第四章-合成纖維

教學(xué)內(nèi)容4.1概述4.2通用合成纖維4.3高性能合成纖維4.4功能合成纖維第一頁(yè)，共94頁(yè)。4.1概述一、發(fā)展概況二、成纖高分子物條件三、紡絲方法四、合成纖維分類五、其它纖維第二頁(yè)，共94頁(yè)。一、纖維的概述1938年美國(guó)杜邦公司的Carothers發(fā)明了尼龍66纖維后，推動(dòng)了普通合成纖維的大發(fā)展，而首先問世的特種纖維是1954年杜邦公司的聚四氟乙烯纖維和1955年美困海軍研究室的熔噴法超細(xì)纖維，然而真正推動(dòng)世界高科技纖維發(fā)展的是l963年杜邦公司實(shí)現(xiàn)聚間苯二甲酰間苯二胺纖維中試生產(chǎn)之后，才促進(jìn)各類耐高溫纖維的發(fā)展，1968年杜邦公司發(fā)明了中空纖維分離膜和聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺溶致性液晶纖維并在20世紀(jì)70年代產(chǎn)業(yè)化，從此開始了高科技纖維的全面發(fā)展。80年代初，發(fā)達(dá)國(guó)家開始把投資重點(diǎn)轉(zhuǎn)向高科技纖維，并將傳統(tǒng)合成纖維轉(zhuǎn)移至第三世界國(guó)家，到l994年發(fā)達(dá)國(guó)家普通合成纖維的產(chǎn)量首次低于發(fā)展中國(guó)家，卻壟斷／高科技纖維的主要品種，并在各支柱產(chǎn)業(yè)如航空航天、汽車、石化、能源、新型建樹、環(huán)保、電子與信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防軍工等，保持領(lǐng)先水平。第三頁(yè)，共94頁(yè)。

合成纖維是指以簡(jiǎn)單化合物為原料,通過聚合或縮聚反應(yīng)制成成纖高分子物，再通過紡絲和后處理加工制成纖維。二、成纖高聚物的特征

高聚物的品種很多，但并不是所有高聚物都能用于紡絲，而是具有如下特征的高聚物都能進(jìn)行紡絲。1、成纖高聚物均為線型高分子用這類高分子紡制的纖維能沿纖維縱軸方向拉伸而有序排列。當(dāng)纖維受到拉力時(shí)，大分子能同時(shí)承受作用力，使纖維具有較高的拉伸強(qiáng)度和適宜的延伸度及其他物理-力學(xué)性能。第四頁(yè)，共94頁(yè)。2、成纖維高聚物具有適宜的相對(duì)分子質(zhì)量

線型高聚物分子鏈的長(zhǎng)度對(duì)纖維的物理-力學(xué)性能影響很大，尤其是對(duì)纖維的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和溶解性的影響更大。相對(duì)分子質(zhì)量的高低均不好，高者不易加工，低者性能不好。常見的主要成纖高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量如下表所示。

主要成纖高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量高聚物相對(duì)分子質(zhì)量高聚物相對(duì)分子質(zhì)量聚酰胺-6或-66聚酯聚丙烯腈16000-2200016000-2000050000-80000聚乙烯醇全同聚丙烯60000-80000180000-300000第五頁(yè)，共94頁(yè)。

3、成纖高聚物的分子鏈間必須有足夠的次價(jià)力

高聚物的物理-力學(xué)性能與次價(jià)力有密切關(guān)系。分子間次價(jià)力越大，纖維的強(qiáng)度越高，次價(jià)力大于20.92kJ/mol的高聚物適宜作纖維材料。

4、成纖高聚物應(yīng)具有可溶性和熔融性只有這樣才能將高聚物溶解或熔融成溶液或熔體，再經(jīng)紡絲、凝固或冷卻形成纖維，否則就不能進(jìn)行紡絲。第六頁(yè)，共94頁(yè)。第四章合成纖維的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、彈性好、耐穿耐用、光澤好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐霉腐、耐蟲蛀缺點(diǎn)：吸濕性差、耐熱性差、導(dǎo)電性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、臘狀手感第七頁(yè)，共94頁(yè)。三.纖維的主要性能指標(biāo)a.線密度（纖度）：線密度為表示纖維粗細(xì)程度的指標(biāo)。線密度—指一定長(zhǎng)度纖維所具有的重量，其單位名稱為“tex”—特（克斯），1/10稱為分特（克斯），單位符號(hào)dtex

