第4章合成纤维

直接 纺丝
熔体直接纺丝，该法具有省去铸 带、切片、萃取、熔融等工序和设 备，缩短生产周期，提高劳动生产 率，成本低等优点。
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4.2.2 聚酯纤维
中国商品名“涤纶”，俗称“的确良” 聚酯纤维是指含芳香族取代羧酸酯结构
的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩 聚而制得的聚酯树脂，经熔融纺丝和后 处理制得的一种合成纤维。 在合成纤维中发展最快，产量居于首位
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其他性能：涤纶又叫的确良，具有 高强度、百度文库磨、耐腐 蚀，易洗快干 等优点，是很好的衣料纤维。
但透气性、吸湿性、染色性差限制 了涤纶在时装行业的应用；需要进行 改性后引入亲水性基团。
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（2） 聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维
制备：PTT纤维是由对苯二甲酸和１，３ －丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝制成的纤 维，具有反－旁－反－旁式构象
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聚酯纤维的品种
品种较多，根据化合物的结构，已经工 业化生产的有：
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对 苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二 甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘酯（PEN） 等纤维
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聚酯纤维的性能
（1）外观 单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染
料制成各种有色纤维 （2）密度 随着聚酯纤维的结晶度和取向度的不同，
密度不同。一般密度在1.38~1.40 （3）弹性
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弹性好，接近羊毛，而且耐皱性好，弹 性模量比聚酰胺纤维高
（4）强度 强度大，在湿态下强度不变 （5）湿性 吸湿性低，回潮率小，易洗快干 （6）耐热性 耐热性较好，软化点230~240℃ （7）耐光性 高于锦纶，低于腈纶
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4.1 概述
纤维是制造织物和绳线的原料。
纤维的含义：凡能保持长度比本身直径
大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料 均称纤维。 它可分为天然纤维和化学纤维。化学纤维 又可分为人造纤维和合成纤维。
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天然纤维
自然界存在的和生成的具有纺织价值的 纤维，是纺织工业的重要材料来源。
约占纺织纤维年总产量的50% 按照来源不同，分为植物纤维、动物纤
绢” 苎麻是中国特有的以纺织为主要用途的 农作物，是我国国宝，我国的苎麻产量约占 全世界苎麻产量的90%以上，在国际上称为
“中国草”。
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动物纤维：又称蛋白纤维，其主要组成
成分是蛋白质； 主要品种：动物的肤毛发与绒毛、禽类的
羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维。 羊毛纤维，是从绵羊身上剪下的，按纤维
例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服 装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮 胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、 工作服等；高性能特种合成纤维可用作降 落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材 料等。
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4.2 通用合成纤维
4.2.1聚酰胺纤维
世界上最早投入工业化生产的合成纤维 中国商品名“锦纶”，国际商品名“尼
生产工艺:有常压法、高压法、 常减压并用、固相缩聚等
聚酰胺-6
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聚酰胺6制备
常压
高压
常减压
固相缩聚
主要用于 生产相对 粘度较低 的聚酰-6 树脂，所 用的反应 器为直形 VK管和U 形VK管。
采用直管形 反应器，助 剂为水和已 二酸，制备 较高粘度的 树脂。聚合 后的熔体可 直接纺丝， 也可铸带切 片。
双酚A型聚砜的结构
异亚丙基：脂肪基，有一定的空间体积，可以减 少分子间相互作用力，赋予聚合物韧性和熔融加 工性。
醚基：增强分子链的柔顺性，并改善熔融加工性。
砜基：提供刚性、耐热性、抗氧化性。
亚苯基：提供刚性、耐热性、稳定性。 O CH3
C
O
S
O
CH3
n
1
O
第4章 合成纤维
4.1 概述 4.2 通用合成纤维 4.3 高性能合成纤维 4.4 功能合成纤维
龙”、“耐纶”、“卡普隆”等
聚酰胺纤维是脂肪族和半芳香聚酰胺经
熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链中 含有酰胺键。
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1938年10月27日正式宣布世界上第一 种合成纤维诞生
1939年10目24日杜邦在总部所在地公开销售 尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢 购。人们曾用“象蛛丝一样细，象钢丝一样强， 象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维，
如：涤纶、锦纶、腈纶
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合成纤维的发展
