第四章-合成纤维 2

4.2 通用合成纤维
Polymer materials
聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT)纤维
1995年，Shell公司研制成功，熔点230，Tg46； 其主要物理性能均优于PET，柔软性和伸长弹性回 复率介于PBT和PET之间； 能经受γ 射线消毒，开发功能性织物。
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
4.1 纤维的概述
Polymer materials
干法纺丝工艺流程
4.1 纤维的概述
Polymer materials
干法纺丝
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4.1 纤维的概述
Polymer materials
熔融纺丝法 纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。
熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为 1000~2000m/min，采用高速纺丝时，可达3000 ~6000m/min 或更高。 熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截面多为圆
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
维纶
聚乙烯醇缩甲醛纤维。 维纶的性能和微观近似蚕丝，可织造绸缎衣料，吸湿性 和耐日光性好，但弹性较差。
维纶
4.3高性能合成纤维
Polymer materials
（1)芳香族聚酰胺纤维
芳香族聚酰胺纤维发展史 从1931年，Carothers发明PA66开始，直至60年代，出现了 很多PA 品种，其中最重要的是DuPont公司1962年发现的聚 间苯二甲酰间苯二甲酰对苯二胺纤维（Kevlar)。 kevlar纤维的问世，代表着合成纤维向高强度、高模量和 耐高温的高性能化方向到达一个新的里程碑。 在国内分别称为芳纶1313和芳纶1414 芳纶1313耐高温性好，不会熔融；芳纶1414强度高，模量 高又耐高温；
在拉伸过程中，堆砌的片晶沿纤维轴方向去向，而在松 弛过程中，堆砌的片晶发生扭曲
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）纤维
与PET相比，PBT柔性链节更长一些，Tg（29℃）和Tm均会 低一些，结晶速度较PET快10倍，有极好的伸长弹性回复率， 且软易染色； 特别适用于制作游泳衣、体操服、长筒袜、滑雪裤等高 弹性纺织品。
（3）合成纤维
定义：由合成的高分子化合物加工制成的纤维。根 据大分子主链的化学组成，又分为杂链纤维和碳链纤 维两类。 合成纤维的优缺点： 优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定 性强、耐霉腐、耐虫蛀 缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易 起毛起球、不易染色、腊状手感
4.1 纤维的概述
涤纶是最挺括的纤维，易洗，快干，免烫； 但透气性、吸湿性较差（可通过化学接枝或离子表面处 理引入亲水基团）
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
聚对苯二甲酸乙二酸酯（PET）的结构 PET纤维 单丝
原纤
直径0.5mm，由数百 直径25um，由 个单丝组成 原纤组成
直径10um，由直径为10nm 的片晶堆砌而成，片晶间 由无定形区域连接
4.1 纤维的概述
Polymer materials
湿法纺丝工艺流程
4.1 纤维的概述
Polymer materials
干法纺丝
干法纺丝纺出的丝在空气中固化 这种方法目前一般的纺丝速度为200~500m/min，高 者可达1000~1500m/min 干法纺丝溶剂挥发易污染环境，成本高，但丝的质 量好 此法多用于制作长丝。
4.1 纤维的概述
Polymer materials
纺丝
4.1 纤维的概述
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溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方 式分为湿法与干法两种。
湿法纺丝 湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化 这种方法纺丝速度低，一般速度为18~380m/min 。 湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，纺出 丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。 腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
丙纶 定义：等规PP经过熔体纺丝而成。 相对分子量:10-30万（非极性分子，提高分子量来提高纤 维强度； 分子量的增大导致熔体的粘度较大，纺丝温度比其熔点要 高很多； 丙纶的吸湿性、染色性、耐热性都不好； 主要用途是制成扁丝和无纺布。 聚丙烯的生产工艺 熔融纺丝的温度控制在220～280℃，纺丝用聚丙烯相对 分子质量一般为120000左右。
Polymer materials
聚酯纤维 PET(涤纶）PBT纤维等
聚酰胺纤维（尼龙） PA6 PA66等
通用合成纤维 聚丙烯腈纤维（腈纶） 聚丙烯纤维（丙纶） 合成纤维 聚乙烯醇缩甲醇纤维（维纶） 聚芳酰胺纤维（芳纶） 超高分子量聚乙烯（UHMWPE)纤维 高性(功)能合成纤 维 高弹性纤维（氨纶）
4.3高性能合成纤维
Polymer materials
目前芳纶1313已在烟台实现了国产化，产量达到世界第二，仅 次于美国。 国产芳纶的价格，白的18万元/吨左右，带色的30万元/吨！
芳纶1313白短切纤维
芳纶1313纺前着色短纤维 芳纶纱
4.3高性能合成纤维
Polymer materials
4.1 纤维的概述
Polymer materials
（1)天然纤维
植物纤维
棉纤维
动物纤维
包括
羊毛 蚕丝
麻纤维
4.1 纤维的概述
Polymer materials
棉纤维
主要成分：纤维素、水分、脂肪、蜡质、蛋白质、 果胶及灰分等。 性质：强度较低，延伸率较低，但湿强度较高。
棉花
4.1 纤维的概述
Polymer materials
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
腈纶纤维的工艺： 干法纺丝 共聚物纺丝 生产长丝
湿法纺丝
性能用途：
生产短丝
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。 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。
芳杂环聚合物纤维 „„
4.1 纤维的概述
Polymer materials