。1000m長(zhǎng)纖維重量的克數(shù)稱為“特”。支數(shù)—單位重量的纖維所具有的長(zhǎng)度。對(duì)于同一種纖維，支數(shù)越高，纖維越細(xì)。第八頁(yè)，共94頁(yè)。斷裂強(qiáng)度—纖維在連續(xù)增加負(fù)荷的作用下，直至斷裂所能承受的最大負(fù)荷與纖維的線密度之比。斷裂強(qiáng)度高，纖維在加工過程中不易斷頭、繞輥，紗線和織物牢度高；斷裂強(qiáng)度太高，纖維剛性增加，手感變硬。b.斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率：第九頁(yè)，共94頁(yè)。斷裂伸長(zhǎng)率—纖維在伸長(zhǎng)至斷裂時(shí)的長(zhǎng)度比原來長(zhǎng)度增加的百分?jǐn)?shù)。斷裂伸長(zhǎng)率大，纖維的手感柔軟，在紡織加工時(shí)，毛絲、斷頭少；斷裂伸長(zhǎng)率過大，織物易變形。第十頁(yè)，共94頁(yè)。模量—抵抗外力作用下形變能力的量度。纖維的初始模量為纖維受拉伸而當(dāng)伸長(zhǎng)為原長(zhǎng)的1％時(shí)所需的應(yīng)力。它表征纖維對(duì)小形變的抵抗能力。纖維的初始模量越大，越不易變形，在合成纖維中，滌綸的初始模量最大，腈綸次之，錦綸較小，故滌綸織物挺括，不易起皺，錦綸織物易起皺，保形性差。c.初始模量（彈性模量）第十一頁(yè)，共94頁(yè)。（1）長(zhǎng)絲：長(zhǎng)度以千米計(jì)的絲。（2）短纖維：被切成幾厘米或十幾厘米長(zhǎng)的纖維?；旒徔椢锊豢赡苡瞄L(zhǎng)絲制造，只有用短纖維與天然纖維或其它化學(xué)纖維的短纖維進(jìn)行混紡，才能得到混合良好的混紡織物。如用滌綸與棉花混紡得到的織物即“滌棉”，與羊毛混紡的織物叫“毛滌”。第十二頁(yè)，共94頁(yè)。（3）異形截面纖維：在合成纖維成型過程中，采用非圓形孔眼的噴絲板，可得不同截面形狀的纖維，用以改善纖維的手感、回彈性等。如三角形截面的維綸光澤良好，不易沾塵土，其織物耐穿；五葉形截面的滌綸長(zhǎng)絲有類似真絲的光澤，手感良好等。第十三頁(yè)，共94頁(yè)。（4）變形紗：經(jīng)過變形加工處理的絲和紗，如彈力絲和膨體紗。六大合成纖維：氯綸（聚氯乙烯）錦綸（尼龍6）滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）腈綸（聚丙烯睛）維綸（聚乙烯醇）丙綸（聚丙烯）第十四頁(yè)，共94頁(yè)。四.化學(xué)纖維的生產(chǎn)方法化學(xué)纖維的生產(chǎn)工藝流程主要包括紡絲熔體和溶液的制備、紡絲及初生纖維的后加工。目前，合成纖維的紡絲方法主要有兩大類：熔體紡絲法和溶液紡絲法，在溶液紡絲法中，根據(jù)凝固方式的不同，又可分為濕法紡絲和干法紡絲兩種。第十五頁(yè)，共94頁(yè)。1．熔融紡絲法紡絲液是熔體，紡出的絲在空氣中固化。熔融紡絲的紡絲速度高，目前一般的紡絲速度為1000~2000m/min，采用高速紡絲時(shí)，可達(dá)3000~6000m/min或更高。熔融紡絲加工成本低，但噴絲板孔數(shù)少，絲的截面多為圓形。滌綸、錦綸、丙綸等均采用此法第十六頁(yè)，共94頁(yè)。熔融紡絲工藝流程

第十七頁(yè)，共94頁(yè)。

紡絲第十八頁(yè)，共94頁(yè)。

溶液紡絲法的紡絲液是溶解的高聚物溶液，紡出的絲的固化方式分為濕法與干法兩種。2．濕法紡絲濕法紡絲紡出的絲在溶液中固化這種方法紡絲速度低，一般速度為18~380m/min。濕法紡絲加工成本高且對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重，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。

第十九頁(yè)，共94頁(yè)。濕法紡絲工藝流程

第二十頁(yè)，共94頁(yè)。

3．干法紡絲干法紡絲紡出的絲在空氣中固化這種方法目前一般的紡絲速度為200~500m/min，高者可達(dá)1000~1500m/min。干法紡絲溶劑揮發(fā)易污染環(huán)境，成本高，但絲的質(zhì)量好，此法多用于制作長(zhǎng)絲。第二十一頁(yè)，共94頁(yè)。干法紡絲工藝流程

第二十二頁(yè)，共94頁(yè)。

干法紡絲第二十三頁(yè)，共94頁(yè)。合成纖維的生產(chǎn)首先是將單體經(jīng)聚合反應(yīng)制成成纖高聚物，這些聚合反應(yīng)原理、生產(chǎn)過程及設(shè)備與合成樹脂、合成橡膠的生產(chǎn)大同小異，不同的是合成纖維要經(jīng)過紡絲及后加工，才能成為合格的紡織纖維。拉伸可改變初生纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高斷裂強(qiáng)度和耐磨性，減少產(chǎn)品的伸長(zhǎng)率。熱定型可調(diào)節(jié)紡絲過程帶來的高聚物內(nèi)部分子間作用力，提高纖維的穩(wěn)定性和其他物理－機(jī)械性能、染色性能。第二十四頁(yè)，共94頁(yè)。四、合成纖維的分類人造纖維：是以天然聚合物如纖維素和蛋白質(zhì)等改性而成，如粘膠纖維、醋酸纖維、蛋白質(zhì)纖維等；合成纖維：是由合成的聚合物經(jīng)紡絲而成，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維（滌綸）、聚酰胺（錦綸）、聚乙烯醇縮甲醛（維綸）、聚丙烯（丙綸）、聚丙烯腈（腈綸）、聚氯乙?。染]）、聚氨酯彈性體纖維（氨綸）、芳香族聚酰胺纖維（Kevlar）等。纖維：長(zhǎng)徑比很大，并具有一定柔韌性的纖細(xì)物質(zhì)。紡織纖維包括天然纖維（如羊毛、蠶絲、棉花、麻等）和化學(xué)纖維（由聚合物等材料制成）?；瘜W(xué)纖維是人造纖維和合成纖維的總稱第二十五頁(yè)，共94頁(yè)。根據(jù)性能和用途，合成纖維又可以分為：通用合成纖維：滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維倫等高性能合成纖維：強(qiáng)度>18cN/dtex模量>400cN/dtex1cN/dtex=91MPa功能合成纖維：光、電、化學(xué)（耐腐蝕、阻燃）、高彈性、生物可降解性纖維等。第二十六頁(yè)，共94頁(yè)。五、其它纖維1、復(fù)合纖維兩種或兩種以上成纖高分子物的熔體分別輸入同一噴絲頭，在噴絲頭的適當(dāng)部位相遇后，從同一噴絲孔中噴出，成為兩組份或多組份粘并的一根纖維。并列型皮芯型海島型桔瓣型復(fù)合纖維的特點(diǎn)：具有三維空間的立體卷曲，高膨松性、延伸性和覆蓋能力。第二十七頁(yè)，共94頁(yè)。2、異形纖維：

