合成纖維課件

1第4章合成纖維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24.1概述纖維是制造織物和繩線的原料。纖維的含義：凡能保持長度比本身直徑大100倍的均勻條狀或絲狀的高分子材料均稱纖維。它可分為天然纖維和化學纖維?；瘜W纖維又可分為人造纖維和合成纖維。3天然纖維自然界存在的和生成的具有紡織價值的纖維，是紡織工業(yè)的重要材料來源。約占紡織纖維年總產量的50%按照來源不同，分為植物纖維、動物纖維和礦物纖維植物纖維：又稱天然纖維素纖維，主要組成物質是纖維素；5化學纖維用天然的或人工合成的高分子材料為原料制成的纖維。人造纖維是用天然高分子材料為原料，經(jīng)過化學處理和機械加工制成的如：“人造絲”、“人造棉”。合成纖維是以石油、煤、天然氣為原料制成的，它發(fā)展很快。如：滌綸、錦綸、腈綸6合成纖維的發(fā)展誕生于20世紀30年代；是用石油、天然氣、煤或農副產品為原料合成的聚合物經(jīng)加工制成的。1931年，美國，合成出尼龍66，錦綸66；1938年，德國，合成出聚酰胺6；71939年，聚氯乙烯纖維，（氯綸）；1949年，聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維（滌綸）；1950年，聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚乙烯醇纖維1958年，聚丙烯纖維（丙綸）、聚乙烯醇縮丁醛纖維（維綸）；9合成纖維的分類合成纖維通用合成纖維高性能合成纖維功能合成纖維滌綸、聚酰胺、腈綸和丙綸，產量大，應用廣強度大、模量大的纖維；它由剛性鏈聚合物和柔性鏈聚合物紡絲制造具有除力學和耐熱性外的特殊性能，如光、電、化學、高彈性和生物降解性等的纖維，產量小，但附加值大10合成纖維的制備制備工藝成纖聚合物的制備紡絲工藝熔體紡絲溶液紡絲將聚合得到的聚合物熔體直接進行紡絲一步溶液紡絲：直接將聚合后得到的聚合物溶液作為紡絲液進行紡絲二步法溶液紡絲：將固體聚合物配制成紡絲液，再進行溶液紡絲電紡絲11熔體紡絲步驟：（P149，圖4-3）（1）紡絲熔體的制備（2）熔體經(jīng)噴絲板孔眼壓出形成熔體細流（3）熔體細流被拉長變細并經(jīng)冷卻凝固（4）固態(tài)纖維上油和卷繞滌綸、聚酰胺、丙綸一般采用此法13電紡絲電紡絲是通過施加到聚合物熔體或溶液外部電場制備具有納米尺寸的連續(xù)纖維P149，圖4-3（c）14合成纖維的性能具有優(yōu)良的物理、機械性能和化學性能如，強度高、密度小、彈性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸堿性好、不會發(fā)霉或蟲蛀等某些特種纖維還具有耐高溫、耐輻射、高強力、高模量等特殊性能15合成纖維的應用超出了紡織工業(yè)的范圍，逐漸深入到國防工業(yè)、航空航天、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋水產、通訊聯(lián)絡等重要領域例如，民用上可紡制輕暖、耐穿的各種服裝面料、裝飾，可混紡；工業(yè)上可用作輪胎簾子布、運輸帶、傳送帶、漁網(wǎng)、繩索、工作服等；高性能特種合成纖維可用作降落傘、飛行服、飛機導彈、雷達的絕緣材料等。17分兩類：一類由二元胺和二元酸縮聚制得；另一類由ω-氨基酸縮聚或由內酰胺開環(huán)聚合而得具有吸水性18聚酰胺纖維的性能它是合成纖維中性能優(yōu)良、用途廣泛的品種之一（1）耐磨性好、位于合成纖維之首，比棉花高10倍，比羊毛高20倍，適合于做繩索、襪子等（2）強度高、耐沖擊性好。