化学纤维概论第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,化纤生产工艺,教材：化学纤维概论,参考教材：合成纤维生产工艺学,主编简介肖长发,肖长发，教授，博士生导师。1953年出生，1977年大学毕业于天津纺织工学院，1982年研究生毕业于华东纺织工学院，分别于1987年1990年和1995年1996年在日本留学，先后获工学硕士和博士学位，1995年晋升教授，曾担任天津纺织工学院高分子教研室主任、材料科学系主任、1998年起担任天津纺织工学院副院长、天津工业大学副校长职务。,第一章 总论,总论：,对纤维具有的共性加以讨论。,各论或个论：,对每个品种单独具体的讨论。,第一节 化学纤维的发展状况,一、化学纤维的分类,1、,再生纤维,用天然高分子化合物为原料,经化学处理和机械加工制得的纤维.,2、,合成纤维,用石油、天然气、煤以及农副产品为原料,经一系列化学反应制成合成高聚物、再经纺丝后处理等加工制得的纤维.,化纤主要品种表1-2,聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯晴纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维是我国合成纤维的四大品种。此外聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维也有一定的产量。,合成纤维的主要品种如下：,(1)按主链结构,可分,碳链合成纤维,，如聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维尼纶)；,杂链合成纤维,，如聚酰胺纤维(锦纶)、聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)等。,(2)按性能,可分,耐高温,纤维，如聚苯咪唑纤维；,耐高温腐蚀,纤维，如聚四氟乙烯；,高强度,纤维，如聚对苯二甲酰对苯二胺；,耐辐射,纤维，如聚酰亚胺纤维；还有,阻燃纤维、高分子光导纤维,等。,合成纤维的生产有三大工序：合成聚合物制备、纺丝成型、后处理。,二、世界化纤发展概况,17世纪有人提出模仿蚕吐丝可制得纤维。“只要有人想得到，就有人做得到”。,法国：查尔德内特 1884硝酸纤维素,美国：卡洛泽斯 1935年尼龙66,英国：温菲尔德 1941 涤纶,德国：迪克逊 与上合作,聚酰胺纤维是最早的合成纤维之一，其发明人是美国人卡洛泽斯。,卡洛泽斯是一位才华出众的青年化学家。在伊利诺斯大学和哈佛大学任教。1928年，他接受美国杜邦德奴姆尔公司的聘请，加入杜邦公司。1930年，当他对由乙二醇和癸二酸制成的 聚酯进行实验时，发现这种经过加热后的熔融聚合物能够拉伸成长纤维状细丝。更重要的是，他发现这种纤维即使冷却之后，拉伸长度仍比最初的长度高几倍此后，卡洛泽斯及其同事又研制成命名为聚合物“66”的聚酰胺。1935年，取名为“尼龙”的聚合物“66”在杜邦公司得到了广泛的应用。,1941年，英国的J.R.温菲尔德和J.T.迪克森以对苯二甲酸和乙二醇为原料在实验室内首先研制成功聚酯纤维，命名为特丽纶(Terylene)。1953年美国生产商品名为达可纶(Dacron)的聚酯纤维。随后聚酯纤维在世界各国得到迅速发展。1960年聚酯纤维的世界产量超过聚丙烯腈纤维，1972年又超过聚酰胺纤维，成为合成纤维的第一大品种。,聚酯工艺路线有直接酯化法(PTA法)和酯交换法(DMT法)。PTA法具有原料消耗低、反应时间短等优势，自80年代起己成为聚酯的主要工艺和首选技术路线。大规模生产线的为连续生产工艺，半连续及间歇生产工艺则适合中、小型多种生产装置。PTA法连续工艺主要有德国吉玛(Zimmer)公司、美国杜邦公司、瑞士伊文达(Inventa)公司和日本钟纺(Konebo)公司等几家技术。,新产品新技术方面：PTT(聚对苯二甲酸丙二酯)也是聚酯系列产品中最具发展前景的新成员。它兼具锦纶和涤纶的优点，具有抗污性、化学稳定性、回弹性和染色性，是一种较理想的纺织用新型热塑性聚酯材料，是世界各国新世纪重点发展的新材料之一。