1、高分子科學(xué)與工程學(xué)院 授課教師：姜猛進(jìn),化學(xué)纖維生產(chǎn)原理及工藝,內(nèi)容,第一節(jié) 化學(xué)纖維的發(fā)展概況 第二節(jié) 化學(xué)纖維的常用基本概念 第三節(jié) 化學(xué)纖維的主要質(zhì)量指標(biāo),第一節(jié) 合成纖維的發(fā)展概況,一、纖維的分類 二、化學(xué)纖維的發(fā)展概況 三、我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展概況,纖維的定義及分類,纖維的定義：可供紡織加工的一類細(xì)長而柔韌的材料。,化學(xué)纖維的主要品種與結(jié)構(gòu),化學(xué)纖維的主要品種與結(jié)構(gòu),化學(xué)纖維的主要品種與結(jié)構(gòu),二、化學(xué)纖維的發(fā)展概況,以天然原料為主（18801930） 1884年Chardonnet-硝酸纖維素，1891年工業(yè)化 1901年銅氨纖維 1905年粘膠纖維,以合成原料為主（1938196

2、0） 1939尼龍66 1941尼龍6 1946聚氯乙烯纖維 19501956腈綸、維綸、滌綸等,化學(xué)纖維的發(fā)展概況,改性纖維、特種纖維的發(fā)展（1960） PTT PBT 聚酰亞胺、聚苯并咪唑、芳香族聚酰胺、聚苯撐苯并口惡唑 差別化、多功能纖維的發(fā)展（1970） 全面超越天然纖維的性能,History and Facts,Facts,Facts,世界纖維產(chǎn)量對比 1 unit = 1000 Tonnes,纖維的發(fā)展趨勢,從蠶、蜘蛛吐絲想到的-仿生學(xué)是化纖發(fā)展的智慧寶庫 超細(xì)旦纖維 0.001dtex, diameter 0.1m 高強(qiáng)度高模量纖維 超過鋼材不是夢 功能纖維 豐富多彩的選擇 智能

3、纖維 能識別、響應(yīng)、執(zhí)行的高級纖維 具有傳感功能的纖維 智能機(jī)器人的保障 居安思危 可再生資源的開發(fā),纖維的發(fā)展趨勢,蜘蛛絲-最強(qiáng)的纖維 蛋白纖維 吐絲機(jī)理尚不完全清楚 特殊酶作用下的快速取向，屬液晶紡絲 蠶絲-最美麗的天然纖維 蛋白纖維 室溫固化成型 吐絲速度極低，取向的動力何來？,纖維的發(fā)展趨勢,超細(xì)化帶來的變革 纖度在19dtex為普通絲，0.41dtex為微細(xì)旦絲，小于0.4為超細(xì)旦 天然纖維最細(xì)為真絲(1.1dtex)，化學(xué)纖維目前的纖度可達(dá)0.001dtex,僅4g質(zhì)量的聚合體紡出了長度能夠到達(dá)月球距離的超細(xì)纖維。 超細(xì)纖維的優(yōu)點 織物更加柔軟，手感改進(jìn)；比表面積增大，透氣性改善；

4、吸水吸油性提高；保溫隔熱性增加；織物光澤更加柔和 超細(xì)纖維的應(yīng)用 人造麂皮、仿真絲綢、高密度織物、新合纖、高性能潔凈布,高強(qiáng)度高模量纖維-先進(jìn)復(fù)合材料的基礎(chǔ),纖維的發(fā)展趨勢,功能纖維 豐富多彩的選擇 抗靜電、導(dǎo)電纖維（電子工業(yè)用） 防止火災(zāi)而使用的阻燃纖維 運(yùn)動服所用的防水透濕織物 體操、健美運(yùn)動員使用的高彈性織物 內(nèi)衣和醫(yī)療方面使用的高吸水纖維 加工襪類和醫(yī)療服裝使用的防菌纖維 生物降解纖維 遠(yuǎn)紅外纖維 抗紫外線纖維 分離膜用的中空纖維,纖維的發(fā)展趨勢,智能纖維 能識別、響應(yīng)、執(zhí)行的高級纖維 智能纖維就是當(dāng)纖維所處的環(huán)境發(fā)生變化時,其形狀、溫度、顏色和滲透速率等隨之發(fā)生敏銳響應(yīng),即突躍性變化

5、的纖維。包括： pH響應(yīng)纖維 溫閩纖維 光敏纖維 形狀記憶纖維 應(yīng)用領(lǐng)域 服裝 藥物控制釋放 新型熱機(jī)轉(zhuǎn)換 智能開關(guān) 具有傳感功能的纖維 智能機(jī)器人的保障 用于測量和信號傳輸,纖維的發(fā)展趨勢,人口將持續(xù)不斷的增加-2050年世界人口達(dá)90億 纖維用量8公斤/人（2050),纖維產(chǎn)量約1億噸 自然資源不斷的枯竭 靠什么來支撐未來舒適的生活？對策： 可再生資源的利用 現(xiàn)有資源的節(jié)約 開發(fā)新的能源和原料來源,三、我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展,歷史短 20世紀(jì)50年代開始起步，以棉短絨為主要原料的粘膠纖維和以電石為主要原料的維綸。自70年代開始，我國化學(xué)纖維工業(yè)發(fā)展的重點轉(zhuǎn)向以石油為基礎(chǔ)原料的滌綸、錦綸、腈

