新纤维材料与应用

化学纤维基本概念
③ 功能纤维 (Function fiber) 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 例:高吸水纤维、导电纤维、中空纤维分 离膜、离子交换纤维、抗菌消臭纤维、抗 紫外线纤维等。
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• 高分子分离膜是一种重 要的功能材料， 已经在许多领域获得应用。
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③网络丝 （Network yarn） 预取向丝或拉伸变形纱经高压气流吹捻，单丝间相 互交缠，形成周期性的网络点的丝条。网络丝抱合 性好、强度较高，织造时能省去加捻、上浆工序， 所以网络丝又叫“免浆丝”。
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4. 按取向程度分类的化学纤维 ① 未取向丝(UDY----Un-draw yarn) 经低速纺丝纺制的化纤长丝。 ② 预取向丝(POY----Pre-oriented yarn, Partially oriented yarn） 经高速纺丝获得的取向度在未取向丝和牵伸丝之 间的化纤长丝。 ③ 全取向丝(FOY----Fully oriented yarn) 利用超高速纺（纺速在5500m/min以上）生产的 化纤长丝。
在聚合及纺丝工序中改性的有：共聚、超有光、 超高收缩、异染、易染、速染、抗静电、抗起毛 起球、防霉、防菌、防污、防臭、吸湿、吸汗、 防水、荧光变色等纤维； 在纺丝、拉伸和变形工序中形成的有：共混、复合、中 空、异形、异缩 、异材、异色、细旦、超细、特粗、 粗细节、三 维卷曲、网络、混纤、混络、皮芯、并列、 毛圈 喷气变形以及各种竹节、疙瘩、结子、链条、辫 子、夹色、混色。包覆、起毛起绒的花色丝、纱或纤维 条等都属于差别化纤维的范畴。
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再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维 动物蛋白：酪朊（奶蛋白)、丝朊（丝素蛋白） 植物蛋白：大豆、花生、玉米蛋白
人造纤维
化 学 纤 维
粘胶纤维、铜氨纤维 新溶剂纤维素纤维 纤维素酯纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维、 纤维素硝酸酯纤维 其它：甲壳质纤维、海藻纤维 聚酯纤维 聚酰胺纤维 聚氨酯弹性纤维 其它：芳香族聚酰胺纤维、聚脲聚甲醛、聚酰亚胺等 聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚烯烃纤维 含氯纤维、含氟纤维、其它
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蛋白质纤维
从天然动物乳 液或植物（如牛奶 大豆、玉米、花生 等）中提炼蛋白质 ，经纺丝或与其它 高聚物共混纺丝而 成。
大豆蛋白纤维
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• 超细纤维（Superfine fiber）： 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。 一般线密度0.55dtex 称超细纤维。
（3） 丝束（Tow） 丝束是由大量单纤维汇集而成。用来切断成短纤维 的丝束由几万根至几百万根组成，以提高短纤维的 生产能力；烟用丝束由6000根组成，用于生产香烟 过滤嘴。
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（4）牵切纤维 (Stretch-broken tow) 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。
纤维新材料与应用
化学纤维基本概念
第一节 化学纤维的基本概念与分类
一、纤维的定义
1. 纤维（Fiber）：是一种细长形状的物体，其
长度对其最大平均横向尺寸比至少为10：1，其 截面积小于0.05mm2，宽度小于0.25mm。
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2. 纺织纤维（Textile fiber） ：纺织用纤维的直径一 般为几微米至几十微米，长度与直径之比一般大于 1000：1，还应具有一定的柔曲性、强度、模量、 伸长和弹性等。 • 一些一维尺度的材料也经常以纤维命名，例如纳米 纤维。 • 一些作为结构材料的纤维，对于长径比、柔曲性等 的要求已没有纺织纤维那么严格。
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图 复合纤维的几种主要型式 (a)、（b)并列型；（c)、（d）皮芯型； （e）海岛型；（f）（g）裂离型；(h) 共混型
化学纤维基本概念
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• 共混纤维：Blended spun fiber， Blended fiber 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。
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二、 纤维的分类
（1）按原料分类的纤维 植物纤维：棉、麻等 天然纤维 动物纤维：丝、毛等 矿物纤维：石棉等
纺织纤维
化学纤维
化学纤维基本概念
• 天然纤维 ( Natural fiber) ：由纤维状的天 然物质直接分离、精制而成。 • 化学纤维 (Chemical fiber，Man-made fiber) ：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。包 含人造纤维、合成纤维和无机纤维三类。
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5.按性能分类的化学纤维 ① 差别化纤维 (Differential fiber) 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。主要是指经过化学 改性或物理改性，使常规化学纤维的服用性 能得以改善，并具有一些新的性能，使同一 化学纤维大品种的产品多样化和系列化。
化学纤维基本概念
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涤纶：常规纤维的线密度为1.4～7.0dtex 细旦纤维的线密度为0.55～1.4dex 超细纤维为0.11～0.55dtex 极细纤维在0.11dtex
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有色纤维：dope-dyed fiber，spun-dyed fiber 对纺丝溶液、熔体或凝胶采用着色方法(加入着色 剂或有色母粒等)制成的有色化学纤维。简称有色丝。
化学纤维的品质指标
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。
化学纤维的品质指标
• 过去使用的线密度单位：旦尼尔（Denier，简 称旦）和公制支数（简数公支）为非法定计量 单位 • 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 既: 1公支=1m/g
