺密切相关。经拉伸后，大分子链按一定方向排列，取向度提高，使其能均匀承受外力，故强度提高。在适当的热处理条件下，涤纶在纺丝过程中拉伸程度愈高，则纤维的取向度愈高，纤维的断裂强度也愈高，而断裂伸长率却较低；反之，则可能获得低强高伸的纤维。即改变拉伸和热处理条件，可制成高强低伸或低强高伸等不同品种的纤维。,图5-7 部分纤维的强度-伸长率曲线 1-羊毛 2-腈纶 3-黏胶纤维 4-锦纶 5-涤纶 6-棉,（2）弹性,涤纶具有优良的弹性，在较小的外力作用下不易变形，当受到较大外力作用而产生形变时，取消外力后，其回复原状的能力也较强，其形变回复能力与羊毛相近。,涤纶弹性好的原因有两方面：,一方面涤纶具有较大的弹性模量，这表明纤维的刚性强，受外力时不易产生形变；一旦产生形变，由于回弹率较高，又易回复。另一方面，从涤纶的微结构来看，存在无定形区、结晶区和取向度高的部位，分子间有比较牢固的联结点，分子间作用力较大，受外力时不易产生形变。涤纶在一定外力作用下产生的形变是可复形变，但在高度拉伸时，回复性能显著变差。具有“洗可穿”性能,（3）耐磨性,涤纶的耐磨性仅次于锦纶而超过其他纤维。,黏,3化学性能,耐酸性较好 对碱的稳定性稍差“剥皮现象”利用这一方法处理涤纶织物，可使纤维变得细而柔软，增加了纤维在纱线中的活动性，使涤纶织物获得仿真丝效果。,涤纶对氧化剂和还原剂均具有良好的稳定性。涤纶的耐溶剂性较好。酚类化合物常用作涤纶染色的载体。涤纶的吸湿性低，染色困难，易起球，易产生静电。,涤纶靠近火焰时会收缩熔化为黏流状，接触火焰即燃烧，并形成熔珠而滴落，熔珠为硬的黑色小球。燃烧时有芳香气味并产生黑烟。离开火焰后能继续燃烧，但易熄灭。,四、改性涤纶,1涤纶的改性原理 涤纶具有高度的紧密结构和较高的结晶度；此外，大分子中缺乏吸水性基团。这些因素导致了纤维刚性较强，吸湿性小，染色困难。,为了改善涤纶的性能，必须从改变其大分子链结构着手，一般方法有：,（1）引入有空间阻碍的基团，降低大分子的结晶度。（2）引入第三单体，使涤纶分子结构的规整性下降，改变其紧密堆砌的状况，使结构变得较疏松。（3）引入可与染料分子结合的基团，以提高其对染料的亲和力。（4）引入一定的吸水性基团，改善其吸湿性。（5）改变工艺条件，增加纤维中无定形区的含量。,2改性涤纶品种,（1）易染改性涤纶（2）抗静电改性涤纶（3）抗起球涤纶（4）吸水吸湿性涤纶,第三节 锦纶（PA）,锦纶是合成纤维的主要品种之一，学名叫聚酰胺纤维（Polyamide Fiber，PA Fiber），其大分子主链上含有酰胺键（CONH）。国外名称有耐纶、尼龙、卡普隆等。锦纶是合成纤维中第一个实现工业化生产的品种。,锦纶一般分为两大类,一类由二元胺和二元酸缩聚制成，可分别用两个数字表示两者所含的碳原子数，前者代表二胺的碳原子数，后者代表二酸的碳原子数，如锦纶66、锦纶1010；另一类是由-氨基酸缩聚或由己内酰胺开环聚合而得，其数字表示氨基酸或己内酰胺的碳原子数，如锦纶6。,一、锦纶生产简介,1锦纶6的生产2锦纶66的生产,锦纶生产以长丝为主，锦纶长丝经拉伸加捻后，可制成弹力丝。生产弹力丝采用假捻法，锦纶长丝在一台机器上一次完成加捻、热定型、退捻三个过程，制得弹力丝。用弹力丝制成的弹力纱具有很高的弹性和耐磨性，主要用于针织品，如手套、袜子、运动衣、弹力衫等。,图5-8 假捻法加工示意图,二、锦纶的结构,锦纶的形态结构与普通涤纶相似，在显微镜下观察，纵向光滑，横截面接近圆形。