2.1合成纤维全解

3、干法纺丝
也需要将聚合物溶解在溶剂中 配成纺丝溶液，而后段过程与 熔体纺丝相似，从喷丝头挤压 出来的细流不是进入凝固浴， 而是导入纺丝甬道，在甬道中 利用热空气使细流中的溶剂挥 发而凝固成纤维。
三、成纤聚合物的力学状态
合成纤维一般都具有机械强度高、耐磨性能好、 密度轻、耐酸、耐碱、耐氧化剂以及不易霉蛀等特 点，但也存在吸湿低、透气性差、容易产生静电、 易沾污、不易染色等缺点，为了提高纤维的使用性 能，必须了解各种纤维的结构和性能。
第二章 纺织纤维
本章知识点： 2.1 合成纤维 2.2 纤维素纤维 2.3 蛋白质纤维 重点：聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯等 纤维的合成、结构和理化性质，纤维素和蛋 白质的基础知识，棉、麻、蚕丝、羊毛纤维 的结构和理化性质。 难点：聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯等 纤维的合成，蚕丝、羊毛的化学加工。
过酰胺键相连的分子两端有氨基和羧基，具有一定的吸湿
性和染色性。
2.
聚酰胺中酰胺基的存在，可以在大分子中间形成氢键，使 分子间作用力增大，易在酸碱作用下发生水解。赋予聚酰 胺以高熔点和力学性能，同时，也使其吸水率增大。
3.
聚酰胺重复结构单元中的脂肪链较长，聚酰胺基之间的亚
甲基赋予其柔性和冲击性，聚酰胺中的亚甲基与酰胺基的 比例越大，分子间作用力小，柔性越大，吸水率越低。
nHOOC（CH2）4COOH ＋ nH2N（CH2）6NH2 n－OOC （CH2）4CO HN（CH2）6NH3+ n－OOC （CH2）4CO HN（CH2）6NH3+ HO－OC （CH2）4CO HN（CH2）6NH－ H ＋ （2n－1）H2O n
二、聚酰胺的结构
1.
聚酰胺是没有庞大侧基的线型高分子，中间的脂肪链是通
燃烧，有黑烟并有芳香气味，离火后自熄。 聚酯纤维在承受外力时不易发生变形，纺织品 尺寸稳定性好，使用过程中褶裥持久。耐磨性仅次 于聚酰胺纤维。
4、PET纤维的化学性质

对丙酮、苯、卤代烃等有机溶剂较稳定，但在酚类 及酚类与卤代烃的混合溶剂中能溶胀。

在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱和强酸，但不 耐强碱；
三、聚酰胺纤维的物理性质


机械性能：强度高、回弹性好——耐磨性好
密度：较小，仅次于聚丙烯和聚乙烯
电性能：疏水性纤维，导电性差
热性能：热稳定性差 吸湿性：亲水性的酰胺键，有较好的吸湿性
四、聚酰胺纤维的化学性质

酸、碱的作用 氧化剂的作用 染色性：分散染料 耐光性：较差
五、聚酰胺纤维的改性
4、吸湿性：低于锦纶，略高于涤纶
四、聚丙烯腈纤维的化学性质
学习目的要求
掌握纺织纤维的分类与特征；初步掌握棉、 麻、丝、毛、聚酯纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、 聚丙烯纤维的生产技术、结构、性能及应用。
纺织纤维概述
纤维是指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和 吸湿性的丝状物。大多数是不溶于水的有机高分子化合物， 少数是无机物。 典型的纺织纤维的直径为几微米至几十微米，而长度 超过25mm。 按来源分类 天然纤维 化学纤维
H3COOC－ －COOCH3 ＋ 2HOCH2CH2OH
HOCH2CH2OOC－ Zn（CH3COO）2
－COOCH2CH2OH
对苯二甲酸双羟乙酯
（2）对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线（直接酯化聚 酯法），目前发展很快。
HOOC－
－COOH ＋ 2 HOCH2CH2OH HOCH2CH2OOC－ －COOCH2CH2OH
挺括、尺寸稳定性好等优异品质。
2、相对分子质量分布

聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度n一般为80-150，
相对分子质量为18000-25000。
3、PET纤维的物理性能

