化学纤维生产原理及工艺

纤维的发展趋势


人口将持续不断的增加-2050年世界人口达90 亿 纤维用量8公斤/人（2050),纤维产量约1亿吨 自然资源不断的枯竭 靠什么来支撑未来舒适的生活？对策：



可再生资源的利用 现有资源的节约 开发新的能源和原料来源
三、我国化学纤维工业的发展

历史短

20世纪50年代开始起步，以棉短绒为主要 原料的粘胶纤维和以电石为主要原料的维纶。 自70年代开始，我国化学纤维工业发展的 重点转向以石油为基础原料的涤纶、锦纶、 腈纶和丙纶，融入国际化学纤维发展的主流 之中。特别是70年代末，我国实行以经济 建设为中心的历史性转变，化学纤维工业进 入高速度发展时期。
Cellulosic
Man-made fibers, total
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1985 1990 1995 2000 2001
3162 4200 4629 5870 6907 6647 10113 11748 13844 17383 18997 19962 18901 21237



棉型短纤维；长度为25～38mm，纤维较细，类似棉花。主 要用于与棉混纺，例如用棉型聚酯短纤维(涤纶)与棉混纺， 得到的织物称“涤棉”织物。 毛型短纤维：长度为70～150mm，纤维较粗，类似羊毛。 主要用于与羊毛混纺，例如用涤纶毛型短纤维与羊毛混纺， 得到的织物称“毛涤”织物。 中长纤维：纤维的长度为51～76mm，纤维的粗细介于棉型 和毛型之间。主要用于织造中长纤维织物。
抗静电、导电纤维（电子工业用） 防止火灾而使用的阻燃纤维 运动服所用的防水透湿织物 体操、健美运动员使用的高弹性织物 内衣和医疗方面使用的高吸水纤维 加工袜类和医疗服装使用的防菌纤维 生物降解纤维 远红外纤维 抗紫外线纤维 分离膜用的中空纤维
纤维的发展趋势

智能纤维 – 能识别、响应、执行的高级纤维


单丝：用单孔喷丝头纺制而成的一根或几根连续 纤维，较粗的单丝称为鬃丝； 福丝：数十根以上单纤维组成的丝条； 数根单纤维组成，专门用于制造轮胎帘子布。
短纤维

定义：化学纤维的产品被切成几厘米至十几厘米的长 度，这种长度的纤维称为短纤维。 根据切断长度的不同，短纤维可分为棉型、毛型、中 长型短纤维。
十字形横截面的锦纶回弹性强 五叶形横截面的涤纶长丝有类似真丝的光泽、抗起球、手感 和覆盖性良好， 扁平、带状、哑铃形横截面的合成纤维纤维具有麻、羚羊毛 和兔毛等纤维的手感和光泽； 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。
织物更加柔软，手感改进；比表面积增大，透气性改善；吸水吸油性提高； 保温隔热性增加；织物光泽更加柔和

Biblioteka Baidu
超细纤维的优点


超细纤维的应用

人造麂皮、仿真丝绸、高密度织物、新合纤、高性能洁净布

高强度高模量纤维-先进复合材料的基础
纤维的发展趋势

功能纤维 – 丰富多彩的选择



一、长丝 二、短纤维 三、丝束 四、牵切纱 五、预取向丝 六、变形纱 七、化学纤维中的新名词

异形纤维、复合纤维、超细纤维、差别化纤维 高性能纤维、功能纤维、高技术纤维
长丝

定义：纺丝流体（溶体或溶液经纺丝成 型和后加工处理得到的长度以千米计的 连续纤维。

长丝包括单丝、复丝、帘子线
纤维的发展趋势


蜘蛛丝-最强的纤维 蛋白纤维 吐丝机理尚不完全清楚 特殊酶作用下的快速取向，属液晶纺丝 蚕丝-最美丽的天然纤维 蛋白纤维 室温固化成型 吐丝速度极低，取向的动力何来？
纤维的发展趋势

超细化带来的变革

纤度在1~9dtex为普通丝，0.4~1dtex为微细旦丝，小于0.4为超 细旦 天然纤维最细为真丝(1.1dtex)，化学纤维目前的纤度可达 0.001dtex,仅4g质量的聚合体纺出了长度能够到达月球距离的超细 纤维。
化学纤维的发展概况

改性纤维、特种纤维的发展（1960~）


PTT PBT 聚酰亚胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、聚 苯撑苯并口恶唑 全面超越天然纤维的性能

