材料學專業(yè) 人造纖維的性能與應用前景

人造纖維的性能與應用前景摘要：人造纖維素纖維具有綠色環(huán)保、可循環(huán)使用的特點，且某些服用方面的性能優(yōu)于棉、麻等天然纖維，因而受到廣大消費者的喜愛。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，人造纖維素纖維的生產(chǎn)工藝逐年改進，其種類和性能得到優(yōu)化，生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染進一步減小，使用量也逐年增加。本文介紹了常用人造纖維素纖維的種類、性能以及應用前景，研究人造纖維今后的發(fā)展狀況。關鍵字：人造纖維；性能；應用前景Propertiesandapplicationprospectsofman-madefibersabstract:Artificialcellulosefibersaregreen,environmentallyfriendlyandrecyclable,andtheirwearingpropertiesaresuperiortothoseofnaturalfiberssuchascottonandhemp,sotheyarepopularwithconsumers.Inrecentyears,withthedevelopmentofscienceandtechnology,theproductionprocessofman-madecellulosefibershasbeenimprovedyearbyyear,andtheirtypesandpropertieshavebeenoptimized.Thepollutiontotheenvironmentintheproductionprocesshasbeenfurtherreduced,andtheusagehasincreasedyearbyyear.Inthispaper,thetypes,propertiesandapplicationprospectsofcommonlyusedman-madecellulosefibersareintroduced,andthedevelopmentstatusofman-madefibersinthefutureisstudied.Keywords:man-madefibers;properties;applicationprospects目錄引言： 3一、人造纖維介紹 3二、粘膠纖維的性能研究 42.1粘膠纖維 42.2變性劑物化指標分析 52.3變性劑應用性能分析 62.4結論 6三、其余幾種人造纖維的性能分析 63.1性能分析 63.2存在問題 73.3研究現(xiàn)狀 73.4結論 8四、人造纖維的應用前景 8引言：隨著科學技術的發(fā)展，人造纖維素纖維的生產(chǎn)工藝逐年改進，其服用性能也得到良好改善。人造纖維素纖維具有綠色環(huán)保、可循環(huán)使用多次的特性，并且某些服用方面的性能優(yōu)于天然的纖維素纖維。近年來，人們對人造纖維素纖維的使用量日益增多，本文主要選取人造纖維中的粘膠纖維為分析對象，同時還分析了莫代爾纖維、萊賽爾纖維、銅氨纖維，通過比較來分析他們的性能，最后也討論了人造纖維的應用前景。一、人造纖維介紹人造纖維分為再生纖維和化學纖維，其中再生纖維是由木材和草纖維經(jīng)化學加工制成的粘膠纖維;化學纖維是由石油、天然氣、煤炭和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品制成的合成纖維。根據(jù)人造纖維的形狀和用途，它們可以分為人造絲、人造棉和人造羊毛。主要品種有粘膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維等。再生纖維可分為再生纖維素纖維、纖維素酯纖維、蛋白質(zhì)纖維等天然高分子纖維。與化學纖維相比，其性能屬于短纖維。以下是再生纖維的介紹:再生纖維素纖維由纖維素制成，其結構為纖維素II。由于耕地的減少和石油資源的枯竭，天然纖維和合成纖維的產(chǎn)量將越來越受到限制。