合成纤维详解

1会计学合成纤维详解合成纤维详解学习目的要求学习目的要求 掌握纺织纤维的分类与特征；掌握纺织纤维的分类与特征；掌握纺织纤维的分类与特征；掌握纺织纤维的分类与特征；初步掌握棉、麻、丝、毛、聚酯纤初步掌握棉、麻、丝、毛、聚酯纤初步掌握棉、麻、丝、毛、聚酯纤初步掌握棉、麻、丝、毛、聚酯纤维、锦纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯维、锦纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯维、锦纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯维、锦纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯纤维的生产技术、结构、性能及应纤维的生产技术、结构、性能及应纤维的生产技术、结构、性能及应纤维的生产技术、结构、性能及应用。用。用。用。第1页/共69页纺织纤维概述纺织纤维概述 纤维是指柔韧、纤细，具有相当长度、纤维是指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和吸湿性的丝状物。大多数是强度、弹性和吸湿性的丝状物。大多数是不溶于水的有机高分子化合物，少数是无不溶于水的有机高分子化合物，少数是无机物。机物。典型的纺织纤维的直径为几微米至几典型的纺织纤维的直径为几微米至几十微米，而长度超过十微米，而长度超过25mm25mm。化学纤维化学纤维化学纤维化学纤维再再生生纤纤维维合合成成纤纤维维按来源分类按来源分类按来源分类按来源分类天然纤维天然纤维天然纤维天然纤维棉花、棉花、羊毛、羊毛、蚕丝、蚕丝、麻麻石棉石棉第2页/共69页纤维的分类纤维的分类 再生纤维：再生纤维：以天然高聚物为原料，以天然高聚物为原料，经过化学处理与机械加工而制得的经过化学处理与机械加工而制得的纤维。纤维。再生纤再生纤维维再生蛋白质再生蛋白质纤维纤维大豆纤维大豆纤维牛奶纤维牛奶纤维再生纤维素再生纤维素纤维纤维粘胶纤维粘胶纤维铜氨纤维铜氨纤维醋酯纤维醋酯纤维第3页/共69页纤维的分类纤维的分类纤维的分类纤维的分类 合成纤维合成纤维：以石油、天然气、煤及：以石油、天然气、煤及农副产品等为原料，经过一系列化农副产品等为原料，经过一系列化学反应合成高分子，再加工制得纤学反应合成高分子，再加工制得纤维。维。碳链纤碳链纤维维聚丙烯腈聚丙烯腈纤维纤维聚乙烯醇聚乙烯醇缩醛纤维缩醛纤维等等杂链纤维杂链纤维聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酯纤维聚酯纤维聚氨酯纤维聚氨酯纤维等等合成纤合成纤维维第4页/共69页2.1 合成纤维合成纤维2.1.1合成纤维概述合成纤维概述一、一、成纤聚合物的结构特征成纤聚合物的结构特征 高聚物的品种很多，但并不是所有高聚物都能用于纺丝，而是具有如下特征的高聚物都能进行纺丝。1.1.成纤高聚物均为线型高分子成纤高聚物均为线型高分子 主链分子结构线型或支化度很低，没有庞大侧基的聚合物，用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方向拉伸而有序排列。当纤维受到拉力时，大分子能同时承受作用力，使纤维具有较高的拉伸强度和适宜的延伸度及其他物理-力学性能。第5页/共69页2.2.成纤高聚物具有适宜的相对分子成纤高聚物具有适宜的相对分子质量质量线型高聚物分子链的长度对线型高聚物分子链的长度对纤维的物理纤维的物理-力学性能影响很大，尤力学性能影响很大，尤其是对纤维的机械强度、耐热性和其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的影响更大。相对分子质量溶解性的影响更大。相对分子质量太高太低均不好，高者不易加工，太高太低均不好，高者不易加工，低者性能不好。常见的主要成纤高低者性能不好。常见的主要成纤高聚物的相对分子质量如下表所示。聚物的相对分子质量如下表所示。