差别化、多功能纤维的发展（1970~）

History and Facts
1910 Rayon(粘胶) 1941 Saran（偏氯纶）
1 5 15 208 1132 1677 3358 8397 14182 16336 18519 22204 33101 32806
纤维的发展趋势

从蚕、蜘蛛吐丝想到的-仿生学是化纤发展的 智慧宝库 超细旦纤维 – 0.001dtex, diameter 0.1µm 高强度高模量纤维 – 超过钢材不是梦 功能纤维 – 丰富多彩的选择 智能纤维 – 能识别、响应、执行的高级纤维 具有传感功能的纤维 – 智能机器人的保障 居安思危 – 可再生资源的开发
T恤衫
涤棉混纺布用作被套
绝缘纸
Fiber uses
纯棉牛仔裤
鱼线
滤材
高强度聚乙烯纤维绳 纯棉T恤 羊毛/腈纶毛衣

与你相伴-纤维在日常生活中的应用
高弹性运动短裤 防水背包 尼龙防寒服
尼龙防滑地毯
Fiber uses
尼龙帐篷和睡袋 双层防水服
尼龙、棉、氨纶混纺弹力袜
玻璃纤维杆
中纤板
第二节 化学纤维的基本概念

智能纤维就是当纤维所处的环境发生变化时,其形状、温度、颜色和渗透速率 等随之发生敏锐响应,即突跃性变化的纤维。包括：

pH响应纤维 温闽纤维 光敏纤维 形状记忆纤维 服装 药物控制释放 新型热机转换 智能开关

应用领域


具有传感功能的纤维 – 智能机器人的保障

用于测量和信号传输

技术相对落后


自有技术少； 产品单一。
2000年世界各国和地区化学纤维生产量
我国化学纤维历年总需求
我国化纤工业面临的问题





1. 经济规模、生产力布局状况不合理； 2. 国内化学纤维市场遭受国外产品的猛烈冲击； 3. 自有资金缺乏、债务负担重； 4. 产品结构和生产流程配置不合理，效益低下； 5. 产品开发跟不上市场需求,产品缺乏竞争力； 6. 经营管理机制落后、方式陈旧,市场营销不利； 7. 品种和质量问题。 总之，与国际先进水平相比，我国化纤行业仍然缺乏 强有力的竞争能力。
1949 Olefin（聚烯烃）
1950 Acrylic（丙烯 腈） 1953 Polyester（ 聚 酯）
1983 Sulfar
1992 Lyocell
1939 Vinylon（维纶）
Facts
Facts
世界纤维产量对比
1 unit = 1000 Tonnes Raw Cotton Raw Wool Synthetic
化学纤维的主要品种与结构
化学纤维的主要品种与结构
化学纤维的主要品种与结构
二、化学纤维的发展概况

以天然原料为主（1880~1930）

1884年Chardonnet-硝酸纤维素，1891年工 业化 1901年铜氨纤维 1905年粘胶纤维
以合成原料为主（1938~1960）
•1939尼龙66 •1941尼龙6 •1946聚氯乙烯纤维 •1950~1956腈纶、维纶、涤纶等
纤维的应用

从神舟5号看高技术纤维
纤维的应用

高技术纤维在神舟五号飞船上的应用
1. 非电传爆导爆索——高强纤维
2. 宇航服——高强、阻燃、抗静电纤维
3. 引导伞、减速伞、主伞、备份伞及伞索—高 强、阻 燃、
抗静电纤维
4. 舱内装饰织物——阻燃纤维
5. 复合材料——高强高模纤维
纤维的应用

四川大学研制的高技术纤维在神舟五号飞船上的应用
应用形式

非电传爆导爆索示意图
应用部位
发射 轨道舱与回收舱分离 回收舱与推进舱分离 抛伞窗盖
纤维的应用

宇航服 – 不仅仅是保暖那么简单
杨利伟所穿的宇航服是宇航服中要求比较 简单的一种，但其中所含的科技成份不简单， 这款宇航服中已经应用了一百三十多种新型 材料。为了防止膨胀，宇航服上特制了各种 环、拉链、缝纫线以及衬料等。同时，保温、 吸汗散湿、防细菌、防幅射等功能也体现在 其中。价值人民币一千多万元。与国外同类 产品相比，中国的宇航服处于先进水平，这 表现在新型材料的应用、同等功能优异、加 工程度精细等方面。 舱外航天服每套总重量约１２０公斤，造价 ３０００万元人民币左右。
异型纤维

定义：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横截面的纤维或中空纤维， 这种纤维称为异形截面纤维，简称异形纤维。
几种非圆形喷丝孔形状及其相应纤维横截面形状
异型纤维的功能