在人們重視紡織品消費過程中的環(huán)境保護的同時，再生纖維素纖維的價值也得到了重新認識和探索。目前，再生纖維素纖維的應用獲得了前所未有的發(fā)展機遇。再生纖維素纖維的發(fā)展可分為三個階段，形成三代產(chǎn)品。第一代粘膠纖維是20世紀初為解決棉花短缺而出現(xiàn)的普通粘膠纖維。第二代高濕模量粘膠纖維自20世紀50年代開始工業(yè)化生產(chǎn)。其主要產(chǎn)品有日本開發(fā)的木棉虎(后命名為Polynosic)和美國開發(fā)的HWM改性高濕模量纖維，以及藍晶公司在20世紀80年代末采用新技術生產(chǎn)的模量纖維。20世紀60年代末以來，由于合成纖維生產(chǎn)技術的迅速發(fā)展、原料的豐富和成本的低廉，合成纖維極大地影響了再生纖維素纖維的市場地位。許多研究機構和企業(yè)更加重視新型合成纖維的開發(fā)和應用。在此期間，世界上再生纖維素纖維的發(fā)展趨于停滯。第三代產(chǎn)品以上世紀90年代引進的天絲短纖維和新細胞長絲為代表。受健康、環(huán)保意識、崇尚自然等因素的影響，人們對再生纖維素纖維有了新的認識，新一代再生纖維素纖維的理化性能得到了全面提高。因此，再生纖維素纖維的應用又呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。一種由天然蛋白質(zhì)制成的類似羊毛的纖維。羊毛和絲綢是天然的蛋白質(zhì)纖維。1866年，英國人e·e·休斯(e.e.Hughes)首次成功地用動物膠生產(chǎn)出了合成蛋白質(zhì)纖維。他在醋酸中溶解動物膠體，在硝酸水溶液中固化并拉絲，然后用亞鐵鹽溶液反硝化，進一步加工蛋白質(zhì)纖維，但沒有工業(yè)化。直到1935年，意大利的弗雷迪才從牛奶中提取酪蛋白，制成人造羊毛。由天然蛋白質(zhì)制成的蛋白質(zhì)纖維在性質(zhì)上與羊毛相似。基本結構單元是氨基酸，它是由酰胺鍵(肽鍵)結合在一起的聚合物。與天然羊毛相比，它具有不易收縮、不易蟲蛀、不易保存等優(yōu)點，但其保暖性和柔軟性卻不如天然羊毛。工業(yè)生產(chǎn)蛋白纖維的主要原料是酪蛋白、花生蛋白和大豆蛋白。纖維素酯纖維是指從木材、短纖棉等植物原料中提取的纖維素，以及與有機酸反應合成的纖維素衍生物、纖維素酯，其大分子化學結構仍為纖維素酯結構。蛋白質(zhì)纖維和其他天然高分子纖維。二、粘膠纖維的性能研究2.1粘膠纖維粘膠纖維在使用過程中，濕態(tài)時容易急劇膨脹，濕強度低，濕模量低，導致織物的耐洗性和耐堿性差。堿處理后織物的強度和濕模量顯著降低。粘膠纖維生產(chǎn)中,添加變性劑可以抑制再生的纖維素黃原酸的比例可以調(diào)整混凝劑成分的擴散速度,高分子聚合物的形成率和縱向速度場中的沉降速度,延遲的再生纖維素,促進纖維皮層厚度的增加,提高纖維的取向,并使主纖維承受更大的延伸,這是非凡的。提高纖維的物理力學性能。向粘膠中添加變性劑可以提高普通粘膠纖維的斷裂強度，形成濕模量較高的粘膠纖維。變性劑的加入還能顯著提高原纖維的拉伸強度，其應用已成為新一代粘膠纖維生產(chǎn)中不可缺少的環(huán)節(jié)。變性劑種類繁多，可概括為:脂肪族胺和環(huán)脂肪族胺、多胺類化合物、聚氧乙烯及其與脂肪族胺、脂肪族醇、脂肪酸或酰胺、乙烯硫醇、咪唑及其衍生物的縮合物。其中以胺類和聚氧乙烯類衍生物為主。它們大多屬于陽離子表面活性劑或兩性表面活性劑。活性基團在末端可以有效抑制氫離子滲透到凝膠中，延緩纖維素酯的形成。目前，常用胺類和聚氧乙烯類等混合變性劑使混合變性劑具有獨特的性能。我國變性劑的研發(fā)落后于世界。國內(nèi)粘膠纖維生產(chǎn)廠家主要依靠進口。其應用成本高、技術約束強，極大地制約了我國粘膠纖維工業(yè)的發(fā)展。研究開發(fā)粘膠纖維變性劑，將有助于克服制約因素，降低成本，提高粘膠纖維的使用性能，促進粘膠纖維的升級換代。采用柱層析法對進口變性劑MDF的化學成分進行了分析，制備了自制的變性劑MDF。將這兩種變性劑應用于紡絲前的黏液中，考察了自制變性劑的應用性能。