《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 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 纖維化學與物理 北京 科學出版社 2005 3 肖長發(fā) 尹翠玉等編 化學纖維概論 北京 中國紡織出版社 1997 1 合成纖維的起始原料石油 天然氣 煤 農(nóng)副產(chǎn)品2 合成纖維的加工過程低分子單體聚合反應紡絲成形后加工3 合成纖維的特點強度高 彈性好 比重小 保暖性好 耐磨 耐化學藥品腐蝕 不易霉變和蟲蛀等其混紡織物具有挺括 滑爽 免燙 快干等特點 4 發(fā)展概況 第一節(jié)合成纖維的基礎知識 合成纖維的共性 1 相對密度 可決定紡織品的性能和經(jīng)濟性 相對密度低 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 可減少負荷 2 機械性能 1 合成纖維強度通常較高 處于纖維材料中上等水平 是具強韌性的纖維材料 2 耐磨性高 3 光學性能 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 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 合成纖維的主要質量指標 1 線密度 單纖維越細 手感越柔軟 光澤柔和且易變形加工 2 斷裂強度 纖維在連續(xù)增加負荷的作用下 直至斷裂所能承受的最大負荷與纖維線密度之比 牛 特 3 斷裂伸長率 纖維在伸長至斷裂時的長度與原有長度增加的百分數(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 與三因素有關染色親和力 染色速度 染料 纖維復合物的性質 8 卷曲度 9 沸水收縮率 將纖維放在沸水中煮沸30min后 其收縮后的長度與原來長度之比 用于反映纖維熱定型程度和尺寸穩(wěn)定性的指標 纖維一定的卷曲 可以有效的改善纖維的抱合性 同時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 長絲 長度以千米計的纖維 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 聚對苯二甲酸乙二酯 長絲 聚酰胺長絲 2 短纖維 被切成幾厘米至十幾厘米長度的化纖 1 棉型短纖維 長度為25 38mm 纖維較細 線密度1 3 1 7dtex 類似棉纖維 主要用于與棉纖維混紡 2 毛型短纖維 長度為70 150mm 纖維較粗 線密度3 3 7 7dtex 類似羊毛 主要用于與羊毛混紡 3 中長纖維 纖維的長度為51 76mm 纖維的線密度為2 2 3 3dtex 介于棉型和毛型之間 用于制造中長纖維織物 短纖維可與天然纖維及其他化學纖維的短纖維混紡 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)和細節(jié)部分染色后交替出現(xiàn)深淺色變化 所有經(jīng)過變形加工的絲和紗 1 彈力絲變形長絲 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 成為類似毛線的變形紗 在原有化纖基礎上經(jīng)物理變形或化學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 1 2 并列型 3 4 皮芯型 5 6 裂離型 7 海島型 8 超細纖維常規(guī)纖維的線密度為1 4 7dtex細旦纖維的線密度為0 55 1 3dtex 主要用于仿真絲類的輕薄型或中厚型織物超細纖維的線密度為0 11 0 55dtex 可以用雙組分復合裂離法生產(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纖維的線密度在0 11dtex以下 可通過海島紡絲法生產(chǎn) 主要用于人造皮革和醫(yī)學濾材等特殊領域 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制成2 超細型采用復合紡極細化技術制成3 超懸垂型按手感分蠶絲手感 桃皮手感 超微細粉末手感和新羊毛手感 10 易染性合成纖維如化學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結構 其某一項或多項性能指標高于普通纖維 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 具有類似羊毛的手感 質輕而蓬松 耐光性和耐氣候性佳 合成纖維生產(chǎn)方法簡述 1 原料制備高分子化合物的合成 聚合 和機械處理2 紡前準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 無龐大側基 2 高分子分子間有適當?shù)南嗷プ饔昧?或具有一定規(guī)律性的化學結構和空間結構 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 其熔點或軟化點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 反應紡絲法 化學纖維長絲 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)結而得名 聚酯纖維品種很多 其中以聚對苯二甲酸乙二酯 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 斷裂強度高 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 對弱酸堿等穩(wěn)定 缺點 吸濕性低 染色性較差 靜電現(xiàn)象嚴重 織物易起球 由英國Whinfield和Dickson等人發(fā)明 1953年開始工業(yè)化生產(chǎn) 商品名稱美國 Dacron 日本 Tetoron 英國 Terlenka 等 滌綸 1 滌綸的生產(chǎn)原理 1 酯交換法 