高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量聚酰胺聚酰胺-6-6或或-6666聚酯聚酯聚丙烯腈聚丙烯腈16000-2200016000-2200019000-2100019000-2100053000-16000053000-160000聚乙烯醇聚乙烯醇全同聚丙烯全同聚丙烯60000-8000060000-80000180000-180000-300000300000主要成纤高聚物的相对分子质量主要成纤高聚物的相对分子质量第6页/共69页3.3.侧链结构侧链结构 所有的天然聚合物和大多数成所有的天然聚合物和大多数成纤聚合物的侧链都含有纤聚合物的侧链都含有极性基团极性基团。极性基团的存在对于大分子链间的极性基团的存在对于大分子链间的相互作用和纤维的溶解性、热性能、相互作用和纤维的溶解性、热性能、吸湿性、染色性等都有很大的影响。吸湿性、染色性等都有很大的影响。第7页/共69页4.4.结晶结构结晶结构 用于纺制纤维的聚合物一般用于纺制纤维的聚合物一般都要求是半结晶结构的聚合物。都要求是半结晶结构的聚合物。结晶区的存在使纤维具有较高的结晶区的存在使纤维具有较高的强度和模量强度和模量，而非结晶区的存在，而非结晶区的存在使纤维具有一定的使纤维具有一定的弹性、耐疲劳弹性、耐疲劳性和染色性性和染色性。半结晶结构能使原。半结晶结构能使原来排列不规整的分子链，经过拉来排列不规整的分子链，经过拉伸取向而沿着纤维轴进行有序排伸取向而沿着纤维轴进行有序排列的这种状态固定下来。列的这种状态固定下来。成纤高聚物应具有可溶性和熔融成纤高聚物应具有可溶性和熔融性性只有这样才能将高聚物溶解只有这样才能将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、凝固或冷却形成纤维，否则就不凝固或冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。能进行纺丝。第8页/共69页二、聚合物的纺二、聚合物的纺二、聚合物的纺二、聚合物的纺丝方法丝方法丝方法丝方法1 1、熔体纺丝、熔体纺丝 凡能熔融或转凡能熔融或转变成粘流态而不发变成粘流态而不发生显著分解的成纤生显著分解的成纤聚合物都可采用熔聚合物都可采用熔体纺丝。体纺丝。熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，特熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，特点是纺丝速度快，生产能力大。一般纺丝速点是纺丝速度快，生产能力大。一般纺丝速度在度在10001200m/min10001200m/min。第9页/共69页第10页/共69页第11页/共69页2 2、湿法纺丝、湿法纺丝将聚合物溶解于合适的溶剂中，制成纺将聚合物溶解于合适的溶剂中，制成纺丝液，再由喷丝孔喷出细流，进入凝固丝液，再由喷丝孔喷出细流，进入凝固浴，细流中的溶剂向凝固液扩散，而凝浴，细流中的溶剂向凝固液扩散，而凝固浴中的凝固剂向细流扩散，聚合物在固浴中的凝固剂向细流扩散，聚合物在凝固浴中析出，形成纤维。凝固浴中析出，形成纤维。第12页/共69页第13页/共69页3 3、干法纺丝、干法纺丝也需要将聚合物溶解也需要将聚合物溶解在溶剂中配成纺丝溶在溶剂中配成纺丝溶液，而后段过程与熔液，而后段过程与熔体纺丝相似，从喷丝体纺丝相似，从喷丝头挤压出来的细流不头挤压出来的细流不是进入凝固浴，而是是进入凝固浴，而是导入纺丝甬道，在甬导入纺丝甬道，在甬道中利用热空气使细道中利用热空气使细流中的溶剂挥发而凝流中的溶剂挥发而凝固成纤维。固成纤维。第14页/共69页第15页/共69页三、成纤聚合物的力学状态三、成纤聚合物的力学状态 合成纤维一般都具有机械强度高、合成纤维一般都具有机械强度高、耐磨性能好、密度轻、耐酸、耐碱、耐磨性能好、密度轻、耐酸、耐碱、耐氧化剂以及不易霉蛀等特点，但也耐氧化剂以及不易霉蛀等特点，但也存在吸湿低、透气性差、容易产生静存在吸湿低、透气性差、容易产生静电、易沾污、不易染色等缺点，为了电、易沾污、不易染色等缺点，为了提高纤维的使用性能，必须了解各种提高纤维的使用性能，必须了解各种纤维的结构和性能。纤维的结构和性能。第16页/共69页n聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的原料，是由饱和的二元酸二元酸与与二元醇二元醇通过缩聚反应通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种因随使用原料或中间体而异，故品种繁多数不种因随使用原料或中间体而异，故品种繁多数不胜数。