合成纤维第四章湿法纺丝

涤纶>腈纶>锦纶
五 断裂功
衡量纤维韧性的一个指标，表征纤维的耐冲击性能。纤维受 外力作用，拉伸至断裂时所吸收的能量，即外力拉断纤维所做的功。 以拉伸曲线下面所包含的面积表示。
断裂比功：拉断一单位纤度、1cm长的纤维所需要的能量
六 回弹性 纤维的弹性就是指纤维变形的恢复能力。表示 纤维弹性大小的常用指标是纤维的回弹性。 急回弹变形 缓回弹变形 塑性变形。 表征回弹性的方法：
定义：湿法纺丝将高聚物在溶剂中配成纺丝原液
（成纤聚合物的浓溶液）后，然后把原液经过滤、
脱泡，通过计量泵从喷丝头挤出，在凝固浴的作用
下，粘液细流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细流
中渗透，经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤维的方
法。
腈纶、维纶、粘胶纤维、氨纶、氯纶和芳纶采用湿法纺丝。
湿法纺丝工艺流程
• 纺丝包括的工序是：
第一章 绪论
1. 基本概念 2. 合成纤维的发展
3.合成纤维的分类
4.常见合成纤维及特点、用途
5. 合成纤维的鉴别
一、基本概念
纤维：
①是天然或人工合成的细丝状物质。
②具有足够的细度（小于100微米）和足够的长径比（大
于500微米乃至无限大）并且显示一定的力学特性者。

纺织纤维则是指用来纺织布的纤维。
将两种或两种以上的成纤聚合物的熔体 或浓溶液，利用组分、配比、粘度或品种的不 同，分别输入同一个纺丝组件，在组件的适当 部位汇合，在同一纺丝孔中喷出而成为一根纤 维，称为复合纤维。 品种主要有并列型、皮芯型、海岛型。
并列型：两个组分在纤维截面上分别组成半月形。
自卷曲性好、复合比例较稳定、易剥离 利用两组分热性能不同，可生产高螺旋卷曲状的纤 维、导电纤维、阻燃纤维
配置A、B两种试剂 A：3g KI（60mL水）+1g I2 （40mL水），放置几分钟，
滤去溶液中过剩的I2 ；
B：两份甘油，先加入一份水，再加入三份硫酸； 鉴别过程：A 2份+B 1份充分混合，把待测纤维放入，1min 后取出用清水洗净，观察纤维的颜色。
纤维种类
显色情况
涤纶 锦纶
丙纶 腈纶 维纶
淡黄色 深棕色
不上色 不上色 黑褐色或深灰色
4、溶解法：根据不同纤维在不同化学试剂中溶解性 能的不同来鉴别纤维
重点：合成纤维的种类 和鉴别方法
一、纤维的长度、粗度与线密度 长度：表征了纤维的长短，一般为平均纤维长度 （mm，μm） 粗度：纤维每单位长度的质量（mg/100m） 线密度：表示纤维粗细程度的量，旧称纤度（tex）
三、纤维的分类
按来源分类
天然纤维 棉花、 羊毛、 蚕丝、 麻 等…… 人 造 纤 维
化学纤维 合 成 纤 维
人造纤维
再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维 粘胶纤维 铜氨纤维
再生纤维素纤维 二醋酯纤维 三醋酯纤维
人造纤维 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。
合成纤维
杂链纤维
聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维 等…… 杂链纤维
碳链纤维
聚丙烯睛纤维
聚乙烯醇缩醛纤维
聚丙烯纤维 等……
大分子主链除碳原子外，还含有其他元素（N，O)
碳链纤维
大分子主链全部由C-C组成
(2)按性能功用分 耐高温纤维，
如聚苯并咪唑纤维（PBI）；
耐高温腐蚀纤维，如聚四氟乙烯（PTFE）； 高强度纤维， 耐辐射纤维，
如聚对苯二甲酰对苯二胺； 如聚酰亚胺纤维；
纤维的LOI<21%,在空气中易燃；LOI>21%，在空气中不易燃烧
九吸湿性
纤维吸湿性：标准温湿度（20℃，65%相对湿度）下纤维的吸 水率。 各种纤维吸湿性的大小，主要取决于纤维大分子中基团的性 质，也与分子在纤维中排列的紧密性有关，分子间相互作用力 越大，则纤维的吸湿性就越小。 吸湿性一般采用两个指标表示：回潮率和含湿率

影响纤维对高温作用的稳定性的因素主要有：（1） 聚合物分子链的化学结构；（2）大分子间是否有交联； （3）分子间作用力的强弱；（4）纤维受热时所处的介质
