化纤工艺部分知识

第一章总论
1.化学纤维的基本概念
天然纤维：由纤维状的天然物质直接分离、精制而成。

化学纤维：用天然或人工合成的聚合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维。

①按原料分类
人造纤维：以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维，也称再生纤维。

合成纤维：以石油、天然气、煤及农副产品等为原料，经一系列的化学反应制成合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。

无机纤维：主要成分是由无机物构成的纤维。

②按尺寸分
长丝：在化学纤维制造过程中，经纺丝成形和后加工工序后，得到的连续不断的长度以千米计的纤维称为长丝。

短纤维：化学纤维经切断而成的、一定长度规格的纤维。

丝束：丝束是由大量单纤维汇集而成。

牵切纤维：化纤丝束经牵伸拉断而成的长度不相等(而有一定比例)的短纤维。

③按性能分类
⑴差别化纤维：泛指对常规化学纤维产品有所创新或赋予某些特性的化学纤维。

异形纤维：在合成纤维成形过程中，采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形截面的纤维或中空纤维称为异形截面纤维，简称异形纤维。

复合纤维：在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物，这种化学纤维称为复合纤维，或称双组分纤维，多组分纤维。

共混纤维：由两种或两种以上不同的聚合物混合后纺制成的化学纤维。

超细纤维：化学纤维可按单纤维的粗细（线密度）分类，一般分为常规纤维、细旦纤维、超细纤维和极细纤维。

有光纤维：生产过程中，未加入消光剂经行消光处理的光泽较强的化学纤维
消光纤维(无光纤维)：生产过程中，经过消光处理(通常用二氧化钛为消光剂)制成的化学纤维。

纤维表面的反射光减弱。

半消光纤维(半光纤维)：生产过程中，经部分消光处理(加入消光剂约0.5％)而制
成的化学纤维。

⑵高性能纤维：具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、特别优异的一类新型纤维。

⑶功能纤维：在常规化学纤维原有性能的基础上，又增加了某种特殊功能的一类新型纤维。

⑷智能纤维：一维的纤维状智能材料。

2.化学纤维的主要质量指标
一、线密度
1.定义：线密度是表示纤维粗细程度的量，在我国化学纤维工业中，也称“纤度”。

•线密度的单位名称为特[克斯]，单位符号为tex，• 1000m长纤维重量的克数即为该纤维的特数。

•其1/10称分特[克斯]，单位符号为dtex。

•旦尼尔数为9000 m长纤维重量的克数。

•公支为单位重量纤维的长度，
2.换算关系：（对同一根纤维而言）
分特数=10×特数
特数×支数=1000
旦数=9 ×特数
1tex(特)=1mg/m
1tex=10dtex
1旦=1mg/9m
1特=9旦
1公支=1m/g
二．断裂强力
•定义：纤维纤维拉伸至断裂时所能承受的最大负荷称断裂强力，也称绝对强力或断裂负荷。

•单位：牛[顿] （N）、厘牛[顿] （cN）
三．断裂强度
•定义：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。

•单位：牛[顿]／特[克斯]（N／tex）
厘牛[顿]／分特［克斯］（cN／dtex）
四. 纤维的断裂伸长率一般用断裂时的相对伸长率，即纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分
数表示：
断裂伸长率 =（L - L 0）/L0 ×100%
五. 初始模量
纤维的初始模量即弹性模量（或杨氏模量）是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1%时所需的应力。

六. 断裂功
•断裂功为材料拉伸至断裂时外力所做之功。

•可以从负荷伸长曲线下的面积求出。

•断裂功反映纤维的韧性。

W=∫F(l)dl
七. 回弹性
纤维在外力作用下伸长和释放外力后恢复到原
始状态的能力称为回弹性。

八、吸湿性
纤维的吸湿性是指在标准温湿度（20℃、65％相对湿度）条件下纤维的吸水率。

一般采用两种指标来表示：回潮率和含湿率。

回潮率 =（试样所含水份的重量/干燥试样的重量）× 100%
含湿率 = (试样所含水份的重量/未干燥试样的重量)× 100%
九．卷曲性
•卷曲数（个／cm）= 弯折点个数/2×L0
•卷曲率 =( L1－ L0)/ L1 × 100%
•卷曲回复率 = (L1 －L2)/ L1× 100%
•卷曲弹性回复率 = (L1 － L2)/(L1-L0)× 100%
L0——预加张力为1.26×10-3dN／tex时的纤维长度；
L1 ——加负荷 8.8 ×10-2dN／tex并保持 lmin后测得的纤维长度；
L2 ——除去负荷使纤维松弛2min后，再加预张力测得的纤维长度
十．沸水收缩率
将纤维放在沸水中煮沸30min后，其收缩后的长度与原来长度之比，称为沸水收缩率。