锦纶的聚集态结构也与涤纶相似，为褶叠链和伸直链晶体共存的体系。锦纶的大分子主链上含有酰胺键。锦纶的结晶度为50%60%，最高可达70%。锦纶纤维具有皮芯结构，一般皮层较为紧密，取向度较高而结晶度较低；芯层则取向度较低而结晶度较高。,三、锦纶的性能,1热性能 锦纶的耐热性较好而热稳定性较差。耐热性较好熔点较高。热稳定性较差温度升高会使锦纶强度下降，收缩且泛黄。,2机械性能,锦纶的优点是强度高锦纶大分子具有较高的柔性，分子间又有许多氢键，在纺丝过程中受到拉伸时，可大大提高取向度和结晶度，因此锦纶的强度比涤纶高。回弹性好锦纶大分子结构中具有大量的亚甲基CH2，在松弛状态下，纤维大分子易处于无规则的卷曲状态，当受外力拉伸时，分子链被拉直，长度明显增加。外力取消后，由于氢键的作用，被拉直的分子链重新转变为卷曲状态，表现出高伸长率和良好的回弹性。由于锦纶纤维的强度高、回弹性好，所以锦纶是所有天然纤维和合成纤维中耐磨性最好的纤维。,图5-9 一些合成纤维的应力应变曲线,3锦纶的化学性能,耐碱性较强。对酸不稳定，对浓的强无机酸尤为敏感。酸可使锦纶大分子中的酰胺键水解，引起纤维聚合度的降低。对氧化剂的稳定性较差。一般多采用还原型漂白剂。,锦纶纤维有一定的吸湿性，在合成纤维中属于容易染色的。锦纶的燃烧性能与涤纶相似，只是因含有酰胺基，燃烧时带有氨的臭味。,第四节 腈纶（PAN）,腈纶（PAN）是我国市场上聚丙烯腈纤维（Polyacrylonitrile Fiber，Acrylic Fiber，Polyacrylic Fiber）的商品名称，通常由85%以上的丙烯腈和其他单体的共聚物组成。如共聚物中丙烯腈的含量在35%85%之间，则称为改性腈纶。腈纶质轻保暖，弹性较好，许多性能极似羊毛，故被称为“合成羊毛”。在我国已成为重要的仿毛纺织材料。,一、腈纶的组成,国内生产的腈纶基本上采用三种单体进行共聚，第一单体为丙烯腈，是组成聚丙烯腈纤维的主体；第二单体通常为含酯基的乙烯基，可破坏聚丙烯腈大分子的规整性，降低大分子间作用力，改善纤维的手感和弹性；第三单体为染色单体，用于提供染色基团，改善纤维的染色性及亲水性。,二、腈纶生产简介,聚丙烯腈纤维一般采用湿法纺丝或干法纺丝，腈纶长丝的后处理主要包括拉伸、水洗、上油、干燥、热定型等；腈纶短纤维除上述后处理外，还要进行卷曲、切断等工序。,三、腈纶的结构,1腈纶的形态结构在光学显微镜下观察，腈纶的纵向表面有沟槽，呈树皮状；湿纺法生产的腈纶，其横截面基本上是圆形的，而干法生产的其横截面呈哑铃形。,2腈纶的分子结构,腈纶大分子以聚丙烯腈表示（1）腈纶大分子为碳链结构，化学稳定性较好；（2）腈纶大分子的规整性好，分子结构紧密；（3）大分子链中的氰基CN为强极性基团，碳、氮原子之间的电子云密度分布极不均匀，使腈纶大分子间形成氢键结合，并通过氰基的偶极间相互作用，形成偶极键结合。,图5-11 腈纶大分子间的相互作用力示意图,3腈纶的超分子结构,腈纶的超分子结构可用侧序度的概念来描述。按照腈纶超分子结构中大分子排列的规整度，分为高侧序度、中侧序度和低侧序度三部分，高侧序度部分又称为准晶区或蕴晶区。,四、腈纶的性能,1热性能玻璃化温度对腈纶制品的染整加工有重要意义，染色和印花时的固色温度应控制在玻璃化温度以上。耐热性较好它的软化温度范围较宽，在190240之间。腈纶的准晶态结构造成纤维热稳定性较差。