《合成纤维》PPT课件

3、干法纺丝 也需要将聚合物溶解在溶剂中配成纺丝溶液，而后段过程与熔体纺丝相似，
从喷丝头挤压出来的细流不是进入凝固浴，而是导入纺丝甬道，在甬道中 利用热空气使细流中的溶剂挥发而凝固成纤维。
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三、成纤聚合物的力学状态
合成纤维一般都具有机械强度、耐磨性能好、密度轻、耐 酸、耐碱、耐氧化剂以及不易霉蛀等特点，但也存在吸湿 低、透气性差、容易产生静电、易沾污、不易染色等缺点， 为了提高纤维的使用性能，必须了解各种纤维的结构和性 能。
第二章 纺织纤维
本章知识点：
2.1 合成纤维 2.2 纤维素纤维 2.3 蛋白质纤维 2.4 蛋白质纤维的化学加工 重点：聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯等纤维 的合成、结构和理化性质，纤维素和蛋白质的基 础知识，棉、麻、蚕丝、羊毛纤维的结构和理化 性质。
难点：聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯等纤维 的合成，蚕丝、羊毛的化学加工。
子的各个链节间都是以酰胺基“－CONH－”相联，所以把这类缩聚物通称为
聚酰胺或尼龙。
聚酰胺-
聚酰胺610
1010 聚酰胺 -6
种类
聚酰胺12 聚酰胺11
聚酰胺66
产量最大
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2.1.3 聚酰胺纤维PA
一、聚酰胺6和66的合成
1、聚酰胺6的合成 聚已内酰胺，可由已内酰胺在高温下，微量水存在时的聚合反应如下:
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2.1.3 聚酰胺纤维
五、聚酰胺纤维的改性
1、改变二元酸或二元胺
2、交联和接枝 利用甲醛进行交联，交联发生在无定形区。还可通过接枝聚
合，使聚酰胺纤维性质获得改善，如聚己二酰己二胺纤维 纤维与环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很好的柔软性和 亲水性。
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2.1.4聚丙烯腈纤维PAN
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2.1.2 聚酯纤维PET
对苯二甲酸
EO
TPA
主要
环氧乙烷
原料
对苯二甲酸 二甲酯
DMT
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EG
乙二醇
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2.1.2 聚酯纤维
聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的二 元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚 物的品种因随使用原料或中间体而异，故品种繁多数不胜数。但所有 品种均有一个共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以酯基“－ COO－”相联，所以把这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制得的 纤维称为涤纶，是三大合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主 要的合成纤维。
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2.1.2 聚酯纤维
五、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的改性 化学改性：共聚和表面处理等方法，具有持久性的效果。 物理改性：改变纤维的形态结构，复合纺丝、共混纺丝、改变纤维加工
条件、改变纤维形态以及混纤、交织等方法。 1、改变二元酸 2、改变二元醇 3、加入第三单体 六、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的用途
合成纤维。
聚酰胺又是制造薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反
应制得的一类线性高分子缩聚物。常见的这类缩聚物有聚酰胺-6、聚酰胺-66、
聚酰胺-11、聚酰胺-12、聚酰胺-610、聚酰胺612、聚酰胺-1010等，其中以聚酰
胺-6和聚酰胺-66的产量最大，约占聚酰胺产量的90%。共同特点：就是其大分
聚酰胺重复结构单元中的脂肪链较长，聚酰胺基之间的亚甲基赋予其 柔性和冲击性，聚酰胺中的亚甲基与酰胺基的比例越大，分子间作用 力小，柔性越大，吸水率越低。
聚酰胺大分子中相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚氨基生成氢 键，分子结构比较规整，因此它在适当条件下可以结晶，结晶度达 50%～60%。其聚酰胺-6的晶体为α、γ晶型；聚酰胺-66的晶体为α、 β晶型。具有较高的机械强度和形状稳定性。
2. 成纤维高聚物具有适宜的相对分子质量 线型高聚物分子链的长度对纤维 的物理-力学性能影响很大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的 影响更大。相对分子质量的高低均不好，高者不易加工，低者性能不好。 常见的主要成纤高聚物的相对分子质量如下表所示。
