化学纤维概述ppt课件.ppt
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1、一、化学纤维的诞生与应用稳定的,持续发展的原料来源。穿衣状况改善。性能可以人为改变和控制。民用。工农业。交通运输。医疗。国防。宇航。,化学纤维概述,二、种类(一)人造纤维1、粘胶纤维:以木材,棉短绒,芦苇,甘蔗渣等植物纤维素为原料制成。2、人造蛋白质纤维:大豆纤维(不是纯蛋白)。 (二)合成纤维 1、 普通合成纤维2、 特种纤维(1)氨纶 (莱卡)。弹性纤维。(2)芳纶。耐高温、高绝缘、高强度(3)氟纶。耐腐蚀纤维(4)导电纤维。金属的,复合的。(5)碳纤维。复合材料的骨架增强材料,(三) 按照形态结构分类长丝:纤维长度愈长,愈易纺成强力的机纺纱( SpunYarn ),可增加纤维间络合性。太
2、长会使纺纱等加工操作发生困难。,短纤维:,复合纤维,并列皮芯 海岛,异型:为了加强纤维间的磨擦,最好使其表面不规则,及具有捻旋、鬈缩、波状等形状。,超细纤维:纺制同一支数(Count)机纺纱,纤维愈细愈可增加纤维相互间络合,纱强度也愈大,但太细,纤维强度太小,易发生损伤。 因而棉纺中的棉纤维纤度须在1.5d(1.6dtex)以上;纤维愈细愈可改善制品外观、触感。,化学纤维,合成纤维,再生纤维,再生纤维素纤维,再生蛋白质纤维,粘胶纤维,铜氨纤维,醋酯纤维,蛹蛋白纤维,大豆蛋白纤维,牛奶丝纤维,三、化学纤维的制造(一)纺丝液的制备成纤高聚物满足三个条件:线性分子结构;适当分子量;凝固后的纤维,大分
3、子间应具有足够的结合能。为使纺丝液具有均匀和良好纺丝性能,纺丝液还必须进行混合,过滤,脱泡。在纺丝液中加入不同量消光剂(二氧化钛),可生产不同光泽的纤维:有光,半光,无光。加入颜料,可生产色牢度很好的有色纤维。,(二)纺丝成形:1、熔体纺丝:2、溶液纺丝:(1)湿法纺丝(2)干法纺丝新纺丝方法:热压法:加热温度低于熔点,软化,高压使其从孔中喷出,冷却成形;裂膜成纤法:熔融挤压为薄膜,用切刀或针刺使之破裂成条。喷射纺丝:纺丝液压出后,受高速气流喷吹,并进行高倍拉伸,纤维直径小于0.5-3m,成超细纤维。高速纺丝:POY丝,(三)后加工经过纺丝工序,高聚物初具纤维形态,称“初生丝”。短纤维后加工路
4、线。集束拉伸(关键工序,产生不同力学类型纤维)上油卷曲干燥热定形(热定形是为了消除纤维在拉伸时所产生的内应力,确保后期使用结构的稳定性。)切断、打包。,第二节 化纤性能检验一、 长度:1、等长纤维(棉型化纤)的长度测定 (1)中段切断称重法: (异长纤维不能用此法)式中:Ln平均长度(mm);W纤维总重(mg);Wc中段重(mg)Lc中段长度(mm)。 (2)手扯法:用手扯法将纤维整理成两端平齐的纤维束,在用钢尺量取其长度。,2、异长纤维(毛型化纤)具有一定长短差异,纺出的纱线品质比等长纤维纱好。(1)梳片式长度仪:方法与毛纤维的类似。(2)单根测量:测得根数加权平均长度Ln。 (3)电子自动
5、化仪器测量二、细度:纤维的光泽,抗起球,抗活,膨松性,保暖性受细度影响。,1振动测量法:对化纤较适用纤维两端夹持,由仪器在纤维上施加一横向振动,使纤维产生共振,此时,可用下面的公式计算:式中:N-纤维的线密度(g/cm);P-张力(cN);L-纤维的长度(cm);f-共振频率(Hz)。,三、密度:利用密度可研究纤维内部大分子排列状况,结晶程度,化纤制造工艺是否正常及对纤维结构的影响。根据纤维的密度可计算出纤维的结晶度:,四、卷曲:提高抱合力,可纺性,增加纤维弹性,对织物风格也有一定影响,表征卷曲性能的指标有以下几个:,1、卷曲数=,个/厘米(表示卷曲的密度),(%) (表示卷曲波的深度),3、