在合成纖維成形過程中采用非圓形孔眼的噴絲板，制成的非圓形截面或中空的纖維?？筛纳剖指小⒒貜椥?、抗起球性及光澤等。主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。第二十八頁(yè)，共94頁(yè)。4、改性纖維：

近來，為了改善化學(xué)纖維容易起靜電、起毛起球等缺點(diǎn)，為了改進(jìn)染色性能和提高熔點(diǎn)等，已出現(xiàn)了抗靜電纖維、低溫可染滌綸、陽(yáng)離子可染滌綸、變性滌綸等改性纖維。3、超細(xì)纖維：

單絲纖度<0.1旦

特點(diǎn)：手感柔軟、細(xì)膩，柔韌性好，光澤柔和，高清潔能力，高吸水和吸油性，…

第二十九頁(yè)，共94頁(yè)。第一節(jié)滌綸一、滌綸的生產(chǎn)簡(jiǎn)介二、滌綸的結(jié)構(gòu)三、滌綸的性能四、改性滌綸4.2通用合成纖維第三十頁(yè)，共94頁(yè)。概述俗稱“的確良”，國(guó)外“達(dá)柯綸”、“帝特綸”、“特麗綸”、“拉芙?！睖炀]學(xué)名為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維。1953年美國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)了這種商品名為達(dá)可綸的滌綸纖維。在合成纖維中，滌綸是比較理想的紡織材料，世界滌綸纖維的產(chǎn)量1996年為1247萬噸，占當(dāng)年合成纖維總產(chǎn)量的65.5％。我國(guó)滌綸纖維產(chǎn)量1996年為210萬噸。預(yù)計(jì)2000年世界滌綸產(chǎn)量達(dá)到1600萬噸。第三十一頁(yè)，共94頁(yè)。1、聚酯纖維的分子結(jié)構(gòu)：聚酯通常指以二元酸和二元醇縮聚而提的高分子物，其基本鏈節(jié)之間以酯鍵聯(lián)結(jié)而得名。2、聚酯的品種：

