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完整word版第五章合成纤维
第五章合成纤维
§5.1合成纤维的概况
合成纤维:
是化学纤维中的一类。
是以石油、天然气、媒、农副产品为原料,经过一系列的化学反应,制成合成高分子化合物,再经化学加工而制得的纤维。
合成纤维的共性特性:
坚牢耐磨,质轻,易洗快干,不易起皱,不霉不蛀。
纤维密度小,断裂强度和断裂伸长率都较大,弹性较好,耐磨性也较好,摩擦系数大,织物易起毛球,吸湿能力较差,吸湿后强、伸度变化不大,化学稳定性较好,不霉不蛀,对一般染料的染色性较差,导电性较差,易产生静电,易沾染灰尘,具有与天然纤维和再生纤维不同的热学性质。
合成纤维的主要品种:
聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶、尼纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)和聚丙烯纤维(丙纶)。
其次是聚乙烯醇纤维(维纶、维尼纶)、聚氨酯弹性纤维(氨纶)和聚氯乙烯纤维(氯纶)。
一合成纤维的发展概况
20世纪30年代中期开始
20世纪40年代初期发展起来:
第一个真正实现工业化生产的合成纤维:
聚酰胺纤维(尼纶)
20世纪50年代初期:
聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酯纤维相继实现工业化。
20世纪60年代:
石油化学工业迅猛发展促进合成纤维的发展,1960粘聚丙烯纤维实现工业化生产。
20世纪70年代:
利用化学改性和物理改性手段,通过分子设计制成改性合成纤维,即“差别化纤维”,与原有合成纤维相比,各种性能都有较大改进。
目前特种纤维
我国合成纤维工业情况:
具体见P123
二合成纤维生产简介
生产过程可概括为以下四个工序:
(1)原料准备:
将从石油、煤。
天然气、石灰石中提炼了的可供化学合成的有
机化合物,通过聚合反应,将单体分子聚合成为平均分子量很高,且具备纺丝性能的高分子聚合物。
(2)纺前准备:
纺丝熔体或纺丝溶液的制备
(3)纺丝:
将成纤高聚物的熔体或浓溶液,利用纺丝泵(或称为计量泵)
连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔中挤出,而成液态细流,再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维。
(4)后加工:
即纤维的后处理。
主要是拉伸和热定形。
熔体纺丝:
见P124锦纶、涤纶、丙纶
纺丝方法:
湿法纺丝:
见P124腈纶短纤维
溶液纺丝
干法纺丝:
见P125腈纶长丝、氨纶弹性丝
§5.2涤纶的结构与性能
聚酯纤维:
是由大分子链中的各链节通过酯基(-CO-O-),相连的成纤高聚物纺制而成的合成纤维。
英文缩写:
PET
PTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯。
PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维。
是近年来开发的一种新型聚酯纤维。
我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85%以上的纤维称为涤纶,发展速度最快,生产量最大。
聚酯纤维性能特点:
强伸度较好,弹性优良;耐磨性能好,但其织物易起毛起球;小负荷下不易变形,尺寸稳定性好,易洗快干,洗后保形性好,具有优良的免烫性;耐热性好,耐晒性也好,但遇火容易熔融;染色性能较差。
一涤纶生产简介
主要成分为:
对苯二甲酸乙二酯,以对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)为原料通过酯交换法和直接酯化法,合成而得到的一种结晶性高聚物。
因为其熔点低于热分解温度,所以采用熔体纺丝法。
纺丝成形可分为切片纺丝(长丝)和直接纺丝(短纤维)
二涤纶的结构