但所有品种均有一个共同特点，就是其大胜数。但所有品种均有一个共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以分子的各个链节间都是以酯基酯基“COOCOO”相联，相联，所以把这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制所以把这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制得的纤维称为得的纤维称为涤纶涤纶，是三大合成纤维（涤纶、锦，是三大合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。2.1.2 聚酯纤维聚酯纤维第17页/共69页第18页/共69页2.1.2 聚酯纤维聚酯纤维PET主要主要主要主要原料原料TPADMT环氧乙环氧乙烷烷乙二乙二醇醇对苯二对苯二对苯二对苯二甲酸甲酸甲酸甲酸对苯二对苯二对苯二对苯二甲酸二甲酸二甲酸二甲酸二甲酯甲酯甲酯甲酯EGEGEO第19页/共69页一、聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成一、聚对苯二甲酸乙二醇酯的合成（1 1）酯交换聚酯路线（酯交换聚酯法）酯交换聚酯路线（酯交换聚酯法）最早（最早（19531953年）实现工业的聚酯路线，年）实现工业的聚酯路线，技术最成熟，目前大型涤纶生产商基本采用技术最成熟，目前大型涤纶生产商基本采用此法。此法。是将对苯二甲酸二甲酯与乙二醇按是将对苯二甲酸二甲酯与乙二醇按1 12.52.5（摩尔比）比例混合，在醋酸锌、醋（摩尔比）比例混合，在醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴催化剂的作用下，发生酯交换酸锰和醋酸钴催化剂的作用下，发生酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯。反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯。H3COOCCOOCH3 2HOCH2CH2OHZn（CH3COO）2HOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH对苯二甲酸双对苯二甲酸双羟乙酯羟乙酯第20页/共69页（2 2）对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线）对苯二甲酸用乙二醇直接酯化聚酯路线（直接酯化聚酯法），目前发展很快。（直接酯化聚酯法），目前发展很快。对苯二甲酸双对苯二甲酸双羟乙酯羟乙酯2HOCH2CH2OHHOOCCOOHHOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH路线（路线（1 1）和路线（）和路线（2 2）对比：省去了）对比：省去了DMTDMT的制的制造及甲醇的回收等工序，工艺过程简单，但造及甲醇的回收等工序，工艺过程简单，但该路线对原料对苯二甲酸和乙二醇的纯度要该路线对原料对苯二甲酸和乙二醇的纯度要求较高。求较高。第21页/共69页二、二、PET的的结构与相对分子质量结构与相对分子质量1 1、结构、结构PETPET是具有对称苯环结构，没有支链的线是具有对称苯环结构，没有支链的线型分子，除了两端含有型分子，除了两端含有-OH-OH外，不含有亲外，不含有亲水性基团，故吸湿性染色性差；水性基团，故吸湿性染色性差；聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线型聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线型聚合物，没有大的侧基和支链，易于取聚合物，没有大的侧基和支链，易于取向和结晶，具有较高的强度和良好的成向和结晶，具有较高的强度和良好的成纤性及成膜性，结晶度为纤性及成膜性，结晶度为40%40%60%60%，结，结晶速度慢。