PTT、PBT、PET等等，其中以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）纖維為主，其分子量一般控制在18000～25000左右。第三十二頁(yè)，共94頁(yè)。一、滌綸的生產(chǎn)簡(jiǎn)介1、主要原料：對(duì)苯二甲酸和乙二醇2、合成方法：酯交換法：將對(duì)苯二甲酸和乙二醇在催化劑作用下進(jìn)行酯交換，然后再經(jīng)縮聚生成聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。已逐漸被淘汰。直接酯化法：將對(duì)苯二甲酸和乙二醇進(jìn)行直接酯化生成聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。目前使用廣泛。3、紡絲方法：熔融紡絲法連續(xù)法：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯熔體→紡絲間歇法：a.聚對(duì)苯二甲酸乙二酯熔體→鑄帶→切片b.切片→干燥→紡絲第三十三頁(yè)，共94頁(yè)。二、滌綸的生產(chǎn)原理4、熔融紡絲法工藝流程：第三十四頁(yè)，共94頁(yè)。二、滌綸的結(jié)構(gòu)1、形態(tài)結(jié)構(gòu)：采用熔融紡絲法制成的一般聚酯纖維，其橫截面是圓形的，縱向均勻而無條痕。2、分子結(jié)構(gòu)：第三十五頁(yè)，共94頁(yè)。二、滌綸的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)晶度(%)取向度密度（克/厘米2）初生絲完全無定形差1.335～1.337商品絲40～60較高1.383、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：結(jié)晶度和取向度模型理論：折疊鏈-櫻狀原纖模型第三十六頁(yè)，共94頁(yè)。三、滌綸的性能1、熱性能2、機(jī)械性能3、化學(xué)穩(wěn)定性4、吸濕、染色性能5、起球現(xiàn)象6、靜電現(xiàn)象7、燃燒性能第三十七頁(yè)，共94頁(yè)。1、熱性能玻璃化溫度Tg完全無定形67℃部分結(jié)晶81℃取向且結(jié)晶125℃軟化點(diǎn)230~240℃定形溫度180~220℃第三十八頁(yè)，共94頁(yè)。1、熱性能耐熱性：最好。170℃以下短時(shí)間受熱引起的強(qiáng)度損失，溫度降低后可恢復(fù)。腈綸為150℃；錦綸120℃；大部分碳鏈纖維為80~90℃下受熱變形很難恢復(fù)。熱穩(wěn)定性：最好。滌綸150℃受熱168h，強(qiáng)力損失<3%，錦綸在150℃受熱即變黃，纖維強(qiáng)度大幅度下降。第三十九頁(yè)，共94頁(yè)。2、機(jī)械性能強(qiáng)度和延伸度：與工藝條件有關(guān)。一般滌綸，生產(chǎn)中拉伸倍數(shù)為4~5倍強(qiáng)度為3.5~4.4cN/dtex(4.0~5.0g/旦)干、濕強(qiáng)度基本相等在合成纖維中強(qiáng)力較高，沖擊強(qiáng)度比PA高4倍。延伸度為18%~36%，略低于錦綸。第四十頁(yè)，共94頁(yè)。2、機(jī)械性能彈性和耐磨性具有良好的彈性，穿著挺括，形狀穩(wěn)定性好，表現(xiàn)在兩個(gè)方面：不易變形（彈性模量較大）原因：結(jié)晶度高，取向度高從形變中回復(fù)能力較強(qiáng)原因：亞甲基有較大的柔性；大分子間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)（結(jié)晶）穩(wěn)定，成為恢復(fù)原狀的基點(diǎn)耐磨性不及錦綸，但比其它合成纖維高出幾倍，與天然纖維或粘膠纖維混紡，可顯著提高耐用磨性。第四十一頁(yè)，共94頁(yè)。3、化學(xué)性能滌綸的耐酸性較好弱酸：煮沸也無顯著損傷強(qiáng)酸：低溫下穩(wěn)定高溫下有損傷，纖維強(qiáng)度迅速降低滌綸耐酸的意義染整加工盡量在酸性條件下進(jìn)行可用硫酸或鹽酸測(cè)定滌棉織物混紡比可用酸侵蝕滌棉包芯紗織物生產(chǎn)滌棉爛花織物。第四十二頁(yè)，共94頁(yè)。3、化學(xué)性能滌綸的耐堿性差堿使聚酯發(fā)生水解，水解程度隨堿種類、濃度、溫度及時(shí)間不同而不同。堿處理滌綸的"剝皮現(xiàn)象"：熱稀堿能使表面的大分子水解。表面的分子水解到一定程度溶在堿中，使纖維表面一層層地剝落下來，造成纖維的失重和強(qiáng)度降低，而對(duì)纖維的芯層則無多大影響，分子量也沒有什么變化，這種現(xiàn)象稱為"剝皮現(xiàn)象"。使纖維變細(xì)、變輕，纖維表面出現(xiàn)刻蝕--變得凹凸不平，增加了纖維在紗中活動(dòng)性。意義：堿減量處理提高纖維細(xì)度、提高纖維吸濕性，獲得仿真絲綢整理效果第四十三頁(yè)，共94頁(yè)。3、化學(xué)性能第四十四頁(yè)，共94頁(yè)。3、化學(xué)性能對(duì)氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性滌綸對(duì)氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性很高，因此，染整加工中漂白劑（次氯酸鈉、亞氯酸鈉、雙氧水）、還原劑（保險(xiǎn)粉、二氧化硫脲）都可使用。耐溶劑性滌綸可溶解在一些有機(jī)溶劑中，如：丙酮、苯、苯酚-四氯乙烷（6:4）滌綸可在一些有機(jī)物的水溶液中溶脹，如酚類酚類化合物可作滌綸染色的載體第四十五頁(yè)，共94頁(yè)。4、吸濕、染色性能吸濕性較差標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回潮率：滌綸為0.4%棉為7~8%原因：極性基團(tuán)太少，缺少吸濕中心，結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)緊密，孔隙小表現(xiàn)：吸濕排汗性差，靜電大，易沾污，濕度對(duì)機(jī)械性能影響小，溶脹小，染色困難，但具有易洗快干的特性。滌綸的染色較困難，易染性較差：分子鏈緊密，染料難進(jìn)入纖維內(nèi)部。無特定染色基團(tuán)，缺乏親水性，在水中膨化程度低，不易與水溶性染料結(jié)合。極性小，染料無法與纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合。第四十六頁(yè)，共94頁(yè)。4、吸濕、染色性能常用染料分散染料：分子較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水溶性很低，非極性。常用染色方法：高溫高壓染色法：染色溫度在120~140℃，制成分散液。載體染色法：染色溫度為100℃，添加有機(jī)溶劑的液體熱溶法染色：染色溫度在180~210℃之間，利用熱空氣染色。第四十七頁(yè)，共94頁(yè)。5、起球現(xiàn)象最大缺點(diǎn)之一。截面為圓形，表面光滑，抱合力差，纖維末端容易浮出織物表面，形成絨毛，經(jīng)摩擦，纖維糾纏在一起結(jié)成小球。由于強(qiáng)度高，彈性好，小球難于脫落，產(chǎn)生起球現(xiàn)象?？蛊鹎蛘淼谒氖隧?yè)，共94頁(yè)。6、靜電現(xiàn)象滌綸吸濕性低，表面具有較高的比電阻，當(dāng)兩物體接觸、摩擦又立即分開后，滌綸表面易積聚大量電荷而不易逸散，產(chǎn)生靜電靜電的危害：染整加工困難，設(shè)備要加靜電消除器；穿著不舒服、電擊、火災(zāi)…克服靜電的方法：兩種纖維混紡生產(chǎn)抗靜電纖維進(jìn)行抗靜電整理第四十九頁(yè)，共94頁(yè)。7、燃燒性能燃燒性滌綸與火焰接觸時(shí)能燃燒，伴隨著纖維發(fā)生卷縮并熔融成珠而滴落。燃燒時(shí)產(chǎn)生黑煙且有芳香味，但火焰移去后燃燒很快終止。緊密的滌綸織物較易燃燒，尤其是滌綸與其它易燃纖維混紡的織物更是如此。第五十頁(yè)，共94頁(yè)。四、改性滌綸改性原理引入有空間阻礙的基團(tuán)，降低結(jié)晶度引入第三單休，使規(guī)整性下降引入可與染料分子結(jié)合的基團(tuán)，提高親合力引入一定吸水性基團(tuán)，改善吸濕性改變工藝條件，增加纖維中無定形區(qū)的含量第五十一頁(yè)，共94頁(yè)。四、改性滌綸改性滌綸品種易染改性：陽(yáng)離子可染聚酯纖維（CDP）抗靜電改性滌綸抗起球滌綸吸水吸濕性滌綸超細(xì)纖維第五十二頁(yè)，共94頁(yè)。4.2.2錦綸錦綸纖維是以聚酰胺基礎(chǔ)制得的纖維，是三大合成纖維之一，也是一種主要的合成纖維。聚酰胺又是制造薄膜及工程塑料的原料，是由飽和的二元酸與二元胺通過縮聚反應(yīng)制得的一類線性高分子縮聚物。常見的這類縮聚物有聚酰胺-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的產(chǎn)量最大，約占聚酰胺產(chǎn)量的90%。共同特點(diǎn)，就是其大分子的各個(gè)鏈節(jié)間都是以酰胺基“－CONH－”相聯(lián)，所以把這類縮聚物通稱為聚酰胺或尼龍。第五十三頁(yè)，共94頁(yè)。聚酰胺：“錦綸”、“尼龍”、“耐綸”、“卡普龍”，是世界上最早投入工業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維。聚酰胺的品種很多，目前工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用最廣泛的是PA6和PA66，PA1010是我國(guó)的特有品種。第五十四頁(yè)，共94頁(yè)。PA6在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中大多采用以己內(nèi)酰胺為原料，經(jīng)開環(huán)水解聚合制得。PA66是將己二胺和己二酸反應(yīng)生成66鹽，然后進(jìn)行縮聚而得。第五十五頁(yè)，共94頁(yè)。聚酰胺的紡絲

