化纤工艺学概论

学名、英文名
再生纤维 素纤维 聚酯系 viscose 聚对苯二甲酸乙二 酯纤维 polyester 聚酰胺 6 纤维 nylon 6 聚酰胺 66 纤维 nylon 66 聚丙烯腈纤维 acrylic 聚乙烯醇缩甲醛纤 维 vinylon 聚丙烯纤维 propylene 超膏分子量聚乙烯 纤维 聚氯乙烯纤维 chlorofibre 聚氨基甲酸酯纤维 spandex 聚间苯二甲酰间苯 二胺 Nomex 聚间苯二甲酰对苯 二胺 Kevlar
分子结构
中国商 品名
粘胶纤维 涤纶 锦纶 6 锦纶 66 腈纶 维纶 丙纶 乙纶 氯纶 氨纶 芳纶 1313 芳纶 1414
代号
PET PA6 PA66 PAN PVA PP UHMWPE PVC PU PMIA PPTA
三、化学 纤维的主要 品种
脂肪族聚 酰胺系 聚丙烯腈 系 聚乙烯醇 系 聚烯烃系
合成纤维
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（二）按形态结构分类 长丝 （Continuous filament） 按形态结构分类 短纤维 （Staple fibre）
1．长丝
在化学纤维制造过程中，纺丝流体（熔体或溶液）经纺丝成型 和后加工工序后，得到的长度以千米计的纤维称为化学纤维长丝。
单丝 ：长度很长的连续单根纤维 复丝： 两根或两根以上的单丝并合在一起组成的丝条。
按纤维性能差别分类
高性能纤维 (High-performance fibre)
二、化学纤维的命名
根据我国有关部门规定，人造纤维的短纤维一律叫 “纤”（ 如粘纤、富纤），合成纤维的短纤维一律叫 “纶”（如锦纶、涤 纶）。如果是长纤维，就在名称末尾加 “丝”或“长丝”（如黏胶丝 、涤纶丝、腈纶长丝）。
溶液纺丝 溶液纺丝分为湿法纺丝和干法纺丝。 湿法纺丝是将高聚物在溶剂（无机、有机）中配成纺丝溶液后经喷丝 头流出细流，在凝固浴中凝固成型的方法。腈纶、维纶、黏胶纤维、氯纶 等可以采用湿法纺丝方法制得。此法喷丝板孔数较多，一般为4000～20000 ，高的可达5万孔以上。但纺丝速度低，约为50～100m/min。由于液体凝固 剂的固化作用，虽然仍是常规圆形喷丝孔，但纤维截面大多不呈圆形，且 有较明显的皮芯结构。该法适用于不耐热、不易熔化但能溶于某一种溶剂 中的高聚物。 干法纺丝是将纺丝溶液经喷丝形成细流，溶剂被加热介质（空气或氮 气）挥发带走的同时，使得高聚物凝固成丝的方法。腈纶、维纶、氯纶、 氨纶、醋酯纤维等可以采用干法纺丝。干法纺丝要求采用易挥发的溶剂溶 解高聚物。此法纺丝速度较高，约为200～500m/min，成品质量好。但喷丝 孔数较少，一般为300～600孔，辅助设备多，成本高。
三种基本纺丝成型法方法的特征
除了上述三种经典纺丝方法以外，现在出现了化学反应纺丝、复合纤维纺丝、 干湿法纺丝、乳液纺丝、悬浮纺丝、冻胶纺丝、液晶纺丝、相分离纺丝等方法。
四、化学纤维的后加工
纺丝流体从喷丝孔中喷出刚固化的丝称为初生纤维。初生纤维虽已成丝状， 但其结构还不完善，物理机械性能较差，如伸长大、强度低、尺寸稳定性差，沸 水收缩率很高，纤维硬而脆，没有使用价值，还不能直接用于纺织加工。为了完 善纤维的结构和性能，得到性能优良的纺织用纤维，必须经过一系列的后加工。 后加工随化纤品种、纺丝方法和产品要求而异，其中主要工序是拉伸和热定型。 短纤维的后加工主要包括集束、拉伸、上油、卷曲、干燥定型、切断、打包 等内容。对含有单体、凝固液等杂质的纤维还需经过水洗或药液处理等过程。 黏胶长丝后加工包括水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、脱水、烘干、络筒（绞） 等工序。 涤纶和锦纶6长丝的后加工包括拉伸加捻、后加捻、热定型、平衡、倒筒等 工序。
（四）按照单根纤维内的组成分类
单组分纤维
按照单根纤维内的组成分类
同一种高聚物组成的纤维
多组分纤维
由两种或两种以上高聚物组成的纤维
如各组分沿纤维轴向有规则地排列并形成连续的界面的纤维，称为 复合纤维；如各组分随机分散或较均匀混合的纤维，则称为共混纤维。
（五）按纤维性能差别分类