,制造膨体纱的简要原理及过程,在玻璃化温度以上对腈纶纤维进行拉伸时，螺旋状大分子能沿受力方向运动，使得纤维伸长，此时纤维内大分子处于能量较高的不稳定状态，若在伸长状态下将纤维迅速冷却固定，会使纤维内具有较大的内应力，纤维有恢复到原来稳定状态的趋势。这种纤维在高温下且不受外力作用时，收缩变形较大。这种在热的作用下能产生较大收缩的纤维称为高收缩纤维。,将高收缩纤维（A）与普通纤维（B）按一定比例混合纺纱，混纺纱在100以上蒸汽或沸水中进行热松弛处理，高收缩纤维就会收缩而迫使普通纤维弯曲，呈波浪状浮在纱线表面，使纱线变得膨松、丰满、柔软。人们称之为“膨体纱”。,2机械性能,腈纶的强度虽不如涤纶和锦纶，但比羊毛要好，其强度约高出羊毛12.5倍。所以用腈纶做的服装、毛线比纯毛的结实。毛型腈纶的干态断裂强度为17.630.87 cN/tex，棉型腈纶的干态断裂强度为29.131.75 cN/tex，湿态断裂强度为干态断裂强度的80%100%。腈纶在湿态下强度降低的原因，是由于腈纶中的第三单体含有亲水性基团，可使纤维在水中发生一定的溶胀，造成大分子间作用力减弱。,腈纶的伸长率很高，干态伸长率一般为25%46%，毛型腈纶的伸长率应高于棉型腈纶，纤维的伸长率可以通过纺丝后的拉伸、热处理工艺加以控制。其伸长率要求和所混纺的纤维相近似，以使混纺纱线能均匀承受应力。腈纶的回弹性在伸长较小时与羊毛相差不大，例如当伸长2%时，腈纶回弹率为92%99%，羊毛为99%。但在服用试验中，羊毛多次循环负荷的回弹性优于腈纶，穿着不易变形。为提高腈纶的弹性，多采用复合法纺丝，将两种收缩性质不同的组分纺制复合纤维，以获得永久性的螺旋卷曲纤维。,3吸湿和染色性能,腈纶的吸湿性很小，在温度20、相对湿度65%的标准状态下，腈纶的吸湿率为1.0%2.5%。加入第二、第三单体后，降低了纤维的规整性，使纤维带有亲水性基团 COONa、SO3Na，吸湿性有很大改善。均聚的聚丙烯腈纤维很难染色，引入含有亲染料基团的第三单体与丙烯腈共聚，可为染料提供“染座”，改善纤维对染料的亲和力，大大提高了染料与纤维的结合能力。,4化学性能,一般浓度的酸和碱对腈纶纤维的降解影响不大，但是能使其侧氰基发生水解。在水解反应中烧碱的催化作用比硫酸强，水解的结果使聚丙烯腈转变为可溶性的聚丙烯酸而溶解。腈纶在碱中的稳定性要比在酸中低得多。聚丙烯腈纤维对常用的氧化性漂白剂稳定性良好，对常用的还原剂也较稳定，腈纶的耐光性与耐气候性，除了含氟纤维外，是目前一切天然纤维和化学纤维中最好的。,腈纶靠近火焰即收缩，接触火焰迅速燃烧，离开火焰继续燃烧，燃烧时冒黑烟。由于腈纶在熔融前已发生分解，形成的熔珠是松而脆的黑色小球，易碎。燃烧时，会产生NO、NO2、HCN以及其他氰化物等有毒物质，在大量纤维燃烧时应特别注意。腈纶织物不会由于火星（烟灰、电火花等）溅落其上而熔成小孔。,第五节 丙纶（PP）,丙纶（PP）是聚丙烯纤维（Polypropylene Fiber）的国内商品名称。国外商品名称为梅拉克纶（Meraklon）。丙纶于1957年开始工业化生产，由于其吸湿性和染色性很差，主要生产捆扎用的聚丙烯膜裂纤维，并由薄膜原纤化制得纺织用纤维及地毯用纱等产品。进入20世纪70年代，纺丝工艺及设备的改进，非织造布的出现和迅速发展，使聚丙烯纤维的发展与应用有了广阔的前景。产品主要有普通长丝、短纤维、膜裂纤维、膨体长丝、烟用丝束、工业用丝、纺黏和熔喷法非织造布等。