第六章合成纤维

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聚酰胺66(PA66) 相对分子量控制在20000~30000; 纺丝温度控制在280~290(PA6熔点为255~265);
H [NH(CH2)6NH CO(CH2)4CO] nOH
聚酰胺纤维的性能
耐磨性好,优于其他一切纤维,比棉花高10倍,比羊毛高20倍; 强度高,耐冲击性能好,是强度最高的合成纤维之一; 弹性高,耐疲劳性好,可经受数万次双曲挠.比棉花高7-8倍; 密度小,在合成纤维中其密度仅大于聚乙烯纤维和聚丙烯纤维; 此外,还有耐腐蚀、不发霉、染色性能较好等优点; 缺点是弹性模量小,使用过程中易变形,耐热性和耐光性能较差.
第六章 纤维(Fibers)
纤维定义和发展史
6.1 概述
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.
棉花、羊毛、麻之类的天然纤维 的长度约为其直径的1千倍到3千 倍。有资料证明五千年前中国人 就开始养蚕取丝。
1839年,瑞士化学家 舍恩拜无意间发明了 “火药棉”。
1889年,席尔顿用硝酸纤维素 制得了第一种人造丝。这种丝 同蚕丝相比,虽然光泽相似, 但却不如蚕丝纤细、柔韧。
分子中具有氰基,具有优良的耐晒性,用于制作户外用 织物,如帐篷、窗帘等;
腈纶弹性模量高,仅逊于聚酯纤维,化学稳定性和耐热性也 很好;
聚丙烯腈地毯
预氧化Pan纤维
腈纶野餐垫
65% 腈纶, 45%涤纶
6.2.4 丙纶
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics)
丙纶由等规PP经熔体纺丝而成,近年来发展速度很快,和涤 纶、锦纶和腈纶并称为四大合成纤维;
合成纤维的制备
合成纤维制造
聚合物制备
纺丝
熔体纺丝 溶液纺丝
熔体纺丝:
纺丝熔体 的制备
熔体经喷丝头 形成熔体细流
细流被拉伸、 取向,并冷却
纤维卷绕
一般纺丝速度800~1000m/min,高速纺丝 6000~9000m/min,实验室可达15000m/min; 涤纶、尼龙、丙纶采用此法
合成纤维的制备
相对分子量:10~30万(非极性分子,提高分子量来提高 纤维强度; 分子量的增大导致熔体的粘度较大,纺丝温度比其熔点 要高很多 ,主要采用熔融挤压法纺丝;
丙纶的吸湿性、染色性、耐热性都不好;
主要用途是制成扁丝、无纺布、地毯和PP绳等。
丙纶绳
丙纶地毯
无纺布购物袋
编织袋
尿不湿
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics) 6.2.6 聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维的最大用途与棉混纺制成维棉混纺布或针 织品.
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics) 6.2.6 聚氯乙烯纤维
聚氯乙烯纤维称氯纶、维尼纶。是以用聚氯乙烯树脂采 用溶液纺丝的方法制得的;
含氯纤维除了聚氯乙烯纤维外,还有偏氯纶(偏二氯乙烯和 氯乙烯的共聚物)等;
聚酯纤维的品种
涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)经熔融纺丝制成的 纤维;
相对分子量15000~22000,特性粘度通常为0.62~.68dL/g ; PET纺丝温度275~295℃(PET熔点262 ℃ ,软化点为 230-240℃、Tg80 ℃ ); 涤纶是最挺括的纤维,易洗,快干,免烫; 但透气性、吸湿性较差(可通过化学接枝或离子表面处理 引入亲水基团) PET分子中含有酯基,易发生水解,故在纺丝时应严格控 制水分含量。
1889年,杜瓦和阿贝 尔把火药棉和硝酸甘油 混合,再掺入凡士林并 压成线绳状,才是无烟 火药的真正问世