差别化纤维 (Differential fibre) 功能纤维 (Functional fibre)
再生蛋白质纤维：用大豆、牛奶、花生等天然蛋白质 为原料制成的、组成成分仍为蛋白质的纤维。例如大 豆纤维、酪素纤维和花生纤维等
2．合成纤维 合成纤维是以石油、煤、天然气及一些农副产品等天然的低分 子化合物为原料，经一系列化学反应，合成高分子化合物，再经加 工而制得的纤维。
聚酯纤维（涤纶） 聚酰胺纤维（锦纶） 聚丙烯腈纤维（腈纶） 聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶） 聚丙烯纤维（丙纶） 聚氯乙烯纤维（氯纶） 聚氨酯弹性纤维（氨纶）
短纤维的附加 品质指标
卷曲度 纤维疵点
一、细度
1．定义：纤维粗细程度 2．表示法： 公制支数Nm：1克重的纤维所具有的长度米数；Nm↑→纤维越细 旦Dn：9000米长的纤维所具有的重量克数；Dn↑→纤维越粗 特Tex：1000米长的纤维所具有的重量克数； Tex ↑→纤维越粗； 特或分特、旦数和支数的数值可相互换算，关系如下： 旦数×支数=9000 特数×支数=1000 旦数=9×特数 分特数=10×特数 3．测定方法： 细度：直接法（中段切取称重法）和间接法（振动仪或气流仪） 条干均匀度：乌斯特（Uster）条干均匀度仪
2．短纤维
化学纤维的产品被切断成几厘米至十几厘米的长度，这种长 度的纤维称为短纤维。
棉型纤维 （Cotton type fibre）： 长度约为30～40mm，线密度为1.67dtex 左右， 纤维较细，类似棉花；
根据切 断长度 分类
毛型纤维 （Wool type fibre）: 长度约为70～150mm，线密度为3.3～7.7dtex， 纤维较粗，类似羊毛； 中长纤维 （Mid fibre）: 长度约为51～76mm，线密度约为2.2～3.3dtex， 介于棉型和毛型之间。
化学纤维的制造可概括为以下四个工序：
原料 制备
纺丝流体 （液）制备
化学纤维的 纺丝成型
化学纤维 的后加工
一、原料制备
再生纤维
由天然高聚物经化学加工制造而成，其原料制备过程是将天然 高分子化合物经一系列的化学处理和机械加工，提纯去除杂质。
合成纤维
以石油、煤、天然气及农副产品等低分子为原料制成单体后，经 过化学聚合，聚合而成具有一定官能团、一定平均分子量和分子量分 布的线型聚合物，然后再制成纤维。由于聚合方法和聚合物的性质不 同，合成的聚合物可能是熔体状态或溶液状态。
化学纤维的复丝由 8～100根以下单纤维组成。
捻丝： 复丝加捻成为捻丝。
化纤长丝
复捻丝：两根或两根以上的捻丝再合并加捻成为复捻丝。 帘线丝：由一百多根到几百根单纤维组成，用于制造轮
胎帘子布的丝条，称为帘线丝。
变形丝： 化学纤维原丝经过变形加工使之具有卷曲、螺旋、
环圈等外观特性而呈现蓬松性、伸缩性的长丝称 为变形丝。变形丝又分弹力丝、膨松丝和低弹 丝，其中最多的是弹力丝。
XD-1型振动式细度仪
XD－1型振动式纤维细度仪原理结构图
条干均匀度测试仪
二、吸湿性
1．定义：
标准温湿度（20℃、65%相对湿度），纤维吸收或放出气态水的能力；
2．表示法：
回潮率、含湿率
3．纤维吸湿原因：
� 纤维大分子结构（亲水基团） � 纤维结晶度 � 纤维表面吸湿
4．大小：
羊毛＞黏胶纤维＞麻、蚕丝＞棉＞醋酯纤维＞维纶、锦纶＞腈纶＞涤纶＞氯纶、丙纶
常见天然纤维
1、棉纤维
棉纤维纵向图
棉纤维截面图
2、麻纤维
Plant
Retting
Stripping
Root Cutting
Selection
Weaving
Raw Jute
Weaving
Traditional Products
Diversified Products
3、羊毛纤维
4、蚕丝
5、化学纤维
5．增加吸湿方法：
� 化学改性：大分子上引入亲水基 � 物理改性：纤维中造成有规律的毛细孔 � 表面处理：
6.检测方法：
直接测定法：烘箱法、红外线辐射法、吸湿剂干燥法、真空干燥法 间接法测定法：电阻测试法、电容测试法
通风式快速八篮烘箱
三、密度
含氯纤维 聚氨酯系
芳香族聚 酰胺系
第二节 化学纤维发展概述
一、世界化学纤维工业的发展概况
1．天然高分子加工 2．合成纤维