2.2變性劑物化指標分析根據(jù)測試及分析結果，配制變性劑，各組分的質(zhì)量分數(shù)如下:聚乙二醇HO(CH2CH2O)8H3%、脂肪醇聚氧乙烯醚CH3(CH2)6CH2OCH2CH2O(CH2CH2O)5H8%、脂肪胺聚氧乙烯醚CH3(CH2)10CH2NHCH2CH2O(CH2CH2O)9H48%、脂肪胺聚氧乙烯醚CH3(CH2)16CH2NHCH2CH2O(CH2CH2O)14H31%、其余為水。對樣品MDF及自制變性劑進行物性指標測試。自制變性劑的各項物性指標與樣品MDF相比，性能良好，可達到較小的潤濕時間、表面張力和揮發(fā)損失。2.3變性劑應用性能分析將自制的MDF和自制的變性劑分別應用于粘膠纖維的生產(chǎn)中，確定了粘膠纖維的性能指標。自制的變性劑用于粘膠纖維生產(chǎn)，完全滿足生產(chǎn)需要。該產(chǎn)品的性能優(yōu)于樣品。自制改性劑形成的粘膠纖維具有較好的斷裂強度和斷裂伸長率，濕模量較高，符合高濕模量粘膠纖維的產(chǎn)品指標。2.4結論以水為溶劑，自制變性劑。測試表明自制變性劑具有良好的物性指標，潤濕滲透性可達5.185s，表面張力達到27.61mN/m，揮發(fā)損失為0.004。該自制變性劑應用于粘膠纖維生產(chǎn)中，提高了產(chǎn)品性能。其產(chǎn)品的干、濕斷裂強度分別為3.59和2.18cN/dtex，干、濕斷裂伸長分別為14.10%和14.33%，纖維濕模量(×20)可達到14.60cN/dtex。三、其余幾種人造纖維的性能分析3.1性能分析粘膠纖維具有z形截面和少量的縱向橫條。它是由纖維在再生過程中拉伸、纏繞、干燥和收縮而形成的一種獨特的纖維形式。模態(tài)纖維截面呈啞鈴形，縱向橫紋較少。在成形過程中，還會產(chǎn)生機械張力，如張力、卷繞、干燥和收縮等。臺灣臺華集團生產(chǎn)的小纖維、銅氨纖維、臺華模態(tài)纖維的截面為圓形或近似圓形，縱向無明顯條紋。圖2-6為掃描電鏡下3000倍放大場下各纖維的截面形貌。再生纖維素纖維的微觀結構受紡絲工藝的影響，在結晶度、聚合度和取向度等方面存在差異。再生纖維素纖維的聚合度、結晶度和取向因廠家生產(chǎn)工藝的不同而不能完全確定，國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的纖維結晶度相對較低。結果表明，幾種再生纖維素纖維的結晶度不同，因此其宏觀性能也不同。然而，x射線衍射只能檢測單一純度纖維的結晶度，檢測成本較高。針對我國再生纖維素纖維結晶度不固定的現(xiàn)狀，用結晶度試驗法測定纖維結晶度存在一定的誤差。3.2存在問題近年來，學者們對再生纖維素纖維的定性分析做了大量的研究，其中大部分集中于對圓形小纖維和銅氨纖維的鑒別。目前，對再生纖維素纖維的定性標準原則是一致的。首先，通過燃燒、溶解和熔點測定纖維素纖維。然后根據(jù)纖維的橫截面形態(tài)對具體類型進行定性分析(如粘膠纖維橫截面呈鋸齒狀，縱向有少量橫條紋)。由于不同廠家采用的生產(chǎn)工藝不盡相同，所生產(chǎn)的再生纖維素纖維的形態(tài)也會與標準上標注的不同。有些纖維介于粘膠纖維和模態(tài)纖維之間，不能根據(jù)標準規(guī)定的形狀給出準確的定性結果。此外，根據(jù)目前的方法標準，無法對上述近圓形細纖維、銅氨纖維和臺式模態(tài)纖維進行定性表征。3.3研究現(xiàn)狀隋樹香和其他人提出,較小的纖維和銅氨纖維的識別是基于事實,大多數(shù)的小纖維顫動的屬性,并通過機械外力的作用,纖維性顫動的小纖維增加,從而達到識別的目的。然而，這種方法并不適用于所有較小的纖維。一些較小的纖維不具有纖維性顫動，也不能通過機械外力產(chǎn)生纖維性顫動。趙玲、李菊竹提出通過測定銅離子濃度來鑒別較細纖維和銅氨纖維。測試原理是銅氨纖維在紡絲過程中會附著在銅氨溶液中的一些銅離子上，使銅離子在纖維上的濃度高于在較小纖維上的濃度。然而，這種方法存在很多干擾因素，其中兩個更重要的原因是:1。銅氨纖維是在紡絲過程中產(chǎn)生的。在印染過程中，染料和助劑中會引入一些銅離子，影響測試結果。此外，李菊竹還提出，通過測定纖維在堿溶液中的膨脹性能(根據(jù)膨脹率)，來鑒別較細纖維和銅氨纖維。