成纤高聚物 线型高分子：具有较高的拉伸强度和适宜的延伸度 具有适宜相对分子质量。 主要成纤高聚物的相对分子质量
相对分子质 高聚物 相对分子质 量 量 聚酰胺-6或- 16000-22000 聚乙烯醇 60000-80000 66 过高不易加工，过低者性能不好;
4.1 纤维的概述
Polymer materials
合成纤维的纺丝方法 分类 纺丝液制备 凝固方法 应用举例 维纶、腈纶 醋酸纤维 锦纶、涤纶、丙 纶
溶于水或水溶 湿法纺丝 凝固浴凝固成型 液 蒸发溶剂凝固成 干法纺丝 溶于非水溶剂 型
熔融法纺 丝
加热熔融
冷却凝固成型
新方法：复合纺丝法、拉裂法、切割法等。
（2）人造纤维
定义：是以天然聚合物为原料，经过化学处理与机械 加工而制得的化学纤维。 具有与天然纤维相似的性能，有良好的吸湿性，透气 性和染色性，手感柔软，富有光泽，是一类重要的纺织 材料。 人造纤维
再生纤维素纤维
再生蛋白质纤维
粘胶纤维 铜氨纤维 醋酯纤维
4.1 纤维的概述
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第四章
第四章 合成纤维 合成纤维 （synthetic fibre）
主讲教师：杨晓莉
主讲教师：杨晓莉 博 士
副教授
副教授
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合成纤维
4.1 纤维的概述
4.2 通用合成纤维
4.3高性能合成纤维 4.4功能合成纤维
4.1 纤维的概述
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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。 按来源分类
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
聚酰胺的结构、性能及用途 结构：酰胺基的存在，大分子形成氢键，使分子间 作用力增大 性能：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。 用途：多用于作衣料和轮胎帘子线
4.2 通用合成纤维
麻纤维
以苎麻纤维和亚麻纤维为主。
苎麻是中国特有的以纺织为主要用途的农作物， 是我国国宝，我国的苎麻产量约占全世界苎麻产 量的90%以上，在国际上称为“中国草”。
苎麻
4.1 纤维的概述
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毛纤维
以羊毛纤维为主，主要成分是蛋白质。 纺织用的羊毛是从绵羊身上剪下的，按纤维细度、长度分级。 羊毛一般呈圆柱形，从根部到顶梢逐渐变细，具有螺旋卷曲。 好羊毛多数呈白色或奶油色。 性能：羊毛比棉轻，强度比棉低，但弹性好，即在小变形 之后能恢复到原来形状，故其织物挺括或不易折皱。羊毛的 湿强低于干强，耐酸不耐碱，受碱破坏后强力下降而颜色发 黄。
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（2） 聚酯纤维
主要包括：聚对苯二甲酸乙二酸酯（PET）、聚对苯二甲酸 丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚萘 酯（PEN）等纤维 涤纶：
涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）经熔融纺丝制成的 纤维；
相对分子量15000~22000；
PET纺丝温度275~295℃（PET熔点262℃，Tg80℃）；
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
碳纤维是宇宙飞行、火箭、喷气技术以及工业一耐高温、防腐 蚀领域的良好材料。在医疗上，还可以用于人工肋骨和肌腱韧 带等。 聚丙烯腈纤维 将聚丙烯腈纤维（共聚组分尽量少）经过高温 处理可得到碳纤维和石墨纤维。 石墨纤维目前已知的热稳定性最好的纤维之一，可耐3000℃的 高温。在高温下能经久不变形，并具有很高的化学稳定性，良 好的导电性和导热性。
聚酰胺的纺丝
熔融纺丝: 将聚酰胺切成片状颗粒，再进行纺丝；主要包 括纺丝和纤维的后加工两个基本操作过程。 纺丝过程包括熔体制备、熔体从喷丝孔挤出、丝 条拉 伸、冷却固化及丝条上油和卷绕等。
直接纺丝: 熔体直接纺丝，该法具有省去铸带、切片、 萃取、熔融等工序和设备，缩短生产周期，提高劳动生 产率，成本低等优点。
毛纤维
4.1 纤维的概述
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蚕丝
又称为天然丝。生丝是由两根丝纤朊（约75%～82%）被 丝胶朊（约18%～25%）粘合而成。丝胶朊能溶于热水或弱 碱性溶液。除去丝胶朊而得的丝纤朊，俗称熟丝，白色， 柔软有光泽，强度高，是热和电的不良导体。
熟丝
4.1 纤维的概述
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聚酰胺种类
聚酰胺6（PA6） 相对分子量控制在14000-20000；
纺丝温度控制在260-280（PA6熔点为215）； 聚酰胺66（PA66） 相对分子量控制在20000-30000； 纺丝温度控制在280-290（PA熔点为255-265）
4.2 通用合成纤维
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聚酯 聚丙烯腈 16000-20000 50000-80000 全同聚丙烯 180000300000
高聚物
过高不易加工，过低者性能不好;
4.1 纤维的概述
Polymer materials
分子链间必须有足够的次价力：分子间次价力越大，纤维 的强度越高。
具有可溶性和熔融性: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。
腈纶纤维 定义：（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高聚物。 主要原料 丙烯腈：分子中含有碳-碳双键和腈基，化学性质很活泼 第二单体：丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等为， 用量5%～10%，可减少 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，一般低于5%，主要改进腈纶纤维的 染色性能，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 酸等；或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。
形。
涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法
4.1 纤维的概述
Polymer materials
熔融纺丝工艺流程
4.2 通用合成纤维
Polymer materials
（1）聚酰胺PA
定义：分子链含有酰胺基团的聚合物；
由二元胺和二元酸缩聚而成，也可由ω -氨基酸或内酰胺自 聚而成；
4.2 通用合成纤维
Polymer materials