诞生于20世纪30年代；是用石油、天然气、 煤或农副产品为原料合成的聚合物经加工 制成的。
1931年，美国，合成出尼龙66，锦纶66； 1938年，德国，合成出聚酰胺6；
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1939年，聚氯乙烯纤维，（氯纶）； 1949年，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤
1940年5月，尼龙纤维织品的销售遍及美国 各地。
从第二次世界大战爆发直到1945年，尼龙工 业被转向制降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军 工产品。
1958年4月，第一批中国国产己内酰胺试验 样品在锦州化工厂试制成功。产品送到北京纤维 厂一次抽丝成功，从此拉开了中国合成纤维工业 的序幕。因为它诞生在锦州化工厂，所以这种合30
结晶结构：
O
C O
O
O
C
C
CO
C
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性能：PTT纤维性能优于涤纶，具有更
优异的柔软性、弹性恢复性；优良的抗 折皱性、尺寸稳定性、耐候性、易染色 性和良好的屏蔽性能，并改进了抗水解 稳定性。 PTT纤维被认为是最具有发展前途的通 用合成纤维新品种。
缺点：弹性模量小，使用过程中容易变
形，耐热性及耐光性较差。
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聚酰胺纤维的用途
应用范围广泛 在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣
料和针织品，特别适用于制造单丝、复 丝弹力丝袜，耐磨耐穿； 工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、 渔网和工业滤布
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4.2.1.1 聚酰胺66
相对分子质量控制在20000~30000，纺丝 温度控制在280~290℃
（2）强度高、耐冲击性好。它是强度最 高的合成纤维之一。比棉花高1~2倍，比 羊毛高4~5倍，适合于做轮胎帘子布等
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（3）弹性、耐疲劳性好。比棉花高7~8倍 （4）密度小，除聚乙烯和聚丙烯纤维外，
聚酰胺纤维是所有纤维中最轻的，相对密 度1.04~1.14 （5）吸湿性良好。锦纶具有良好的吸湿 性，染色性好，可使用酸性染料、分散染 料等。
成纤聚合物的制备
制备 工艺
熔体纺丝
纺丝工艺
溶液纺丝
将聚合得到 的聚合物熔 体直接进行
纺丝
一步溶液纺丝： 直接将聚合后得 到的聚合物溶液 作为纺丝液进行
纺丝
电纺丝
二步法溶液纺丝： 将固体聚合物配 制成纺丝液，再
进行溶液纺丝
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熔体纺丝步骤：
（1）纺丝熔体的制备 （2）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细
性能：
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聚酰胺66的制备
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。。
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4.2.1.2 聚酰胺6
相对分子质量控制在14000~20000，纺丝 温度控制在260~280 ℃
性能：
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聚酰胺6制备
主要原料:已内酰胺
生产原理:高温；惰性气体保护； 水作引发剂；Mn=15000～23000
在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、 绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。
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（1）涤纶（PET）
制备：涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过 熔融纺丝制成的合成纤维，相对分子质量 控制在15000~22000，纺丝温度控制在 275~295℃
成纤结构：P155，图4-11、4-12
力学性能：P155，表4-4
流 （3）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固 （4）固态纤维上油和卷绕 涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法
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熔体 纺丝：
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溶液纺丝步骤：
（1）纺丝液的制备 （2）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头
的毛细孔压出形成原液细流 （3）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，
浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝 固浴中析出形成初生纤维； （4）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕
纶）； 1950年，聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯
醇纤维 1958年，聚丙烯纤维（丙纶）、聚乙烯醇
缩丁醛纤维（维纶）；
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1961年，聚对苯二甲酰对苯二胺纤维 （芳纶）；
1983年，聚苯并咪唑、聚苯硫醚纤维 合成纤维已经广泛应用到国民经济的各
个领域，对人们的生活起着举足轻重的 作用。
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蚕丝又称为天然丝。生丝是由两根丝纤朊 （约75%～82%）被丝胶朊（约18%～ 25%）粘合而成。丝胶朊能溶于热水或弱 碱性溶液。除去丝胶朊而得的丝纤朊，俗 称熟丝，白色，柔软有光泽，强度高，是 热和电的不良导体。