需要在短時間(30秒)內(nèi)測試100根纖維，但沒有考慮30秒內(nèi)纖維直徑是否發(fā)生劇烈變化，以及后續(xù)染整對纖維膨脹的影響。一些研究人員提出用染色劑對纖維進行染色，并根據(jù)纖維染色效果的不同進行定性分析。然而，目前還沒有有效的染色劑可以使不同的纖維呈現(xiàn)不同的染色效果，染料和助劑對織物的染色效果也會受到影響。3.4結論隨著再生纖維素纖維的日益廣泛應用，其優(yōu)良的性能也受到消費者的青睞。純再生纖維素纖維及與其他纖維混紡產(chǎn)品的比例逐年增加。然而，人們?nèi)匀徊荒軠蚀_地識別再生纖維素纖維的類型，特別是對較細纖維和銅氨纖維的識別。因此，這些問題需要纖維研究人員和纖維檢測人員進行進一步的研究和解決，為識別不斷增長的市場提供有力的依據(jù)。四、人造纖維的應用前景隨著發(fā)展中國家的崛起和龐大的中產(chǎn)階級的出現(xiàn)，這將給人造纖維行業(yè)帶來前所未有的市場前景。這也表明貧困的減少和繁榮的增加。據(jù)臺灣媒體報道，2010-2020年，印度、中國和南亞的人造纖維需求將增長43%，東歐和土耳其的需求將強勁增長。但媒體將2007年的預測與2002年的預測進行了比較，發(fā)現(xiàn)它們低估了中國內(nèi)地的生產(chǎn)率。因為他們發(fā)現(xiàn)，過去10年，中國大陸人造纖維的消費量增長了兩倍。如果中國大陸繼續(xù)像今天這樣發(fā)展下去，在不久的將來，將有2.4億到2.9億人進入中產(chǎn)階級，大約五分之二的人口將成為中產(chǎn)階級。此外，中國大陸可能產(chǎn)生超過32萬的百萬富翁，占世界總人口的0.1%。在印度，中產(chǎn)階級估計在2.5億到2.5億之間，大約有8.3萬名百萬富翁。在歐洲和北美，由于人口增長緩慢，人均纖維消費量保持不變，由于這兩個地區(qū)人口老齡化嚴重，對醫(yī)療保健和醫(yī)用紡織品的需求急劇增加，從而為該行業(yè)帶來了市場潛力。由于能源和原材料的成本進一步提高，節(jié)能型纖維如碳素纖維和技術類紡織品將進入需求的良性循環(huán)期。諸如汽車用纖維也將保持旺盛的需求，但由于汽車技術不斷改進，帶有纖維的汽車零配件產(chǎn)品將退出市場。歷史上，人口增長與經(jīng)濟繁榮幾乎是一致的，但由于能源和原材料已經(jīng)成為主流趨勢的兩個重要因素，人造纖維行業(yè)也將受制于這兩個因素。法曼解釋說，對合成纖維的需求已經(jīng)成為一種商品，人類不能離開它去吃、穿、住和運輸，而且大多數(shù)纖維產(chǎn)品都直接與人體接觸，因此產(chǎn)品的經(jīng)濟性、環(huán)保性和有害指標都將成為未來的主要議題。未來的紡織品市場不僅依賴于人類的購買熱情,更在于其綠色環(huán)保和生態(tài)性能。由此可以認定，未來的人造纖維前景不僅取決于經(jīng)濟景氣度，更取決于人造纖維的綠色環(huán)保性能，而生態(tài)型產(chǎn)品將會像火箭發(fā)射般迅速走紅市場。目前，約有130種紡織產(chǎn)品獲得歐盟生態(tài)商標通過，但這一數(shù)字可望迅速改變:因為，綠色商標產(chǎn)品與其他趨勢緊密相連。專門化產(chǎn)品和有區(qū)別的產(chǎn)品可能獨占鰲頭。比如，休閑服和運動服產(chǎn)品真正實現(xiàn)了專業(yè)化和區(qū)別化。還有，騎車兜風在西方盛行.汽車兜風要有專門的服裝，長途跋涉和徒步旅行也需要專門的外衣.這樣更多的專門化生產(chǎn)將應運而生.面入造纖維商需要對特殊專業(yè)產(chǎn)品市場具有敏感性，否則他們就不會成功。例如，醫(yī)療紡織品和休用紡織品就有很大的區(qū)別.其產(chǎn)品的保濕性到底符合哪一種，就必須費有獨特的視角.為此.許多廠家開始啟用先進的技術。毫無疑問，人造纖維產(chǎn)品的開發(fā)周期和進入市場的時間在未來將會進一步縮短?；w工業(yè)的發(fā)展主要受上游原料和下游紡織工業(yè)的影響。這給化纖工業(yè)的發(fā)展帶來了光明。2004年，中國紡織服裝出口已達900億美元左右。紡織工業(yè)的發(fā)展為化纖的應用提供了更