《合成纖維介紹》PPT課件.ppt

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第六章合成纖維 聚酯 滌綸 PET 聚酰胺 錦綸6 錦綸66 PA 聚丙烯腈 腈綸 PAN 聚丙烯 丙綸 PP 聚氨酯 氨綸 PU 聚乙烯醇縮醛化纖維 維綸 PVA 聚氯乙烯 氯綸 PVC 等合成纖維的生產(chǎn)原理及性能 基本要求 主要參考書(shū) 1 王菊生 孫鎧 染整工藝原理 一 北京 紡織工業(yè)出版社 1990 2 詹懷宇主編 纖維化學(xué)與物理 北京 科學(xué)出版社 2005 3 肖長(zhǎng)發(fā) 尹翠玉等編 化學(xué)纖維概論 北京 中國(guó)紡織出版社 1997 1 合成纖維的起始原料石油 天然氣 煤 農(nóng)副產(chǎn)品2 合成纖維的加工過(guò)程低分子單體聚合反應(yīng)紡絲成形后加工3 合成纖維的特點(diǎn)強(qiáng)度高 彈性好 比重小 保暖性好 耐磨 耐化學(xué)藥品腐蝕 不易霉變和蟲(chóng)蛀等其混紡織物具有挺括 滑爽 免燙 快干等特點(diǎn) 4 發(fā)展概況 第一節(jié)合成纖維的基礎(chǔ)知識(shí) 合成纖維的共性 1 相對(duì)密度 可決定紡織品的性能和經(jīng)濟(jì)性 相對(duì)密度低 服用纖維材料 有利于服裝的舒適性高 產(chǎn)業(yè)用纖維材料 可減少負(fù)荷 2 機(jī)械性能 1 合成纖維強(qiáng)度通常較高 處于纖維材料中上等水平 是具強(qiáng)韌性的纖維材料 2 耐磨性高 3 光學(xué)性能 耐光性比較 聚丙烯腈 聚酯 聚酰胺 聚丙烯 聚氯乙烯 4 電學(xué)性能 合成纖維的比電阻高于天然纖維和再生纖維 與吸濕性有關(guān) 聚酯和聚丙烯纖維比電阻最高合成纖維生產(chǎn)和使用易引起靜電 5 耐熱性和熱收縮 溫度升高 合成纖維斷裂強(qiáng)度逐漸下降 斷裂延伸度增加 1 吸濕性好的合成纖維濕熱收縮率 干熱收縮率吸濕性差的合成纖維干熱收縮率 濕熱收縮率 2 長(zhǎng)絲拉伸倍數(shù)高 熱收縮率大 短纖維拉伸倍數(shù)低 熱收縮率小 6 染色性能 合成纖維的主要質(zhì)量指標(biāo) 1 線密度 單纖維越細(xì) 手感越柔軟 光澤柔和且易變形加工 2 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)荷與纖維線密度之比 牛 特 3 斷裂伸長(zhǎng)率 纖維在伸長(zhǎng)至斷裂時(shí)的長(zhǎng)度與原有長(zhǎng)度增加的百分?jǐn)?shù) 4 初始模量 合成纖維中滌綸的初始模量最大 其次為腈綸 錦綸較小 5 燃燒性能 6 吸濕性 吸濕性好的纖維摩擦和靜電作用小 穿著舒適 7 染色性 與三因素有關(guān)染色親和力 染色速度 染料 纖維復(fù)合物的性質(zhì) 8 卷曲度 9 沸水收縮率 將纖維放在沸水中煮沸30min后 其收縮后的長(zhǎng)度與原來(lái)長(zhǎng)度之比 用于反映纖維熱定型程度和尺寸穩(wěn)定性的指標(biāo) 纖維一定的卷曲 可以有效的改善纖維的抱合性 同時(shí)增加纖維的蓬松性和彈性 使織物具有良好的外觀和保暖性 常用基本概念 1 長(zhǎng)絲 長(zhǎng)度以千米計(jì)的纖維 1 單絲 用單孔噴絲頭紡制而成的一根連續(xù)單纖維 2 復(fù)絲 數(shù)十根單纖維組成的絲條 3 簾線絲 由一百多根至幾百根單纖維組成的用于制造輪胎簾子布的絲條 噴絲頭 聚酯 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 長(zhǎng)絲 聚酰胺長(zhǎng)絲 2 短纖維 被切成幾厘米至十幾厘米長(zhǎng)度的化纖 1 棉型短纖維 長(zhǎng)度為25 38mm 纖維較細(xì) 線密度1 3 1 7dtex 類(lèi)似棉纖維 主要用于與棉纖維混紡 2 