它是強度最高的合成纖維之一。比棉花高1~2倍，比羊毛高4~5倍，適合于做輪胎簾子布等19（3）彈性、耐疲勞性好。比棉花高7~8倍（4）密度小，除聚乙烯和聚丙烯纖維外，聚酰胺纖維是所有纖維中最輕的，相對密度1.04~1.14（5）吸濕性良好。錦綸具有良好的吸濕性，染色性好，可使用酸性染料、分散染料等。缺點：彈性模量小，使用過程中容易變形，耐熱性及耐光性較差。21（1）聚酰胺66相對分子質量控制在20000~30000，紡絲溫度控制在280~290℃性能：P151，表4-1（2）聚酰胺6相對分子質量控制在14000~20000，紡絲溫度控制在260~280℃性能：P152，表4-2（3）長碳鏈聚酰胺X34纖維鏈結構：[NH-(CH2)x-NHCO-(CH2)32-CO]隨X的增大，鏈結構接近聚乙烯22（4）PADA,MPMD,PDMBAPADA結構式：MPMD結構式：二乙炔的存在，既可以作為交聯(lián)劑，也參與聚酰胺的結晶（圖4-9、4-10）23PDMBA結構式：甲基和甲氧基的存在影響聚酰胺的結晶結構，從而影響了性能25（6）氫化芳香聚酰胺纖維合成路線：纖維強度3.64×103MPa；伸長率10%264.2.2聚酯纖維中國商品名“滌綸”，俗稱“的確良”聚酯纖維是指含芳香族取代羧酸酯結構的纖維，它是由二元酸和二元醇經(jīng)過縮聚而制得的聚酯樹脂，經(jīng)熔融紡絲和后處理制得的一種合成纖維。在合成纖維中發(fā)展最快，產量居于首位29彈性好，接近羊毛，而且耐皺性好，彈性模量比聚酰胺纖維高（4）強度強度大，在濕態(tài)下強度不變（5）濕性吸濕性低，回潮率小，易洗快干（6）耐熱性耐熱性較好，軟化點230~240℃（7）耐光性高于錦綸，低于腈綸30（8）電性能干燥狀態(tài)下，具有良好的電絕緣性。但是作為服裝時，由于摩擦易產生靜電，易吸灰塵，這是滌綸的缺點（9）化學性能在常溫下，對酸堿穩(wěn)定，溫度升高，耐腐蝕性降低（10）抗菌性優(yōu)良，作為織物通常不被蛀蟲破壞31聚酯纖維的用途由于聚酯纖維彈性好、織物有易洗快干、保型性好、免熨等特點，所以是理想的紡織材料；可純紡或混紡制作各種服裝及針織品在工業(yè)上，可作為電絕緣材料、運輸帶、繩索、漁網(wǎng)、輪胎簾子線、人造血管等。32（1）滌綸（PET）制備：滌綸是對苯二甲酸乙二醇酯經(jīng)過熔融紡絲制成的合成纖維，相對分子質量控制在15000~22000，紡絲溫度控制在275~295℃成纖結構：P155，圖4-11、4-12力學性能：P155，表4-433其他性能：滌綸又叫的確良，具有高強度、耐磨、耐腐蝕，易洗快干等優(yōu)點，是很好的衣料纖維。但透氣性、吸濕性、染色性差限制了滌綸在時裝行業(yè)的應用；需要進行改性后引入親水性基團。34（2）

聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維制備：PTT纖維是由對苯二甲酸和１，３－丙二醇的縮聚物經(jīng)過熔體紡絲制成的纖維，具有反－旁－反－旁式構象結晶結構：35性能：PTT纖維性能優(yōu)于滌綸，具有更優(yōu)異的柔軟性、彈性恢復性；優(yōu)良的抗折皺性、尺寸穩(wěn)定性、耐候性、易染色性和良好的屏蔽性能，并改進了抗水解穩(wěn)定性。PTT纖維被認為是最具有發(fā)展前途的通用合成纖維新品種。