晶速度慢。HOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH第22页/共69页PETPET大分子中酯键的存在使涤纶分子具有大分子中酯键的存在使涤纶分子具有一定的化学反应能力，由于苯环和亚甲一定的化学反应能力，由于苯环和亚甲基的稳定性较好，涤纶的化学稳定性较基的稳定性较好，涤纶的化学稳定性较好；好；结构单元中含有一个刚性基团结构单元中含有一个刚性基团-苯环，阻苯环，阻碍了大分子内旋转，使主链刚性增加，碍了大分子内旋转，使主链刚性增加，又有一个柔性基团（又有一个柔性基团（-CH-CH2 2CHCH2 2-），使涤纶），使涤纶大分子结构刚柔并济。涤纶具有弹性优大分子结构刚柔并济。涤纶具有弹性优良、挺括、尺寸稳定性好等优异品质。良、挺括、尺寸稳定性好等优异品质。HOCH2CH2OOC COOCH2CH2OH第23页/共69页2 2、相对分子质量分布、相对分子质量分布n n聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合度n n n n一般为一般为一般为一般为80-15080-15080-15080-150，相对分子质量为相对分子质量为相对分子质量为相对分子质量为18000-2500018000-2500018000-2500018000-25000。第24页/共69页3 3、PET纤维的物理性能纤维的物理性能n 聚酯纤维一般为乳白色，相对密度为1.381.4，回潮率很低，具有易洗快干的特性。聚酯纤维的熔点为255265，软化温度230240。遇明火能燃烧，有黑烟并有芳香气味，离火后自熄。聚酯纤维在承受外力时不易发生变形，纺织品尺寸稳定性好，使用过程中褶裥持久。耐磨性仅次于聚酰胺纤维。第25页/共69页4 4、PET纤维的化学性质纤维的化学性质n对丙酮、苯、卤代烃等有机溶剂较稳对丙酮、苯、卤代烃等有机溶剂较稳定，但在酚类及酚类与卤代烃的混合定，但在酚类及酚类与卤代烃的混合溶剂中能溶剂中能溶胀溶胀。n在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱在室温下，聚酯纤维能耐弱酸、弱碱和和强酸强酸，但不耐强碱；，但不耐强碱；n烂花布、碱减量处理。见课本。烂花布、碱减量处理。见课本。第26页/共69页第27页/共69页5、聚、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的对苯二甲酸乙二醇酯纤维的染色性能染色性能染色性差：因为吸水性差、缺少极性染色性差：因为吸水性差、缺少极性基团基团染色方法：分散染料（结构简单、体染色方法：分散染料（结构简单、体积较小）积较小）高温染色、载体法染色高温染色、载体法染色6、聚、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的对苯二甲酸乙二醇酯纤维的改性改性第28页/共69页2.1.3 聚酰胺聚酰胺纤维纤维 聚酰胺是由饱和的二元酸与二元胺通过聚酰胺是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。其缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。其中以聚酰胺中以聚酰胺-66-66和聚酰胺和聚酰胺-6-6的产量最大，约占的产量最大，约占聚酰胺产量的聚酰胺产量的98%98%。共同特点：就是其大分子的各个链节间共同特点：就是其大分子的各个链节间都是以酰胺基都是以酰胺基“CONHCONH”相联，所以把这相联，所以把这类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。类缩聚物通称为聚酰胺或尼龙。聚酰聚酰胺胺-10101010聚聚酰酰胺胺-6 6聚酰聚酰胺胺-6666聚聚酰酰胺胺-1111种类种类种类种类聚聚酰酰胺胺-1212聚酰聚酰胺胺-610610产量最大产量最大69%第29页/共69页一、聚酰胺一、聚酰胺6和和66的合成的合成1、聚酰胺、聚酰胺6的合成的合成 聚聚己己内酰胺，可由已内酰胺在高温下，内酰胺，可由已内酰胺在高温下，微量水存在时的聚合反应如下微量水存在时的聚合反应如下:nNH（CH2）5CONH（CH2）5COn微量H2O第30页/共69页2、聚酰胺、聚酰胺66的合成的合成是己二酸与己二胺的缩聚物，是最早是己二酸与己二胺的缩聚物，是最早实现工业生产的聚酰胺品种，也是产实现工业生产的聚酰胺品种，也是产量最大的。