十一。

燃烧性能
•纤维的燃烧性能是指纤维在空气中燃烧的难易程度。

为了测定和表征纤维及其制品的燃烧性能，国际规定采用“极限氧指数”（Limiting Oxggen Index，简称LOI）法。

所谓极限氧指数，就是使着了火的纤维离开火源，而纤维仍能继续燃烧时，环境中氮和氧混合气体内所含氧的最低百分率。

3. 化学纤维的纺丝方法（重点是熔体纺丝、湿法纺丝、干法纺丝）
熔体纺丝：切片在螺杆挤出机中熔融后或由连续聚合制成的熔体，送至纺丝箱体中的各纺丝部位，再经纺丝泵定量压送到纺丝组件，过滤后从喷丝板的毛细孔中压出而成为细流，并在纺丝甬道中冷却成形的工艺过程。

湿法纺丝：纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备后，送至纺丝机，通过纺丝泵计量，经烛形滤器、鹅颈管进入喷丝头(帽)，从喷丝头毛细孔中挤出的溶液细流进入凝固浴，溶液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的凝固剂向细流内部扩散，于是高聚物在凝固浴中析出而形成初生纤维的工艺过程。

干法纺丝：干法纺丝时，从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶液不进入凝固浴，而进入纺丝甬道。

通过甬道中热空气的作用，使溶液细流中的溶剂快速挥发，并被热空气流带走。

溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而成为初生纤维的工艺过程。

聚氨酯纤维部分
4 . 聚氨酯弹性纤维的用途
①裸丝②包芯纱③包覆纱④合捻纱
5. 生产聚氨酯所用的主要单体
①二异氰酸酯：二苯基甲烷4，4ˊ-二异氰酸酯（MDI）或2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)。

②聚醚二醇：聚四氢呋喃醚二醇（又称聚四亚甲基醚二醇）、聚氧乙烯醚二醇、聚氧丙烯醚二醇。

③聚酯二醇：聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙二醇酯、聚己二酸丁二醇酯
④扩链剂：大多数扩链剂选用二胺、二醇、肼等。

二胺扩链剂有间苯二胺、乙二胺、1,2 -二氨基丙烷等，二元醇有1,4-丁二醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇
6. 聚氨酯纤维的生产方法有哪些
①干法纺丝②熔融纺丝③湿法纺丝④反应纺丝
7. 什么是聚氨酯弹性纤维的化学反应纺丝法
先将预聚体与有机溶剂配成纺丝原液，由纺丝泵定量挤入喷丝头。

原液细流在凝固浴中凝固的同时，与凝固浴中的链扩展二元胺发生化学反应，形成嵌段共聚物的长链。

在纤维内的大分子间也会产生一定程度的横向交联，使之成为具有网孔结构的大分子。

初生的纤维经卷绕后，还应在加压的水中进行硬化处理，使初生纤维内部尚未充分反应的部分继续发生交联，在大分子之间建立起具有尿素结合形式的横向连接，从而转变为具有三维结构的聚氨酯嵌段共聚物。

第二章聚酯纤维
8. 对苯二甲酸乙二酯（BHET）的主要制造方法
①高温氧化法②低温氧化法③氧化酯化法。

9. 涤纶切片在纺前进行干燥的目的
①去切片中的水分②提高切片的软化点和结晶度
10. PET纤维纺丝技术路线的类型
①常规纺丝。

纺丝速度1000～1500m/min，其卷绕丝为未拉伸丝，通称UDY②中速纺丝。

纺丝速度为1500～3000m/min。

其卷绕丝具中等取向度，为中取向丝，通称MOY。

③高速纺丝。

纺丝速度为3000～6000m/min。

纺丝速度为4000m/min 以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预取向丝POY④超高速纺丝。

超高速纺丝：纺丝速度为6000～8000m/min。

卷绕丝具有高取向和中等结晶结构，为全取向丝，通称FOY
11. 螺杆挤压机的分段
进料段，压缩段，计量段
12. PET熔体纺丝中纺丝温度过高或过低有何弊端？
温度过高，切片在达到压缩段前就过早熔化，由于在螺槽等深的预热段无法压缩，无法往前推进，造成“环结”阻料。

温度过低，切片在进入压缩段后还不能熔融，也必然造成切片在压缩段内阻塞。

附：生产涤纶短纤维时，初生纤维为什么要存放一定的时间后才能进行加工？
第三章．再生纤维素纤维
13.纤维素的分类、定义，各类纤维素的聚合度范围，哪类纤维素适合制备粘胶纤维。