36（3）聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維制備：ＰBＴ纖維是由對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯和1,4－丁二醇經(jīng)過熔體紡絲制成的纖維性能：PBT纖維強度30.91~35.32cN/dtex，伸長率30~60%；具有極好的伸長彈性恢復率、柔軟、易染色用途：PBT纖維特別適于制作游泳衣、連褲襪、訓練服、體操服、健美服、網(wǎng)球服、舞蹈緊身衣、彈力牛仔服、滑雪褲、長筒襪、醫(yī)療繃帶37（4）聚萘酯（PEN）纖維制備：PEN纖維是由2,6-萘二甲酸二甲酯與乙二醇的縮聚物聚萘二甲酸乙二醇酯經(jīng)過熔體紡絲制成的纖維結構式：性能：PEN與PET相比，具有更高的模量、強度，抗拉伸性能好、尺寸穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好、化學穩(wěn)定性和抗水解性能優(yōu)異384.2.3聚丙烯腈纖維中國商品名“腈綸”，有“人造羊毛”之稱制備：腈綸是聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的共聚物制成的合成纖維。腈綸的制備采用濕紡工藝濕紡工藝是將聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物溶解在溶劑中（紡絲液），紡絲液經(jīng)噴絲板后在含凝固劑的凝固浴中凝固形成纖維紡絲液的選擇：選擇內聚能大的溶劑或能與聚丙烯腈相互作用的溶劑配制常用的溶劑DMF、DMA、DMSO、EC、NaSCN、HNO3、ZnCl239聚丙烯腈纖維的性能性能優(yōu)良，外觀、手感都類似羊毛，因此有“人造羊毛”之稱很多性能指標超過羊毛，如腈綸的強度比羊毛高1~2.5倍，密度小，保暖性及彈性好等耐光性、耐候性是天然纖維和化學纖維中最好的化學穩(wěn)定性、對酸堿和氧化劑的穩(wěn)定性也比較好缺點是耐磨性、抗疲勞性差40聚丙烯腈纖維的用途多為民用，可純紡代替羊毛制備大衣呢華達呢、運動衫、針織衫、地毯、毛毯、人造毛皮、裝飾織物等；可混紡制成內衣、襯衫、服裝及雨衣布等在工業(yè)中主要制成帆布、過濾材料、保溫材料、包裝用布、醫(yī)療材料等另外可制成軍用帳篷、防火服等414.2.4聚丙烯纖維中國商品名“丙綸”’制備：等規(guī)聚丙烯熔體紡絲制備，成纖聚丙烯的相對分子質量10萬~30萬，紡絲溫度255~290℃原料來源豐富、生產工藝簡單、產品價格低廉、發(fā)展較快；產量僅次于滌綸、錦綸、腈綸42聚丙烯纖維的性能（1）質輕合成纖維中最輕的，密度0.9~0.91（2）強度高濕強度和干強度基本相同（3）耐磨、耐腐蝕性好耐磨性、回彈性好，抗微生物，不霉、不蛀、耐化學性優(yōu)于其他纖維（4）電絕緣性、保暖性優(yōu)缺點：耐熱性、耐老化性、吸濕性、染色性差43聚丙烯纖維的用途主要用途是制作地毯、裝飾布、家具布工業(yè)中制作各種繩索、條帶、漁網(wǎng)、吸油氈、包裝材料和工業(yè)用布，如，濾布、袋布等；丙綸纖維可制成土工布，用于建筑、水利工程等；丙綸纖維無紡布可用于衛(wèi)生制品、醫(yī)用手術帽、床上用品等444.2.5聚乙烯醇甲醛纖維中國商品名“維綸”，日本命名為“維尼綸”制備：（1）乙酸乙烯溶液聚合得到聚乙酸乙烯，經(jīng)醇解得到聚乙烯醇，再經(jīng)過縮醛化后得到的纖維此法制備的聚乙烯醇是無規(guī)立構45（2）特戊酸乙烯聚合得到聚特戊酸乙烯，經(jīng)皂化后得到聚乙烯醇此法得到的聚乙烯醇是間規(guī)立構的具有比上述方法更高的熔點和熱穩(wěn)定性46維綸的性能良好的強度、吸濕性、保暖性、耐磨蝕和耐日光性；主要缺點：耐熱水性差，彈性不佳，染色性較差，高溫下的力學性能低，在服飾方面遠遠不如滌綸、腈綸和錦綸應用廣泛。