量最大的。nOOC（CH2）4CO HN（CH2）6NH3+nHOOC（CH2）4COOHnH2N（CH2）6NH2nOOC（CH2）4CO HN（CH2）6NH3+HOOC（CH2）4CO HN（CH2）6NHH（2n1）H2On第31页/共69页二、聚酰胺的结构二、聚酰胺的结构1.聚酰胺是没有庞大侧基的线型高分子，中间的脂肪链是通过酰胺键相连的分子两端有氨基和羧基，具有一定的吸湿性和染色性。2.聚酰胺中酰胺基的存在，可以在大分子中间形成氢键，使分子间作用力增大，易在酸碱作用下发生水解。赋予聚酰胺以高熔点和力学性能，同时，也使其吸水率增大。3.聚酰胺重复结构单元中的脂肪链较长，聚酰胺基之间的亚甲基赋予其柔性和冲击性，聚酰胺中的亚甲基与酰胺基的比例越大，分子间作用力小，柔性越大，吸水率越低。第32页/共69页4.聚酰胺大分子中相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚氨基生成氢键，分子结构比较规整，因此它在适当条件下可以结晶，结晶度达50%60%。其聚酰胺-6的晶体为、晶型；聚酰胺-66的晶体为、晶型。具有较高的机械强度和形状稳定性。5.另外聚酰胺的性能还受亚甲基的奇偶数影响，偶数聚酰胺的熔点比奇数聚酰胺的熔点高。第33页/共69页三、聚酰胺纤维的物理性质三、聚酰胺纤维的物理性质n机械性能：强度高、回弹性好耐磨性好n密度：较小，仅次于聚丙烯和聚乙烯n电性能：疏水性纤维，导电性差n热性能：热稳定性差n吸湿性：亲水性的酰胺键，有较好的吸湿性第34页/共69页四、聚酰胺纤维的化学性质四、聚酰胺纤维的化学性质四、聚酰胺纤维的化学性质四、聚酰胺纤维的化学性质n酸、碱的作用n氧化剂的作用n染色性：分散染料n耐光性：较差第35页/共69页1 1、改变二元酸或二元胺、改变二元酸或二元胺2 2、交联和接枝、交联和接枝 利用甲醛进行交联，交联发生在无利用甲醛进行交联，交联发生在无定形区。还可通过接枝聚合，使聚酰胺定形区。还可通过接枝聚合，使聚酰胺纤维性质获得改善，如聚己二酰己二胺纤维性质获得改善，如聚己二酰己二胺纤维纤维与环氧乙烷接枝聚合后，使纤纤维纤维与环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很好的柔软性和亲水性。维具有很好的柔软性和亲水性。五、聚酰胺纤维的改性五、聚酰胺纤维的改性第36页/共69页2.1.4 聚丙烯腈纤聚丙烯腈纤维维PAN一、丙烯腈共聚物的合成一、丙烯腈共聚物的合成1、主要单体丙烯腈n丙烯腈的结构式为：CH2CHCNn丙烯腈在常温常压下是具有独特气味的无色透明、易流动液体。相对分子质量为53.06，沸点为77.3，凝固点为83.6，相对密度为0.8060，易燃、易爆，在空气中的爆炸极限为3.05%17.0%（体积）。第37页/共69页n丙烯腈能与苯、甲苯、四氯化碳、甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、醋酸乙酯等许多有机溶剂以任何比例互溶，丙烯腈也能溶于水。n丙烯腈能与水、苯、甲醇、异丙醇、四氯化碳等形成二元共沸物。其中丙烯腈与水的共沸温度为71，含水12%（质量）。n丙烯腈分子中含有碳-碳双键和腈基，化学性质很活泼，能进行聚合反应（均聚和共聚）、加成反应、氰乙基化反应等。贮存、运输过程要加入酚类、胺类阻聚剂。第38页/共69页2 2、丙烯腈共聚物的合成、丙烯腈共聚物的合成n我国的共聚丙烯腈纤维，第一单体是我国的共聚丙烯腈纤维，第一单体是丙烯丙烯腈腈，约为，约为90%90%；第二单体是；第二单体是丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯，约约5%10%5%10%；第三单体是；第三单体是丙烯磺酸钠丙烯磺酸钠，约，约为为1%-3%1%-3%。引发剂是偶氮二异丁腈。引发剂是偶氮二异丁腈。