第五章化學纖維

（chemicalfiber）1內(nèi)容提要：成纖高聚物特征和化學纖維制造概述?；瘜W纖維的分類、性質(zhì)及檢測；常用化纖的特性；纖維鑒別的方法簡介。

重點難點：本章是纖維部分特性介紹的最后一章，在性能介紹中注意與前面章節(jié)的對比，突出特點的介紹，難點在于綜合性。2概述

1891年，在英國有人將纖維素黃酸酯溶于稀堿中制成很粘的液體紡絲，因其很粘，稱為粘膠,制成的纖維稱為粘膠纖維，1905年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。從此以后人造纖維開始走上了成功之路，發(fā)展到目前這種現(xiàn)狀。3化學纖維的應用民用：大家很熟悉工農(nóng)業(yè)：包裝材料，傳送帶，漁網(wǎng)，繩索交通運輸：輪胎簾子線醫(yī)療：人造器官，縫合線，手術(shù)服等國防：降落傘，軍用帳蓬，各種防護服宇航：耐輻射，耐高低溫纖維，飛行服，宇宙飛船減速器。4第一節(jié)化學纖維的分類與命名化學纖維定義：利用天然的或合成的聚合物（polymer）為原料，經(jīng)過化學方法和機械加工制成的纖維。化學纖維的分類一、按高聚物的來源分二、按內(nèi)部組成分三、按形態(tài)分5一、按高聚物(polymer)的來源分

1.再生纖維以天然聚合物為原料，經(jīng)過化學方法和機械加工制成，化學組成與原高聚物基本相同的纖維。（1）再生纖維素纖維如粘膠纖維（最多）、銅氨纖維，原料為木材、棉短絨等。依纖維素溶解成紡絲液的方法命名。

6（2）再生蛋白質(zhì)纖維如大豆蛋白復合纖維、牛奶蛋白復合纖維，原料為大豆、牛奶。依蛋白質(zhì)的來源命名。

還有蠶蛹蛋白復合纖維、再生動物毛蛋白復合纖維等（3）其他再生纖維如再生甲殼素纖維與殼聚糖纖維、海藻纖維等7

2.合成纖維由低分子物質(zhì)（煤、石油、天然氣及一些農(nóng)副產(chǎn)品等）經(jīng)化學合成的高分子聚合物，再經(jīng)紡絲加工而成的纖維。如滌綸、錦綸（我國的商品名）等。

命名：在單體名稱前加“聚”。

3.半合成纖維

以天然高分子化合物為骨架，通過與其他化學物質(zhì)反應，改變組成成分，再生形成天然高分子的衍生物而制成的纖維。如醋酯纖維、聚乳酸纖維

8二、按內(nèi)部組成分（P129頁表5-4）（1）聚酯纖維：大分子中均有酯基-COO-（如聚對苯二甲酸乙二酯，滌綸,polyester,PET）（2）聚酰胺纖維：大分子鏈上有酰胺鍵-(CONH)-，如聚酰胺6（錦綸6,nylon6，PA6）、錦綸66。9一種單體縮聚而成，單體含有一個端氨基和一個端羧基。

用單體中含有的碳原子數(shù)來命名。錦綸6:錦綸66:[NH－(CH2)5CO]n[NH(CH2)6－NHCO－(CH2)4CO]n兩種單體縮聚而成，一種單體含有兩個端氨基，另一種含有兩個端羧基。命名：前一數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)，后一數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)。10（3）聚丙烯腈纖維：主要成分為丙烯腈(85%以上)，腈綸acrylic,PAN。（4）聚乙烯醇纖維：聚乙烯醇縮甲醛纖維，維綸,vinylon,PVA)。

丙烯腈:乙烯醇:乙烯醇縮甲醛:[CH2－CH]n

CN[CH2－CH]n

OH[CH2－CH－CH2－CH]n

OCH2O11（5）聚丙烯纖維：丙綸（propylene,PP）（6）聚氯乙烯纖維：氯綸(chlorofibre,PVC)

[CH2－CH]n

CH3

[CH2－CH]n

Cl12三、按形態(tài)結(jié)構(gòu)分1.長絲：單絲、復絲與變形絲（彈力絲）2.短纖維：（1）按長度分布分：等長纖維、異長纖維（2）按長度分：棉型化纖、毛型化纖、中長化纖高彈絲133.復合纖維在纖維的橫截面上有兩種或兩種以上的不相混合的組分或成分的纖維。常用的為雙組分復合纖維，有并列型、皮芯型和海島型等。14復合纖維15復合纖維164.混合纖維：在纖維的橫截面上有兩種及兩種以上的相混合的組分或成分的纖維。5.異形纖維指經(jīng)一定幾何形狀（非圓形）噴絲孔紡制的具有特殊截面形狀的化學纖維。異形纖維171819206.粗、細、超細纖維