47維綸的用途可混紡也可純紡，用于制作外衣、汗衫、棉毛衫褲和運動衫，以及工作服可制作帆布、纜繩、漁網(wǎng)、包裝材料、過濾材料可作為塑料、水泥、陶瓷的增強材料484.3高性能合成纖維4.3.1超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)超高分子量聚乙烯纖維是用超高分子量聚乙烯采用凝膠紡絲---超延伸技術制成的。圖4-23性能：具有高強度、高模量、最低的相對密度、化學惰性、具有疏水性（P162，表4-9）但極限使用溫度只有100~130℃應用：主要用于制作頭盔、裝甲板、防彈衣和弓弦494.3.2芳香聚酰胺纖維（1）聚對苯二甲酸對苯二胺纖維(PPTA)制備：利用PPTA進行溶液紡絲制成的纖維；PPTA采用低溫溶液聚合合成化學反應式：相對分子質量20000~2500050Kevlar的分子結構模型：（圖4-26）Kevlar有三個品種：Kevlar29是高韌性纖維、Kevlar49是高模量纖維、Kevlar149是超高模量纖維性能：表4-10、圖4-2751應用：

Kevlar作為高性能的有機纖維主要應用于航空、航天領域；防彈領域；土木建筑領域如火箭發(fā)動機殼體、飛機零部件；頭盔、防彈運鈔車、防穿甲彈坦克；混凝土、代鋼筋材料、輪胎簾子線等52性能：表4-11應用：絕緣紙、蜂窩結構材料、工業(yè)濾材和無紡布（2）聚間苯二甲酰間苯二胺纖維制備：聚間苯二甲酰間苯二胺采用間苯二甲酰氯和間苯二胺為原料，在二甲基乙酰胺溶劑中進行低溫溶液聚合；然后采用溶液紡絲法制成纖維?；瘜W結構式：53（3）對/間芳綸化學結構式：性能：既具有間位芳綸的經(jīng)濟性、阻燃性又具有對位芳綸的耐熱性；拉伸強度30~60cN/dtex；彈性模量14GPa54羥基苯甲酸、對苯二甲酸和一系列第三單體的縮聚物。可以進行熔體紡絲分子結構式：4.3.3熱致液晶聚酯纖維第三單體對液晶聚酯可紡性和成纖性影響：表4-12554.3.4芳雜環(huán)纖維（1）聚苯并咪唑（PBI）纖維制備：PBI是間苯二甲酸二苯酯和四氨聯(lián)苯的縮聚物；以二甲基乙酰胺為溶劑，在氮氣下進行干紡得到PBI纖維化學結構式：56性能：PBI纖維具有優(yōu)異的耐熱性，但吸水性大，限制了工業(yè)應用的范圍其物理力學性能見P166，表4-14PBI纖維經(jīng)過酸處理可以提高尺寸穩(wěn)定性57性能：高強度、高模量、耐高溫、耐水、化學穩(wěn)定性好；缺點是壓縮性能差P167，表4-15（2）聚亞苯基苯并二噁唑（PBO）纖維制備：2,4-二氨基間苯二酚鹽酸鹽與對苯二甲酸縮聚合成PBO；然后采用干噴濕紡獲得纖維化學結構式：58采用干噴濕紡技術可獲得高取向度、高強度、高模量、耐高溫和化學穩(wěn)定性好的纖維PBZT制備：DADMB與TPA在PPA中縮聚化學方程式：（3）PBZT、MePBZT、tMEPBZT纖維59MePBZT通過交聯(lián)網(wǎng)絡的形成來改善PBZT的橫向壓縮性能交聯(lián)反應：MePBZT纖維的韌性優(yōu)于PBZT纖維60tMePBZT的結構tMePBZT與PBZT共聚物的結構具有很好的耐熱性和橫向壓縮性61PIPD具有雙向分子內和分子間氫鍵網(wǎng)絡（P169，圖4-30）性能：高強度、高模量、高壓縮強度、優(yōu)異的耐燃性和自熄性（4）M5纖維化學結構式：62性能：具有高耐熱性、化學穩(wěn)定性和力學性能；但是溶解性差，加工困難（5）聚酰亞胺（PI）纖維制備：兩步法63性能：纖維強度40~60cN/tex，伸長率4%~8%；耐熱性與聚酰亞胺纖維相當（6）聚1,3,4-二噁唑（POD）纖維制