n第二单体的引入能破坏大分子链的规整性，第二单体的引入能破坏大分子链的规整性，削弱聚丙烯腈大分子间的作用力，提高纤削弱聚丙烯腈大分子间的作用力，提高纤维的柔软性和弹性，减少脆性；维的柔软性和弹性，减少脆性；n第三单体的加入是为了引入能与染料结合第三单体的加入是为了引入能与染料结合的基团，有利于染色并改善其亲水性。的基团，有利于染色并改善其亲水性。第39页/共69页二、丙烯腈共聚物的结构二、丙烯腈共聚物的结构1 1、腈纶的分子结构、腈纶的分子结构 主要结构单元为丙烯腈。主要结构单元为丙烯腈。2 2、腈纶的超分子结构、腈纶的超分子结构 由于强极性氰基间的相互作用，聚丙烯由于强极性氰基间的相互作用，聚丙烯腈分子链的构象不是像聚乙烯那样的平面腈分子链的构象不是像聚乙烯那样的平面锯齿形，也不是像等规聚丙烯那样有规则锯齿形，也不是像等规聚丙烯那样有规则的螺旋状，而是一种具有不规则曲折和扭的螺旋状，而是一种具有不规则曲折和扭转的螺旋状。为侧向二维有序而纵向无序转的螺旋状。为侧向二维有序而纵向无序的结构的结构准晶态结构。准晶态结构。第40页/共69页三、聚丙烯腈纤维的物理性质三、聚丙烯腈纤维的物理性质 柔软、保暖柔软、保暖“合成羊毛合成羊毛”1、机械性能：强度高出羊毛、机械性能：强度高出羊毛1-2.5倍倍2、密度、密度3、热性能：没有明显熔点、热性能：没有明显熔点4、吸湿性：低于锦纶，略高于涤、吸湿性：低于锦纶，略高于涤纶纶第41页/共69页四、聚丙烯腈纤维的化学性质四、聚丙烯腈纤维的化学性质1、酸、碱的作用、酸、碱的作用2、氧化剂、还原剂的作用、氧化剂、还原剂的作用3、有机溶剂的作用、有机溶剂的作用4、染色性、染色性5、耐光性、耐光性第42页/共69页五、聚丙烯腈纤维的五、聚丙烯腈纤维的用途用途n利用聚丙烯腈纤维的耐热性可制备利用聚丙烯腈纤维的耐热性可制备耐高温的碳纤维和石墨纤维。丙烯耐高温的碳纤维和石墨纤维。丙烯腈主要用于生产合成纤维、塑料、腈主要用于生产合成纤维、塑料、橡胶等高分子产品。橡胶等高分子产品。n利用腈纶的准晶态结构造成的热收利用腈纶的准晶态结构造成的热收缩，可制造缩，可制造“膨体纱膨体纱”。第43页/共69页2.1.5聚丙烯纤维聚丙烯纤维PP 主要原料为丙烯。主要原料为丙烯。丙烯的结构式为：丙烯的结构式为：CHCH2 2CHCHCHCH3 3 丙烯在常温常压下为带有甜味的无色、丙烯在常温常压下为带有甜味的无色、可燃性气体。其主要物性参数如下：可燃性气体。其主要物性参数如下：相对分子质量相对分子质量42.0842.08熔点熔点185.3185.3沸点沸点103.7103.7相对密度相对密度（液体）（液体）0.51390.5139临界温度临界温度91.9 91.9 临界压力临界压力4.54MPa 4.54MPa 爆炸极限（体积）爆炸极限（体积）2.0%2.0%11.1%11.1%聚合热聚合热85.7kJ/mol85.7kJ/mol丙烯的化学性质活泼，主要用于制异丙丙烯的化学性质活泼，主要用于制异丙醇、丙酮、合成甘油、合成树脂、合成橡醇、丙酮、合成甘油、合成树脂、合成橡胶、塑料和合成纤维等。胶、塑料和合成纤维等。第44页/共69页一、丙纶（聚丙烯）的合成一、丙纶（聚丙烯）的合成n聚丙烯纤维（丙纶）是以丙烯为原料，通聚丙烯纤维（丙纶）是以丙烯为原料，通过定向聚合反应而获得相对分子质量、结过定向聚合反应而获得相对分子质量、结晶度（晶度（65%）及熔点（）及熔点（158170）相当高，）相当高，能符合纺织纤维要求的立构等规聚丙烯纤能符合纺织纤维要求的立构等规聚丙烯纤维。维。n分子结构有全同、间同和无规三种，相对分子结构有全同、间同和无规三种，相对分子质量一般在分子质量一般在80000120000，也可提到，也可提到200000左右。左右。第45页/共69页二、聚丙烯纤维的结构二、聚丙烯纤维的结构1、聚丙烯的分子结构：从构型上看，聚丙烯分子的主链是由在同一平面上的碳原子曲折链所组成的，侧甲基可在平面上、下有不同的空间排列形式，具有较高的立体规整性，这种规则的结构很容易结晶。2、聚丙烯的晶体结构：丙纶的超分子结构可采用“折叠链缨状微原纤”理论及模型来解释。第46页/共69页 缨状原纤模型：纤维大分子的基本单元是原纤，在原纤中也有少数大分子分支出去组成其他的原纤成为连续的网状组织。具有较高的连续性。根据这个模型，纤维中仍然存在结晶部分和无定形部分。聚丙烯初生纤维的结晶度为33%40%，经后拉伸，结晶度上升至37%48%，再经热处理，结晶度可达65%75%。