主要成纤高聚物的相对分子质量
高聚物
聚酰胺-6或-66 聚酯
精选ppt三成纤聚合物的力学状态三成纤聚合物的力学状态合成纤维一般都具有机械强度耐磨性能好密度轻耐合成纤维一般都具有机械强度耐磨性能好密度轻耐酸耐碱耐氧化剂以及不易霉蛀等特点但也存在吸湿酸耐碱耐氧化剂以及不易霉蛀等特点但也存在吸湿低透气性差容易产生静电易沾污不易染色等缺点低透气性差容易产生静电易沾污不易染色等缺点为了提高纤维的使用性能必须了解各种纤维的结构和性为了提高纤维的使用性能必须了解各种纤维的结构和性10精选ppt212212petpet主要主要原料tpadmt环氧乙烷乙二醇对苯二甲酸对苯二甲酸对苯二甲酸对苯二甲酸二甲酯二甲酯egeo11精选ppt212212聚酯纤维聚酯纤维聚酯是制造聚酯纤维涂料薄膜及工程塑料的原料是由饱和的二聚酯是制造聚酯纤维涂料薄膜及工程塑料的原料是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物
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本章重难点
学习目的要求
掌握纺织纤维的分类与特征；初步掌握 棉、麻、丝、毛、聚酯纤维、锦纶纤维、 腈纶纤维、聚丙烯纤维的生产技术、结构、 性能及应用。
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纺织纤维概述
纤维是指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和吸湿性的丝状物。 大多数是不溶于水的有机高分子化合物，少数是无机物。根据来源可 以分为天然纤维和化学纤维两大类。典型的纺织纤维的直径为几微米 至几十微米，而长度超过25mm。 纤维的分类
成纤高聚物应具有可溶性和熔融性 只有这样才能将高聚物溶解或熔融 成溶液或熔体，再经纺丝、凝固或冷却形成纤维，否则就不能进行纺 丝。
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二、聚合物的纺丝方法
1、熔体纺丝
凡能熔融或转变成粘流态而不发生显著分解的成纤聚合物都可采用熔体纺丝。
（1）将合成得到的聚合物熔体直接送至纺丝机纺丝，称为直接纺丝法。 （2）将合成得到的聚合物熔体冷却制成切片，干燥后再在纺丝机中重新熔融
该反应在饱和低分子脂肪胺或季胺盐存在下，进行极为顺利，该路线具有成本低；产物低 聚物少，容易精制；设备利用率高，辅助设备少等优点。如果采用高纯度的对苯二甲酸和 环氧乙烷进行反应，其产物可不经过精制就可以直接用于缩聚成聚酯。该路线是1973年开 始工业化生产的。其反应如下：
HOOC－
－COOH ＋ 2 CH2－CH2 O
分子中没有大的侧基和支链，分子链容易沿着纤维拉伸方向平行排列， 使分子容易紧密地堆砌在一起形成结晶；
PET大分子中酯键的存在使涤纶分子具有一定的化学反应能力，由于苯 环和亚甲基的稳定性较好，涤纶的化学稳定性较好；
结构单元中含有一个刚性基团-苯环，阻碍了大分子内旋转，使主链刚 性增加，又有一个柔性基团（-CH2CH2-），使涤纶大分子结构刚柔并济。
合成纤维
杂纤维
聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维
等……
碳链纤维
聚丙烯睛纤维
聚乙烯醇缩醛纤维
等……
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2.1 合成纤维
2.1.1合成纤维概述
一、成纤聚合物的结构特征
高聚物的品种很多，但并不是所有高聚物都能用于纺丝，而是具有如下特征 的高聚物都能进行纺丝。
1. 成纤高聚物均为线型高分子 主链分子结构线型或支化度很低，没有庞大 侧基的聚合物，用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方向拉伸而有序排 列。当纤维受到拉力时，大分子能同时承受作用力，使纤维具有较高的拉 伸强度和适宜的延伸度及其他物理-力学性能。
成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力 高聚物的物理-力学性能与 次价力有密切关系。分子间次价力越大，纤维的强度越高，次价力大 于20.92kJ/mol的高聚物适宜作纤维材料。
4. 结晶结构
用于纺制纤维的聚合物一般都要求是半结晶结构的聚合物。结晶区的 存在使纤维具有较高的强度和模量，而非结晶区的存在使纤维具有一 定的弹性、耐疲劳性和染色性。半结晶结构能使原来排列不规整的分 子链，经过拉伸取向而沿着纤维轴进行有序排列的这种状态固定下来。
聚丙烯腈
相对分子质量
16000-22000 19000-21000 53000-160000
高聚物
聚乙烯醇 全同聚丙烯
相对分子质量
60000-80000 180000-300000
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3. 侧链结构
所有的天然聚合物和大多数成纤聚合物的侧链都含有极性基团。极性 基团的存在对于大分子链间的相互作用和纤维的溶解性、热性能、吸 湿性、染色性等都有很大的影响。
另外聚酰胺的性能还受亚甲基的奇偶数影响，偶数聚酰胺的熔点比奇 数聚酰胺的熔点高。
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2.1.3 聚酰胺纤维
三、聚酰胺纤维的物理性质 机械性能 密度 电性能 热性能 吸湿性
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2.1.3 聚酰胺纤维
四、聚酰胺纤维的化学性质 酸、碱的作用 氧化剂的作用 染色性 耐光性
HOCH2CH2COOC－ －COOCH2CH2OH