（水分）；（5）抗氧剂和热稳定剂的性质和含量。
八阻燃性
极限氧指数法是在规定的实验条件下,在氧气、氮气混 合气流中，刚刚能维持试样燃烧所需要的最低氧气浓度， 即氧气和氮气混合气体中的最低体积百分数，用LOI表 示： LOI=O2/（O2+N2）Χ100%
量等效果。因此利用这点便能生产超细纤维、多 孔纤维、增强纤维等特殊纤维。
5. 聚合物的热机械曲线与成纤能力
聚合物是否适 于制造纤维
熔融温度 （Tm）
热分解温度 （Td）
玻璃化温度 （Tg)
脆化温度 （Tb)
利用温度——形变曲线 示意图加以判断
判断聚合物是否适宜于制造纤维的温度-形变曲线
a: Tf,Tg,Tb 三点重合，在使用温 度范围内（ T′~T″），又该物质 制成的纤维很脆，无显著变形
切片在螺杆挤出机中熔融 后——熔体被压送至纺丝箱 体中的各纺丝部位——经纺 丝泵定量送入纺丝组件，在 组件中经过滤——然后从喷 丝板的毛细孔中压出而形成 细流——这种熔体细流在纺 丝甬道中冷却成形——初生 纤维被卷装成一定型式。 成形过程中只发生 熔体细流与周围空 气的热交换，而没 有传质过程。
第四章 湿法纺丝（wet spinning)工艺原理
T′
T″
e: T′>Tb, T″<Tg<Td, Tf>Td, 可以成形，难调。
Td
f: T′>Tb, T′~T″处于 Tb~Tg之间，Tf<Td， 聚合物可以进行熔体 切丝，如PET 最有价值
纺丝方法
熔体纺丝
溶液纺丝
最多
湿法纺丝
干法纺丝
三 断裂伸长
纤维的断裂伸长是决定纤维加工条件及其使用价值的 重要指标之一。一般用相对伸长率即：纤维在伸长至断裂 时的长度比原来长度增加的百分数表示：
最慢，决定总速 度的主要因素
纤维—染料复合物的稳定性是决定染色坚牢度（耐洗、耐光） 的结构因素
第三章 熔体纺丝（melt spinning）工艺原理 第一节 概述
一 熔体纺丝的定义及适用范围
将高分子聚合物加热熔融成为一定粘度的纺丝
熔体，利用纺丝泵连续均匀地挤压到喷丝头，通过
喷丝头的细孔压出成为细丝流，然后在空气或水中 使其降温凝固，通过牵伸成丝。

四、溶剂的回收 工业回收溶剂的方法：冷凝法、液体吸收法和固 体吸附法
吸收法：含丙酮的空气经过洗涤塔进行水洗，丙 酮被水吸收成为10%左右的水溶液，然后送往精 馏。回收率夏季:90~93%,冬季：92~95%。 吸附法：一般采用活性炭作为吸附剂，活性炭粒度 4~8目，实际操作时，当通过活性碳槽的排出气体 能检验出丙酮应立即中止吸附。 回收的方式：吸附—脱吸附；吸附—脱吸附—冷却
第一节、概述
?
question1. 为
什么脂肪族
的聚酯不能 纺丝?
才华横溢的Carothers
第一节、概述
由于分子间没有氢键，由酯键运动造成的分子链柔性相
三. 短纤维（Staple）
在世界化学纤维中有半数以上的产品被切成 几厘米至十几厘米长的短段，称为短纤维。
棉型:长度25~38mm，线密度1.3~1.7dtex，涤棉
短丝
毛型:长度70~150mm，线密度3.3~7.7dtex，毛涤
中短型:长度51~76mm，线密度2.2~3.3dtex
六.复合纤维（Bicomponent Fibers）
T′ T″
T′
b： T′~T″<Tb，且Tg≈Tb， 在Tg下不存在显著的次级形 变，无强迫高弹形变现象， 性质极脆，实际无法使用， 如无规立构的PS
C: T′>Tg, T″<Tf, 在T′~T″ 内，polymer处于高弹态， 若此polymer制成纤维，其 力学性质像橡胶
d:
Td
Tg，Tf>Td, 可成纤 不能熔融纺丝—— 纤维素纤维
十 染色性能
染色性对于纺织纤维来说是一种重要的性能， 染色性能与纤维的分子结构及超分子结构有关， 可以来研究纤维的非晶区结构，比如用染色二色
性可以研究纤维非晶区的取向。
纤维的染色性与三方面因素有关：染色亲和 力，染色速度，纤维—染料复合物的性质。
染料与纤维的亲和力问题是染色化学的重要课题，一般说来， 染料与纤维的结合，可通过离子键、共价键、氢键、偶极的相 互作用。 决定染色速度的因素： （1）染浴中的染料向纤维表面扩散； （2）染料被纤维表面吸附； （3）染料从纤维表面向纤维内部扩散。