粗特纖維:1.1或1.65tex以上(滌綸，31.86、39μm)細特纖維:0.044-0.11tex(滌綸，6.37-10μm)超細纖維:0.044tex(滌綸，6.37μm)以下，超細纖維多用于制造人造麂皮。

21第二節(jié)化學纖維的制造概述一、成纖高聚物的特征

高聚物,由千百個原子以共價鍵相互聯(lián)結(jié)起來的所組成的分子量很大的物質(zhì)。1.聚合度：組成纖維大分子單基的個數(shù)n2.分子量：103～107

3.多分散性：聚合度和結(jié)構(gòu)形狀有不同的分布22二、成纖高聚物要滿足三個條件

1.線型分子結(jié)構(gòu)：能伸值的分子，支鏈盡可能少，沒有龐大側(cè)基，具備可溶性或可熔融性；2.適當?shù)姆肿恿浚杭徑z液具備適當?shù)恼扯龋?.凝固后的纖維中，大分子間應該具有足夠的結(jié)合力。23三、化學纖維制造過程高聚物的提純與聚合→紡絲熔體或溶液的制備→紡絲成形→后加工（牽伸、卷曲、上油、切斷）

1.高聚物的提純與聚合（1）再生纖維提純，去除雜質(zhì)。（2）合成纖維聚合，單體聚合成線型高聚物。24

2．紡絲熔體或溶液的制備

（1）熔體法將高聚物加熱成熔體（如滌綸、錦綸、丙綸等）。條件：熔融溫度<分解溫度（2）溶液法高聚物溶解在溶劑中（如粘膠、維綸、腈綸等）。條件：熔融溫度>分解溫度,或高聚物為非熔性

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3.紡絲紡絲液用計量泵定量供料通過噴絲孔后凝固成絲條的過程稱為紡絲。有熔體紡絲法和溶液紡絲法。

（1）熔體紡絲法將熔融的高聚物熔體從噴絲孔噴射到空氣中冷卻固化。過程簡單，成本低，紡絲速度高。滌綸、錦綸、丙綸等均采用此法。熔體紡絲工藝流程26紡絲27（2）溶液紡絲法將高聚物溶解于適當?shù)娜軇┡涑杉徑z溶液，將紡絲液從噴絲孔中壓出后射入凝固浴中凝固成絲條。根據(jù)凝固浴的不同分為濕法與干法兩種。

濕法紡絲（Wetspinning）：液體凝固劑固化。紡出絲的截面多為非圓形，有皮芯結(jié)構(gòu)。腈綸、維綸、氯綸、粘膠纖維多采用此法。濕法紡絲工藝流程28

濕法紡絲29干法紡絲(Dryspinning)：熱空氣固化。絲的質(zhì)量好、成本高、易污染環(huán)境（應用少）。維綸、醋酯、氨綸可用此法。干法紡絲工藝流程30干法紡絲31有色紡絲（原液紡絲）：紡絲液+色母粒異形紡絲：非圓形噴絲孔紡絲（3）其他紡絲法異形噴絲孔324.后加工經(jīng)過紡絲工序，高聚物已初具纖維形態(tài)，稱它“初生絲”。它必須經(jīng)過一系列后處理加工（后加工）才能得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，性能優(yōu)良，可以進行紡織加工的纖維。

后加工的目的：使纖維具有一定的物理機械性能（強力、伸長、抗靜電、抱合力等）。33短纖維后加工路線：（1）集束：獲得大股絲束。（2）拉伸：改變?nèi)∠蚨龋纳屏W性質(zhì)（如增加強度、降低伸長）。（3）上油：抗靜電，減小摩擦。（4）卷曲：提高抱合力，增加可紡性。（5）干燥定形：去除水分，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（6）切斷：切成規(guī)定長度的短纖維。長絲后加工路線：拉伸——加捻——定型——上油——絡絲，濕法紡絲的還需進行后處理和漂白。34四、化纖消光和上油1、化纖消光減少或消除化纖中的強光澤，添加消光劑如二氧化鈦，根據(jù)消光劑的數(shù)量可生產(chǎn)有光、無光和半無光纖維。2、化纖上油化纖上油一方面是紡絲工藝本身的要求，一方面是化纖紡織加工的需要，上油后可提高柔軟、潤滑性和抗靜電性。35五、彈力絲和膨體紗的加工

