合成纤维

第十章 合成纤维
第一节 概述
一、纤维的分类
指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和吸湿性的丝状物。
根据来源可以分为两大类：
天然纤维→棉花、亚麻、羊毛、蚕丝等
醋酸纤维
纤维素纤维 胶粘纤维
再生纤维 铜氨纤维
纤维 蛋白质纤维→牛乳、大豆、花生、玉米
锦纶系列→聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-1010等
涤纶系列→聚对苯二甲酸乙二醇酯，共聚酯等
化学纤维 腈纶系列→聚丙烯腈纤维、氯乙烯-丙烯腈共聚
聚乙烯醇系列→聚乙烯醇缩甲醛纤维及共聚纤维
合成纤维 聚烯烃纤维→聚乙烯纤维、聚丙烯纤维（丙纶）
含氯纤维→聚氯乙烯、过氯乙烯、及共聚纤维
耐高温纤维→聚四氟乙烯纤维、碳纤维、石墨纤维
其他纤维→聚氨酯弹性纤维、聚甲醛纤维等
二、三大合成纤维
1.涤纶（聚酯为基础，产量第一位）
（1）抗皱性、保形性、耐热性、电绝缘，织物易洗、快干、免熨。
（2）不需混纺，不起球。
（3）染色比锦纶差。
2.锦纶（聚酰胺，第二位）
易染色
3.腈纶（聚丙烯腈）
性质类似羊毛（合成羊毛），用途广，来源丰富，发展快。
三、成纤高聚物的特征
1.线型高分子→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。
2.具有适宜的相对分子质量
过高→不易加工（黏度大）
过低→性能不好（力学性能差）
3.分子链间必须有足够的次价力
次价力越大→纤维的强度越高，次价力大于20.92kJ/mol的高聚物适宜作纤维材料。
4.具有可溶性和熔融性→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。
第二节 聚酯纤维（PET）→涤纶
制得：饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应
用途；是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的原料。
一、主要原料
1.对苯二甲酸(TPA)
2.苯二甲酸二甲酯(DMT)
3.乙二醇
4.环氧乙烷
二、聚酯纤维的生产原理与工艺
1.聚酯合成的工艺路线
按所用的中间体种类分，主要有三条合成路线：
酯交换聚酯路线
对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线
环氧乙烷酯化聚酯路线
2.聚对苯二甲酸乙二醇酯的生产工艺
（1）酯交换法连续生产聚酯工艺
工艺包括酯交换、预缩聚、缩聚等过程。
（2）直接酯化聚酯生产工艺
工艺过程包括酯化与缩聚。
3.聚酯的纺丝→熔融纺丝法
三、聚酯纤维的结构、性能及用途
1.结构
高度对称芳环的线性聚合物，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。
2.性能
聚

酯纤维一般为乳白色，具有易洗快干的特性。在纺织时，容易产生静电，其纺织品在使用过程中易积累静电荷而吸灰尘。
遇明火能燃烧，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。
在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱和强酸，但不耐强碱；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。
3．用途
纯纺或与其他纤维混纺制成各种机织物和针织物。聚酯长丝可用于织造薄纱女衫、帷幕窗帘等，与其他纤维混纺可制成各种棉型、毛型及中长纤维纺织品。
工业上：可作为轮胎帘子线、制作运输带、篷帆、绳索等。
第三节　锦纶纤维
锦纶纤维：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。
是三大合成纤维之一，也是一种主要的合成纤维，又是制造薄膜及工程塑料的原料。
常见：聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-11、聚酰胺-12、聚酰胺-610、聚酰胺612、聚酰胺-1010等，其中以聚酰胺-6和聚酰胺-66的产量最大，约占聚酰胺产量的90%。
特点：其大分子的各个链节间都是以酰胺基相联，所以把这类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。
一、聚酰胺-6（锦纶-6）的生产
聚酰胺-6纤维的商品名称：锦纶、尼龙-6、卡普隆等，是由已内酰胺或ω-氨基已酸经缩聚反应而制得的一种合成纤维。
1．主要原料
2．原理与工艺
（1）聚合原理
（2）生产工艺
单体：已内酰胺
引发剂：水
聚合方法：采用常压法、高压法、常减压并用以及固相缩聚等，主要根据产品要求的相对粘度来确定。
二、聚酰胺-66（锦纶-66）的生产
聚酰胺-66是已二酸与已二胺的缩聚物，是最早实现工业生产的聚酰胺品种，也是产量最大的聚酰胺。
1．主要原料
（1）已二酸
（2）已二胺
2．原理与工艺
（1）聚合原理
（2）聚酰胺-66的生产
生产过程主要有：66盐制备、66盐的缩聚。
聚酰胺-66的生产工艺
可以分为间歇溶液缩聚法和连续溶液缩聚法两种。
3．聚酰胺的纺丝
一般聚酰胺纺丝采用间接熔融纺丝和直接熔融纺丝。
三、聚酰胺的结构、性能及用途
1．聚酰胺的结构
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，赋予聚酰胺以高熔点和力学性能，同时，也使其吸水率增大。
2．聚酰胺纤维的性能与用途
聚酰胺纤维具有耐磨性好、耐疲劳强度和断裂强度高、抗冲击负荷性能优异、容易染色及与橡胶的附着力好等突出性能，因此，聚酰胺纤维多用于作衣料和轮胎帘子线，其产量仅次于聚酯