,一、丙纶生产简介,丙纶短纤维的聚合度一般控制在10002000，长丝聚合度可提高到5000左右。聚合物的等规度一般为85%97%，熔点为164170。以丙烯为原料，反应表示如下：,聚丙烯多采用熔体纺丝法制取长丝和短纤维，纺丝过程与涤纶、锦纶相似。由于成纤聚丙烯分子量大，使熔体黏度较高，流动性差，对喷丝不利，所以纺丝温度要比聚丙烯熔点高50130，即实际熔体温度为260300左右。,纺丝后的长丝制品要经过拉伸、加捻、热定型。丙纶在冷却成型过程中的结晶速度较快，故拉伸时要严格控制温度，冷却温度要比涤纶和锦纶低，以防止其结晶度过大，影响到后加工时牵伸难以进行。因为丙纶的吸湿性很低，对湿度条件要求可不像锦纶那样严格。纺丝后进行拉伸、热定型等，再按棉型或毛型纤维的不同要求，切成短纤维。,二、丙纶的结构,形态结构 聚丙烯纤维通常由熔体纺丝法制成，一般情况下，纤维纵向光滑，无条纹，横截面呈圆形。也有纺制成异形纤维和复合纤维的。分子结构 从构型上看，全同聚丙烯为有规则的重复单元，CH3侧基在分子链受拉伸时有规律地排列于主链平面的同一侧或两侧，具有较高的立体规整性，这种规则的结构很容易结晶。,丙纶初生纤维的结晶度约为33%40%，经拉伸后，结晶度上升至37%48%，再经热处理，结晶度可达65%75%。,三、丙纶的性能,1耐热性 丙纶是一种热塑性纤维，熔点较低（165173），软化点温度比熔点要低1015，故耐热性差，在染整加工及使用过程中，应注意控制温度，以免发生塑性形变。丙纶的热稳定性较差。为提高其稳定性，在纺丝时可加入一定量的抗氧化剂。,2机械性能,丙纶的吸湿度极低，因此其干、湿强度和断裂强度几乎相等，这一点更优于锦纶，特别适于制作渔网、绳索和滤布等。丙纶的强度随温度的降低而增加，随温度的升高而下降，其下降的程度超过了锦纶。由于丙纶的熔点低，在高温时强度下降更多，在染整加工时应引起足够重视。丙纶的强度高，断裂伸长率和弹性都好。因此丙纶的耐磨性也很好，尤其是耐反复弯曲的寿命长，优于其他的合成纤维。,3吸湿和染色性能,在合成纤维中，丙纶的吸湿性和染色性最差。在标准状态下几乎不吸湿。因此用于服装面料时，常与吸湿性高的纤维混纺。丙纶大分子缺乏染座，染色很困难，普通的染料均不能使其着色。采用分散染料染色，只能得到很淡的颜色，且染色牢度很差。改善丙纶染色性能可采用接枝共聚法、原液着色法、金属化合物改性等方法。,4化学性能,丙纶的耐酸、碱及其他化学药剂的稳定性优于其他合成纤维。丙纶对有机溶剂的稳定性稍差。,5其他性能,丙纶的密度是纺织纤维中最轻的。丙纶属于可燃性的烃类，但不易燃烧，在火焰中纤维发生收缩、熔化，火焰即可自行熄灭。燃烧时形成透明硬块，有轻微的沥青味。,第六节 氨纶,氨纶（Polyurethane Fiber，缩写PU）又叫聚氨酯弹性纤维，其学名为聚氨基甲酸酯（弹性）纤维。国际上也叫Spendex。商品名称有莱克拉、莱卡（Lycra、美国、英国、荷兰、加拿大、巴西）、尼奥纶（Neolon、日本）、多拉斯坦（Dorlastan、德国）等。首先由德国Bayer公司于1937年研究成功，美国杜邦公司于1959年实现工业化生产。,氨纶具有较高的弹性和伸长率，是生产优质弹性织物的重要纺织原料之一。目前，市场上出现了许许多多的氨纶弹性织物，特别是含氨纶的各种针织品，结构多样，功能各异。由于氨纶具有优异的回弹性能，它已得到越来越多的应用，不但广泛用于纺织工业，也可作为功能材料用于医疗领域。