1、彈力絲的加工加工方法很多，絕大部分用假捻法加工。（1）假捻法

原理：如果把兩端固定的絲條在中間加捻，則在加捻點上、下兩段絲條上就形成了捻向相反、捻度相同的捻回。如果把加捻點的下段絲條上的捻向定為加捻。那么加捻點上段絲條上的捻向便是退捻。當把絲條由下向上移動到加捻點以上時，則所得的捻度便退到零，絲條上并不存在真正的捻度。利用化學纖維的熱塑性能保存下形成的卷曲狀態(tài)制成卷曲膨松的彈力絲。36（2）刀刃擦過法(刮擦法)1932年英國人發(fā)明。將加熱的單絲或復絲以緊張狀態(tài)擦過曲率很小的刀刃，纖維貼近刀邊一面受壓縮，另一面受拉伸，從而形成卷曲。37（3）填塞箱法又稱壓縮卷曲法，原絲由喂入輪送入加熱管（填塞箱）內(nèi)，受到高度壓縮。并在彎曲情況下受熱定形，使纖維形成卷曲形狀。填塞箱法可加工粗旦錦綸和丙綸紗線。38（4）噴氣變形法利用噴氣方法，使受到?jīng)_擊的絲條中各根長絲產(chǎn)生彎曲形成隨機的環(huán)圈，借纖維之間的摩擦而使環(huán)圈固定在一定位置上，這種變形加工不需加熱定型，可用于不具有熱塑性的纖維的加工。39（5）復合纖維卷曲法選用兩種不同收縮性的聚合物復合紡絲，在熱處理中因兩種組分收縮程度不同而產(chǎn)生卷曲。變形纖維的卷曲形態(tài)40熱塑性腈綸纖維，在加熱情況下拉伸，則產(chǎn)生較大的伸長，冷卻后固定下來（潛在收縮）－－高收縮纖維A。A和普通纖維混紡制成短纖紗，經(jīng)過汽蒸加工后，其中A沿長度方向收縮而聚集于紗芯，普通纖維則形成卷曲或環(huán)圈而鼓起，使紗結(jié)構(gòu)變得膨松柔軟，此即膨體紗。2、膨體紗的加工41第三節(jié)再生纖維再生纖維（也稱人造纖維）以天然高分子化合物為原料，經(jīng)過化學處理和機械加工而再生制成的纖維，化學組成與原高聚物基本相同的纖維。包括再生纖維素纖維、再生蛋白質(zhì)纖維及其他42一、再生纖維素纖維(一）粘膠纖維(Rayon長絲/viscose短纖維)1.概況

粘膠纖維是再生纖維素纖維的主要品種，化學組成與棉纖維相同。由于采用不同的原料和紡絲工藝，可分別制得普通粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維和高強力粘膠纖維等。普通粘膠纖維具有一般的物理機械性能和化學性能。短纖俗稱人造棉，長絲俗稱人造絲。432.制造流程

(1)紡絲液的制備木材、甘蔗渣→純凈的纖維素→稀堿處理→堿纖維素→+CS2→纖維素黃酸酯→+NaoH→紡絲液粘膠纖維生產(chǎn)的廢氣含有二硫化碳和硫化氫,均為對人體有害、污染環(huán)境的氣體。

(2)成形（紡絲）紡絲液+凝固?。蛩帷⒘蛩徕c、硫酸鋅）普通粘膠：鋸齒形皮芯結(jié)構(gòu)強力粘膠：全皮層富強纖維：近乎全芯層44富強纖維縱橫向普通粘膠縱橫向縱向平直有不連續(xù)條紋453.粘膠纖維的種類采用不同的原料和紡絲工藝，可以分別得到普通粘膠纖維，高濕模量粘膠纖維和高強力粘膠纖維等。（1）普通粘膠纖維46

普通粘膠的特點

斷裂強度比棉??；濕強小于干強（干強的40％～50%）,不耐水洗。吸濕性是普通化纖中最好的（通常條件13％，比棉好）。染色性好，色譜齊全，色澤鮮艷。耐堿不耐酸（較棉差）。