二、我国化学纤维工业的发展概况
第一阶段，即起步阶段（1956～1965年） 第二阶段，即奠基阶段（1966～1980年） 第三阶段，即发展阶段（1981年开始）
第三节 化学纤维的生产方法概述
涤纶：
POY
FDY
DTY
毛条
红色涤纶短纤
防羽绒涤纶短纤
锦纶：
POY
FDY
DTY
短纤
锦纶黑DTY
腈纶：
短纤
毛条
丝束
黏胶纤维：
增白黏胶长丝
有色黏胶长丝
黏胶玻璃纸
长束黏胶纤维
黏胶短纤
有色黏胶短纤
维纶：
维纶短纤
氨纶：
长丝
包芯线
合捻纱
包覆纱（单包）
包覆纱（双包）
包芯纱
铜氨纤维：
醋酯纤维：
一、化学纤维的分类
二、纺丝熔体（液）的制备
熔体法 纺丝液 的制备 溶液法 纺丝 熔体 纺丝 溶液
几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点
（一）纺丝熔体的制备
高聚物的熔点低于其分解温度的，采用将高聚物熔融成流动的熔体（纺丝熔体） 进行纺丝（如涤纶、锦纶、丙纶等）。熔体纺丝法用于工业生产有两种实施方法：一 是熔体直接纺丝；另一种是切片纺丝。
第一章 概
第一节 化学纤维的分类与命名
论
纤维：柔软细长，长度与直径之比大于1000﹕1（纺织用） 天然纤维：直接用于纺织加工的纤维 化学纤维：用天然或合成高聚物为原料，经过化学方法和机械加工制成的纤维
天然纤维（Natural fiber）：如棉、麻、羊毛、蚕丝等
纺织纤维
化学纤维（Chemical fiber）：涤纶、锦纶、腈纶、黏胶纤维等
（二）纺丝溶液的制备
采用溶液纺丝法时，纺丝熔液的制备有两种方法：一是直接利用聚合后得到的 聚合物溶液作为纺丝原液，称为一步法；二是将聚合物溶液先制成颗粒状或粉末状的 成纤聚合物，然后再溶解，以获得纺丝液，称为二步法。
三、化学纤维的纺丝成型
将纺丝熔体或溶液，用纺丝泵（或称计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝 头的喷丝孔中压出，呈液体细丝状，再在适当介质中固化成细丝，这一过程 称为纺丝，这是化学纤维生产的核心工序。常用的纺丝方法根据纺丝流体制 备的方法和液体细丝固化的方法不同，分为熔体纺丝和溶液纺丝两类。 熔体纺丝 熔体纺丝是将成纤高聚物熔体经纺丝喷丝头流出熔体细流、在周围空气 （或水）中冷却凝固成型的方法。如涤纶、锦纶、丙纶等采用熔体纺丝方法 制得。此法流程短、纺丝速度高、纺丝速度一般为900～1200m/min，高速纺 丝可达3600m/min以上，成本低，但喷丝板孔数较少，长丝1～150孔，短纤维 一般为300～800孔，高的可达1000～2600孔，甚至更多。若用常规圆形喷丝 孔，则纺得的纤维截面大多为圆形；采用异形喷丝孔，则纺得的纤维截面为 异形。该法适用于能熔化、易流动、不易分解的高聚物。
再生纤维(Regenerated fibre) （一）按原料来源分类 合成纤维(Synthetic fibres)
1．再生纤维 再生纤维是以天然的高聚物为原料，经化学处理和机械加工而 制得的纤维，其纤维的化学组成与原高聚物基本相同。
再生纤维素纤维：用棉短绒、木材、甘蔗渣、芦苇等天 然纤维素为原料制成的纤维或以醋酸纤维素酯为纤维素 的纤维。例如：黏胶纤维、醋酯纤维 (acetate fibre)、 Lyocell纤维、竹浆纤维和铜氨纤维 (cuprammonium fibre) 再生纤维 等
（三）按纤维制造方法分类
熔体纺丝纤维 按纤维制造方法分类 干法纺丝纤维
湿法纺丝纤维
熔体纺丝是高分子熔体从喷丝孔压出，熔体细流在周围空气（或水）中 凝固成丝的方法； 干法纺丝是高分子浓溶液从喷丝孔压出，形成细流，在热空气中溶剂迅 速挥发而凝固成丝的方法； 湿法纺丝是高分子浓溶液由喷丝孔压出，在凝固浴中固化成丝的方法。
第四节
化学纤维的主要品质指标及其检测方法
长度 高温和低温的稳定性 细度 密度 对光－大气的稳定性
物理性能指标
光泽 吸湿性 热性能
稳定性能指标
化学试剂的稳定性 微生物作用的稳定性 抱合性
电性能 断裂强度 断裂伸长
加工性能指标
起静电性 染色性 纤维长度
机械性能指标
（力学性能指标）
初始模量 回弹性 耐多次变 形性