一般聚酰胺紡絲采用間接熔融紡絲和直接熔融紡絲。間接熔融紡絲法是將聚酰胺切成片狀顆粒，再進(jìn)行紡絲，即切片熔融紡絲。熔融紡絲主要包括紡絲和纖維的后加工兩在基本操作過程。紡絲過程包括熔體制備、熔體從噴絲孔擠出、絲條拉伸、冷卻固化及絲條上油和卷繞等。聚酰胺長(zhǎng)絲的后加工包括初捻、拉伸、后加捻、熱定型及絡(luò)絲等工序。短纖維的后加工包括集束、拉伸、卷曲、切斷、洗滌、上油、干燥和調(diào)濕等工序。第五十六頁(yè)，共94頁(yè)。耐磨性好：為所有紡織纖維中耐磨性最好的品種，比棉花高10倍，比羊毛高20倍；強(qiáng)度高，耐沖擊性能好，是強(qiáng)度最高的合成纖維之一；彈性高，耐疲勞性好，可經(jīng)受數(shù)萬次的雙曲繞，比棉花高7～8倍；密度小，除了聚丙烯、聚乙烯纖維外，它是所有纖維中最輕的，相對(duì)密度為1.04~1.14聚酰胺纖維的性能第五十七頁(yè)，共94頁(yè)。耐腐蝕，不發(fā)霉，染色性好缺點(diǎn)：彈性模量小，使用過程中易變形；耐熱型和耐光性較差第五十八頁(yè)，共94頁(yè)。用途：運(yùn)動(dòng)服、休閑服輪胎簾子線、降落傘、繩索、漁網(wǎng)和工業(yè)濾布。第五十九頁(yè)，共94頁(yè)。4.2.3腈綸（國(guó)外“奧綸”、“開司米綸”）一、概述腈綸是聚丙烯腈纖維在我國(guó)的商品名。腈綸具有優(yōu)良的性能，由于其性質(zhì)接近羊毛，故有“合成羊毛”之稱。自1950年工業(yè)生產(chǎn)以來，已得到很大發(fā)展。1996年世界腈綸總產(chǎn)量為252萬噸，我國(guó)產(chǎn)量為29.7萬噸。腈綸雖然通常稱為聚丙烯腈纖維，但其中丙烯腈（習(xí)慣稱第一單體）只占90％～94％，第二單體占5％～8％，第三單體為0.3％～2.0％。這是由于單一丙烯腈聚合物制成的纖維缺乏柔性，發(fā)脆，染色也非常困難。為了克服聚丙烯腈的這些缺欠，人們采用加入第二單體的方法，使纖維柔順；加入第三單體，提高染色能力。第六十頁(yè)，共94頁(yè)。加入第二單體主要是為了減弱分子間的作用力，改善纖維硬、脆的缺點(diǎn)。常用的第二單體有：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯及醋酸乙烯加入第三單體的目的主要是為了改善染色性能。常用的第三單體有：亞甲基丁二酸（衣康酸）、丙烯磺酸鈉及甲基丙烯苯磺酸鈉。第六十一頁(yè)，共94頁(yè)。二、聚丙烯腈纖維的生產(chǎn)原理與工藝1．原理與方法

聚合原理：自由基共聚合反應(yīng)，引發(fā)劑：有機(jī)化物、無機(jī)過氧化物和偶氮類化合物。聚合方法：溶液聚合法（又稱“一步法”）和水相沉淀聚合法（又稱“二步法”）。一步法采用油溶性引發(fā)劑，單體和聚合產(chǎn)物者溶解于溶劑之中，其優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)熱容易控制，產(chǎn)品均一，可以連續(xù)聚合，連續(xù)紡絲。但溶劑對(duì)聚合有一定的影響，同時(shí)還要有溶劑回收工序。二步法是采用水為介質(zhì)，采用水溶性引發(fā)劑，聚合產(chǎn)物不溶解于水相而沉淀出來，其優(yōu)點(diǎn)在于，反應(yīng)溫度低，產(chǎn)品色澤潔白；可以得到相對(duì)分子質(zhì)量分布窄的產(chǎn)品；聚合速度快，轉(zhuǎn)化率高，無溶劑回收工序等。缺點(diǎn)是在紡絲前，要進(jìn)行聚合物的溶解工序。第六十二頁(yè)，共94頁(yè)。2．以丙烯腈為主的共聚物生產(chǎn)工藝

