纤维化学及物理-第四章 合成纤维基础知识

� 卷曲——提高抱合力，增加可纺性。
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� 拉伸（drawing）：提高取向度和结晶度，分子间 力大大提高，所以称其为“二次成形”。结果：断强 提高，断伸下降，耐磨性和抗变形能力提高。
� 热定形（heat setting）：纺丝和拉伸使纤维内积 累了内应力（导致结构不稳定，易发生蠕变，沸水 收缩率大）；结晶度尚低。 通过热定形：
� 合成纤维属热塑性纤维，对热敏感，但大多数合 成纤维在高温下的强度仍高于天然纤维和再生纤 维。
� 常规合成纤维中，聚酯纤维的耐热性最好，不仅 熔点和分解温度较高，而且长时间承受高温作用 后其强度损失较少。涤纶>腈纶>锦纶>维纶
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� 纺织品一般要经受一系列湿热和干热处理，其长度的
收缩率是一项重要检验指标。
� 合成纤维在成形过程中，为获得良好的物理机械性 能，经过了多次的拉伸和热定形处理，大分子间的取向 和结晶已达到了一定的程度。但还是会发生热收缩。 原因？
特点：喷丝孔数多、速度慢。
� 干法纺丝： 纺丝液从喷丝头喷出后，在热空气中因溶剂 迅速挥发而凝固成丝 。 例如：维纶、醋酯纤维 。
特点：质量好、成本高、易污染环境（较少采用）。
� 熔体纺丝：使熔融的成纤高聚物熔体从喷丝头细孔中喷出 在空气中（或水中）冷却凝固成丝的方法 。
如：涤纶、锦纶、丙纶
优点：过程简单、纺丝速度高。
� 与再生纤维和天然纤维相比，合成纤维的相对 密度较低，尤其是聚丙烯纤维（丙纶）、聚酰 胺纤维（锦纶）和聚丙烯腈纤维(腈纶) 相对密 度较低。
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2、机械性能
� 合成纤维的强度较高，在所有纤维材料中处于中上 等水平。
� 其中聚酰胺纤维、聚酯纤维（涤纶）、聚丙烯纤维 和聚乙烯醇缩醛化纤维（维纶）的强度明显高于其 他合成纤维。因此合成纤维是一类具有强韧性的纤 维材料。
� 例如：聚对苯二甲酸乙二酯， Tg =67-81 ℃ ， Tm=265℃。染色温度130℃（比较安全），热定形可 提高至180-220℃。
（5）必须具有可溶性或可熔融性
� 制备纺丝液的需要
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3、合成纤维生产过程（P255-256）
� 原料制备→纺丝液的制备→纺丝→后加工
（1）原料制备：成纤高聚物的合成和机械 处理 （缩聚、加聚和开环聚合）
� 以石油、天然气、煤、农副产品等非纤维性物 质为起始原料，从中得到低分子化合物（单 体），经化学聚合、纺丝成形及后加工而制成 的纤维。
� 单体→（加聚或缩聚等合成反应）→成纤高聚 物→（纺丝，后处理）→合成纤维
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2、成纤高聚物的条件 （P254）
（1）合适的分子量，且分子量的分布要窄： � 分子量太小，难以凝固析出，纺丝困难，且
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4、电学性能 � 合成纤维的比电阻比天然纤维和再生纤维的
高，这与其吸湿性较低有关。 � 聚酯纤维和聚丙烯纤维等吸湿性很低的合成
纤维，比电阻最高。 � 由于合成纤维的比电阻高，加工和消费过程
中因摩擦等引起的静电现象十分严重，给工 业生产和日常生活带来不便和问题。
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5、耐热性和热收缩
� 随着温度的升高，合成纤维的断裂强度将逐渐下 降，断裂伸长率有所增加。
强度太低，无使用价值； � 分子量太大，纺丝溶液或熔体粘度太大，纺
丝也困难； （2）线型结构（或支化程度很低的支链型，
无庞大侧基）： � 线型结构容易伸直并沿轴向排列。
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（3）分子间有适当的相互作用力，或具有一定规 律性的化学结构和空间结构：
� 有利于纺丝后成纤高聚物大分子沿受力方向进 行一定程度取向并产生部分结晶。结晶区的存 在使纤维具有较高的强度和模量，而非晶区的 存在使纤维具有一定的弹性、耐疲劳性和染色 性。
� 耐磨性高也是合成纤维的共性特征，尤其是聚酰胺 纤维、聚酯纤维的耐磨性最高，个别品种如聚丙烯 腈纤维等的耐磨性相对较低。
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3、光学性能 � 耐光性是重要的光学性能指标，指纺织纤维
抵抗日光作用的性能。主要表现在日光中的 紫外线导致泛黄或变色、强力降低，乃至纤 维大分子化学结构的完全降解。 � 在合成纤维中，耐光性： 聚丙烯腈纤维 > 聚酯纤维 > 聚酰胺纤维、 聚丙烯纤维以及聚氯乙稀纤维（氯纶）等
第四章 合成纤维基础知识
�了解合成纤维的发展历史、主要生产方法 以及共同特点 �掌握成纤高聚物需具备的条件，差别化纤 维、异形纤维、复合纤维、超细纤维等术语
P246-255
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主要内容
一、合成纤维概况 二、合成纤维的共性 三、常见术语
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一、合成纤维（synthetic fiber ）概况
1、什么叫合纤？
（2）纺丝液的制备：
� 以水或无机溶液为溶剂制成纺丝液（便宜，成 本低，污水量大）；
� 以有机溶剂溶解高聚物制成纺丝液（要考虑溶 剂回收）；
� 加热至Tm、Tf以上制成熔融体。
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（3）纺丝方法：对应纺丝液制备有三种常规方法：溶
液纺丝（湿法纺丝和干法纺丝）、熔体纺丝。
� 湿法纺丝： 纺丝液从喷丝头喷出后在液体凝固浴中固化 成丝。 例如：粘胶、腈纶。
� ①消除内应力， � ②进一步提高结晶度。 � 因此完善了纤维的内部结构，提高了其尺寸稳定
性，并进一步改善了其物理机械性能。
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� 结构变化示意：
初生态
牵伸
热定形
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二、合成纤维的共性
1、相对密度 � 纤维的相对密度决定了纺织品的性能和经济性。 � 作为服用纤维，相对密度较低，对于服装的舒
适性有利；作为产业用纤维，相对密度较小则 具有减少负荷的优点。
特殊方法参见P254及下学期课程
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黏胶湿法纺丝
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Hale Waihona Puke Baidu
（4）后加工： � 主要工序：拉伸和热定形
原因：初生纤维结构不完善、不稳定，物理机械性能较 差（如伸长大、强度低、弹性差、尺寸不稳定)，不能 直接用于纺织加工。
� 其它重要工序：
� 上油——提高纤维的平滑性、柔软性和抱合 力，减少摩擦和静电的产生，改善纤维的可纺 性。
（纤维适宜强度3-5g/den，延伸度大于10%）
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（4）应具有一定的热稳定性，即Tg应高于日常使用温 度，Tm、T软应比允许使用温度高得多（以适合染整加 工）， T分解要高，具有实用价值。
� Tg太高，不利于拉伸；也不方便染整加工； � Tg太低，太容易发生形变，太软，易导致织物变形； � 因此Tg至少应高于室温，一般应达到四五十度或以上