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② 高性能纤维 （High-performance fiber） 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。 例:芳族聚酰胺纤维、全芳族聚酯 纤维、碳纤维、高强高模聚乙烯 纤维、聚苯并咪唑纤维、聚四氟 乙烯纤维等。 高性能纤维的应用 装甲车、 钢盔、防暴盾牌、防 弹车、防弹衣。
• 干强度：纤维在干燥状态下测定的强度称干强度 • 湿强度：纤维在润湿状态下测定的强度称湿强度
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中空纤维－具有质轻、保暖等特点。
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异形喷丝孔
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异形喷丝孔与断面形状的关系
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• 复合纤维： (Bicomponent fiber, Composite fiber) 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。 复合纤维的品种很多，有并列型、皮芯型、海 岛型、裂离型和共混型等。
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（2）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）
化学纤维的品质指标
• 断裂强度是反映纤维质量的一项重要指标。断裂强 度高，纤维在加工过程中不易断头、绕辊，最终制 成的纱线和织物的牢度也高；但断裂强度太高，纤 维刚性增加，手感变硬。
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3. 按表面和纵向形状分类的化学纤维 ① 直丝（Flat yarn）
② 变形纱 (Textured filament, Textured yarn) (TY)
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变形纱
拉伸变形丝(DTY) 弹力变形丝 膨体纱(BCF) 定型变形丝
变形纱包括所有经过变形加 工后具有(或潜在具有)卷曲、 螺旋、环圈等外观特性而呈 现膨松性、伸缩性的单根或 多根长丝和纱。
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• 有光纤维 Bright fiber，Lustrous fiber 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。
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• 消光纤维 (无光纤维) Dull fiber， Delustered fiber 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) semi-dull fiber 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。
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④ 智能纤维（Intelligent fiber） 一维的纤维状智能材料。一方面，它具有一般 智能材料的智能化功能，即能够感知环境的变化 或刺激，并能做出响应，是一种长度、形状、温 度、颜色和渗透速率等能够随着环境发生变化而 发生敏锐变化的新型纤维；另一方面，它具有普 通纤维长径比大的特点，能加工成多种产品。
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• 无机纤维（Inorganic fiber）：主要成分是 由无机物构成的纤维。
玻璃纤维 Glass fiber，Textile glass
无机纤维 碳纤维 Carbon fiber 金属纤维 Metallic fiber
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2. 按尺寸分类的化学纤维
（1）长丝 (Filament, yarn) 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。 单丝(少孔丝、鬃丝) 长丝 复丝 帘线丝
化学纤维的品质指标
二、拉伸性能 1. 断裂强力(绝对强力)和断裂强度 （1）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） 断裂强力不仅与纤维本身性质有关，还与线密度有关。 所以常用相对强度表示化学纤维的断裂强度。
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2.换算关系：（对同一根纤维而言） 分特数=特数/10 特数×支数=1000 旦数=9 ×特数 1tex(特)=1mg/m 1tex=10dtex 1旦=1mg/9m 1特=1旦/9 1公支=1m/g 单纤维越细，手感也越柔软，光泽柔和且易变形加工。
化学纤维的品质指标
例题： • 一根450米长的纤维重0.1克，将其进行拉伸 得知断裂强力为0.098N，求该纤维线密度(分 别以特和旦表示)及相对强度(以N/tex和 cN/dtex表示)。
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• 异形纤维 (Shaped fiber,Profiled fiber) ： 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。 例如:三角形纤维 －具有类似于蚕丝 的光泽。
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十字形纤维－具有手感好、覆盖性好和抗起 球等优点。
杂链纤维
合成纤维 碳链纤维 玻璃纤维 碳纤维 金属纤维
无机纤维
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• 人造纤维（Artificial fiber）：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（Regenerated fiber） • 合成纤维 （Synthetic fiber）：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。
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• 帘线丝：由一百多根到几百报单纤维组成、用 于制造轮胎帘子布的丝条，俗称帘线丝。
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（2） 短纤维 (Staple fiber) 化学纤维经切断而成的、一定长度规格的纤维。 棉型：25~38mm 毛型：70~150mm 中长型：51~76mm
短纤维
化学纤维基本概念
化学纤维基本概念
• 单丝：原指用单孔喷丝头纺制而成的一根连续单纤维 ，但在实际应用中，往往也包括3～6孔喷丝头纺成的 3～6根单纤维组成的少孔丝。较粗的合成纤维单丝（ 直径0.08～2mm）称为鬃丝，用作绳索、毛刷、日用 网袋、渔网或工业滤布；细的聚酸胺单丝用作透明女 袜或其它高级针织品。
• 复丝：由数十根单纤维组成的丝条。化学纤维的复丝 一般由8～100根以下单纤维组成。绝大多数的服用织 物都是采用复丝织造，因为由多根单纤维组成的复丝 比同样直径的单丝柔顺性好。