干法纺丝工艺流程
经喷丝孔挤出的纺丝 细流进入垂直甬道与 热气流接触
在热气流中随着溶剂的 挥发，丝中聚合物浓度 升高，丝条固化，
纺丝液由计量泵输送到 喷丝头
丝条以一定的速度卷取， 使丝条拉伸细化而形成初 生纤维
三. 干纺工艺
纺丝工艺主要由四步组成：
（1）纺丝原液的制备； （2）从喷丝头挤出； （3）挤出丝条的脱溶剂及干燥； （4）丝条的卷绕。 从喷丝头挤出的原液温度在任一时间，在纺丝线上任一 点都应保持匀一，是确保成品丝质量均一的主要因素。
1、一次负荷回弹性，通常以回弹率或弹性功来表示 2、多次循环负荷回弹性，可从多次循环负荷——延 伸曲线来研究
七 对高温的稳定性
纤维在加工过程中要经受高温的作用（烘干），在使用过
程中也要接触到高温（洗涤、熨烫）。
通常用“耐热性”来表征纤维对高温作用的稳定性，其涵义 有两方面，一是纤维的熔点高低；二是纤维对热分解的稳定性。 耐热性和热稳定性之间的区别 耐热性表征纤维在升高温度下测得的机械性能的变化，在回复 到室温时能回复—可复变化。 热稳定性：将纤维加热并冷却至室温后，由于聚合物发生了降 解或化学变化，一些机械性能的不可复变化。
纺织纤维特点：纺织纤维具有一定的长度、细度、弹性、 强度等良好物理性能，还具有较好的化学稳定性。例如： 棉花、毛、丝、麻等天然纤维是理想的纺织纤维。 合成纤维（synthetic fiber） ：用石油、天然气、煤、
及农副产品为原料，经一系列的化学反应，合成高分子化
合物，再经过加工而制得的纤维。 如PET，PA66，PAN， PP
• (1)制备纺丝原液； • (2)将原液从喷丝孔压出形成细流； • (3)原液细流凝固成初生纤维； • (4)初生纤维卷装或直接进行后处理。
第五章 干法纺丝 （dry spinning）工艺原理
定义：干法纺丝是将纺丝液经喷丝头形成细流， 溶剂被热空气挥
发带走的同时，使得高聚物凝结成成初生纤维。
第二节 溶剂的选择与干法纺 丝工艺 干纺工艺的工序如下： 溶解→过滤→脱泡→纺丝→拉伸，拉伸以后 的工序，根据产品的形态——长丝、短纤维、 丝束而不同。
皮-芯型：一个组分包围另一个组分，
形成“皮”和“芯”。 芯层具有纤维的主体性能 皮层提供特殊的表面性能 （吸湿性、导电性、低熔点性等）
母体-小纤维型：一个组分以多束很细的小纤
维状态分布在另一连续组分(母体)中。
比例较稳定、可溶解除去组分
由于母体与小纤维的物理性能、光泽和染色性
能不同，可使纤维具有独特的光泽，提高母体模
掌握好：烟、焰、味、灰
纤维种类 涤纶 锦纶 燃烧情况 边熔化边缓慢燃烧 边熔化边缓慢燃烧 气味 芳香气味 特殊臭味 灰烬颜色及形状 易碎，黑褐色硬块 坚硬褐色小球
丙纶
腈纶 维纶
边收缩边熔化燃烧
边熔化边燃烧 燃烧缓慢
烧腊臭味
鱼腥臭味 特殊臭味
黄褐色硬块
易碎，黑色硬块 易碎，褐色硬块
3、着色法：根据不同纤维在着色剂中着色后颜色的 不同来鉴别纤维
Baidu Nhomakorabea
阻燃纤维、高分子光导纤维等。
五、合成纤维的鉴别
1、显微镜法：利用显微镜配合切片方法观察纤维的 纵向外观和横截面形状来鉴别纤维
纤维种类
横截面形状
纵向外观
涤纶 锦纶 丙纶 腈纶 维纶
圆形 圆形 圆形 哑铃形 腰子形
表面光滑 表面光滑 表面光滑 有条纹 有粗条纹
2、燃烧法：根据不同纤维的燃烧特性来鉴别纤维
二 . 长丝（Continuous Filament）
在化学纤维制造过程中，纺丝液从喷丝孔挤出，
在纺丝甬道或凝固浴中成形，成为连续不断的丝条，
这样得到长度数以千米计的光滑的丝称为长丝。
单丝: 是指一根单纤维的连续丝条
长丝
复丝: 指8~100根单纤维组成的丝条 帘线丝: 指用于制造轮胎帘子线的复丝， 一般由一百到几百根单纤维组成。
断裂伸长大的纤维手感比较柔软，在纺织加工时可 以缓冲所受到的力，但不宜过大，一般在10%~30%之间。
四 初始模量
模量（模数）=σ/ε
模量是纤维抵抗外力作用下形变能力的量度。 纤维的初始模量: 纤维受拉伸当伸长为原长1% 时所需的应力。
其大小取决于高聚物的化学结构以及分子间相互作用力的大小。 分子柔性越强，纤维的初始模量越小； 分子间作用力越大，取向度和结晶度越高，初始模量越大