对苯二甲酸双羟乙酯
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2.1.2 聚酯纤维
二、聚对苯二甲酸乙二醇酯的结构与相对分子质量 1、结构
聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线性聚合物，易于取向和结晶，具有 较高的强度和良好的成纤性及成膜性，结晶度为40%～60%，结晶速度慢。
PET是具有对称苯环结构，没有支链的线型分子，除了两端含有-OH外， 不含有亲水性基团，故吸湿性染色性差；
一、丙烯腈共聚物的合成
1、主要单体——丙烯腈 丙烯腈的结构式为：CH2＝CH－C≡N 丙烯腈在常温常压下是具有独特气味的无色透明、易流动液体。相对分
既可以纯纺也或以与其他纤维混纺制成各种机织物和针织物。聚酯 长丝可用于织造薄纱女衫、帷幕窗帘等，与其他纤维混纺可制成各种 棉型、毛型及中长纤维纺织品。
聚酯纤维在工业上可作为轮胎帘子线、制作运输带、篷帆、绳索等。
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2.1.3 聚酰胺纤维
聚酰胺纤维是以聚酰胺基础制得的纤维，是三大合成纤维之一，也是一种主要的
成熔体进行纺丝，称为切片纺丝。
熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，特点是纺丝速度快，生产能力大。 一般纺丝速度在1000~1200m/min。
2、湿法纺丝 将聚合物溶解于合适的溶剂中，制成纺丝液，再由喷丝孔喷出细流，进入凝
固浴，细流中的溶剂向凝固液扩散，而凝固浴中的凝固剂向细流扩散，聚 合物在凝固浴中析出，形成纤维。
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2.1.3 聚酰胺纤维
二、聚酰胺的结构
聚酰胺是没有庞大侧基的线型高分子，中间的脂肪链是通过酰胺键相 连的分子两端有氨基和羧基，具有一定的吸湿性和染色性。
聚酰胺中酰胺基的存在，可以在大分子中间形成氢键，使分子间作用 力增大，易在酸碱作用下发生水解。赋予聚酰胺以高熔点和力学性能， 同时，也使其吸水率增大。
HOCH2CH2COOC－ －COOCH2CH2OH
对苯二甲酸双羟乙酯
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2.1.2 聚酯纤维
（2）对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线（直接酯化聚酯法）
HOOC－ －COOH ＋ 2 HOCH2CH2OH
HOCH2CH2COOC－ －COOCH2CH2OH
对苯二甲酸双羟乙酯
该路线对原料对苯二甲酸和乙二醇的纯度要求较高。 （3）环氧乙烷酯化聚酯路线（环氧乙烷法）
一、苯二甲酸乙二醇酯的合成
（1）酯交换聚酯路线（酯交换聚酯法）
最早（1953年）实现工业的聚酯路线。是将对苯二甲酸二甲酯与乙 二醇按1∶2.5（摩尔比）比例混合，在醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴催化 剂的作用下，发生酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯。
H3COOC－
－COOCH3 ＋ 2 HOCH2CH2OH Zn（CH3COO）2
聚酯纤维在承受外力时不易发生变形，纺织品尺寸稳定性好，使 用过程中褶裥持久。耐磨性仅次于聚酰胺纤维。
四、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的化学性质
酸、碱的作用，氧化剂、还原剂的作用，耐溶剂性，染色性能等: 在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱和强酸，但不耐强碱；对丙酮、
苯、卤代烃等有机溶剂较稳定，但在酚类及酚类与卤代2）5C＝O
微量H2O
－NH（CH2）5C－n
2、聚酰胺66的合成 是已二酸与已二胺的缩聚物，是最早实现工业生产的聚酰胺品种，也是 产量最大。
nHOOC（CH2）4COOH ＋ nH2N（CH2）6NH2 n－OOC （CH2）4CO HN（CH2）6NH3+
n－OOC （CH2）4CO HN（CH2）6NH3+ HO－OC （CH2）4CO HN（CH2）6NH－n H ＋ （2n－1）H2O
按来源分类
天然纤维
化学纤维
棉花、 羊毛、 蚕丝、
麻 等……
人
合
造
成
纤
纤
维
维
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纤维的分类
人造纤维：以天然高聚物为原料，经过化学处理与机械加 工而制得的纤维。
人造纤维
再生蛋白质纤维
再生纤维素纤维 粘胶纤维 铜氨纤维
再纤维素纤维 二醋酯纤维 三醋酯纤维
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纤维的分类
合成纤维：由合成的高分子化合物加工制成的纤维。根据大分子主链的 化学组成，又分为杂链纤维和碳链纤维两类。
2、相对分子质量分布
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2.1.2 聚酯纤维
三、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的物理性能
机械性能、密度、静电性能、热性能、吸湿性: 聚酯纤维一般为乳白色，相对密度为1.38～1.4，回潮率很低，具
有易洗快干的特性。聚酯纤维的熔点为255～265℃，软化温度230～ 240℃。遇明火能燃烧，有黑烟并有芳香气味，离火后自息。