6、剩余卷曲率或卷曲回复率=,4、卷曲弹性率=,(%)(表示卷曲的恢复能力),五、其它性能检验:含油,回潮,强伸度(拉伸,湿态,钩接、打结强度),疵点等。,棉纺工艺梗概,纺织纤维的鉴别一、 手感目测法:可有效地鉴别天然纤维棉、毛、丝、麻,对化学纤维则显得无能为力(除普通粘胶外)。具体方法:1、手感及强度 棉、麻手感较硬,羊毛软,蚕丝、粘胶纤维、锦纶手感适中。2、伸长度 拉伸时棉、麻伸长度较小;毛、醋酯伸长较大;蚕丝、粘胶纤维、大部分合成纤维伸长度适中。 3、长度与整齐度 天然纤维的长度、整齐度较差、化学纤维的长度、整齐度较好。4、重量 棉、麻、粘胶纤维比蚕丝重;锦纶、腈纶、丙纶比蚕丝轻;羊毛、涤纶
7、、维纶、醋酯纤维与蚕丝重量相近。,纺织纤维系统鉴别一般步骤,未知纤维 拉伸 可拉伸2倍以上 放入浓硫酸:溶解(氨纶) 不溶解(橡胶) 不可拉伸2倍以上 显微投影独特形状:纵向扭曲,横向腰形中腔:棉纵向有节,横向腰形中腔:麻 纵向沟槽,横向锯齿形: 粘胶纵向鳞片,横向近似圆形:羊毛 其他 第三步:70%硫酸如溶解,再燃烧: 有毛发燃味(丝);有纸燃味(其它再生纤维素纤维),如不溶解36%38%盐酸如溶解(为锦纶):再可用15%盐酸,溶解的为(锦纶6),不溶解的为(锦纶66)如不溶解65%68%硝酸如溶解(为腈纶)如不溶解40%氢氧化钠如溶解(为涤纶)如不溶解(为丙纶),二、 燃烧法根据各种纤维在
8、烧烧中所表现出来的燃烧状态,加以区别,对燃烧性状接近者,不能区别。常用纺织纤维燃烧特征 纤维 近焰现象 在焰中 离焰以后 嗅觉 灰烬 形状 棉 近焰即燃 燃烧续燃较快 有余辉 燃纸味 极少 柔软、黑色 或灰色 毛 熔离火焰 熔并燃 难续燃, 自熄 烧羽毛味 易碎 脆,黑色 丝 熔离火焰 燃时有丝丝声 难续燃 自熄, 烧羽毛味 易碎 脆,黑色 且燃时飞溅 麻 近焰即燃 爆裂声 续燃 冒烟有余辉 同棉 同棉 粘胶 近焰即燃 燃烧 续燃极快无余辉 烧纸夹杂 无灰 间有少量 化学品味 黑色灰锦纶 近焰即熔缩 熔燃滴落并起泡 似芹菜味 硬、圆、轻 棕灰色珠状 不直接续燃 涤纶 同上 同上 能续燃,少数有
9、烟 极弱的甜味 硬圆, 黑或淡褐色 腈纶 熔,近焰即灼烧 熔并燃 速燃、飞溅 弱辛辣味 硬黑 不规则或珠状,特种纤维的燃烧性能,特种纤维一般是指具有高强度高模量并且耐高温的纤维,或指具有特殊功能或用途的纤维或面料。图1-17是由25%特级金属纤维+75%生态竹纤维精纺而成的新型抗菌型防辐射服,该服装冬暖夏凉,天然抗菌抑菌,防静电和紫外线,面料柔软透气。图表示了莫代尔竹炭纤维制作的面料的燃烧特征,燃烧时火苗渐渐蔓延,由于竹炭易充分燃烧的特性,不产生明显的烟雾,燃烧缓慢,且能充分燃烧,燃烧遗留物为完整的纤维组织结构。,四、 着色法同一化学试剂,不同纤维可能显出不同的颜色(未染色纤维)五、 溶解法:
10、利用不同的化学溶剂中的溶解性能来鉴别纤维,方法准确,可靠。应注意控制好“溶液浓度,溶解时间和温度”。,三、 显微镜观察法观察纤维纵向和截面形状,或配合染色等方法,区分天然纤维和化学纤维。,几种纺织纤维的着色反应,六、 熔点法:化学纤维中大部分熔融温度不同,可加以区别。 七、 红外光谱法:不同的化合物对同一波长的红外线具有不同的吸收率(或衰减率),同一化合物对不同波长的红外线具有不同的吸收率,某一光谱对应某一物质,该光谱具有“指纹性”。可根据未知纤维谱图与已知标准谱图对照查知是什么纤维。,花旗松纤维的Raman光谱图1.已处理Treated;2.未处理Untreated,花旗松1和槿麻纤维2红外