①定义：纤维素是一种由大量葡萄糖残基彼此按照一定的联接原则，即通过第一个、第四个碳原子用β键连接起来的不溶于水的直链状大分子化合物。

②分类：α-纤维素（聚合度200以上），β-纤维素（聚合度140-200），γ-纤维素（聚合度10-140 ）
③α-纤维素含量高、半纤维素含量低，标志着浆粕纯度高。

14.粘胶纤维制备过程中的老成和熟成，及其作用‘
①老成：借空气中的氧化作用，使碱纤维素分子链断裂，聚合度下降，以达到适当调整粘胶粘度的目的。

（低温长时间老成效果较好）
②熟成：粘胶在放置过程中会发生一系列的化学和物理化学变化
有利于粘胶凝固，使其均匀稳定。

15.黄化反应的机理
⑴主要是气固相反应，包括二硫化碳蒸汽按扩散机理从碱纤维素表面向内部渗透的过程以及二硫化碳在渗透部分与碱纤维素上的羟基进行反应的过程。

⑵是放热反应，低温有利，高温易生成更多的副产物。

⑶是可逆反应。

二硫化碳对纤维素的渗透，在无定形区易于进行，而结晶区的二硫化碳主要在微晶表面进行局部化学反应。

在溶解过程中，甚至在以后的粘胶溶液中，二硫化碳继续向微晶内部渗透，称之为“后黄化”。

因此，二硫化碳的扩散和吸附对反应起着重要作用。

16.粘胶纤维纺丝中凝固浴的组成和作用
是由硫酸、硫酸钠和硫酸锌按一定比例组成的溶液
⑴酸的作用
⑵①是使纤维素黄酸钠分解，再生出纤维素和CS2
②是中和粘胶中的NaOH，使粘胶凝固③是使黄化时产生的副产物分解。

⑵硫酸钠的作用
抑制硫酸的解离，从而延缓纤维素黄酸钠的再生速度。

硫酸钠是一种强电解质，能促使粘胶脱水而凝固，这些作用能改善纤维的物理机械性能。

⑶硫酸锌的作用
①改进纤维的成型效果，使纤维具有较高的韧性和较优良的耐疲劳性能。

②一是能与纤维素黄酸钠作用生成稳定的中间产物—纤维素黄酸锌，其分解
速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利于拉伸，从而提高纤维强度
③是纤维素黄酸锌具有交联结构，能形成结晶中心，生成均匀而细小的结晶，
避免大块晶体的形成，从而使纤维结构均匀，强度、延伸度和钩接强度都得到适当提高。

第四章聚酰胺纤维
17. 工业生产聚己二酰己二胺时，为何要用聚酰胺66盐为中间体
为了保证获得相对分子质量足够高的聚合体，要求在缩聚反应时己二胺和己二酸有相等的摩尔比（任何一种组分过量都会使由酸或氨端基构成的链增长终止）。

18. PA 6生产中除单体的方法
①连续聚合直接纺丝的纺前脱单体②切片法纺丝的切片萃取
19. PA6纺丝中给湿的作用
使纤维提前发生诱导结晶和纤维伸长，防止出现绕在筒子上的丝松圈和塌边现象。

第五章聚丙烯纤维
20. 熔融指数概念
熔融指数是热塑性高聚物在规定的温度和压力下，在10分钟内通过指定长度和内径的毛细管的重量值。

单位“g/10min”。

21. 聚丙烯纺丝时为什么纺丝温度要远高于熔点
①PP的分子量大，熔融后的熔体粘度很高，因此要提高纺丝温度以增加流动性使纺丝顺利进行。

②PP中没有强极性基因，内聚能较小，纺丝时容易出现熔体破裂。

③PP分子量分布宽，熔体弹性较大，牛顿性能差。

④高温下纺丝，卷绕丝的预取向度低并生成不稳定的碟状液晶结构，有利于后拉伸倍数的提高。

第六章聚丙烯腈纤维
22. 腈纶生产中加入第二单体的作用，常用的第二单体
作用：①降低大分子间的作用力②降低PAN的结晶性、增加纤维的柔软性、改
善纤维的弹性。

常用单体：丙烯酸甲酯（MA），甲基丙烯酸甲酯（MMA），醋酸乙烯酯（V AC），丙烯酰胺（AAM）
23. 腈纶生产中加入第三单体的作用，常用的第三单体
作用：引入亲染料基团，改进纤维的染色性和亲水性。

