再生纤维

提 纯
成 纤 高 聚 物
热熔 化学 溶解
初 纺 纺丝 生 后加工 丝 纤 液 维
短 纤 维 长 丝
合 成
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（一）成纤高聚物的提纯或聚合
• 天然高聚物：含有杂质和色素，须去除、 提纯。制造粘胶、铜氨、醋酯等。 低分子合成高聚物：经化学合成，成为制 造涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶等合成 纤维的高聚物。
第三节 基于有机溶剂法的再生 纤维素纤维
• 一、Lyocell纤维的结构
• （一）形态结构 • 截面：接近圆形 • 有明晰的巨原纤结构特征， 并有尺寸从5~100nm不等的 空隙与裂缝，有皮芯层结构， 皮层比例较粘胶纤维小，在 5%以下。
（二）纤维的聚集态结构
• 属于单斜晶系的纤维素Ⅱ型晶胞，使用干湿法纺丝，牵伸 主要是在干态（空气中）条件下进行，分子取向度和结晶 度都高于普通粘胶纤维，晶粒长而薄，无定形区的取向程 度也高。 • Lyocell是一种直接从基原纤到巨原纤的“缨状巨原纤”结 构，原纤化的效果比原纤层次完整的纤维还理想 。
Ba性流动的 纺丝液体 • 条件：加热熔融而不发生分解的高聚物可 采用此法 • 溶液法：借助某种无机或有机溶剂将高聚 物溶解成具有一定粘度的纺丝液 • 条件：溶剂必须价廉易得，毒性小，易于 回收
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（三）纺丝
• 1．干法纺丝 • 2．湿法纺丝 • 3．融体纺丝
（三）纤维结构的形成
• 采用干湿法纺丝成形工艺：纺丝液以一定的速度从喷丝板喷出后，先 在气隙中，一方面挥发溶剂，一方面接受牵伸，然后进入凝固溶脱去 溶剂，出浴后再干燥并继续接受牵伸与脱去非溶剂物质。 • 纤维成形规律： • 1．纺丝液进入喷丝孔前是各向同性的，通过喷丝孔时分子排列逐渐 顺直，数据表明，出喷丝孔时纤维直径与喷丝孔径相同。 • 2．纺丝液在气隙中进行干纺时，纤维直径减小增大，说明取向程度 已大为改善。 • 3．被牵伸细化的塑性纺丝液进入凝固浴后，纺丝液中的溶剂全部脱 去，纤维分子得到足够接近的机会，相互作用并生成结晶，但仍含有 大量非溶剂成份——水份，属溶胀状态，分子取向度在脱溶凝固的过 程中有了很大提高，说明纤维已经基本成形。 • 4．在干燥过程中，纤维脱去所含以水为主的非溶剂成份，使结构进 一步收缩，适量牵伸形成有良好取向的原纤化构造。
• 7．耐酸碱性能
• 耐碱不耐强酸。在室温下，59％的硫酸溶液即可将粘胶纤维溶解。
• 8．染色性能
• 染色性好（分子量和结晶度均比棉低，且在水中易膨润），但容 易引起染色不均匀。
• （二）差别化粘胶纤维的性能
• 以高湿模量粘胶纤维为例： • 富强纤维断裂强度已接近合成纤维，在湿态下的强度 损失较小，断裂伸长率较低，弹性回复率高，尺寸稳 定性较好，较耐褶皱；初始模量与棉纤维相近，在小 负荷下产生的变形不大；水洗收缩率与棉纤维相似， 比普通粘胶纤维小一倍；勾结强度较差（棉纤维的一 半），纤维的脆性较大；抗碱性是所有粘胶纤维中最 高的，与棉混纺的织物能经受丝光处理。
• 5．耐热性
• 耐热性比棉纤维差（在1000C 以下）（分子量比棉低得多），加 热到150℃左右时强力降低得比棉慢，在180～200℃时，产生热 分解。
• 6．光学性质
• 光泽很强，长丝有极光，欠柔和 • 消光处理：不含TiO2的称有光纤维，含0.5～1％的称半光纤维， 含3％以上的称无光纤维。 • 双折射率比天然纤维素纤维低，说明分子取向度比棉、麻低。 • 耐光性比棉纤维差。
• 2. 加捻或网络 • 化纤长丝由多根单丝组成复丝 • 加捻或网络的目的：提高单丝间抱合性能，增 强化纤长丝的耐磨性和强度，防止丝条起毛、 断裂，提高织物等级。 • 3．热定型 • 经拉伸（或其他处理）后的纤维，放在定型装 置中，一定温度、介质和张力条件下，处理一 段时间。 • 目的：使纤维获得的结构相对稳定，消除纤 维中存留的内应力，提高合纤的尺寸和形态稳 定性，进一步改善和提高纤维物理、机械性能。