（1）以丙烯腈為主的共聚物溶液聚合生產(chǎn)工藝

投料配方以丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲叉丁二酸為單體，以硫氰酸鈉的水溶液為溶劑，單體按丙烯腈∶丙烯酸甲酯∶甲叉丁二酸＝1.7∶7∶1.3配比投料，采用配方如下：

單體（三元） 17%

淺色劑（二氧化硫脲） 0.75%偶氮二異丁腈 0.75% 溶劑（硫氰酸鈉水溶液80%-80.5%調(diào)節(jié)劑（異丙醇） 1%～3%濃度（51%～52%）第六十三頁(yè)，共94頁(yè)。聚合條件：聚合溫度76～80℃，聚合時(shí)間1.2～1.5h，高轉(zhuǎn)化率控制在70%～75%，低轉(zhuǎn)化率制在50%～55%，攪拌速度55～80r/min，高轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液中聚合物濃度11.9%～12.7%，低轉(zhuǎn)化率時(shí)溶液中聚合物濃度為10%～11%。聚合工藝：將第三單體衣康酸與4%的NaOH配成13.5%的衣康酸鈉溶液，并與偶氮二異丁腈、二氧化硫脲混合后，送入混合器與丙烯腈、丙烯酸甲酯進(jìn)行混合，調(diào)節(jié)pH為4～5?；旌虾玫奈锪吓c異丙醇一起經(jīng)過濾器過濾，通過熱交換器控制進(jìn)料溫度后，進(jìn)入聚合釜，并根據(jù)工藝條件進(jìn)行聚合。聚合后的漿液在兩個(gè)脫單體塔內(nèi)真空脫單體，真空度為0.091MPa。從混合器抽出一部分混合液冷卻至9℃送入噴淋凝器作為噴淋液使用，由兩個(gè)脫單體塔出來的混合蒸汽被噴淋液冷凝成液體，一起返回到混合器循環(huán)使用。蒸汽被冷凝成液體，體積減小而形成真空，聚合物中最終單體含量小于0.2%，可以直接送去紡絲。第六十四頁(yè)，共94頁(yè)。123467891012511121314151515AIBNTUD溶劑及衣康酸丙烯腈丙烯酸甲酯異丙醇聚合物溶液第六十五頁(yè)，共94頁(yè)。（2）以丙烯腈為主共聚物的連續(xù)水相沉淀聚合生產(chǎn)工藝

以丙烯腈為主共聚物的連續(xù)水相沉淀聚合生產(chǎn)工藝如下圖所示。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以采用水溶性氧化-還原引發(fā)體系引發(fā)，使聚合在30～50℃之間甚至更低溫度下進(jìn)行，所得產(chǎn)物色澤較白；反應(yīng)熱容易移出，便于控制聚合溫度，產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄；聚合速度快，粒子大小均一，聚合轉(zhuǎn)化率比較高，聚合物含水率低，漿液好處理，對(duì)紡絲溶劑-硫氰酸鈉濃水溶液純度的要求低于一步法，回收工序簡(jiǎn)單。第六十六頁(yè)，共94頁(yè)。

將貯槽2中的水、引發(fā)劑、表面張力調(diào)節(jié)劑等用計(jì)量泵5連續(xù)送入聚合釜。同時(shí)，由計(jì)量泵和4和6連續(xù)加入第一、第二和第三單體（單體總量為水量的15%～40%，其中丙烯腈占85%以上），調(diào)節(jié)好pH值。反應(yīng)物料在聚合釜中停留一定時(shí)間以確保轉(zhuǎn)化率為70%～80%。從聚合釜出來的含單體的高聚物淤漿流入終止釜，用NaOH水溶液改變高聚物淤漿的pH值使反應(yīng)終止。再將高聚物淤漿送至脫單體塔，用低壓蒸汽在減壓下除去未反應(yīng)的單體，單體回收后可以循環(huán)使用。脫除單體的高聚物淤漿經(jīng)離心脫水、洗滌、干燥即得聚丙烯腈共聚物。1234567891011洗滌水聚合體低壓蒸汽聚合體淤漿回收單體NaOH水溶液含單體的聚合物漿液第六十七頁(yè)，共94頁(yè)。聚合采用的條件是：氧化劑與還原劑的比例為0.1～1.0，引發(fā)劑的用量為單體質(zhì)量的0.1%～4%，pH值維持在2～3.5之間，聚合溫度35～55℃，反應(yīng)時(shí)間1～2h，高聚物產(chǎn)率80%～85%。為了降低表面張力以使相對(duì)分子質(zhì)量穩(wěn)定，一般要向反應(yīng)混合物中加入硫醇及其他物質(zhì)。第六十八頁(yè)，共94頁(yè)。3．丙烯腈共聚物的紡絲由于丙烯腈共聚物受熱時(shí)即不熔化又不熔融，所以只能采用溶液紡絲法——干法及濕法紡絲。其中干法紡絲主要生產(chǎn)長(zhǎng)，濕法主要生產(chǎn)短絲。用于紡絲的聚丙烯腈的相對(duì)分子質(zhì)量一般為25000～80000。由于干法紡絲要求溶液的濃度為28%～30%，因而相對(duì)分子質(zhì)量要求低一些，在25000～40000之間。第六十九頁(yè)，共94頁(yè)。（1）以硫氰酸鈉溶液為溶劑的濕法紡絲工業(yè)上采用50%的NaSCN水溶液，高聚物的濃度10%～13%。并加入適當(dāng)?shù)南♂寗?，以降低溶液的粘度。要求紡絲溶液濃度均勻，含氣泡、灰塵和機(jī)械雜質(zhì)極少。將聚合工段送來的紡絲溶液經(jīng)計(jì)量泵壓入燭形過濾器至噴頭，以5～10m/s的紡絲速度噴出紡絲細(xì)流，在凝固溶中凝固成形。初生的絲條再經(jīng)預(yù)熱溶進(jìn)一步凝固脫水，并給予適當(dāng)?shù)睦旌?，於蒸汽加熱下進(jìn)行高倍率拉伸。拉伸后的纖維再經(jīng)水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷、打包等工序制得聚丙烯腈短纖維。第七十頁(yè)，共94頁(yè)。（2）以二甲基甲酰胺為溶劑的干法紡絲