,PTT也是早在1941年美国已合成了该材料并取得发明专利，但由于1.3丙二醇(PDO)单体来源困难，未工业化生产。,进入九十年代后，随着世界聚酯的迅速发展以及合成技术提高，杜邦公司开发出利用生物酶催化制备PDO技术。Degusa公司也开发了丙烯醛技术路线制PDO，此外有以甘油为原料的生化及合成技术制PDO，环氧丙烷法制PDO技术路线。在PTT合成技术方面，PTA直接酯化法更优于DMT酯交换法。PTT纤维制备仍采用熔融纺丝POY、DTY、BCF等技术。PTT的用途广泛，主要用于工程塑料、体育用品、薄膜以及纺粘织物、地毯以及服用纤维等方面，具有极大的市场发展潜力。,三、我国化纤发展概况,第一阶段，19561965.粘胶、维纶、腈纶。北京有机化工厂,1960年7月，中国首个大型粘胶纤维厂保定化学纤维联合厂(现保定天鹅化纤集团有限公司)建成投产，5000吨粘胶长丝的产能放到现在不算大，但它使过来人都记得，从上世纪60年代初开始，市面上可以见到化纤衣服这个稀罕玩意了；而在此之前，国人视“玻璃丝袜(即锦纶袜)”、“人造丝(即粘胶丝)头巾”、“尼龙伞(即锦纶面料伞)”等视为珍物。,在那个物资奇缺的年代，买布需要布票。家里的布票要留到过年，才舍得用来做新衣服、新被子。孩子们特别盼望过年，除了压岁钱之外，能穿,新衣服,是最大的诱惑。,第二阶段，19661980辽阳、上海、天津、四川四大化纤涤纶生产。70年代，国家决定大规模发展化纤，先后建设了四大化纤基地：上海金山、辽阳化纤、天津化纤和四川维尼龙厂。到70年代末，完整的纺织工业体系建立起来，大众的衣着需求至此方告基本满足。,第三阶段，19811995仪征化纤等多个涤纶、锦纶和腈纶厂建成。,中国纺织工业协会的权威资料称，到2007年，全国化学纤维产量2457万吨，比1978年的28.46万吨增长8533%，占世界总产量的13以上，雄居世界首位；如今，化纤已占我国纺织原料总用量的65%。作为我国出口最大宗的纺织品和服装，2007年1756亿美元出口总值中，有13以上是化纤织物和服装所创。,生活中无处不在，化纤卓异性能受到追捧,传统化纤不透气、易起静电、吸湿性差的特性正在改变，用新技术做出的新化纤赋予了这一服装面料全新的概念，将传统化纤的圆形截面变成四叶形，等于纤维间有4个通道，能产生良好的“毛细效应”。用来制成服装，穿着的舒适和通透感远远好于纯棉。,多异、复合、共聚共混、纳米、细旦和超细、分页技术等制造新化纤的多种技术途径，比如已在国内实现产业化的超极细纤维，以共混法制成，每一克长度达到两万公里，相当于上海到纽约的距离，具有天然纤维无法比的卓越性能。,天然纤维的性能总是有限的，而时装的个性化追求则是无限的，这就必须依仗化纤的种种差别化功能。,随着生活质量的提高和观念的更新，人们又开始回归自然、天然材料，但化纤也没有一成不变，化纤材料正在朝仿天然甚至超天然功能方向发展，比如吸湿、透气、防静电、防紫外线等。,第二节,化学纤维的常用基本概念,一、长丝,filament,yarn,化学纤维形态的一类。在化纤制造过程中，纺丝流体连续从喷丝孔挤出，经空气冷却或在凝固浴中凝固成丝，成为连续不断的丝条，然后再经拉伸、加捻，或变形等后加工工序以供进一步加工应用。这样所制得的长度达几千米或几万米的纤维。,长丝可分单丝、复丝和,帘线丝,三种。,单丝又分单孔丝、少孔丝和鬃丝。,二、短纤维（staple fiber）,又称切段纤维。化学纤维长纤维束被切断或拉断成相当于各种天然纤维长度的纤维。,棉型短纤维：2538mm 1.3-1.7dtex,毛型短纤维：,中长纤维：,三、丝束,tow,用来切断成短纤维或经牵切法而制成化学纤维束。,由大量的单纤维汇集而成,四、,异形纤维Shaped fiber,用非圆形喷丝孔或中空喷丝孔纺制的纤维,五、,复合纤维composite fiber,复合纤维是指由两种或两种以上聚合物，或具有不同性质的同一聚合物，经复合纺丝法制成的化学纤维。或曰：纤维截面含有两种或两种以上不相混合聚合物的纤维。