毛型短纖維 長(zhǎng)度為70 150mm 纖維較粗 線密度3 3 7 7dtex 類(lèi)似羊毛 主要用于與羊毛混紡 3 中長(zhǎng)纖維 纖維的長(zhǎng)度為51 76mm 纖維的線密度為2 2 3 3dtex 介于棉型和毛型之間 用于制造中長(zhǎng)纖維織物 短纖維可與天然纖維及其他化學(xué)纖維的短纖維混紡 可得到具有良好綜合性能的混紡織物 3 粗細(xì)節(jié)絲 4 變形紗 5 差別化纖維 紡絲成形不均勻拉伸交替出現(xiàn)粗節(jié)和細(xì)節(jié)部分染色后交替出現(xiàn)深淺色變化 所有經(jīng)過(guò)變形加工的絲和紗 1 彈力絲變形長(zhǎng)絲 分高彈絲和低彈絲 其伸縮性 蓬松性良好 織物厚度 重量 不透明性 覆蓋性和外觀特征等方面接近毛織品 絲織品和棉織品 2 膨體紗利用高分子的熱可塑性 將兩種收縮性能不同的合成纖維毛條按比例混合 經(jīng)熱處理后 高收縮性毛條迫使低收縮性毛條卷曲 從而使混合毛條具有伸縮性和蓬松性 成為類(lèi)似毛線的變形紗 在原有化纖基礎(chǔ)上經(jīng)物理變形或化學(xué)改性而得到的纖維材料 6 異形 截面 纖維采用異形噴絲孔紡制的具有非圓形橫截面的纖維或中空纖維特性 1 光澤性和手感 2 機(jī)械性能 吸水性和染色性 3 抗起球性 蓬松性和透氣性 4 中空纖維的特異性 保暖性和蓬松性優(yōu)良 7 復(fù)合纖維截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物種類(lèi) 1 2 并列型 3 4 皮芯型 5 6 裂離型 7 海島型 8 超細(xì)纖維常規(guī)纖維的線密度為1 4 7dtex細(xì)旦纖維的線密度為0 55 1 3dtex 主要用于仿真絲類(lèi)的輕薄型或中厚型織物超細(xì)纖維的線密度為0 11 0 55dtex 可以用雙組分復(fù)合裂離法生產(chǎn) 主要用于高密度防水透氣織物和人造皮革 仿桃皮絨織物等極細(xì)纖維的線密度在0 11dtex以下 可通過(guò)海島紡絲法生產(chǎn) 主要用于人造皮革和醫(yī)學(xué)濾材等特殊領(lǐng)域 9 新合纖按商品形式分1 超蓬松型采用異收縮混合纖維或多相混合技術(shù)制成2 超細(xì)型采用復(fù)合紡極細(xì)化技術(shù)制成3 超懸垂型按手感分蠶絲手感 桃皮手感 超微細(xì)粉末手感和新羊毛手感 10 易染性合成纖維如化學(xué)改性改善和提高聚酯纖維的可染性和染深性 11 高性能纖維具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu) 其某一項(xiàng)或多項(xiàng)性能指標(biāo)高于普通纖維 主要用于產(chǎn)業(yè)用紡織品的制造12 納米纖維直徑小于100納米的纖維或添加了納米級(jí)粉末填充物的纖維 合成纖維與紡織品 聚酯纖維 具有較高的強(qiáng)度 彈性和耐磨性 而且形狀穩(wěn)定性好 易于水洗聚酰胺纖維 具有優(yōu)異的強(qiáng)度和耐磨性 制成的紡織品經(jīng)熱定型后有良好的形狀穩(wěn)定性和抗皺性聚丙烯腈纖維 具有類(lèi)似羊毛的手感 質(zhì)輕而蓬松 耐光性和耐氣候性佳 合成纖維生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述 1 原料制備高分子化合物的合成 聚合 和機(jī)械處理2 紡前準(zhǔn)備紡絲熔體或紡絲溶液的制備3 紡絲纖維的成形4 后加工拉伸 熱定型 成纖高聚物的要求1 必須是線型的 能伸直的分子 支鏈盡可能少 無(wú)龐大側(cè)基 2 高分子分子間有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔昧?或具有一定規(guī)律性的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu) 3 具有合適的分子量和較窄的分子量分布 4 具一定的熱穩(wěn)定性 其熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)比允許使用溫度高很多 紡絲方法 常規(guī)紡絲方法 熔體紡絲 丙綸 滌綸短纖維 錦綸 溶液紡絲 濕法紡絲 腈綸 維綸 氯綸 干法紡絲 特殊紡絲方法 乳液紡絲 懸浮紡絲 干濕法紡絲 凍膠紡絲 液晶紡絲 相分離紡絲 反應(yīng)紡絲法 化學(xué)纖維長(zhǎng)絲 如 錦綸 醋酯 氯綸 氨綸 第二節(jié)聚酯纖維 概述 聚酯通常是指以二元酸和二元醇縮聚而得的高分子物 其基本鏈節(jié)之間以酯鍵聯(lián)結(jié)而得名 聚酯纖維品種很多 其中以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 PET 含量在85 以上的纖維為主 分子量一般控制在18000 25000之間 優(yōu)點(diǎn) 斷裂強(qiáng)度高 彈性模量高 回彈性適中 熱定型優(yōu)良 耐熱性和耐光性好 其織物具優(yōu)良的洗可穿性 即優(yōu)良的抗有機(jī)溶劑 肥皂 洗滌劑 漂白液 氧化劑性能以及較好的耐腐蝕性 對(duì)弱酸堿等穩(wěn)定 缺點(diǎn) 吸濕性低 染色性較差 靜電現(xiàn)象嚴(yán)重 織物易起球 由英國(guó)Whinfield和Dickson等人發(fā)明 1953年開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn) 商品名稱(chēng)美國(guó) Dacron 日本 Tetoron 英國(guó) Terlenka 等 滌綸 1 滌綸的生產(chǎn)原理 1 酯交換法 對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇在催化劑條件下酯交換生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯 對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯縮聚釋出乙二醇 2 直接酯化法 對(duì)苯二甲酸與乙二醇直接酯化 2 滌綸的結(jié)構(gòu)特征 1 分子結(jié)構(gòu) A 是具有對(duì)稱(chēng)性苯環(huán)結(jié)構(gòu)的線型大分子 無(wú)大的支鏈 其分子線型好 易于沿纖維拉伸方向取向而平行排列B 分子鏈中的 ph COO 基團(tuán)剛性較大 使得純凈的PET熔點(diǎn)較高C 分子內(nèi)的C C鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn) 分子存在兩種空間構(gòu)象D 分子鏈結(jié)構(gòu)具有高度立體規(guī)整性E 分子間無(wú)強(qiáng)大定向作用力 相鄰分子的原子間距為正常的范德華距離 單元晶格為三斜晶系 大分子幾乎呈平面構(gòu)型 2 形態(tài)結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 縛結(jié)分子微原纖原纖滌綸 3 滌綸的性能 1 吸濕性 PET大分子除兩端的羥基外 無(wú)其他親水性基團(tuán) 結(jié)晶度高 分子鏈排列緊密 所以吸濕性差 在水中溶脹度小 干 濕強(qiáng)度和干 濕延伸度基本相同 導(dǎo)電性差 易產(chǎn)生靜電和沾污現(xiàn)象 染色困難 2 熱性能 A 受熱性能 PET為結(jié)晶型和非晶型兩者混合的高分子化合物 溫度在玻璃化溫度和軟化點(diǎn)之間時(shí) 非晶區(qū)內(nèi)某些分子鏈間作用力小的鏈段可運(yùn)動(dòng) 分字鏈間作用力大的鏈段難運(yùn)動(dòng) 晶區(qū)分子鏈不運(yùn)動(dòng)纖維柔韌 但無(wú)高彈態(tài)的彈性溫度大于軟化點(diǎn)時(shí) 