成型工艺学合成纤维的纺丝与加工

化学纤维：由各种不同的原料，经过化 学处理和机械加工方法制得的纺织纤维。
人造纤维：利用某些天然高分子化合物 制得的化学纤维。
合成纤维：利用石油、天然气、煤等为 原料合成聚合物，然后经纺丝而成的化学纤 维。
二、化学纤维及其纺织品的命名
1.人造纤维的短纤维一律称为“纤”， 如醋酸纤维等。
2.合成纤维的短纤维一律称为“纶”， 如涤纶、氯纶等。
6.染色性、对水及化学物质的稳定性好。
二.成纤高聚物的结构特征
1. 成纤高聚物应是线形高分子，支链尽量 少、无交联，没大侧基；
2. 分子链上应有极性基团（氢键）（不是 必要条件，如聚丙烯等）；
3. 分子量高，分子量分布应窄； 4. 化学和空间结构规整； 5. 非结晶成纤高聚物的玻璃化转变温度应 高于使用温度，
ⅳ. 杂链高聚物 A.可能产生大分子链段的交换反应，分子量 分布更均匀； B.高温下，可能发生水解、酸解、醇解、胺 解等； C.更高温度下，可能产生更深裂解，产生低 分子挥发物。
（2）在氧气作用下，产生热氧化降解： ⅰ.分子量降低； ⅱ.产生含氧化合物，如醛、酮、醚、酸、
酯等。 会影响高聚物的成型加工性能和使用性能
结晶度高，纤维的拉伸性能可能降低；如聚丙 烯的拉伸行为。
五．分子链的结构对成纤高聚物性能的影响 1．分子主链
（1）碳链高聚物中可能有双键和环化基团； （2）杂链高聚物中可能有-S-、-O-、-N-、-Si-等 键及环化基团等。
这些不同的键和基团的存在，改变了分子链间 的作用力和链的内旋转能力，使链的柔曲性发生变化， 使分子链的构象和结晶能力发生变化，最终影响了纤 维的结构和性能。
三 合成纤维的一些基本概念 1.纤维：是一种比较柔软的细而长的物质。
纺织纤维长径比一般大于1000，直径为几微 米至几十微米，长为25mm.
2.异形截面纤维
为改善纤维的手感、回弹性、起球性和光泽 等性能，制得各种不同截形状的纤维或中空纤维等。
3.长丝：长度以千米记的光滑而且有光泽的 丝。
4.短纤维：长度为几厘米至十几厘米的 短段。
等。
四.成纤高聚物的结晶性能
1.成纤高聚物多为结晶性的 原因：纺丝成型和拉伸取向后，结晶度高， 分子结构较稳定，耐热性高，纤维形状稳定；分子 链间相互作用力较大，所以取向结晶后纤维强度高， 模量高，同时具有较好的耐磨性及其它综合性能。 无定型高聚物模量和强度较低，变形较大， 耐热性差，尤其玻璃化转变温度低于40～60℃时无 使用价值；当玻璃化转变温度超过60～80℃时，才 有使用价值。
第一节 化学纤维的基本知识
一、化学纤维的分类
人造纤维
化 学 纤 维
合成纤维
纤维素纤维：粘胶纤维（人造棉、毛等） 醋酸纤维（人造丝：宛如丝绸，质地柔软） 蛋白质纤维 尼龙（锦纶）：坚牢耐磨，如尼龙6、尼龙66 涤纶：聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，抗皱免烫 维纶：聚乙烯醇缩醛纤维，坚牢耐穿 丙纶：聚丙烯纤维，快干挺爽 氯纶：聚氯乙烯纤维，轻柔保暖 氨纶：聚氨酯纤维，弹性最好
六．成纤高聚物的其它性能
1．吸附性能 （1）原因：分子链上的羟基和酰胺基等 引起的。 （2）含有极性基团的比例越大，对水蒸 气的吸附能力越大。力学性能降低越多。
程； ⅳ. 纤维的取向过程和松弛热处理一般在Tg～
Tm之间进行。
2.成纤高聚物的热稳定性 （1）无氧高温情况
ⅰ.发生大分子链断裂，分子量降低； ⅱ.脱去小分子物质，然后进一步交联； 如聚氯乙烯脱出氯化氢、醋酸纤维脱出醋酸或 醋酸酐。
ⅲ. 在热作用下，有些大分子链会产生分子内 的环化反应生成环状大分子。
6. 最好能结晶； 7. 具有一定的亲水基团等。
三.成纤高聚物的温度特性及热稳定性
1.成纤高聚物的温度特性 （1）纤维的使用温度范围：
ⅰ.一般纤维的使用温度使用范围： -50℃～ 50℃；
ⅱ.国防及特殊用途的纤维：100℃以上。
（2）成纤高聚物的温度特性（主要与其玻璃化 温度、粘流温度和熔化温度等有关，见表7-1）
2．影响结晶行为的主要因素 （1）高分子链化学结构和空间结构的规整性 （2）高分子链的活动性（柔曲性） （3）高聚物的热力学性质和结晶过程的动力 学因素(结晶温度：Tg～Tm)
ⅰ.低温时，分子链的活动性很小，结晶作用 需要时间很长；
ⅱ.温度太高时，分子链活动性太强，难以实 现有序排列。
3．结晶对纤维拉伸行为的影响
5.丝束：由几万直至百万根单丝汇成一 束，用来切断成短纤维。
6.变形纱：指所有经过变形加工的丝和 纱，如弹力丝和膨体纱等。
7.弹力丝：伸缩性、蓬松性好，厚度、 轻度、不透明度、覆盖度和外观特征等接近 毛织品。
第二节 成纤高聚物的特性
一. 成纤高聚物的性能要求
1.机械强度高、弹性模量大； 2.伸长率适当； 3.耐热性、耐老化性优良； 4.溶液纺丝时，有适当溶剂、粘度适当； 5.熔点和软化点应比允许的使用温度高；
3.合成和人造纤维的长丝则在其名称后 加“丝”字，或将“纤”“纶”改为“丝”。
4.人造纤维按其制造方法及所用溶剂的不 同，给予不同的命名；
（1）黏胶纤维：由于生产过程，必须制成 粘胶状的溶液。
（2）富强纤维：是粘胶纤维的改良品种， 性能比较高，伸度小。
（3）醋酸纤维：生产中要用醋酸或醋酸酐。
5.合成纤维：依照其原料构成的物质而命 名，如氯纶、丙纶等
比如，尼龙纤维分子链上的亚甲基的影响等。
2．取代基 对分子中的电荷密度的分配有影响，分子极性 发生变化。 以上的影响，必然引起相变温度、力学性能和 电学性能等的变化。
3．分子量的影响 如表7-11-2所表示。 a b
Mn
表7-2
4．分子量分布 不应含有分子量过低和过高的级分。 低分子量级分过多，分布宽，纤维强 度降低； 高分子量级分过多，高聚物液体或熔 体黏度急剧增大，出现凝胶型的颗粒而难于 拉伸取向。
（3）影响温度特性的主要因素
ⅰ.大分子的极性增大，熔化温度提高。
如聚酰胺等。
ⅱ.大分子链中引入刚性苯基，熔化温度明显提 高。如聚酯等。
表7-1
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（4）主要成型加工温度范围 ⅰ. 成纤高聚物的加工一般在高于玻璃化温度
条件下进行； ⅱ. 纺丝过程一般在粘流态进行； ⅲ. 纺丝成型过程在粘流态向高弹态转化的过