常用单体：衣康酸（甲叉丁二酸，ITA），丙烯磺酸钠，甲基丙烯磺酸钠，对乙烯基苯磺酸钠，乙烯吡啶，6、2－甲基－5－乙烯吡啶。

24. 水相沉淀聚合及其优点
①概念：可用介质只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。

因非均相的聚合介质通常采用水，所以又称为水相沉淀聚合。

②优点：通常采用水溶性氧化—还原引发体系，引发剂分解活化能较低。

聚合可在30～50℃之间甚至更低的温度下进行，所得产物色泽较白；反应热容易控制，聚合产物的相对分子质量分布较窄。

25. 湿法纺丝成形中的双扩散
纺丝液由喷丝头喷出进入凝固浴后，原液细流的表面首先与凝固浴接触，很快凝固成一层膜，凝固浴中的凝固剂（水）不断通过这一皮层扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过皮层不断扩散到凝固浴中。

双扩散的不断进行，使皮层不断增厚。

26. 纤维干燥致密化机理
拉伸水洗后的纤维，其微孔被拉长拉细，内部充满水，在适当温度下进行干燥，大分子链段能较自由地运动，水分逐渐蒸发产生毛细管压力，使得微孔半径相应收缩，最后微孔融合。

27. 腈纶干法纺丝成形机理
纺丝原液从喷丝孔挤出后进入纺丝甬道，溶液细流与甬道中热空气的热交换，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开始蒸发，细流内部的溶剂不断扩散至表面而蒸发。

由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流便固化为丝条
第七章聚乙烯醇纤维
28.维纶纺丝前对PVA进行水洗的目的
⑴降低PVA中NaAc含量，使之＜0.2％，减少热处理时的碱性着色；
⑵除去低分子量PVA，改善分子量分布；
⑶使PVA适度膨润，以利于溶解。

29.纺制维纶的凝固浴的组成及其作用
凝固浴组成：
Na2SO4：410～420g/L
ZnSO4：1～5g/L
凝固浴作用：①Na2SO4使丝条脱水凝固成形②ZnSO4控制纤维色相（强酸弱碱盐、水溶液pH=3.35）
30.维纶生产中缩醛化的目的是
进一步提高纤维的耐热水性，玻璃化温度。

31.维尼纶生产中后处理的目的是什么，采取了哪些措施？
①目的：提高纤维的耐热水性及软化点温度。

②后处理流程：
给纤→热水卷缩→前水洗→前回收→缩醛化→后回收→第1～4温水洗→上油→最终榨液→开纤→干燥→冷却→计量→打包。

③主要措施：
⒈热水卷缩⒉前水洗⒊缩醛化4.前回收，后回收5.温水洗6.上油7.干燥、冷却、调湿
第八章聚氯乙烯纤维
32.捏合的概念
纤维级的PVC不能溶解于丙酮，为了获得纺丝原液，首先使PVC树脂在丙酮中充分溶胀，这一操作在生产上叫做捏和。

33.溶液法氯化PVC生产过程，氯化PVC较之PVC有何好处
氯的质量分数较 PVC增加5%～8%，在结构上分子的不规整性增大，结晶度下降，分子链的极性增强，因而使其热变形温度上升。

CPVC产品的使用温度最高可达93～100℃，较PVC提高30～40℃，具有很好的耐热性、耐化学腐蚀性，能抗酸、碱、盐、脂肪酸盐、氧化剂及卤素等的化学腐蚀，同时CPVC的抗张强度、抗弯强度较PVC也有改进。

34. 维氯纶生产中如何将疏水的PVC和亲水的PVA共混
在PVA溶液中进行氯乙烯的乳液聚合。

在生成氯乙烯均聚物的同时，由子链转移作用，会在PVA分子上接枝氯乙烯，生成PVA－PVC接枝共聚物，因而制得与PVA 有亲和性的PVC乳液。

纺丝用共混原液是PVA浓溶液中加入35%～50%的PVC乳液。

第九章高性能纤维
35. 碳纤维生产中主要的前驱体纤维
聚丙烯腈（PAN）原丝，沥青纤维，粘胶纤维。

36. 芳纶-1313的分子式、主要特点
耐高温性能好，高温下的强度保持率好，以及尺寸稳定性、抗氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自熄性，耐磨和耐多次曲折性好，耐化学试剂，绝热性能也较好。

强度和模量低，耐光性较差。

37. 芳纶-1414的分子式、主要特点
PPTA纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、优良吸能性和减震、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学和动态性能；良好的耐化学腐蚀性；高耐热、低膨胀、低导热、不燃、不熔等突出的热性能以及优良的介电性能。