11、谱图,八、 其它方法:荧光(颜色)法,双折射法,密度法,强度法等,涤纶p1861 大分子结构:聚对苯二甲酸乙二酯(PET):,特征基团有:苯环具有刚性和惰性; 酯基-COO- 弱极性基团; 脂肪基柔性基团。大分子无卷曲,基本上呈曲折状直链,涤纶蚊帐,分子量一般控制在1800025000左右。聚对苯二甲酸乙二酯可以由对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG),通过直接酯化法制取对苯二甲酸乙二酯(BHET)后缩聚而成。从涤纶分子组成来看,它是由短脂肪烃链(CH2链段)、酯基、苯环、端醇羟基所构成。涤纶分子中除存在二个端醇羟其外,并无其它极性基团,因而涤纶纤维亲水性极差,属疏水性的纤维。涤纶分子中约含有4
12、6%酯基,酯基在高温时能发生水解、热裂解,遇碱则皂解,使聚合度降低;涤纶分子中还含有脂肪族烃链,它能使涤纶分子具有一定柔曲性,但由于涤纶分子中还有不能内旋转的苯环,故涤纶大分子基本为刚性分子,分子链的易于保持线型。涤纶大分子在适宜条件下很容易形成结晶,使涤纶纤维的结晶度和取向性较高。,2性质 (1)机械性质断裂强度较高,伸长率大;初始模量高;弹性回复性好;织物挺括,耐磨性较好,尺寸稳定。(2)吸湿染色差(3)热学性质 熔点高,达255-265;耐热性和热稳定性好(4)光学性质:耐光性好;(5)耐酸不耐强碱,不霉不蛀(6)密度: 1.38 g/cm3,涤纶主要性能指标,二、 纺丝方法合成纤维的纺
13、丝方法,大致分四种:,涤纶生产概况熔纺法:,分子量一般控制在1800025000左右。PET的原料是对苯二甲酸和乙二醇.PET的合成 酯交换法 直接酯化法,后处理 后处理过程较多,如下图所示:,生产过程中各工序的作用和纤维的变化如下:,涤纶的形态结构和超分子结构一、涤纶纤维的形态结构 圆形的横截面和光滑、均匀而无条痕的圆柱体纵向;二、涤纶纤维的超分子结构,涤纶的性能(略)一、 热性能1.涤纶的一些热性能常数,注意:染整加工温度小于软化点,2.涤纶的热转变情况 (略) 涤纶纤维是一种热塑性纤维,受热时可发生结构变化如下:1)结晶区 晶体熔化(熔点)晶型不同,熔点不同(多熔点)结晶尺寸越大,熔点越
14、高结晶完整性越高,熔点越高 晶型转变(晶型II晶型I) 结晶尺寸、结晶完整性提高2)无定形区注意:玻璃化温度涤纶无定型部分从高弹态向玻璃态过渡时,第一次出现的转变称为-转变,也就是通常所谓的玻璃化温度。 完全无定形 Tg67 部分结晶 Tg 81 ,涤纶线,3.纤维的超分子结构与玻璃化温度的关系 (略) 1)结晶度与玻璃化温度 结晶度在030%范围时 现象:结晶度越高,Tg越高 原因:晶体小而分散,对无定形区束缚大 结晶度30%时 现象:结晶度越高,Tg越低 原因:晶体大而集中,对无定形区束缚小2)玻璃化温度对机械性能的影响 硬挺度 弹性 延伸性3)超分子结构与可及度的关系 对于分子量小的化合