纤维定义和发展史
1935年2月28日杜邦公司的卡罗瑟斯合成出 聚酰胺66。1938年10月27日世界上第一种合 成纤维在杜邦正式诞生了,并将PA66这种 合成纤维命名为nylon(俗称锦纶)。尼龙 的强度很高,直径 1毫米的细丝就可以吊起 一百公斤的东西。尼龙耐污、耐腐蚀的性能 也很好。
纤维的主要性能指标
断裂伸长率: 纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断 裂伸长率大,纤维的手感柔软,在纺织加工时,毛丝、断 头少;断裂伸长率过大,织物易变形。 初始模量(弹性模量): 抵抗外力作用下形变能力的量度。纤维的初始模量为纤维 受拉伸而当伸长为原长的1%时所需的应力。它表征纤维对 小形变的抵抗能力。 纤维的初始模量越大,越不易变形,在合成纤维中,涤纶 的初始模量最大,腈纶次之,锦纶较小,故涤纶织物挺括 不易起皱,锦纶织物易起皱,保形性差
玉米蛋白纤维 粘胶纤维 铜氨纤维
纤维素酯纤维
二、三乙酸纤维
锦纶
杂链纤维
涤纶
腈纶
通用合成纤维 碳链纤维
氨纶
高性(功)能合 成纤维
聚芳酰胺纤维(芳纶) UHMWPE纤维 高弹性纤维(氨纶)
维纶 氯纶 丙纶 氟纶
芳杂环聚合物纤维
纤维的主要性能指标
线密度(纤度): 表示纤维粗细程度的指标。是指一定长度纤维所具有的 重量,其单位名称为“tex”—特(克斯),1/10称为分 特(克斯),单位符号dtex 。 支数: 单位重量的纤维所具有的长度。对于同一种纤维,支数 越高,纤维越细。 断裂强度: 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。断裂强度高,纤维在加工过程 中不易断头、绕辊,纱线和织物牢度高;断裂强度太高, 纤维刚性增加,手感变硬。
聚乙烯醇(PVA)又称维纶、维尼纶。工业上成纤用聚乙 烯醇是以醋酸乙烯为单体,经缩聚生成聚醋酸乙烯,然后 进行醇解反应而得聚乙烯醇,纺丝处理后,再经缩醛化而得聚 乙烯醇缩甲醛纤维一般缩醛度控制在5%左右;
维纶短纤维的外观形状接近棉花,因此有“合成棉花” 之称,其长丝则似蚕丝。维纶吸湿率大,与棉花接近,导 热性差,具有良好的保暖性;
人造纤维是用自然界的纤维加工制成,如:“人造丝”、 “人造棉”。
合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的,它发展 很快。
高性能高功能纤维: 芳纶:间位芳纶(1962),对位芳纶(1966) 超高分子量聚乙烯纤维(1979)。
纤维的分类
人造纤维 化 学 纤 维
合成纤维
再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维
酪素纤维
品种;
聚酯纤维又称涤纶,的确良,特丽纶、达克纶、帝特纶 等,主要品种PET是以对苯二甲酸二甲酯、乙二醇为原料,
经酯交换、缩聚、纺丝和纤维后加工等四个步骤而得.
聚酯纤维的性能
弹性好,弹性接近羊毛,耐皱性超过其他一切纤维,弹性模量 比聚酰胺纤维高; 强度大,湿态下强度不变,其冲击强度比聚酰胺纤维高4倍, 比粘胶纤维高20倍; 吸水性小,纤维回潮率仅为0.4%-0.5%,电绝缘性好,织物易 洗易干; 耐热性好于聚酰胺纤维; 耐腐蚀性能较好,耐磨性能仅次于聚酰胺纤维,耐光性能则 仅次于聚丙烯腈纤维;
1940年英国的温费尔德首先合成,产量在20世纪 居各种纤维之冠的聚酯(PET)纤维--涤纶(的确良), 之后聚丙烯腈纤维--腈纶、聚丙烯纤维--丙纶、聚 乙烯醇缩甲醛纤维--维尼纶。相继出现,使纺织工 业大为改观
卡罗瑟斯 的助手弗 洛里1974 年获得了 诺贝尔化 学奖。
纤维的分类
纺织纤维包括天然纤维(如羊毛、蚕丝、棉花、麻等)和 化学纤维(由聚合物等材料制成)。其中化学纤维是人造 纤维和合成纤维的总称.