以二甲基甲酰胺為溶劑的干法紡絲要求聚丙烯腈的相對(duì)分子質(zhì)量為不大于50000?；具^程是將丙烯腈共聚物和二甲基甲酰胺加入溶解釜中溶解，制得濃度為26%～30%，粘度為600～800s（落球法）的紡絲溶液，經(jīng)過濾及脫泡后，將紡絲液預(yù)熱，并加入還原性穩(wěn)定劑。紡絲液經(jīng)計(jì)量泵壓入噴絲頭，在加熱條件下噴出，揮發(fā)的溶劑送回收裝置，凝固后的絲束經(jīng)高速拉伸后，洗滌、上油、加捻、定型、卷繞即得聚丙烯腈長(zhǎng)絲。干法制得的纖維具有柔性、彈性、耐磨性較好的優(yōu)點(diǎn)。干法紡絲具有紡絲速度較高，溶劑回收過程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。不足之處是高溫紡絲操作設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)效率比濕法低。第七十一頁(yè)，共94頁(yè)。三、性能和用途彈性：它的彈性較好，僅次于滌綸，比錦綸高約2倍。有較好的保形性。強(qiáng)度：腈綸的強(qiáng)度雖不及滌綸和錦綸，但比羊毛高1～2.5倍。耐熱性：纖維的軟化溫度為190～230C，在合成纖維中僅次于滌綸。耐光性：腈綸的耐光性是所有合成纖維中最好的露天暴曬一年，強(qiáng)度僅下降20％。腈綸耐酸、氧化劑和一般有機(jī)溶劑，但不耐堿。第七十二頁(yè)，共94頁(yè)。腈綸的制成品蓬松性好、保暖性好，手感柔軟，有良好的耐氣候性和防霉、防蛀性能。腈綸的保暖性比羊毛高15％左右。腈綸可與羊毛混紡，產(chǎn)品大多用于民用方面，如毛線、毛毯、針織運(yùn)動(dòng)服、蓬布、窗簾、人造毛皮、長(zhǎng)毛絨等。腈綸還是高科技產(chǎn)品――碳纖維的原料。第七十三頁(yè)，共94頁(yè)。4.2.4丙綸丙綸是聚丙烯纖維的商品名稱。丙綸于1957年開始工業(yè)生產(chǎn)，由于原料只需丙烯，來源極為豐富、價(jià)廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，是目前最為廉價(jià)的合成纖維。丙綸性能良好，發(fā)展速度較快，在世界范圍內(nèi)其產(chǎn)量?jī)H次于滌綸、錦綸、腈綸而居于第四位。第七十四頁(yè)，共94頁(yè)。一、主要原料主要原料為丙烯。二、聚丙烯纖維的生產(chǎn)原理與工藝

1．丙烯的聚合原理配位聚合反應(yīng)。

2．聚丙烯纖維的生產(chǎn)工藝

（1）聚丙烯樹脂的生產(chǎn)工藝聚丙烯的生產(chǎn)方法有淤漿法、氣相聚合和液相聚合法三種，下面主要介紹淤漿法生產(chǎn)工藝。該工藝過程主要包括：引發(fā)劑懸浮液的配制、淤漿聚合、引發(fā)劑的洗除、干燥等。其工藝流程如下圖所示。第七十五頁(yè)，共94頁(yè)。聚合原料及系統(tǒng)的處理引發(fā)劑為齊格勒-納塔引發(fā)劑或改進(jìn)的三組分或四組分復(fù)合引發(fā)劑，稀釋劑（溶劑）為烷烴化合物，一般是已烷、庚烷、戊烷及混合物等。相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑為氫或甲烷。因?yàn)榫酆纤玫囊l(fā)劑容易被雜質(zhì)破壞而失去活性，所要對(duì)各種原料進(jìn)行精制，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下貯存，同時(shí)對(duì)聚合系統(tǒng)設(shè)備用干燥無氧的氮?dú)膺M(jìn)行徹底置換，嚴(yán)格控制氧和水的含量。引發(fā)劑懸浮液的制備將主引發(fā)劑TiCl3與稀釋劑加入引發(fā)劑配制釜中，在攪拌下不斷加入助引發(fā)劑(C2H5)2AlCl，兩者的配比為Al/Ti＝3～8（物質(zhì)的量的比），在一定的溫度下，經(jīng)過一定的時(shí)間絡(luò)合陳化后，用計(jì)量泵送入聚合釜中。第七十六頁(yè)，共94頁(yè)。淤漿聚合分別用計(jì)量泵將液態(tài)丙烯、引發(fā)劑懸浮液、烴類溶劑按一定比例連續(xù)加入不銹鋼聚合釜中攪拌混合，同時(shí)，通入少量氫氣。聚合溫度保持在60～70℃，壓力0.49～0.98MPa，聚合放出的熱量由聚合釜的夾套和內(nèi)冷循環(huán)水帶走。丙烯單體的單程轉(zhuǎn)化率為48%左右，由聚合釜出來的漿液約含20%固體高聚物，最高為25%～30%。反應(yīng)后的物料進(jìn)入閃蒸罐回收未反應(yīng)的丙烯，精制后循環(huán)使用。聚合溫度不能超過80℃，以防止發(fā)生爆聚和高聚物熔融結(jié)塊。第七十七頁(yè)，共94頁(yè)。洗滌引發(fā)劑出料漿液中含有可溶性低分子物和無規(guī)高聚物，可趁熱過濾除去，再加入溶劑得引發(fā)劑-高聚物漿液，然后加甲醇或乙醇合引發(fā)劑酯化而失去活性，隨即進(jìn)行離心分離，使固體高聚物與引發(fā)劑殘液分開，再用水洗滌高聚物，然后送干燥。分離出來的溶劑經(jīng)精制后循環(huán)使用。干燥高聚物經(jīng)水洗、離心過濾除去水分后，用旋轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)或氣流干燥管在80℃下干燥。然后擠出造粒即得聚丙烯樹脂。造粒時(shí)需要加入抗氧劑、紫外線吸收劑等。第七十八頁(yè)，共94頁(yè)。（2）聚丙烯的紡絲