• 比较纤维素Ⅰ和纤维素Ⅱ晶胞结构，可以看出 它们有显著差别。粘胶纤维属再生纤维素纤维， 因已经历碱液处理，虽然晶胞的b轴尺寸不变， 但a轴、c轴的尺寸和β 角均已改变，分子面转 动，晶胞发生倾斜。粘胶纤维晶胞结构的这种 变化，使它的性质和天然纤维有很大的不同， 如因晶胞倾斜导致粘胶纤维结晶度和取向度降 低，引起纤维强度降低、伸长率增加等性质的 变化。甚至水分子也能少量（不到1%）进入 纤维素的结晶部分，而对天然纤维来说，水分 子是不能进入结晶区的。
• 6．上油剂 • 目的：防止或消除纺丝或纺织加工过程中因不 断磨擦而产生的静电，赋予纤维柔软、平滑的 特性，改善化纤织物的服用性能。 • 如为特殊需要，还可提高化纤抗氧化性能、防 霉抗菌性能、耐高温性能等。 • 7．消光 • 消除有光纤维的刺目光泽，制成半光和无光化 纤长丝。 • 常用消光剂：二氧化钛粉末 • 8．成品包装 • 做成丝绞、丝筒或丝饼。
• 3．粘胶纤维的结晶结构 • 纤维素的晶胞是由 5 个平行排列的纤维素大分 子在两个六元环链节上组成的。纤维素的晶胞 至少有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种晶胞类型。其中天 然纤维的晶胞为Ⅰ型结构，单斜晶系，晶胞参 数 为 a=8.35Å ， b ＝ 10.36Å ， c=7.90Å ， β=84°；粘胶纤维的晶胞为Ⅱ型结构，单斜晶 系 ， 晶 胞 参 数 为 a =8.14Å ， b=10.36Å ， c=9.14Å，β=62°。
• 4．粘胶纤维的聚集态结构
• 适于用“缨状原纤结构模型”来表述。 • 具有典型的原纤结构。 • 普通粘胶纤维的平均聚合度较低，内部晶粒较小。
• 5．粘胶纤维的形态结构特征 • 横截面：有不规则的锯齿形边缘，有皮 芯层的芯鞘结构。 • 纵向表面：有平行于纤维轴的条纹。
（二）差别化粘胶纤维的结构
• 1．强力粘胶纤维 • 轮廓较圆滑、均匀，主 要是皮层结构 • 2.高湿模量粘胶纤维 • 主要是芯层结构
二、碱溶液法再生纤维素纤维的 性能
• • • • （一）普通粘胶纤维的性能 1．纤维的线密度 一般dpf=3.3～5.5dtex 长丝纱：每根约含纤维15～200根：如132dtex／ 30f ；短纤维：每束可含12000～40000根单纤维。 • 粘胶短纤维的线密度：棉型 1.8 ～ 2.0dtex 、毛型 3.3～4.0dtex • 2．纤维的比重：1.52，较高。
第四节 纤维素改制再生的衍生 物纤维
• 一、醋酯纤维的纤维素衍生物特征 • 纤维素的衍生物主要有：纤维素酯和纤维 素醚等。 • 理论上，这两类纤维素衍生物都能溶于有 机溶剂，都有纤维化可能。但实际工业生 产中只有纤维素醋酸酯才能用于制造纤维， 由纤维素醋酸酯制成的纤维称为醋酯纤维。
• 根据酯化程度不同分：二醋酯纤维和三醋酯纤维。 • 置换度（X）——纤维素每个六元环上的3个羟基中， 平均有多少羟基被醋酸化； • 酯化度（γ ）一一纤维素每100个羟基中，平均被醋酸 化的羟基数。
• Modal纤维也属以高湿模量纤维，但湿模量仅比普通粘胶高出一 倍左右，湿态下强度损失仍有40%，断裂伸长较小，弹性恢复能 力略高，有较好的尺寸稳定性能，有一些高湿模量的特征，与普 通粘胶相比有一定优势，也可以经受丝光处理。
第二节 基于铜氨溶液法的再生 纤维素纤维
• 一、铜氨纤维的制造原理
• 原料：纤维素和铜氨溶液。 • 铜氨溶液制备：将氢氧化铜溶于浓氨水中。 • 纺丝液制备：将棉短绒（或木材）浆粕溶解在铜氨溶液中， 制得铜氨纤维素纺丝液，纺丝液中含铜约4%、NH3约29%、 纤维素约10%。 • 纺丝：湿法纺丝。纺丝液从喷丝头细孔压出后，首先被从 喷水漏斗喷出的急流水抽伸（抽伸倍数约为300倍），纺 丝液一边变细，一边凝固。凝固丝通过稀酸浴（常采用 5%H2SO4），即还原再生成铜氨纤维。
二、铜氨纤维的结构
• dpf 可小至 0.44 ～ 1.44dtex。 • 横截面：无皮芯 结构，圆形。 • 平均聚合度较粘 胶纤维高，可达 450～550。
三、铜氨纤维的性能
• （一）机械性质
• 干强2.6～3.0cN／dtex，湿干强比约65～70％，耐磨性和耐疲劳性比 粘胶纤维好。 • 原因：聚合度较高，且经高度抽伸，分子取向性较好。