聚酯纤维一般为乳白色，相对密度为1.38～1.4， 回潮率很低，具有易洗快干的特性。聚酯纤维的熔
点为255～265℃，软化温度230～240℃。遇明火能
主要成纤高聚物的相对分子质量
3. 侧链结构
所有的天然聚合物和大多数成纤聚合物的侧
链都含有极性基团。极性基团的存在对于大分子
链间的相互作用和纤维的溶解性、热性能、吸湿
性、染色性等都有很大的影响。
4. 结晶结构 用于纺制纤维的聚合物一般都要求是半结 晶结构的聚合物。结晶区的存在使纤维具有较 高的强度和模量，而非结晶区的存在使纤维具 有一定的弹性、耐疲劳性和染色性。半结晶结 构能使原来排列不规整的分子链，经过拉伸取 向而沿着纤维轴进行有序排列的这种状态固定 下来。 成纤高聚物应具有可溶性和熔融性 只有这样 才能将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经 纺丝、凝固或冷却形成纤维，否则就不能进行 纺丝。

丙烯腈能与苯、甲苯、四氯化碳、甲醇、乙醇、乙醚、丙 酮、醋酸乙酯等许多有机溶剂以任何比例互溶，丙烯腈也 能溶于水。 丙烯腈能与水、苯、甲醇、异丙醇、四氯化碳等形成二元 共沸物。其中丙烯腈与水的共沸温度为71℃，含水12% （质量）。 丙烯腈分子中含有碳-碳双键和腈基，化学性质很活泼， 能进行聚合反应（均聚和共聚）、加成反应、氰乙基化反 应等。贮存、运输过程要加入酚类、胺类阻聚剂。

烂花布、碱减量处理。见课本。
5、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的染色性能
染色性差：因为吸水性差、缺少极性基团 染色方法：分散染料（结构简单、体积较小） 高温染色、载体法染色
6、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的改性
2.1.3 聚酰胺纤维
聚酰胺是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的
一类线性高分子缩聚物。其中以聚酰胺-66和聚酰胺-6的产量 最大，约占聚酰胺产量的98%。 共同特点：就是其大分子的各个链节间都是以酰胺基 “－CONH－”相联，所以把这类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。
②
HOCH2CH2OOC－
－COOCH2CH2OH
③
PET大分子中酯键的存在使涤纶分子具有一定的化学反
应能力，由于苯环和亚甲基的稳定性较好，涤纶的化学 稳定性较好；
④
结构单元中含有一个刚性基团-苯环，阻碍了大分子内 旋转，使主链刚性增加，又有一个柔性基团（-CH2CH2-
），使涤纶大分子结构刚柔并济。涤纶具有弹性优良、
2. 成纤高聚物具有适宜的相对分子质量 线型 高聚物分子链的长度对纤维的物理-力学性能影 响很大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶 解性的影响更大。相对分子质量太高太低均不好， 高者不易加工，低者性能不好。常见的主要成纤 高聚物的相对分子质量如下表所示。
高聚物 聚酰胺-6或-66 聚酯 聚丙烯腈 相对分子质量 16000-22000 19000-21000 53000-160000 高聚物 聚乙烯醇 全同聚丙烯 相对分子质量 60000-80000 180000-300000
棉花、 羊毛、 蚕丝、 麻 石棉
再 生 纤 维
合 成 纤 维
纤维的分类
再生纤维：以天然高聚物为原料，经过化学处理 与机械加工而制得的纤维。
再生纤维
再生蛋白质纤维 大豆纤维 牛奶纤维 再生纤维素纤维 粘胶纤维 铜氨纤维 醋酯纤维
纤维的分类
合成纤维：以石油、天然气、煤及农副产品等为 原料，经过一系列化学反应合成高分子，再加工 制得纤维。
二、聚合物的纺丝方法
1、熔体纺丝
凡能熔融或转变成粘
流态而不发生显著分解的
成纤聚合物都可采用熔体
纺丝。
熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，特点是纺丝速度 快，生产能力大。一般纺丝速度在1000~1200m/min。
2、湿法纺丝 将聚合物溶解于合适的溶剂中，制成纺丝液，再由喷 丝孔喷出细流，进入凝固浴，细流中的溶剂向凝固液 扩散，而凝固浴中的凝固剂向细流扩散，聚合物在凝 固浴中析出，形成纤维。
聚酰胺1010 种类 聚酰 胺-6
聚酰胺 -66
聚酰胺 -610
聚酰 胺-12
聚酰 胺-11
产量最大69%
一、聚酰胺6和66的合成
1、聚酰胺6的合成
聚己内酰胺，可由已内酰胺在高温下，微量水存在时 的聚合反应如下:
nNH（CH2）5C＝O
微量H2O
－NH（CH2）5COn －
2、聚酰胺66的合成
是己二酸与己二胺的缩聚物，是最早实现工业生产 的聚酰胺品种，也是产量最大的。
2.1.2 聚酯纤维

聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的 原料，是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应 制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品 种因随使用原料或中间体而异，故品种繁多数不 胜数。但所有品种均有一个共同特点，就是其大 分子的各个链节间都是以酯基“－COO－”相联， 所以把这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制 得的纤维称为涤纶，是三大合成纤维（涤纶、锦 纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。
对苯二甲酸双羟乙酯
路线（1）和路线（2）对比：省去了DMT的制造及甲醇的回 收等工序，工艺过程简单，但该路线对原料对苯二甲酸和乙 二醇的纯度要求较高。
二、PET的结构与相对分子质量 1、结构
HOCH2CH2OOC－
①
－COOCH2CH2OH
PET是具有对称苯环结构，没有支链的线型分子，除了 两端含有-OH外，不含有亲水性基团，故吸湿性染色性 差； 聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线型聚合物，没有 大的侧基和支链，易于取向和结晶，具有较高的强度 和良好的成纤性及成膜性，结晶度为40%～60%，结晶 速度慢。
二、丙烯腈共聚物的结构
1、腈纶的分子结构
主要结构单元为丙烯腈。 2、腈纶的超分子结构
由于强极性氰基间的相互作用，聚丙烯腈分子链的构象 不是像聚乙烯那样的平面锯齿形，也不是像等规聚丙烯那 样有规则的螺旋状，而是一种具有不规则曲折和扭转的螺 旋状。为侧向二维有序而纵向无序的结构——准晶态结构。
三、聚丙烯腈纤维的物理性质 柔软、保暖“合成羊毛” 1、机械性能：强度高出羊毛1-2.5倍 2、密度 3、热性能：没有明显熔点
2.1.2 聚酯纤维PET
对苯二甲酸 EO
TPA
主要 原料
环氧乙烷
对苯二甲酸 二甲酯
DMT 乙二醇
EG
一、聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成
（1）酯交换聚酯路线（酯交换聚酯法） 最早（1953年）实现工业的聚酯路线，技术最成熟， 目前大型涤纶生产商基本采用此法。
是将对苯二甲酸二甲酯与乙二醇按1∶2.5（摩尔比） 比例混合，在醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴催化剂的作用下， 发生酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯。
4.
聚酰胺大分子中相邻大分子间和大分子内部可借羰基和 亚氨基生成氢键，分子结构比较规整，因此它在适当条 件下可以结晶，结晶度达50%～60%。其聚酰胺-6的晶体
为α 、γ 晶型；聚酰胺-66的晶体为α 、β 晶型。具有
较高的机械强度和形状稳定性。
5.
另外聚酰胺的性能还受亚甲基的奇偶数影响，偶数聚酰 胺的熔点比奇数聚酰胺的熔点高。
合成纤维
杂链纤维
聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维 等……
碳链纤维
聚丙烯腈纤维1合成纤维概述 一、成纤聚合物的结构特征
高聚物的品种很多，但并不是所有高聚物都能用于 纺丝，而是具有如下特征的高聚物都能进行纺丝。
1.
成纤高聚物均为线型高分子
主链分子结构线型或支化度很低，没有庞大侧基的 聚合物，用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方 向拉伸而有序排列。当纤维受到拉力时，大分子能 同时承受作用力，使纤维具有较高的拉伸强度和适 宜的延伸度及其他物理-力学性能。
1、改变二元酸或二元胺 2、交联和接枝
利用甲醛进行交联，交联发生在无定形区。还可通 过接枝聚合，使聚酰胺纤维性质获得改善，如聚己二酰 己二胺纤维纤维与环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很 好的柔软性和亲水性。
2.1.4 聚丙烯腈纤维PAN
一、丙烯腈共聚物的合成
1、主要单体——丙烯腈

丙烯腈的结构式为：CH2＝CH－C≡N 丙烯腈在常温常压下是具有独特气味的无色透明、易流动 液体。相对分子质量为53.06，沸点为77.3℃，凝固点为 －83.6℃，相对密度为0.8060，易燃、易爆，在空气中的 爆炸极限为3.05%～17.0%（体积）。


2、丙烯腈共聚物的合成

我国的共聚丙烯腈纤维，第一单体是丙烯腈，约为90%； 第二单体是丙烯酸甲酯，约5%―10%；第三单体是丙烯磺 酸钠，约为1%-3%。引发剂是偶氮二异丁腈。 第二单体的引入能破坏大分子链的规整性，削弱聚丙烯腈

大分子间的作用力，提高纤维的柔软性和弹性，减少脆性；

第三单体的加入是为了引入能与染料结合的基团，有利于 染色并改善其亲水性。