异形纤维具有特殊的光泽，并具有蓬松性、耐污性和 抗起球性，纤维的回弹性与覆盖性也可得到改善。
三角形横截面的涤纶或锦纶与其它纤维的混纺织物有闪光效 应；
1959 Spandex（氨纶）
1924 Acetate（醋酯）
1946 Metallic（金属） 1949 Modacylic（改 性丙烯酸）
1961 Aramid（芳香 族聚酰胺） 1983 PBI（聚苯并 咪唑）
1930 Rubber（橡胶）
1936 Glass（玻璃）
1939 Nylon（尼龙）
化学纤维生产原理及工艺
高分子科学与工程学院
授课教师：姜猛进
内容

第一节 化学纤维的发展概况 第二节 化学纤维的常用基本概念 第三节 化学纤维的主要质量指标
第一节 合成纤维的发展概况

一、纤维的分类 二、化学纤维的发展概况 三、我国化学纤维工业的发展概况
纤维的定义及分类
纤维的定义：可供纺织加工的一类细长而柔韧的材料。
我国化学纤维工业的发展

速度快

1960年我国化学纤维产量只有1万t，1970年才达 到10万t，1980年45万t，1986年突破100万t， 1992年超过200万t，1997年达到460万t，1998 年达到510万t，成为世界化学纤维生产第一大 国,2005年我国化纤总产量已达到1629.2万t。
变形纱

定义：变形纱包括所有经过变形加工的丝和纱，如弹 力丝和膨体纱都属于变形纱。


弹力丝即变形长丝，可分高弹丝和低弹丝两种。弹力丝伸缩 性、蓬松性好，其织物在厚度、重量、不透明性、覆盖性和 外观特征等方面接近毛织品、丝织品或棉织品。涤纶弹力丝 多数用于衣着，锦纶弹力丝宜于制造袜子，丙纶弹力丝则多 数用于家用织物及地毯。其变形方法主要有假捻法、空气喷 射法、热气流喷射法、填塞箱法和赋型法等。 膨体纱是利用高聚物的热可塑性，将两种收缩性能不同的合 成纤维毛条按比例混合，经热处理后，高收缩性的毛条迫使 低收缩性的毛条卷曲，从而使其具有伸缩性和蓬松性、类似 毛线的变形纱。以腈纶膨体纱产量为最大，用于制作针织外 衣、内衣、毛线、毛毯等。
730 803 816 1002 1134 1057 1463 1659 1599 1744 1927 1486 1357 1316
5 69 702 4818 10625 13118 15374 19190 30320 30113
1 5 15 208 1127 1608 2656 3579 3557 3218 3145 3014 2781 2693

短纤维除可与天然纤维混纺外，还可与其它化学纤维 的短纤维混纺，由此得到的混纺织物具有良好的综合
丝束、牵切纱、预取向丝

丝束

由几万根甚至几百万根单丝组成的束丝，用来切断 成短纤维和牵切成条子。

牵切纤维

丝束经拉伸而断裂成短纤维，纤维长度不等。

预取向丝

经高速纺制得的纤维，具有一定取向度，但仍需后 处理加工。
复合纤维


定义：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。 复合纤维的品种很多，有并列型、皮芯型、海岛 型和裂离型等。
复合纤维



并列型复合和偏皮芯型复合，由于两种聚合物热塑性不同或在纤维横截 面上不对称分布，在后处理过程中产生收缩差，从而使纤维产生螺旋状 卷曲，有类似羊毛弹性和蓬松性。 皮芯型纤维是兼有两种聚合物特性或突出一种聚合物特性的纤维。如将 锦纶作皮层，涤纶作芯层，可制得染色性好、手感柔中有刚的纤维； 利用高折射率的芯层和低折射率的皮层可制成光导纤维。 若利用岛组分连续分散于海组分中形成海岛型复合纤维，再用溶剂溶去 海组分，剩下连续的岛组分，就成为非常细的超细纤维。 裂离型复合纤维在纺丝成形和后加工过程中均以较粗的长丝形态出现， 而在织造加工中，特别是整理和磨毛过程中，由于两组分的相容性和界 面粘结性差，每一根较粗的长丝分裂成许多根丝。复合形式不同，裂离 后纤维的截面形状和粗细也不同，如图（f）为桔瓣型复合纤维，裂离 后纤维横截面为三角形，(g)为裂片型复合纤维，裂离后成为扁丝。这 种裂离型复合纤维生产技术在超细纤维的制造中已被广泛采用。