對苯二甲酸二甲酯與乙二醇在催化劑條件下酯交換生成對苯二甲酸雙羥乙酯 對苯二甲酸雙羥乙酯縮聚釋出乙二醇 2 直接酯化法 對苯二甲酸與乙二醇直接酯化 2 滌綸的結構特征 1 分子結構 A 是具有對稱性苯環(huán)結構的線型大分子 無大的支鏈 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 基團剛性較大 使得純凈的PET熔點較高C 分子內的C C鏈內旋轉 分子存在兩種空間構象D 分子鏈結構具有高度立體規(guī)整性E 分子間無強大定向作用力 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型 2 形態(tài)結構和聚集態(tài)結構 縛結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 無其他親水性基團 結晶度高 分子鏈排列緊密 所以吸濕性差 在水中溶脹度小 干 濕強度和干 濕延伸度基本相同 導電性差 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之間時 非晶區(qū)內某些分子鏈間作用力小的鏈段可運動 分字鏈間作用力大的鏈段難運動 晶區(qū)分子鏈不運動纖維柔韌 但無高彈態(tài)的彈性溫度大于軟化點時 非晶區(qū)分子鏈運動加劇 分子間相互作用力被拆開 類似粘流態(tài) 但晶區(qū)鏈段仍未被拆開纖維軟化不熔融 喪失纖維使用價值溫度高于熔點時 晶區(qū)分子鏈開始運動 纖維熔融 熔點約為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 完全無定形部分結晶取向且結晶Tg67 81 125 3 物理機械性能A 強度和延伸度滌綸是合纖中干強度最高的一種纖維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 化學穩(wěn)定性A 滌綸對堿的穩(wěn)定性比對酸的穩(wěn)定性差 堿減量仿絲綢 B 滌綸對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分子結構中缺少活性基團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 與其他物體摩擦時 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 導濕干爽型聚酯長絲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 世界上最早實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維 1935年 Carothers等人在實驗室合成了錦綸66 1937年實現(xiàn)熔體紡絲制造錦綸66的技術 1939年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 1938年 德國Schlack合成錦綸6 發(fā)明其生產(chǎn)纖維的技術 1941年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn) 美國稱為尼龍 Nylon 德國稱為貝綸 Perlon 日本稱為阿米綸 Amilan 聚酰胺纖維分子主鏈由酰胺鍵 CO NH 連接起來的一類合成纖維 1 脂肪族聚酰胺纖維 1 二元酸和二元胺縮聚 2 氨基酸縮聚或內酰胺開環(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耐光性較差 在長時間的日光或紫外光照射下 強度下降 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 效應的聚酰胺簾子線等 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鹽縮聚反應聚酰胺66鹽在適當條件下 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的制備常用己內酰胺開環(huán)聚合a 己內酰胺水解開環(huán) 生成氨基己酸b 氨基己酸與己內酰胺進行加成聚合c 大分子官能團之間的縮聚 實驗室合成尼龍 2 結構特征分子結構聚酰胺分子是由許多重復結構單元通過酰胺鍵連接起來的線型長鏈分子 在晶體中為完全伸展的平面鋸齒形結構 形態(tài)結構與聚集態(tài)結構錦綸截面接近圓形 縱向無特殊結構 聚酰胺的聚集態(tài)結構與滌綸相似 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晶 放大后的尼龍纖維 3 聚酰胺纖維的主要性質 1 密度聚酰胺的密度隨內部結構和制造條件不同而有差異 2 熱性能 熱轉變點聚酰胺有較高的物理性能和熔點 錦綸66的熔點比錦綸6的高40 A 具二酰二胺的熔點高于相應的聚 氨基酸B 酰胺基團間碳原子數(shù)少的聚酰胺熔點高于碳原子數(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于聚二酰二胺 偶系列的熔點高于相應的奇系列對于聚 氨基酸奇系列的熔點高于相應的偶系列 耐熱性聚酰胺的耐熱性能差 3 機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 易于結晶 紡絲過程中經(jīng)拉伸 其取向度和結晶度都比較高 強度比滌綸高 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 化學性能聚酰胺含酰胺鍵 易發(fā)生水解 對酸不穩(wěn)定 對堿穩(wěn)定 對氧化劑穩(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聚對苯二甲酰對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聚對苯甲酰胺強度略低于芳綸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 耐化學穩(wěn)定性好