第47页/共69页三、聚丙烯纤维的物理性质三、聚丙烯纤维的物理性质1、机械性能：强度好，耐磨性好、机械性能：强度好，耐磨性好2、密度：化学纤维中最轻的、密度：化学纤维中最轻的3、电性能：电绝缘性最好、电性能：电绝缘性最好4、热性能：熔点很低、热性能：熔点很低5、吸湿性：无极性基团，吸湿、回潮、吸湿性：无极性基团，吸湿、回潮都很低都很低第48页/共69页四、聚丙烯纤维的化学性质四、聚丙烯纤维的化学性质1、酸、碱等化学试剂的作用：、酸、碱等化学试剂的作用：C-C键很稳定键很稳定2、染色性能、染色性能n聚丙烯纤维密度小、强度高、吸湿性小、聚丙烯纤维密度小、强度高、吸湿性小、耐酸、耐碱、耐磨、电性能好，但染色性耐酸、耐碱、耐磨、电性能好，但染色性和耐光性差。和耐光性差。n聚丙烯纤维可与棉、毛、粘胶纤维等混纺聚丙烯纤维可与棉、毛、粘胶纤维等混纺作衣料用，在工业上聚丙烯纤维主要用途作衣料用，在工业上聚丙烯纤维主要用途绳索、网具、滤布、帆布等；在医疗上用绳索、网具、滤布、帆布等；在医疗上用作纱，作外科手术衣服而耐高温高压消毒。作纱，作外科手术衣服而耐高温高压消毒。第49页/共69页2.1.6聚氨酯弹性纤维聚氨酯弹性纤维PU一、聚氨酯纤维是以聚氨酯为主要成分、由一、聚氨酯纤维是以聚氨酯为主要成分、由嵌段共聚物制成的，简称氨纶嵌段共聚物制成的，简称氨纶PU。商品名有商品名有 Lycra、Neolon、Dorlastan等。等。第50页/共69页二、聚氨酯弹性纤维的结构及弹二、聚氨酯弹性纤维的结构及弹性产生机理性产生机理n聚氨酯弹性纤维是一种以聚氨基甲酸酯为聚氨酯弹性纤维是一种以聚氨基甲酸酯为主要成分的主要成分的嵌段共聚物嵌段共聚物纤维，是一种具有纤维，是一种具有橡胶般的伸长和回弹能力的弹性纤维。在橡胶般的伸长和回弹能力的弹性纤维。在嵌段共聚物中有两种链段，即软链段和硬嵌段共聚物中有两种链段，即软链段和硬链段。链段。n软链段软链段由非结晶性的由非结晶性的聚酯聚酯和和聚醚聚醚组成，玻组成，玻璃化温度很低，璃化温度很低，常温下处于高弹态常温下处于高弹态，相对，相对分子质量为分子质量为1500350015003500，链段长度，链段长度1530nm1530nm，为硬链段的，为硬链段的1010倍左右。在室温下被拉伸倍左右。在室温下被拉伸时，纤维可以产生很大的伸长变形，具有时，纤维可以产生很大的伸长变形，具有优异的回弹性。优异的回弹性。n硬链段硬链段采用具有结晶性且能发生横向交联采用具有结晶性且能发生横向交联的二异氰酸树脂，相对分子质量较小的二异氰酸树脂，相对分子质量较小M=500M=500700700，链段短，但由于含有多种极性，链段短，但由于含有多种极性基团，分子间的氢键和结晶性起着大分子基团，分子间的氢键和结晶性起着大分子链间的链间的交联作用交联作用。第51页/共69页n在外力作用下，大分子柔性链相对滑移，并为回弹提供必要的连接点。整个聚合物由结晶的刚性链段和非结晶的柔性链段纵横向连接，结合形成一个具有强大的分子间作用力的大分子网状结构。n其中软链段可为聚醚或聚酯，所以有聚醚型聚氨酯弹性纤维和聚酯型聚氨酯弹性纤维之分。如莱卡属于聚醚型，韦纶属于聚酯型。第52页/共69页三、聚氨酯弹性纤维的物理性能三、聚氨酯弹性纤维的物理性能1、机械性能：伸长率大于、机械性能：伸长率大于400%，高达，高达800%2、热性能、热性能3、吸湿性能、吸湿性能4、密度、密度5、其他性能、其他性能四、聚氨酯弹性纤维的化学性能四、聚氨酯弹性纤维的化学性能对氯比较敏感：游泳池水消毒用氯，分解氨对氯比较敏感：游泳池水消毒用氯，分解氨纶纶第53页/共69页一、聚乙烯醇的合成一、聚乙烯醇的合成 游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在，通常以游离态的乙烯醇极不稳定，不能单独存在，通常以醋酸乙烯为单体进行聚合，再醇解或水解制成聚乙醋酸乙烯为单体进行聚合，再醇解或水解制成聚乙烯醇。聚醋酸乙烯通常以甲醇为溶剂，采用溶剂聚烯醇。聚醋酸乙烯通常以甲醇为溶剂，采用溶剂聚合法制得。合法制得。二、聚乙烯醇缩醛的结构二、聚乙烯醇缩醛的结构 聚乙烯醇缩醛纤维的基本组成物质是聚乙烯醇，它聚乙烯醇缩醛纤维的基本组成物质是聚乙烯醇，它具有水溶性，对纺成的聚乙烯醇纤维用甲醛或乙醛具有水溶性，对纺成的聚乙烯醇纤维用甲醛或乙醛进行缩醛化处理，能成为不溶于水的聚乙烯醇缩醛进行缩醛化处理，能成为不溶于水的聚乙烯醇缩醛纤维。