,一、氨纶的组成及结构,氨纶是以聚氨基甲酸酯为主要组分的嵌段共聚物。氨纶的嵌段共聚物是由柔性和刚性两种链段组成的。其中柔性链段占85%以上，在常温下分子是卷曲的，为氨纶提供刚柔适中的弹性；刚性链段可在大分子链间产生横向交联，赋予纤维一定的强度。,氨纶大分子的柔性链段可用聚醚或聚酯组成，故分为聚醚型氨纶和聚酯型氨纶。氨纶长丝的横截面大部分为狗骨形（dog-bone-shaped），也有一些长丝表面光滑或呈锯齿状。,二、氨纶生产简介,聚氨酯嵌段共聚物的合成分两步完成。氨纶的纺丝方法有四种：干法纺丝、湿法纺丝、熔体纺丝和反应纺丝。目前应用最广的为干法纺丝。,氨纶的用途,氨纶一般不单独使用，而是少量地掺入织物中。氨纶可采用裸丝的形式做纺织原料，也可将裸丝加工成包芯纱、包覆纱、合捻线等，以不同的比例与天然纤维、合成纤维及其他纤维混用，生产机织物或针织物。一般在机织物中氨纶的混用比占织物重量的1%5%，在针织物中为5%10%。,氨纶包覆丝,粗旦氨纶,氨纶双股线,氨纶可与其他纤维一起织造多种用途的织物，如体操服、游泳衣、滑雪服、球衣、衬裙、短裤、弹力胸罩、束腰带、弹力劳动布、灯芯绒及各种弹力袜等。,三、氨纶的性能,1耐热性 氨纶在化学纤维中属耐热性较好的。由于氨纶多以包芯纱或包覆纱的状态存在于织物中，因此在热定型过程中可采用较高温度（180190），但处理时间不得超过40s。,2机械性能,氨纶的有效强度可达52.8cN/tex。氨纶弹性纤维在合成纤维中具有优异的回弹性和延伸度，其弹性的获得与锦纶弹性纤维不同。锦纶弹性纤维的弹性延伸度是其受热塑和高假捻作用的结果；氨纶弹性纤维的高弹性和延伸度是来自氨纶弹性纤维特殊的大分子结构。,3化学性能,氨纶弹性纤维对一般化学药品具有一定的抵抗性。对氯较为敏感，含氯漂白剂能使纤维泛黄、强度下降。,4吸湿、染色性能 吸湿性优于涤纶，染色性能较好。5其他性能 耐疲劳性好，良好的耐气候性。,第七节 维纶（PVA）,维纶是聚乙烯醇纤维（Polyvinyl Alcohol Fiber）的中国商品名称。它是由聚乙烯醇的线型大分子为原料构成的一种合成纤维的统称。狭义的维纶专指用甲醛处理后的聚乙烯醇缩甲醛纤维（Polyvinyl Formal Fiber）。维纶又称维尼纶（Vinylon,Vinal）。早期维纶能溶解于水，不适宜作纺织纤维。直到1939年，日本和朝鲜合作研究成功了聚乙烯醇纤维的热处理和缩醛化方法，使制造出的纤维具有良好的耐热水性能。1950年，不溶于水的聚乙烯醇纤维实现工业化生产。,维纶短纤维具有棉的风格，故有“合成棉花”之称。维纶的生产以短纤维为主，维纶长丝的生产量不大，也生产少量的可溶性长丝。维纶有染色性差、弹性低等缺点，因而服用发展受到一定限制，一般织制较低档的服用织物。,一、维纶生产简介,1聚乙烯醇的制备2纤维成型纺丝液制备 纺丝 后拉伸热处理（定形）缩醛化水洗上油干燥等。生产短纤维还包括丝束的切断或牵切；生产长丝则需要加捻和络筒等。,经纺丝、拉伸和热定型后的聚乙烯醇纤维，虽然强伸度已符合要求，但纤维的耐热水性仍较差，在接近沸点的水中其收缩率过大。经缩醛化处理，利用甲醛适当封闭纤维无定形区内的部分羟基，降低纤维的亲水性，提高耐热水性，使原来在水中的软化点（90）提高到110115。,维纶的缩醛化反应,缩醛化主要发生在纤维的无定形区。,二、维纶的结构,1维纶的形态结构采用湿法纺丝生产的维纶，纵面平直，有12根沟槽，纵向表面可以看到梭子形的纵向条纹；横截面呈腰子形，具有明显的皮芯结构，皮层结构紧密，芯层在凝固浴脱溶剂时形成许多空隙。