1表面及横截面:
纵向光滑、均匀、无条痕的圆柱体。
横截面:
接近圆形
2涤纶的分子结构
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的化学结构式如下:
从结构中可以看出:
(1)涤纶为线型分子,分子链的两端各有一个羟基,中间每个单元链节都有由苯环通过酯基与乙基相连,没有大的支链和侧链。
取向为拉伸方向且平行排列,分子链高度立体规整性结构,具有紧密敛集的能力和结晶倾向。
因而较高的机械强度和形状稳定性。
(2)分子中除两端含有-OH外,不含有其他亲水基团,且缺乏与染料分子结合的官能团,故涤纶吸湿性差,染色性差。
属于疏水性纤维。
(3)酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力,但苯环和亚甲基的稳定性
好,所以涤纶的化学稳定性较好。
(4)涤纶大分子的基本链节中含有苯环,阻碍了大分子的内旋转,使主链刚性增加,但还含有一定数量的亚甲基,又有一定的柔性。
所以涤纶具有弹性优良,挺括,尺寸稳定性好的优异性质。
三涤纶的性能
1物理性能
(1)颜色:
一般为乳白色并带有丝光一样的光泽
(2)密度:
完全无定形时1.333g/cm3,完全结晶时为1.455g/cm3,一般在
1.38~1.40g/cm3,
(3)回潮率:
标准状态下为0.4%,吸湿性低,洗可穿性好,但加工时静电现象严重,织物透气性和吸湿性差。
(4)热性能:
玻璃化温度为:
68~81℃,软化点温度为:
230~240℃,在几种主要合成纤维中,涤纶的耐热性最好。
(5)耐光性:
仅次于腈纶
(6)电性能:
因吸湿性低,导电性差,一种优良的绝缘体。
2力学性能
(1)强度高,湿态下强度不下降
(2)延伸度适中
(3)模量高:
是大规模生产的合成纤维中,以涤纶的初始模量为最高,使织物的尺寸稳定,不变形,不走样。
(4)回弹性好
(5)耐磨性:
仅次于锦纶,超过其他纤维。
3化学性能
在涤纶大分子中,苯环和亚甲基的稳定性较好,故涤纶化学稳定性好,除耐碱性差外,耐其他化学试剂性能均优良。
(1)耐酸性:
对酸(尤其是有机酸)很稳定,但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用。
(2)耐碱性:
大分子上的酯基受碱的作用很容易水解,只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。
(3)耐溶剂性:
对一般的非极性有机溶剂有极强的抵抗能力,在室温下对极性溶剂也有相当强的抵抗能力。
(4)对氧化剂和还原剂的稳定性:
对二者均有良好的稳定性。
4耐微生物性
不受虫蛀、霉菌的作用
5吸湿、染色性能
吸湿差,透气性不好,容易产生静电,易吸附灰尘。
染色比较困难
6起球现象
因为涤纶纤维表面光滑,纤维间抱合力差,纤维的尖端容易散露在织物表面形成绒毛,经摩擦后缠结形成小球,由于强度高,弹性好,小球难以脱落。
7静电现象
吸湿性差,导电性差,摩擦易产生静电。
四改性涤纶
主要针对普通涤纶的缺点:
染色性差,使用的染料种类少,吸湿性差,易在纤维上积聚静电,织物易起球等进行改性,得到涤纶差别化纤维。
化学改性:
共聚和表面处理
改性方法
物理改性:
共混纺丝、变更纤维加工条件、改变纤维形态及混纺交织。
(一)涤纶改性的途径(具体见P134)
改变涤纶的性能,必须从改变其大分子链结构入手。
一般方法有
1化学改性
2物理改性
(二)改性涤纶
1易染改性涤纶
易染色:
用不同类型的染料染色,且在采用同类染料染色时,染色条件温和,色谱齐全,色泽均匀及坚牢度好。
阳离子染料可染聚酯纤维CDP
酸性染料可染聚酯纤维
分散染料易染聚酯纤维
2抗静电聚酯纤维
3抗起球聚酯纤维
物理改性方法:
使纤维截面异形化,增加纤维抱合力
化学改性方法:
降低纤维的强力
§5.3锦纶的结构与性能
锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称,其分子主链是由酰胺键(—HN—CO—)连接.