纤维。三、聚乙烯醇缩醛纤维的物理性质三、聚乙烯醇缩醛纤维的物理性质n热性能热性能n吸湿性吸湿性四、聚乙烯醇缩醛纤维的化学性质四、聚乙烯醇缩醛纤维的化学性质n染色性能染色性能2.1.7聚乙烯醇缩醛纤维聚乙烯醇缩醛纤维PVA第54页/共69页2.1.8聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维PVC一、聚氯乙烯的合成及其结构一、聚氯乙烯的合成及其结构n引发剂作用下的悬浮聚合，是游离基型聚引发剂作用下的悬浮聚合，是游离基型聚合。合。二、聚氯乙烯的性能二、聚氯乙烯的性能n耐热性，密度，导热性，静电性，难燃性，耐热性，密度，导热性，静电性，难燃性，对无机试剂的稳定性好，易发生光老化，对无机试剂的稳定性好，易发生光老化，长时间受到光照时，大分子会氧化裂解。长时间受到光照时，大分子会氧化裂解。三、改性聚氯乙烯纤维三、改性聚氯乙烯纤维n过氯纶过氯纶n偏氯纶偏氯纶n聚乙烯醇聚乙烯醇聚氯乙烯共混阻燃纤维聚氯乙烯共混阻燃纤维n腈氯纶腈氯纶第55页/共69页2.1.9高性能纤维高性能纤维什么是高性能纤维？什么是高性能纤维？高性能纤维和功能纤维的区别？高性能纤维和功能纤维的区别？智能纤维？智能纤维？第56页/共69页二、碳纤维二、碳纤维n根据加工纤维时的处理温度不同，分为碳纤维和石墨碳纤维。碳纤维是在10002300范围内碳化得到的，石墨碳纤维是在2300以上碳化得到的，其含碳量超过98，结构上类似石墨，有金属光泽。碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。第57页/共69页n用聚丙烯腈为原料制造碳纤维的过程为：用聚丙烯腈为原料制造碳纤维的过程为：碳纤维的性能与用途碳纤维的性能与用途碳纤维具有优良的机械性能，其断裂强度为碳纤维具有优良的机械性能，其断裂强度为15cN/tex15cN/tex左左右，模量可达右，模量可达3000cN/tex3000cN/tex以上，断裂伸长率为以上，断裂伸长率为0.50.52.02.0。具有自润滑性能。其化学性质与碳相似，在室温下是。具有自润滑性能。其化学性质与碳相似，在室温下是惰性的，除能被强氧化剂氧化外，一般的酸碱对碳纤维不惰性的，除能被强氧化剂氧化外，一般的酸碱对碳纤维不起作用。在惰性气体中，其耐热性十分突出，在起作用。在惰性气体中，其耐热性十分突出，在15001500以以上的高温下强度才开始降低。纤维不燃烧。碳纤维导电性上的高温下强度才开始降低。纤维不燃烧。碳纤维导电性能好，比电阻在能好，比电阻在1l0-2cm1l0-2cm以下，吸附性强。以下，吸附性强。碳纤维的缺点是抗压性差，易折断，耐冲击性能差。碳纤维的缺点是抗压性差，易折断，耐冲击性能差。碳纤维是航天工业的重要材料，碳纤维复合材料应碳纤维是航天工业的重要材料，碳纤维复合材料应用在宇宙飞船。导弹和飞机上，可显著减轻重量。在汽车、用在宇宙飞船。导弹和飞机上，可显著减轻重量。在汽车、体育器材等方面作为增强材料有广阔的前景。体育器材等方面作为增强材料有广阔的前景。第58页/共69页三、芳香族聚酰胺纤维三、芳香族聚酰胺纤维1、芳纶、芳纶1414 Kevlar2、芳纶、芳纶1313 Nomex四、芳香族聚酯纤维四、芳香族聚酯纤维五、芳杂环类聚合物纤维五、芳杂环类聚合物纤维六、超高相对分子质量聚乙烯纤维六、超高相对分子质量聚乙烯纤维七、聚四氟乙烯纤维（七、聚四氟乙烯纤维（PTFE)第59页/共69页思考题：思考题：1.简要说明合成纤维三种纺丝方法。简要说明合成纤维三种纺丝方法。2.试比较涤纶、锦纶、腈纶的耐热性试比较涤纶、锦纶、腈纶的耐热性和机械性能。和机械性能。3.涤纶经烧碱处理后会发生怎样的变涤纶经烧碱处理后会发生怎样的变化？化？4.涤纶为什么染色困难？可采用哪些涤纶为什么染色困难？可采用哪些染色方法？染色方法？5.试说明水、酸、碱、氧化剂、光对试说明水、酸、碱、氧化剂、光对锦纶的作用。锦纶的作用。6.试述腈纶的分子结构，常用第二、试述腈纶的分子结构，常用第二、第三单体的名称及它们的作用。第三单体的名称及它们的作用。7.7.试述氨纶结构和弹性间的关系。试述氨纶结构和弹性间的关系。第60页/共69页