纤维，居第二位。
第四节　腈纶纤维
腈纶纤维学名聚丙烯腈纤维，是以丙烯腈为主要单体（含量大于85%）与少量其他单体共聚而得的，是三大合成纤维之一。
由于在外观、手感、弹性、保暖性等方面类似羊毛，所以有“合成羊毛”之称。用途广泛，原料丰富，发展速度很快。
一、主要原料
1．主要单体
丙烯腈
2．其他单体
商品聚丙烯腈纤维大多数是以丙烯腈为主体的三元共聚物。
工业生产中：
第二单体：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等，用量5%～10%就可以减少聚丙烯腈分子间力，消除其脆性，从而可纺制成具有适当弹性的合成纤维——腈纶纤维。
第三单体：用量很少，一般是低于5%，主要是改进腈纶纤维的染色性能，为此，第三单体多是带有酸性基团的乙烯基单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸、甲叉丁二酸（又称衣康酸）等；或者是带有碱性基团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、2-甲基-5－乙烯基吡啶等。
为了便于控制，最好选择第二单体与第三单体的竞聚率都接近于1。
二、聚丙烯腈纤维的生产原理与工艺
1．原理与方法
聚合原理：自由基共聚合反应
引发剂：有机过氧化物、无机过氧化物和偶氮类化合物。
聚合方法：有溶液聚合法（又称“一步法”）和水相沉淀聚合法（又称“二步法”）
2．以丙烯腈为主的共聚物生产工艺（略）
3．丙烯腈共聚物的纺丝
由丙烯腈共聚物受热时即不熔化又不熔融，所以只能采用溶液纺丝法——干法及湿法纺丝。其中干法纺丝主要生产长丝，湿法主要生产短丝。
用于纺丝的聚丙烯腈的相对分子质量一般为25000～80000。由于干法纺丝要求溶液的浓度为28%～30%，因而相对分子质量要求低一些，在25000～40000之间。
三、聚丙烯腈及纤维的结构、性能及用途
1．聚丙烯腈的结构、性能
通过共聚、混合纺丝、复合纺丝等方法可以改进聚丙烯腈纤维的染色性、耐热性、蓬松性与提高回弹性等性能。
2．聚丙烯腈纤维的主要用途
由于聚丙烯纤维具有优良的耐光、耐气候性，所以除作衣着及毛毯之外，最适宜作室外织物，如帐篷、苫布等。
第五节　聚丙烯纤维
聚丙烯纤维又称丙纶纤维，是以聚丙烯树脂为原料制得的一种合成纤维。
由于聚丙烯纤维性能优良，成本低；加之染色性与耐老化性的改善，使其发展迅速，用途广泛。
一、主要原料
丙烯
二、聚丙烯纤维的生产原理与工艺
1．丙烯的聚合原理
配位聚合反应
2．聚丙烯纤维的生产工艺
（1）聚丙烯树脂的生产工艺
生产方法：淤浆法、气相聚合和液相聚合法三种，
主要采用淤浆法生产，该工艺过程主要包括：引发剂悬浮

液的配制、淤浆聚合、引发剂的洗除、干燥等。
3．聚丙烯的纺丝
聚丙烯的纺丝方法主要是熔融纺丝。
三、聚丙烯树脂及纤维的结构、性能及用途
1．聚丙烯树脂的结构、性能
聚丙烯为线形结构，根据大分子上甲基的空间排列可分为全同立构聚丙烯、间同立规聚丙烯和无规立构聚丙烯。
全同立构聚丙烯的结构规整性好，具有高度的结晶性，熔点高，硬度和刚性大，力学性能好；
无规立构聚丙烯为无定形，强度很低，难以用作塑料和纤维；
间同立规聚丙烯介于两者之间，硬度和刚性小，但冲击强度好。
2．聚丙烯纤维的性能、用途
聚丙烯纤维密度小、强度高、吸湿性小、耐酸、耐碱、耐磨、电性能好，但染色性和耐光性差。
聚丙烯纤维可与棉、毛、粘胶纤维等混纺作衣料用，在工业上聚丙烯纤维主要用途绳索、网具、滤布、帆布等；在医疗上用作纱，作外科手术衣服而耐高温高压消毒。