非晶區(qū)分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇 分子間相互作用力被拆開(kāi) 類(lèi)似粘流態(tài) 但晶區(qū)鏈段仍未被拆開(kāi)纖維軟化不熔融 喪失纖維使用價(jià)值溫度高于熔點(diǎn)時(shí) 晶區(qū)分子鏈開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 纖維熔融 熔點(diǎn)約為255 滌綸的耐熱性 熱穩(wěn)定性是合纖中最好的 B 玻璃化溫度 完全無(wú)定形部分結(jié)晶取向且結(jié)晶Tg67 81 125 3 物理機(jī)械性能A 強(qiáng)度和延伸度滌綸是合纖中干強(qiáng)度最高的一種纖維B 彈性和耐磨性滌綸彈性高于其他纖維C 洗可穿 性滌綸具有優(yōu)異的抗皺性和保形性 4 化學(xué)穩(wěn)定性A 滌綸對(duì)堿的穩(wěn)定性比對(duì)酸的穩(wěn)定性差 堿減量仿絲綢 B 滌綸對(duì)氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性很好C 耐溶劑性 CDT 5 染色性能PET分子結(jié)構(gòu)中缺少活性基團(tuán)PET分子排列緊密 纖維只存在較小空隙 6 起毛 起球現(xiàn)象滌綸織物表面易起球 7 靜電現(xiàn)象滌綸吸濕性差 表面具有較高比電阻 與其他物體摩擦?xí)r 表面聚集大量電荷而不易逸散 產(chǎn)生靜電 8 低聚物及其對(duì)染色性能的影響 9 其他理化性能A 燃燒性滌綸可燃燒 纖維卷縮并熔融成珠B 對(duì)微生物作用的穩(wěn)定性C 耐光性滌綸耐光性好 滌綸染色困難 其他聚酯纖維 1 陽(yáng)離子染料可染聚酯纖維2 常溫常壓可染聚酯纖維3 PPT纖維4 PBT纖維5 PEN纖維6 導(dǎo)濕干爽型聚酯長(zhǎng)絲7 高去濕四通道聚酯纖維8 聚酯多孔中空截面纖維9 三維卷曲中空聚酯纖維 第三節(jié)聚酰胺纖維 概述 世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維 1935年 Carothers等人在實(shí)驗(yàn)室合成了錦綸66 1937年實(shí)現(xiàn)熔體紡絲制造錦綸66的技術(shù) 1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 1938年 德國(guó)Schlack合成錦綸6 發(fā)明其生產(chǎn)纖維的技術(shù) 1941年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 美國(guó)稱(chēng)為尼龍 Nylon 德國(guó)稱(chēng)為貝綸 Perlon 日本稱(chēng)為阿米綸 Amilan 聚酰胺纖維分子主鏈由酰胺鍵 CO NH 連接起來(lái)的一類(lèi)合成纖維 1 脂肪族聚酰胺纖維 1 二元酸和二元胺縮聚 2 氨基酸縮聚或內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合2 芳香族聚酰胺纖維 聚酰胺纖維具有一系列優(yōu)良性能其耐磨性居紡織纖維中最好的 斷裂強(qiáng)度較高 回彈性和耐疲勞性優(yōu)良 聚酰胺纖維比重小 是除乙綸和丙綸外的最輕的纖維 吸濕性低于天然纖維和再生纖維 但在合成纖維中其吸濕性僅次于維綸 染色性能好等 聚酰胺纖維也有一些缺點(diǎn)耐光性較差 在長(zhǎng)時(shí)間的日光或紫外光照射下 強(qiáng)度下降 顏色發(fā)黃 聚酰胺纖維的耐熱性也較差 另外 聚酰胺纖維的初始模量比其它大多數(shù)纖維都低 因此在使用過(guò)程中容易變形 改性制成的聚酰胺差別化纖維有 可賦予織物特殊光澤 手感及彈性的異形截面纖維 異收縮混纖絲和不同截面 不同線密度的混纖絲 