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第七章 再生纤维
• • • • • •
概述：化纤制造的基本过程 第一节 基于碱溶液法的再生纤维素纤维 第二节 基于铜氨溶液法的再生纤维素纤维 第三节 基于有机溶剂法的再生纤维素纤维 第四节 纤维素改制再生的衍生物纤维 第五节 再生甲壳质纤维与壳聚糖纤维
化纤制造的基本过程
棉短绒、 木材、芦 苇等天然 高聚物 煤、石油、 天然气、农 副产品等低 分子材料
• 3．吸湿性 • 仅次于羊毛。标准回潮率约13～15％，强力粘 胶长丝纤维约12.5～14.5％，富强纤维约12～ 13.5％。粘胶纤维在水中会产生很大的膨润。 • 吸湿好原因：亲水性基因（每个六元环上存在 3 个羟基）、纤维素Ⅱ型晶格、较低的结晶度。 • 4．机械性质 • （ 1 ）强伸度：强力低于棉纤维，伸长则大于 棉纤维。在湿态条件下，湿强度降低50%，伸 长率也增加较多。 • （2）初始模量和弹性：初始模量不高（57～ 75cN/tex），吸湿后下降很大；弹性回复能力 与其他纤维相比也较差。
• 原因： Lyocell纤维分子取向度和结晶度比较 高这一特点，导致纤维中巨原纤的结晶化程度 高并更趋向于沿纤维轴向排列，这样，从结晶 区中延曳出来缚结非晶区分子的机率相应要减 小一些，必然会在纤维轴方向和直径方向产生 连结力的明显差异，所以当纤维受到外界因素， 诸如连续的摩擦和振动的应力作用后，一旦外 力将薄薄的皮层破坏，芯层的巨原纤就会沿径 向分离，并通过分裂出来的巨原纤形成原纤化 效果。
第一节 基于碱溶液法的再生纤维 素纤维
• • • • • • • 常见品种： 普通粘胶纤维 短纤维——俗称“人造棉”，“人造毛” 长丝——俗称“人造丝” 高湿模量富强粘胶纤维 强力粘胶纤维 各种改性粘胶纤维
一、碱溶液法再生纤维素纤维的 结构
• （一）普通粘胶纤维的结构
• 1．粘胶纤维的化学组成 • 主要组成物质是纤维素，其分子式为 [C6H10O5]n。普通粘 胶长丝纤维和短纤维的聚合度为300-500。 • 2．粘胶纤维大分子的空间结构 • 椅式构型
• 4．卷曲 • 对象：化学短纤维——表面光滑无卷曲，可纺 性差 • 目的：获得与棉、毛等天然纤维相似的波纹 （即卷曲），提高可纺性，同时改善织物手感。 • 方法：化学、物理或机械方法。 • 如：依靠喷丝孔内恻结构的不同（如粗糙程 度不同、摩擦力不同）造成牵伸时丝的侧向取 向不同，而使纤维卷曲。市场上的云丝被，就 是采用的三维卷曲纤维。 • 5．切断 • 化学短纤维或混纺、或纯纺，混纺时各种纤维 长度必须接近，根据不同用途，将化纤长丝束 切断成不同长度的短纤维。
二、Lyocell纤维的性能
• 1. 相对强度较高 • 40cN/tex，湿强30cN/tex，高于棉的湿强26～30cN/tex（棉是湿强大 于干强的纤维）。 • 2. 初始模量较高 • 为普通粘胶长丝干态模量的数倍，湿态时仍能保持很高的模量值。 • 3. 吸湿性能良好 • 回潮率11%以上。膨化的异向性特征十分明显 • 4. 有与粘胶相近的染色性能 • 5. 有突出的原纤化特征 • 原纤化特征：指可以沿纵向将纤维从更微细的层次上剖离。
• （二）光泽和手感
• 单纤维很细，织物手感柔软；光泽柔和，有真丝感。
• （三）吸湿性
• 标准回潮率约为12%～13.5%，吸水量比粘胶纤维高20%左右。
• （四）染色性
• 无皮层结构，上色较快，上染率较高。
• （五）化学性质
• 能被热稀酸和冷浓酸溶解，遇强碱会发生膨化及使纤维的强度降低， 直至溶解。一般不溶于有机溶剂，而溶于铜氨溶液。
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（四）纺丝后加工
• 短纤维后加工工序：上油剂、集束、拉伸、 卷曲、热定型、切断、成品包装等。 • 长丝后加工工序：拉伸、加捻、热定型、 络丝等。 • 如有特殊要求，还可以进行消光、变形、 网络等处理
1．拉伸（牵伸）
• 拉伸后纤维变细，纤维内部结构明显改变， 使纤维的物理机械性能大幅度改善，实用 价值提高。 • 拉伸倍数过高，会造成毛丝、断头及其他 疵点。