聚丙烯的紡絲方法主要是熔融紡絲。熔融紡絲的溫度控制在220～280℃，紡絲用聚丙烯相對(duì)分子質(zhì)量一般為120000左右。如紡制高強(qiáng)力絲和單絲，則相對(duì)分子質(zhì)量一般為200000左右。紡絲時(shí)，將粒狀聚丙烯先在螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料段預(yù)熱軟化（要用惰性氣體將粒間空氣排除），在壓縮段熔融、壓縮、混煉、脫泡，再經(jīng)計(jì)量段進(jìn)一步熔化，建立熔體壓力并將熔體擠出，然后到機(jī)頭過濾、均化。從擠出機(jī)出來的聚丙烯熔體用計(jì)量泵加壓計(jì)量送至噴絲頭紡絲。由噴絲頭噴出的細(xì)絲經(jīng)過冷卻套筒，穿過上油盤，最后卷繞在絲筒上，其他與聚酯、取酰胺加工過程相同，但其拉伸溫度為80～130℃，拉伸倍數(shù)為4～8倍。對(duì)于有顏色聚丙烯纖維的生產(chǎn)，由于聚丙烯纖維本身沒有染色基團(tuán)，因此需要用共聚、共混的方法進(jìn)行改性才可以。第七十九頁(yè)，共94頁(yè)。三、性能和用途相對(duì)密度：丙綸是所有合成纖維總相對(duì)密度最小的品種，因此它質(zhì)量最輕，單位重量的纖維能覆蓋的面積最大。強(qiáng)度：丙綸的強(qiáng)度與合成纖維中高強(qiáng)度品種滌綸、錦綸相近，但在濕態(tài)時(shí)強(qiáng)度不變化，這一點(diǎn)優(yōu)于錦綸。耐磨性：丙綸的耐平磨性僅次于錦綸，但耐曲磨性稍差。耐腐蝕性：對(duì)無機(jī)酸、堿有顯著的穩(wěn)定性。吸濕性：丙綸的吸濕性極小，織品縮水率小。此外，丙綸同其它合成纖維一樣，不易發(fā)霉、腐爛，不怕蟲蛀。缺點(diǎn)：耐光性差，染色性差，靜電性大，耐燃性差。

第八十頁(yè)，共94頁(yè)。丙綸主要用于地毯（包括地毯底布和絨面）、裝飾布、土工布、無紡布、各種繩索、條帶、漁網(wǎng)、建筑增強(qiáng)材料、包裝材料等。其中丙綸無紡布由于其在嬰兒尿布、婦女衛(wèi)生巾的大量應(yīng)用而引人注目。丙綸還可與多種纖維混紡制成不同類型的混紡織物，經(jīng)過針織加工制成外衣、運(yùn)動(dòng)衣等。由丙綸中空纖維制成的絮被，質(zhì)輕、保暖、彈性良好。第八十一頁(yè)，共94頁(yè)。4.2.5維倫維綸是聚乙烯醇縮醛纖維的商品名稱，也叫維尼綸。其性能接近棉花，有“合成棉花”之稱，是現(xiàn)有合成纖維中吸濕性最大的品種。維綸在30年代由德國(guó)制成，但不耐熱水，主要用于外科手術(shù)縫線。1939年研究成功熱處理和縮醛化方法，才使其成為耐熱水性良好的纖維。生產(chǎn)維綸的原料易得，制造成本低廉，纖維強(qiáng)度良好，除用于衣料外，還有多種工業(yè)用途。但因其生產(chǎn)工業(yè)流程較長(zhǎng)，纖維綜合性能不如滌綸、錦綸和腈綸，年產(chǎn)量較小，居合成纖維品種的第5位。

第八十二頁(yè)，共94頁(yè)。1.維綸的生產(chǎn)維綸的主要成分是聚乙烯醇，但乙烯醇不穩(wěn)定，一般是以性能穩(wěn)定的乙烯醇醋酸酯（即醋酸乙烯）為單體聚合，然后將生成的聚醋酸乙烯醇解得到聚乙烯醇，紡絲后再用甲醛處理才能得到耐熱水的維綸。聚乙烯醇的熔融溫度（225～230C）高于分解溫度（200～220C），所以只能用溶液紡絲法紡絲。第八十三頁(yè)，共94頁(yè)。2.維綸的特點(diǎn)及用途