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矿物纤维：石棉是最大宗的天然矿物纤
维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉
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化学纤维
用天然的或人工合成的高分子材料为原 料制成的纤维。
人造纤维是用天然高分子材料为原料， 经过化学处理和机械加工制成的
如：“人造丝”、“人造棉”。
具有与天然纤维相似的性能，有良好的 吸湿性，透气性和染色性，手感柔软， 富有光泽，是一类重要的纺织材料。
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化学纤维
合成纤维是以石油、煤、天然气为原料 制成的，它发展很快。
细度、长度分级。一般呈圆柱形，从根部 到顶梢逐渐变细，具有螺旋卷曲。好羊毛 多数呈白色或奶油色。
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性能 羊毛比棉轻，强度比棉低，但弹性
好，其织物挺或不易折皱。 应用 羊毛是宝贵的纺织原料，能织四季衣 着，所织冬季织物质地厚实，手感柔软，保 暖性好；春秋季织物质地丰满，光泽柔和， 挺括；夏季织物质地薄细、滑爽。
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合成纤维的分类
通用合成纤维 合成 高性能合成纤 纤维 维
涤纶、聚酰胺、 腈纶和丙纶， 产量大，应用
广
强度大、模量大的 纤维；它由刚性链 聚合物和柔性链聚
合物纺丝制造
功能合成纤维
具有除力学和耐热性外的特殊 性能，如光、电、化学、高弹 性和生物降解性等的纤维，产
量小，但附加值大 16
合成纤维的制备
分两类：一类由二元胺和二元酸缩聚制
得；另一类由ω-氨基酸缩聚或由内酰胺开 环聚合而得 具有吸水性
C HN
O HN C
H2O O
CO
OC
HN
HH
O
NH
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聚酰胺纤维的性能
它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品 种之一
（1）耐磨性好、位于合成纤维之首，比 棉花高10倍，比羊毛高20倍，适合于做绳 索、袜子等
所用的反应 器是两直形 管，前者供 纺丝用，后
者供注塑成 型用。
将常压法制备 树脂，经苯萃 取除去单体和 低分子物，经 回转式真空干 燥鼓，在190 ～200℃下， 用高纯度氮气 保护进行聚合 。
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聚酰胺的纺丝
熔融 纺丝
将聚酰胺切成片状颗粒，再进行纺丝 ；主要包括纺丝和纤维的后加工两在基 本操作过程。
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（8）电性能 干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是
作为服装时，由于摩擦易产生静电，易吸 灰尘，这是涤纶的缺点 （9）化学性能 在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐 蚀性降低 （10）抗菌性 优良，作为织物通常不被蛀虫破坏
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聚酯纤维的用途
由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、 保型性好、免熨等特点，所以是理想的 纺织材料；可纯纺或混纺制作各种服装 及针织品
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剪切和拉伸作用下的链结构
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皮芯结构和三相结构
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合成纤维的性能
具有优良的物理、机械性能和化学性能 如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性
好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、 不会发霉或虫蛀等 某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、 高强力、高模量等特殊性能
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合成纤维的应用
超出了纺织工业的范围，逐渐深入到国防 工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、 海洋水产、通讯联络等重要领域
维和矿物纤维
植物纤维：又称天然纤维素纤维，主要
组成物质是纤维素；
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主要品种：棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、 剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等
棉：主要成分是纤维素、水分、脂肪、蜡 质、蛋白质、果胶及灰分等 性质 强度较低，延伸率较低，但湿强度 较高。
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麻 以苎麻纤维和亚麻纤维为主。 “轻如蝉翼，薄如宣纸，平如水镜，细如罗
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溶液纺丝：
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电纺丝
电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液 外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维
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纺丝的工艺参数
纺丝工艺参数包括：纺丝速率、熔体温 度、纺丝液浓度、热定型温度
纺丝工艺参数对合成纤维的结构和性能 影响很大。
聚合物纺丝过程中遭受剪切和拉伸力。， 一般来说，无定形合成纤维为皮芯结构， 结晶纤维为三相结构。