二元胺和二元酸缩聚:
分别用两个数字表示二者所含的碳原子数,前者代表二元胺的碳原子数,后者代表二元酸的碳原子数,如锦纶66,锦纶1010
由ω-氨基酸缩聚或己内酰胺开环聚合:
其数字表示氨基酸或己内酰胺的碳原子数。
锦纶的特性:
耐磨性、弹性好,强度、延伸度高,相对密度小,耐霉耐蛀。
一锦纶生产简介
1锦纶6的生产
分子结构式:
H[NH(CH2)5CO]nOH
锦纶6的化学名称为聚己内酰胺,由己内酰胺为原料,在适当的温度和活化剂(如少量水)存在下,经系列反应开环聚合。
平均分子量控制在2万左右。
2锦纶66的生产
分子结构式:
H[NH(CH2)6NH-OC(CH2)CO]nOH
锦纶66的化学名称为聚己二酰己二胺,由己二酸和己二胺为原料按1:
1等摩尔混合制成盐,再进行缩聚。
平均分子量控制在2万至3万之间。
二锦纶的结构
与涤纶相似,纵向光滑,截面接近圆形。
大分子主链是由碳原子和规律相间的氮原子构成,主链上无侧基,容易形成结晶,相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚胺基生成氢键。
锦纶在冷却成形和拉伸过程中,由于纤维内外所受的温度不一致,使锦纶具有皮芯结构,皮层较为紧密,取向度高而结晶度低,芯层则取向度低而结晶度高。
三锦纶的性能
1断裂强度
因为结晶度、取向度以及分子间力大,所以强度也比较高。
锦纶的吸湿率较低,湿态强度为干太强度的85~90%。
2断裂伸长
随品种而异,强力丝约为20~30%,普通丝为25~40%,锦纶6约为40~50%,湿态下的断裂伸长比干太高3~5%。
3初始模量
比其他纤维都低,因此使用过程中容易变形。
4回弹性
回弹性极好
5耐磨性
所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维
6吸湿性
比天然纤维和再生纤维素纤维都低,但在合成纤维中,仅次于维纶
7染色性
在合成纤维中属于较容易染色,可用酸性染料、分散染料染色。
8耐光性
耐光性差,在长时间的日光和紫外线照射下,强度下降,染色发黄。
9耐热性
耐热性不好,在150℃下,经历5小时即变黄,强度和延伸度显著下降。
收缩率增加。
但有良好的耐低温性能。
10化学性质
耐碱性较强,在室温50%NaOH溶液中,对他没有影响,但酸可使锦纶大分子的酰胺键水解。
引起纤维的聚合度降低。
因此锦纶对酸不稳定,对浓的强无机酸尤为敏感。
对氧化剂的稳定性差。
11其他性能
相对密度为1.04~1.14,保行性不好。
作成的服装不如涤纶挺括,易于变形。
§5.3腈纶的结构与性能
腈纶是我国市场上聚丙烯腈纤维的商品名称,聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量占85%以上和其他第二、第三单体的共聚物纺制而成的纤维。
具有羊毛的特征,故被称为“合成羊毛”。
其蓬松性和保暖性好,手感柔软,防霉,防蛀,优越的耐光性和耐辐射性。
一腈纶生产简介
1纺丝原液的制备
聚丙烯腈在加热的条件下既不软化又不熔融,在280~300℃下分解,故不能进行熔体纺丝,而采用溶液纺丝法(干法或湿法纺丝)。
纺丝原液的生产工艺分为一步法和二步法。
一步法是指所有溶剂即能溶解单体混合物,又可溶解聚合产物,反应结束后聚合物溶液直接用作纺丝原液。
两步法是指聚合和纺丝分两步进行,聚合反应采用非均相水相沉淀聚合法,反应后将聚合物从反应体系中分离出来并干燥得到粉状固体,然后将其溶解在适当溶剂中制成纺丝原液。
2纺丝方法
聚丙烯腈一般采用湿法纺丝或干法纺丝。
湿法纺丝:
纺丝原液由喷丝孔挤出进入凝固浴后,纺丝细流的表层首先与凝固介质接触并很快凝成一薄层,凝固浴中的凝固剂(水)不断通过这一表层扩散至细流内部,而细流中的溶剂也不断通过表层扩散至凝固浴中,这一过程即湿法成型中的双扩散过程。
由于双扩散的不断进行,使纺丝细流的表皮层不断增厚,当细流中的部分容积浓度降低至某一临界值以下时,纺丝细流发生相分离。
初生纤维从溶液中沉淀下来,并伴随一定体积的收缩。
干法纺丝:
就是凝固介质不是溶剂的水溶液,而是热空气。
二腈纶的结构
腈纶的形态结构
光学显微镜下,腈纶的纵向表面有沟槽,呈树皮状,湿法纺丝生产的腈纶截面基本上是圆形的,而干法生产的截面呈哑铃形。
聚丙烯腈纤维的结构特点:
具有很多不完整的准晶态结构和较高的侧向序态,这一结构特点使聚丙烯腈纤维对热比较敏感。
三腈纶的性能
聚丙烯腈的化学性能
1密度:
湿法纺丝腈纶密度为1.16~1.18g/cm3,干法腈纶为腈纶1.14~1.17g/cm3。
2吸
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