,2维纶的超分子结构,经过热处理的维纶，结晶度为60%70%。维纶适用于“折叠链缨状微原纤”理论。,三、维纶的性能,1热性能（1）耐热水性 维纶在加工和使用过程中，应注意耐热水性能与缩醛度的关系。缩醛度低的维纶，耐热水性很差，在热水中收缩大，并会溶解于热水。随着缩醛度的提高，耐热水性能明显提高。当缩醛度达到30%时，维纶的耐热水性明显提高。,（2）耐干热性,维纶的耐干热稳定性较好。,2机械性能,维纶与其他化学纤维一样，其机械性能取决于聚乙烯醇的聚合度和纺丝加工的条件，可以在比较大的幅度内改变。维纶的强度、弹性和耐磨性比棉要高，但低于其他常见合成纤维。在合成纤维中，维纶的弹性是最差的，故其织物易出现折皱。,3化学性能 维纶较耐碱而不耐酸。4吸湿和染色性能在常见合成纤维中，维纶的吸湿性最高。染色性能较差。,5其他性能,维纶的相对密度比棉花及黏胶纤维要小，因此与棉花相同重量的维纶能织出更多的衣料。维纶的耐腐蚀性好，不易霉蛀，即使长期放在土壤中也无影响。维纶具有良好的耐海水性能。维纶的耐日晒性能良好，维纶在靠近火焰时收缩软化，接触火焰燃烧，离开火焰后继续燃烧，有黑烟冒出。燃烧时有特殊的甜味，灰烬为硬而脆的黑褐色。,第八节 新型合成纤维及制品,合成纤维从问世至今，在生产技术及感官特性上的改进大体分为4个阶段：（1）新聚合物合成阶段。从聚酰胺的诞生到聚酯和聚丙烯腈的问世，合成纤维产业迅速发展。（2）合成纤维的仿真时期。开始注意模仿天然纤维的外形及截面，仿蚕丝的异形截面技术、仿棉的中空纤维技术、仿毛的复合纤维技术逐渐成熟。（3）注重织物结构改进。并与纤维的物理和化学改性相结合，通过超细纤维技术开发出人造麂皮；通过碱减量和异收缩混纤技术，开发出新仿真丝织物。（4）追求超天然质感的时期。将高分子化学改性技术与合纤加工的高新技术相结合，生产出具有超天然优越特性的新合纤，可赋予纺织面料高舒适性和多功能性。,图5-24 合成纤维的发展阶段,新合纤不是指几个新颖的合成纤维产品，而是纺织染整工艺的新技术及由此得到的新产品的总称，它标志着纤维材料科学发展到一个新阶段，新合纤是生产技术不断发展的结晶。新合纤的生产虽以各种合成纤维为基础，但实际上主要是聚酯长丝制品，也有一些其他纤维，如丙纶、锦纶、腈纶、黏胶等。,一、新型合成纤维改性技术简介,纵观世界上各生产商采用不同的技术生产出的新型合成纤维，可以概括为以下4种：1聚合物改性技术2纺丝技术3后加工技术4织造及后整理技术,二、改性新型合成纤维及制品,近年来，在世界纺织市场上主要开发具有特殊性能和高附加值的“高新技术纤维”，要求合成纤维在保持原有的优良性能的同时，也具有天然纤维的某些优良性能，使合成纤维产品向差别化、功能性、高性能方向发展。1差别化纤维及制品2功能性纤维及制品3高性能纤维及制品,1差别化纤维及制品,差别化纤维一般泛指通过化学改性或物理变形使常规化纤品种有所创新或赋予某些特性的化学纤维。差别化纤维主要包括：异形纤维、复合纤维、超细纤维、易染纤维、高吸水吸湿纤维、高收缩纤维、抗静电纤维等。,（1）差别化纤维的改性方式,物理改性化学改性 工艺改性在实际生产中往往采用几种方法同时使用，以改善纤维的综合性能，提高纤维的品质和档次。差别化纤维主要用于服装及装饰织物，可提高经济效益、优化工序、节约能源、减少污染以及增加纺织面料新品种。