懸垂性好，易皺，尺寸穩(wěn)定性差。耐熱性較差，易燃燒。47粘膠纖維制成的面料和服裝48（2）高濕模量粘膠短纖維

高濕模量粘膠纖維是通過改變普通粘膠纖維紡絲工藝條件而開發(fā)。它克服了普通粘膠纖維濕態(tài)時被水溶脹，強度明顯下降，織物洗滌揉搓時易變形，干燥后易收縮，使用中又逐漸伸長，尺寸穩(wěn)定性差的缺點。是一種具有較高的強度、較低的伸長度和膨化度、較高的濕強度和濕模量的粘膠纖維。國際人造絲和合成纖維標準局把高濕模量粘膠纖維統(tǒng)稱Modal。49由于高濕模量粘膠纖維具有優(yōu)良的物理機械性能，因此有人稱它為第二代粘膠纖維。主要有兩個品種：

經(jīng)典高濕模量纖維（波里諾西克polynosic纖維），它的特點是濕態(tài)斷裂強度和濕模量特別高，但這種纖維生產(chǎn)工藝復雜，成本高，而且斷裂伸長較小，勾結(jié)強度和耐磨性能較差。我國的商品名稱為富強纖維，日本稱之為虎木棉。

變化型高濕模量粘膠纖維，這類纖維的勾結(jié)強度特別優(yōu)良，濕模呈低于經(jīng)典高濕模量纖維，但與棉大致相同。已基本克服普通粘膠短纖維的幾項嚴重缺陷，而且克服了經(jīng)典高濕模量纖維勾強較差、脆性較大的缺點。其代表是奧地利Lenzing公司的莫代爾（Modal）纖維和山東海龍公司開發(fā)的Newdal?纖維。50Modal纖維Modal是一種具有高濕度模量的纖維素再生纖維，原料采用歐洲的櫸木，先將其制成木漿，再紡絲加工成纖維。Modal纖維性能優(yōu)異，其織物具有絲綢般的光澤和懸垂感，極為柔軟。在染色方面，具有優(yōu)良的可染性及鮮艷的色澤，經(jīng)多次清洗仍保持絢麗多彩。用蘭精Modal纖維與棉花混合將會產(chǎn)生一種類似于絲光工藝的光澤，具有宜人的柔軟觸摸感覺和懸垂感以及極好的耐穿性。51（3）強力粘膠纖維強力粘膠纖維結(jié)構(gòu)為全皮層，具有較高的強力和耐疲勞性能。廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。52（4）新溶劑法粘膠纖維（Lyocell）（天絲Tencel）

lyocell的生產(chǎn)原料為大自然中的樹木。采用專用溶劑直接溶解纖維素后紡制成的粘膠纖維，溶劑可以回收，對生態(tài)無害，又被稱為21世紀粘膠纖維。lyocell主要特點是：濕強度高（比棉纖維還要高），具有粘膠纖維良好的吸濕性，又有合成纖維那樣的高強度。天絲織物尺寸穩(wěn)定性較好，水洗縮率較小，織物柔軟，有絲綢般光澤。53綠色纖維（lyocell）與傳統(tǒng)粘膠纖維的主要生產(chǎn)原材料都是漿粕，粘膠纖維在生產(chǎn)中使用了有害物CS2,生產(chǎn)過程中還產(chǎn)生大量的有害氣體H2S，對環(huán)境造成了很大的影響。綠色纖維由于無毒溶劑NMMO的使用，在生產(chǎn)過程中沒有了水和廢氣對環(huán)境的污染和破壞，廢渣中的纖維素也可以天然降解，不會產(chǎn)生任何有害垃圾，是典型的天然綠色材料在綠色生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的綠色纖維。生產(chǎn)綠色纖維的主要溶劑NMMO（100％）的消耗約62.4kg/噸纖維，溶劑回收達到了99％，國外技術(shù)已達到了99.7％的回收率。54由于粘膠生產(chǎn)廢氣量大、排放點多、排放濃度差別大的特點，從經(jīng)濟和技術(shù)上考慮很難完全收集并統(tǒng)一處理，要徹底根治廢氣的污染，將增加大量投資以及運行成本，因此許多粘膠纖維企業(yè)的生產(chǎn)線主要以收集高濃度廢氣并冷凝回收部分CS2為主，對低濃度氣體不會考慮深層次的廢氣處理，甚至粘膠長絲企業(yè)基本上就沒有廢氣處理。據(jù)說國內(nèi)粘膠短纖維生產(chǎn)廢氣處理較好的某廠家，廢氣處理的投資超過7000萬，而