氯纶的优点是耐化学腐蚀性、保暖性、阻燃性、耐晒、 耐磨、弹性都很好,电绝缘性好,强度接近棉纤维;
氯纶的缺点是耐热性差、沸水收缩率大以及染色困难等;
6.3 特种合成纤维
(Particular Synthetic Fabrics) 6.3.1 耐高温纤维
耐高温合成纤维主要有芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤 维、聚砜酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维和聚亚苯基苯并二恶 唑纤维等;
羊毛中加入锦纶的毛衣
尼龙渔网 锦纶带
锦纶绳梯 尼龙船用绳缆
降落伞面料 尼龙拉链
尼龙球拍线 尼龙线手套
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics) 6.2.2 聚酯纤维
聚酯纤维是由聚酯树脂经过纺丝和后加工处理而得到的 一种合成纤维,为目前发展速度最快、产量最大的合成纤维
溶液纺丝
纺丝液 的制备ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纺丝液经喷丝头 形成原液细流
细流中溶液向凝固剂扩散, 浴中沉淀剂向西流扩散, 聚合物析出并形成初生纤维
纤维拉伸、 热定型、 卷绕
一般纺丝速度200~500m/min;腈纶采用此法;
合成纤维的制备
单轴取向 材料仅沿一个方向拉伸,长度增大,厚度和宽度减
小,高分子链或链段倾向沿拉伸方向排列
聚酰胺与蚕丝(主要成分氨基酸,也含酰胺基)结构相 似, 主要品种有:PA46、PA6、PA66、PA610、PA7、PA10、
PA1010、PA612、PA9、PA10、PA6T、PA9T等。
聚酰胺纤维
聚酰胺纤维目前大多采用切片熔融纺丝法,纺丝前,切 片应充分干燥。
聚酰胺6(PA6) 相对分子量控制在14000~20000; 纺丝温度控制在260~280(PA6熔点为215);
聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇的熔融温度为220~240℃,在250℃以上完全分 解变色,且没有明显的稳定熔融态,故不能采用熔融法纺 丝,而是采用溶液纺丝法生产纤维。湿法纺丝法主要生产 短纤维,干法纺丝主要生产长丝;
聚乙烯醇纤维的强度是棉花的1.5-2倍,耐日光性、耐化学 腐蚀、耐虫蛀性能均较好,但染色性差,色泽不鲜艳;耐水 性较差,易收缩和变形;弹性较差,其织物不够挺括,易 发生折皱
聚丙烯腈在加热下既不软化又不熔融,在280~300℃下 分解,一次一般不能采用熔体纺丝,而是采用溶液纺丝法;
腈纶是由聚丙烯腈和或含85%以上丙烯腈的共聚物经溶 液纺丝制成的合成纤维.因丙烯腈纺织的纤维硬脆,且难以染 色;
以腈纶为原料还可以制造阻燃的PAN基氧化纤维和碳纤维。
聚丙烯腈纤维
聚合物原料的制备: PAN均聚物:AN的自由基聚合 PAN共聚物:AN与MA或MAA等的自由基共聚 PAN相对分子量:50000~80000 性能: 腈纶蓬松柔软、被誉为“人造羊毛”;
聚酯纤维的品种
PET成纤的结构:
PET纤维
直径0.5mm, 由数百个单丝组成
单丝
直径25um, 由原纤组成
原纤
直径10nm,由直径为 10nm的片晶堆砌而成, 片晶间由无定形区域连接
在拉伸过程中,堆砌的片晶沿纤维轴方向取向,而 在松弛过程中,堆砌的片晶发生扭曲
聚酯纤维的品种
O
O
C
C O CH2 4 O n
涤纶32.1%羊毛67.9%
涤纶织物
涤纶浸胶帘子布
涤纶带
product/4
男士游泳衣
PBT弹性绷带
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics) 6.2.3 聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈(PAN)简称腈纶,为目前世界上产量仅次于 聚酯纤维和聚酰胺纤维的第三大品种的纤维材料;
与PET相比,PBT柔性链节更长一些,Tg (29℃)和Tm均会低一些,结晶速度较PET快 10倍,有极好的伸长弹性回复率,且柔软易染色;
特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑 雪裤等高弹性纺织品。
聚酯纤维的品种
O
O
C
C O CH2 3 O n
1995年,Shell 公司研制成功,熔点230℃,Tg46℃; 其主要物理性能均优于PET,柔软性和伸长弹性回复 率介于PBT和PET之间; 能经受γ射线消毒,开发功能性织物。
采用热空气或水蒸气很快吹 一下,使链段解取向,使纤
维具有良好的弹性
6.2 通用合成纤维
(General Synthetic Fabrics) 6.2.1 聚酰胺纤维
聚酰胺即锦纶、尼龙、耐纶、卡普隆,是世界上最早投 入工业化生产的合成纤维。其品种很多,目前工业化生产 及应用最广泛的是PA6和PA66,PA1010是我国的特有品种。
纤维
..........
平面
端部
侧面
合成纤维的制备
合成纤维的纺丝:首先在熔融状态下进行拉伸,使得链 段、高分子链充分进行取向,达到高强度。 尼龙丝(未取向)的抗张强度:700-800kg/cm2; 尼龙丝(取向丝)的抗张强度: 4700-5700 kg/cm2。
问 题 纤维通常具有10~20%的生长率,以保持合适的弹性, 在纺丝过程中如何实现这一目的?
聚酰胺纤维的应用
PA可以纯纺和混纺做各种衣料和针织品,如运动服、 休闲服以及单丝、复丝弹力丝袜等; 工业上主要利用PA纤维制作轮胎帘子线、渔网、 运输带和绳索等;
在军事领域可用作降落伞等;
尼龙单丝.可用作钓鱼线、网球、羽毛球拍以及 牙刷毛(PA612).
錦綸運動服
羊毛中加入锦纶的毛衣
锦纶单丝PA6
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