,（2）几种主要的差别化纤维,主要介绍超细纤维、高吸水吸湿纤维和高收缩纤维。超细纤维及制品 超细纤维源于20世纪70年代的日本，一般是指单丝线密度在0.55dtex以下的纤维。因其单丝线密度远较常规合纤长丝细而得名。超细纤维可用于生产高舒适性织物，品种有涤纶、丙纶、锦纶、腈纶、黏胶等。,高吸水吸湿纤维及制品,疏水性合成纤维经物理变形和化学改性后，在一定条件下，在水中浸渍和离心脱水后仍能保持15%以上水分的纤维，称之为高吸水纤维；在标准温湿度条件下，能吸收气相水分，回潮率在6%以上的纤维，称之为高吸湿纤维。,高收缩纤维及制品,高收缩纤维是差别化纤维中重要的品种之一，它的问世与应用仅有十余年历史。在合成纤维中，一般的短纤维沸水收缩率不超过5%，长丝为7%9%。通常把沸水收缩率在20%左右的纤维称为一般收缩纤维，把沸水收缩率在35%45%的纤维称为高收缩纤维。目前常见的有高收缩聚丙烯腈（腈纶）和高收缩聚酯纤维（涤纶）两种。,2功能性纤维及制品,功能性纤维是在20世纪60年代开始发展起来的一类纤维，除了具有常规纤维的柔软、保暖等特性外，还有一些常规纤维没有或不足的性能，如抗菌防臭、抗紫外线、远红外、芳香、可变色、高效止血等。（1）抗菌防臭纤维及制品（2）抗紫外线纤维及制品（3）远红外纤维及制品（4）芳香纤维及制品（5）可变色纤维及制品（6）高效止血纤维,3高性能纤维及制品,所谓高性能纤维，是指具有突出的化学稳定性，并具有高强度、高模量、难以燃烧等性能，能耐高温、耐腐蚀的纤维。高性能纤维是20世纪60年代初发展起来的，碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维等都属于高性能纤维的范围。这类纤维最初用于军事方面，随着科学技术的进步、生产成本的降低，逐渐用于民用领域。,第九节 环保纤维,所谓环保纤维，是采用在生产过程无污染的纤维。环保纤维的种类很多，包括在前面章节中介绍过的天然彩色棉纤维、天丝纤维、大豆蛋白纤维、海藻纤维等均属于环保纤维，另外还有甲壳素纤维、可回收再利用的纤维、可降解的纤维、无毒功能性保健纺织品等。,以高新技术发展与应用新型纺织纤维原材料是21世纪的重要课题之一。应用新型环保纤维开发的针织、纺织品在市场上很受消费者欢迎，并受到社会上的广泛关注。西方发达国家特别是欧洲的一些国家，对进口的纺织品制定了非常苛刻的环保标准，涉及纺织品无害化的项目就有近10个指标，如pH值、染色牢度、甲醛残留、挥发性物质含量、阻燃性等，其中大多是强制性标准。发展“绿色纺织业”是纺织业新的发展方向，是保护人类健康、保护环境的需要。,一、甲壳素纤维,甲壳素兼具有高等动物组织中胶原质和高等植物组织中纤维素两者的生物功能，制成的甲壳素纤维具有生物相容性和生物可降解性。近十年来，通过基础研究得知，“甲壳素”的机能惊人，被现代科学称之为继糖、蛋白、脂肪、维生素、矿物质等五大生命要素之后的第六生命要素，具有一定的保健作用和医疗价值。由于它对人体无毒害、无刺激，甲壳素纤维呈碱性和高度的化学活性，具有良好的吸附性、黏结性、杀菌性和透气性，甲壳素纤维制成的纺织品广泛用于医疗卫生行业。,二、生物可降解纤维,生物可降解纤维是指在自然界中的光、热和微生物的作用下能自行降解的纤维。合成纤维由于本身的组成与结构，使其难以生物降解，因此给环境带来了日益严重的污染。从改善生态环境和可持续发展的角度来看，开发生物降解性纤维具有十分积极的意义。,END,