,有并列型、皮芯型(同芯或偏芯)、天星型、多芯型或海岛型等复合纤维。,六、变形丝 textured yarn,将长丝经不同的变形加工方法，改变其外关、几何形状、内部结构与性能而形成的丝叫做变形丝。,弹力丝 膨体纱,七、超细纤维 Superfine fiber,一般把纤度0.3旦（直径5微米）以下的纤维称为超细纤维。国外已制出0.00009旦的超细丝，如果把这样一根丝从地球拉到月球，其重量也不会超过5克。我国目前已能生产0.130.3旦的超细纤维。,超细纤维由于纤度极细，大大降低了丝的刚度，作成织物手感极为柔软，纤维细还可增加丝的层状结构，增大比表面积和毛细效应，使纤维内部反射光在表面分布更细腻，使之具有真丝般的高雅光泽，并有良好的吸湿散湿性。用超细纤维作成服装，舒适、美观、保暖、透气，有较好的悬垂性和丰满度，在疏水和防污性方面也有明显提高，利用比表面积大及松软特点可以设计不同的组织结构使之更多地吸收阳光热能或更快散失体温起到冬暖夏凉的作用。,八、差别化纤维,differential fiber,差别化纤维一词来源于日本，它是指对常规品种化纤有所创新或具有某一特性的化学纤维。差别化纤维以改进织物服用性能为主，主要用于服装和装饰织物。,差别化纤维主要通过对化学纤维的化学改性或物理变形制得，。有抗菌、防臭、荧光、防水等品种繁多。,九、特种纤维special fiber,特种纤维,是具有特殊的物理化学结构、性能和用途的化学纤维。,高性能纤维,High performance fiber指具有高强度、高模量和耐高温、耐强腐蚀、耐辐射、耐化学药品的纤维。总之，不易被破坏。,功能纤维Function fiber 指除一般纤维所具有的物理机械性能以外,还具有某种特殊功能的新型纤维。比如说:纤维具有卫生保健功能(抗菌、杀螨、理疗及除异味等);防护功能(防辐射、抗静电、抗紫外线等)等。,第三节 化学纤维的主要品质指标,一、线密度Linear density,特、分特 ；旦；公支。1000米长的纤维具有的克数称为“特数”。,特：1000米长的纤维所具有的重量(用克表示)。,分特：10000米长的纤维所具有的重量(用克表示)。,纤维重量(克),特 数1000,纤维长度(米),纤维重量(克),分特数10000,纤维长度(米),某种纤维的特数或分特数越高，则表示这种纤维越粗，反之，纤维越细。,旦数、特数、分特数之间的换算关系：,分特数10特数,旦数9特数0.9分特数,二、断裂强度；Breaking tenacity,N/tex cN/dtex,三、断裂伸长率；延伸度Percentage of,breaking elongation,四、,初始模量:,initial modulus,也称弹性模量,纤维在外力作用下伸长1%时所需要的应力.表征纤维对小形变的抵抗能力.,五、燃烧性能 Flammability,耐热性包括熔点高和分解温度高；,燃烧性能指在空气中燃烧的难易度。,国际规定用,极限氧指数,LOI,（着火的纤维离开,火源而纤维继续燃烧时,环境中氮和氧混合气体内含氧最低分率）,表征纤维的燃烧性能.,LOI21%,难燃；LOI26%阻燃纤维,Flame retardant fiber,六、吸湿性Moisture absorption,回潮率=水分重/干基重 moisture regain,含湿率=水分重/湿基重,公定回潮率 计重核价依据,标准回潮率 标准状态下,七、染色性 dey,八、卷曲度 Degree of crimp,卷曲度4-5.5个/cm。,p,九、沸水收缩率Shrinkage in boiling water,十、对日光大气的稳定性,腈纶耐光最好,十一、短纤附加指标,切断长度：棉型40mm以下；毛型64114mm，介于之间叫中长型。,卷曲度4-5.5个/cm。,第四节化学纤维生产方法概述,品种繁多，方法各异。,但可概括为四大工序：,（1）原料制备,（2）纺前准备,（3）纺丝,（4）后加工,一、原料制备,1、成纤高聚物的基本性质,（1）大分子必须是线形的，支链尽可能少，无庞大侧基。,（2）适当的分子间力，或规律的化学结构和空间结构。,（3）分子