抗靜電和導(dǎo)電纖維 高吸濕纖維 耐光 耐熱纖維 抗菌防臭纖維 可改善 平點(diǎn) 效應(yīng)的聚酰胺簾子線等 錦綸66和錦綸6 1 生產(chǎn)原理 聚酰胺66的制備 a 聚酰胺66鹽的制備己二酸20 甲醇溶液和己二胺50 甲醇溶液中和 或者以水為溶劑 水溶劑法 單體的制備 b 聚酰胺66鹽縮聚反應(yīng)聚酰胺66鹽在適當(dāng)條件下 脫水縮聚逐步形成大量酰胺鍵 生成聚己二酰己二胺 聚酰胺6的制備常用己內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合a 己內(nèi)酰胺水解開(kāi)環(huán) 生成氨基己酸b 氨基己酸與己內(nèi)酰胺進(jìn)行加成聚合c 大分子官能團(tuán)之間的縮聚 實(shí)驗(yàn)室合成尼龍 2 結(jié)構(gòu)特征分子結(jié)構(gòu)聚酰胺分子是由許多重復(fù)結(jié)構(gòu)單元通過(guò)酰胺鍵連接起來(lái)的線型長(zhǎng)鏈分子 在晶體中為完全伸展的平面鋸齒形結(jié)構(gòu) 形態(tài)結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)錦綸截面接近圓形 縱向無(wú)特殊結(jié)構(gòu) 聚酰胺的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與滌綸相似 都是折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系 分子鏈間相鄰酰胺基可定向形成氫鍵 使聚酰胺傾向于形成結(jié)晶 放大后的尼龍纖維 3 聚酰胺纖維的主要性質(zhì) 1 密度聚酰胺的密度隨內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造條件不同而有差異 2 熱性能 熱轉(zhuǎn)變點(diǎn)聚酰胺有較高的物理性能和熔點(diǎn) 錦綸66的熔點(diǎn)比錦綸6的高40 A 具二酰二胺的熔點(diǎn)高于相應(yīng)的聚 氨基酸B 酰胺基團(tuán)間碳原子數(shù)少的聚酰胺熔點(diǎn)高于碳原子數(shù)多的C 將聚酰胺相鄰兩酰胺基間碳原子數(shù)分為偶系列和奇系列對(duì)于聚二酰二胺 偶系列的熔點(diǎn)高于相應(yīng)的奇系列對(duì)于聚 氨基酸奇系列的熔點(diǎn)高于相應(yīng)的偶系列 耐熱性聚酰胺的耐熱性能差 3 機(jī)械性能錦綸初始模量接近羊毛 比滌綸低很多 其手感柔軟 易變形 聚酰胺大分子柔順性高 分子間又有一定量的氫鍵 易于結(jié)晶 紡絲過(guò)程中經(jīng)拉伸 其取向度和結(jié)晶度都比較高 強(qiáng)度比滌綸高 斷裂延伸度高 回彈性最高 是所有纖維中耐磨性最好的纖維 4 耐光性聚酰胺耐光性差 僅僅優(yōu)于蠶絲 5 吸濕與染色性能聚酰胺具有中等吸濕性 可用酸性 堿性和分散染料染色 6 化學(xué)性能聚酰胺含酰胺鍵 易發(fā)生水解 對(duì)酸不穩(wěn)定 對(duì)堿穩(wěn)定 對(duì)氧化劑穩(wěn)定性較差 由芳香族二元胺和芳香族二元羧酸或芳香族氨基苯甲酸經(jīng)縮聚反應(yīng)所的聚合物紡成的纖維材料 芳香族聚酰胺纖維 芳綸 1 芳綸1414聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺聚超剛硬分子鏈 超高模量 2 芳綸1313聚間二苯甲酰間二胺具優(yōu)異的耐熱性 阻燃性和高濕下的尺寸穩(wěn)定性 電絕緣性 耐老化性和防輻射性3 芳綸14聚對(duì)苯甲酰胺強(qiáng)度略低于芳綸1414 模量較高 耐高溫性 耐酸 耐堿和阻燃性良好 相對(duì)密度很低4 芳砜綸聚砜酰胺具優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性 且阻燃性好 耐化學(xué)穩(wěn)定性好