備：一步法644.4功能合成纖維4.4.1高彈性合成纖維氨綸的突出特點就是高彈性氨綸的高分子鏈組成包括兩部分：軟鏈段和硬鏈段非晶性的脂肪族聚酯或聚醚組成，常溫下處于高彈態(tài)結晶性的芳香族二異腈酸酯組成，應力下不變形因為高分子鏈是由低熔點無定形的軟鏈段為母體和嵌在其中的高熔點結晶的硬鏈段組成65（2）用高間規(guī)度聚氯乙烯制備，即第二代氯綸制備：采用低溫-30℃聚合，溶液紡絲制成氯綸性能:P171，表4-204.4.2耐腐蝕合成纖維（1）用無規(guī)立構聚氯乙烯制備，即統(tǒng)稱的氯綸制備：聚氯乙烯采用懸浮聚合，45~60℃；成纖聚氯乙烯分子量60000~100000；溶液紡絲制備氯綸性能：抗靜電性好、保暖性好、耐腐蝕性好66氟綸制備：聚四氟乙烯采用乳液聚合法凝聚成顆粒，相對分子質量300萬，然后采用乳液紡絲法制成氟綸性能：化學穩(wěn)定性突出，耐強酸、強堿力學性能（表4-21）674.4.3阻燃合成纖維極限氧指數(shù)（limitingoxygenindex,LOI）纖維點燃后在氧-氮混合氣體中維持燃燒所需要的最低含氧量的體積分數(shù)LOI≤21%，纖維可在空氣中燃燒，屬于可燃纖維；LOI＞21%，屬于阻燃纖維。合成纖維的燃燒性能，p171，表4-2268具有生物相容性生物可降解性合成纖維和不可降解性合成纖維4.4.4醫(yī)用合成纖維脂肪族聚酯纖維包括聚羥基乙酸、聚乳酸、聚己內酯、聚羥基丁酸酯、聚羥基戊酸酯及其共聚物；纖維分子鏈中的酯鍵易水解或酶解；可用于醫(yī)學可吸收縫線、自增強人造骨復合材料、無紡布聚酰胺、滌綸、腈綸、丙綸等；可醫(yī)用丙綸、聚酰胺、滌綸用于非吸收性縫合線；滌綸、氯綸用于制造人工血管；聚丙烯腈中空纖維用于人工腎；聚丙烯中空纖維用于人工心臟69新合纖：采用超細合成纖維制備的具有新質感的纖維織物纖度：用1000m長纖維質量的1/10質量表示，單位分特；它是表征纖維粗細的指標4.4.5超細合成纖維粗旦纖維中旦纖維細旦纖維微細纖維超細纖維纖維根據(jù)纖度分類：70差別化合成纖維：通過分子設計合成或通過化學和物理改性制備具有預想結構和性能的成纖聚合物或利用革新的紡絲工藝賦予纖維新的性能并與通用纖維有差別的纖維通過對合成纖維分子鏈和表面的改性和復合化技術，可提高纖維的染色性、制備抗靜電纖維、阻燃性通用合成纖維、抗起球纖維等71合成纖維的改性技術合成纖維的改性技術分子主鏈改性分子側鏈改性表面改性復合化共聚反應接枝反應引入功能基團雙組分纖維混紡添加改性劑銻72兩種不同纖維組成的熔體紡絲工藝：P174，圖4-33雙組分纖維的形態(tài)：（圖4-34）（1）皮芯結構（2）并列結構（3）橘瓣結構（4）帶形結構（5）海島結構4.4.6雙組分纖維734.4.7智能合成纖維對環(huán)境具有感知能力并且對人們的需求作出反應的合成纖維智能合成纖維服裝可以檢測身體功能、轉發(fā)電子郵件、判斷人的情緒、可以改變顏色等具有微型計算機、全球定位系統(tǒng)和通信裝置的服裝；安裝太陽能處理系統(tǒng)的服裝；抗菌服裝；自洗衣；智能泳衣；救生電子滑雪服；生命襯衣等744.4.8導電纖維利用導電聚合物紡絲制備的纖維例如，聚3,4-乙烯基二甲噻吩摻雜聚苯乙烯磺酸754.4.9中空纖維分離膜優(yōu)點：（1）較大的膜面積/單位體積比，因此具有較高的單位體積分離膜組件產率；（2）自載，液體分離時可清洗；（3）靈活的操作性聚醚砜中空纖維和孔結構，P175，圖4-35764.4.10高分子光纖高分子光纖是因為光在纖維界面上全反射或纖維的折射率梯度而使光在纖維內曲折反復傳播把光約束在纖維內進行導光的材料高分子光纖構造圖P176，圖4-36包括