15、物,结晶度越大,可及度越小 对于分子量大的化合物,随着结晶度增大,可及度先下降后上升,4.热收缩及其对纤维结构和性能的影响 (略) 1)涤纶的热收缩现象在松弛状态下,涤纶受热后可能会发生剧烈的收缩。2) 原因: 纤维无定形区分子链的解取向 产生折叠链结晶3)影响因素: 收缩温度:温度越高,收缩越大,如图所示: 收缩时间:收缩分为三个阶段: 快速收缩阶段:涤纶分子无定形区的解取向阶段 涤纶收缩较大阶段:分子链发生折叠结晶 涤纶收缩达到最大,不再增加收缩时间对涤纶热收缩的影响如下图所示:,收缩前的热处理(热定形)为提高涤纶热稳定性,须对涤纶进行热定型处理。,二、拉伸性能影响拉伸性能的因素: 化学结
16、构:苯环、亚甲基、酯键 生产条件:影响超分子结构、形态结构 抽伸:提高取向度、结晶度 热处理:提高结晶度,消除内应力 1. 负荷-延伸曲线,2.弹性(1)不易变形(弹性模量较大)。原因:结晶度高,取向度高 (2)从形变中回复能力较强。 原因: 亚甲基有较大的柔性 大分子间的联结点(结晶)稳定,成为恢复原状的基点,三、吸湿性和染色性 吸湿性: 很差,标准状态下回潮率 0.4% (棉 78%)原因:极性基团太少,缺少吸湿中心;结构紧密,孔隙小 染色性:与棉、毛等纤维相比,涤纶染色较困难。克服染色困难的方法 高温高压染色法:染色温度在120140,制成分散液。 载体染色法:染色温度为100 ,添加有
17、机溶剂的液体。 热溶法染色:染色在180210 之间,利用热空气染色。,四、静电现象1.静电的产生,静电产生过程 两物体接触、摩擦,发生电荷转移 两物体分离,各自带有数量相同、符号相反的电荷2.影响静电大小的因素 材料的导电性 材料的吸湿性 摩擦时的力3. 静电序列: 两种物体互相摩擦时,介电常数高的带正点荷,低的带负电荷,有关纤维带电情况如下:,注意:两材料摩擦分离时带不同的电荷位于近(+)端的带正电荷,近()端的带负电荷 静电序列受材料生产条件和环境影响 4.静电的危害 生产过程中的障碍 使用过程中的问题5.克服静电的方法 两种纤维混纺 生产抗静电纤维 进行抗静电整理,五、化学性能,酯键:
18、水解反应,聚合度降低 酸和碱起催化作用 酸的催化作用很小-耐酸性好 碱的催化作用较大-耐碱性差 苯环:很稳定 亚甲基:较稳定,可发生氧化反应(一)酸对涤纶的作用注意:涤纶的耐酸性很好! 弱酸 煮沸也无显著损伤 强酸: 低温下稳定, 高温下有损伤, 涤纶耐酸的意义 染整加工尽量在酸性条件下进行 可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比 可用于生产涤棉烂花织物,(二)碱对涤纶的作用注意:涤纶的耐碱性差! 碱使聚酯发生降解反应注意:避免碱性加工条件! 碱处理涤纶的“剥皮现象”纤维表面出现刻蚀-变得凹凸不平,(三)氧化剂对涤纶的作用 涤纶对氧化剂的稳定性良好 氧化剂作用于乙二醇剩基(四)溶剂对涤纶的作用 涤纶
19、可溶解在一些有机溶剂中,如:丙酮、苯、苯酚 涤纶可在一些有机物的水溶液中溶胀 一些有机物可作增塑剂 一些有机物可作涤纶染色的载体,高强低伸低收缩涤纶长丝,涤纶长丝简介POY:Preoriented yarn /partially oriented yarn 预取向丝。 当高速纺丝的速度为3000-3600m/min,可制得预取向丝。在高卷绕速度下,纤维产生一定的取向度,结构比较稳定。 DTY::Draw texturing yarn 拉伸变形丝。 也称为涤纶低弹丝,是在一台机器上进行连续或同时拉伸、变形加工后的成品丝。 FDY:Fully drawn yarn 全拉伸丝。将它做为纺丝拉伸一步法
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