6、綸和丙綸，融入國際化學(xué)纖維發(fā)展的主流之中。特別是70年代末，我國實行以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心的歷史性轉(zhuǎn)變，化學(xué)纖維工業(yè)進(jìn)入高速度發(fā)展時期。,我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展,速度快 1960年我國化學(xué)纖維產(chǎn)量只有1萬t，1970年才達(dá)到10萬t，1980年45萬t，1986年突破100萬t，1992年超過200萬t，1997年達(dá)到460萬t，1998年達(dá)到510萬t，成為世界化學(xué)纖維生產(chǎn)第一大國,2005年我國化纖總產(chǎn)量已達(dá)到1629.2萬t。 技術(shù)相對落后 自有技術(shù)少； 產(chǎn)品單一。,2000年世界各國和地區(qū)化學(xué)纖維生產(chǎn)量,我國化學(xué)纖維歷年總需求,我國化纖工業(yè)面臨的問題,1. 經(jīng)濟(jì)規(guī)模、生產(chǎn)力布局狀況不合理；

7、2. 國內(nèi)化學(xué)纖維市場遭受國外產(chǎn)品的猛烈沖擊； 3. 自有資金缺乏、債務(wù)負(fù)擔(dān)重； 4. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程配置不合理，效益低下； 5. 產(chǎn)品開發(fā)跟不上市場需求,產(chǎn)品缺乏競爭力； 6. 經(jīng)營管理機(jī)制落后、方式陳舊,市場營銷不利； 7. 品種和質(zhì)量問題。 總之，與國際先進(jìn)水平相比，我國化纖行業(yè)仍然缺乏強(qiáng)有力的競爭能力。,纖維的應(yīng)用,從神舟5號看高技術(shù)纖維,纖維的應(yīng)用,高技術(shù)纖維在神舟五號飛船上的應(yīng)用,1. 非電傳爆導(dǎo)爆索高強(qiáng)纖維 2. 宇航服高強(qiáng)、阻燃、抗靜電纖維 3.引導(dǎo)傘、減速傘、主傘、備份傘及傘索高 強(qiáng)、阻 燃、抗靜電纖維 4.艙內(nèi)裝飾織物阻燃纖維 5. 復(fù)合材料高強(qiáng)高模纖維,纖維的應(yīng)用,四

8、川大學(xué)研制的高技術(shù)纖維在神舟五號飛船上的應(yīng)用 應(yīng)用形式 非電傳爆導(dǎo)爆索示意圖 應(yīng)用部位 發(fā)射 軌道艙與回收艙分離 回收艙與推進(jìn)艙分離 拋傘窗蓋,纖維的應(yīng)用,宇航服 不僅僅是保暖那么簡單,楊利偉所穿的宇航服是宇航服中要求比較 簡單的一種，但其中所含的科技成份不簡單， 這款宇航服中已經(jīng)應(yīng)用了一百三十多種新型 材料。為了防止膨脹，宇航服上特制了各種 環(huán)、拉鏈、縫紉線以及襯料等。同時，保溫、 吸汗散濕、防細(xì)菌、防幅射等功能也體現(xiàn)在 其中。價值人民幣一千多萬元。與國外同類 產(chǎn)品相比，中國的宇航服處于先進(jìn)水平，這 表現(xiàn)在新型材料的應(yīng)用、同等功能優(yōu)異、加 工程度精細(xì)等方面。,艙外航天服每套總重量約公斤，造價

9、萬元人民幣左右。,與你相伴-纖維在日常生活中的應(yīng)用,Fiber uses,滌棉混紡布用作被套,T恤衫,純棉T恤,純棉牛仔褲,羊毛/腈綸毛衣,高強(qiáng)度聚乙烯纖維繩,絕緣紙,魚線,濾材,Fiber uses,尼龍防寒服,尼龍防滑地毯,高彈性運(yùn)動短褲,防水背包,尼龍帳篷和睡袋,雙層防水服,尼龍、棉、氨綸混紡彈力襪,玻璃纖維桿,中纖板,第二節(jié) 化學(xué)纖維的基本概念,一、長絲 二、短纖維 三、絲束 四、牽切紗 五、預(yù)取向絲 六、變形紗 七、化學(xué)纖維中的新名詞 異形纖維、復(fù)合纖維、超細(xì)纖維、差別化纖維 高性能纖維、功能纖維、高技術(shù)纖維,長絲,定義：紡絲流體（溶體或溶液經(jīng)紡絲成型和后加工處理得到的長度以千米計的

10、連續(xù)纖維。 長絲包括單絲、復(fù)絲、簾子線 單絲：用單孔噴絲頭紡制而成的一根或幾根連續(xù)纖維，較粗的單絲稱為鬃絲； 福絲：數(shù)十根以上單纖維組成的絲條； 數(shù)根單纖維組成，專門用于制造輪胎簾子布。,短纖維,定義：化學(xué)纖維的產(chǎn)品被切成幾厘米至十幾厘米的長度，這種長度的纖維稱為短纖維。 根據(jù)切斷長度的不同，短纖維可分為棉型、毛型、中長型短纖維。 棉型短纖維；長度為2538mm，纖維較細(xì)，類似棉花。主要用于與棉混紡，例如用棉型聚酯短纖維(滌綸)與棉混紡，得到的織物稱“滌棉”織物。 毛型短纖維：長度為70150mm，纖維較粗，類似羊毛。主要用于與羊毛混紡，例如用滌綸毛型短纖維與羊毛混紡，得到的織物稱“毛滌”織物

11、。 中長纖維：纖維的長度為5176mm，纖維的粗細(xì)介于棉型和毛型之間。主要用于織造中長纖維織物。 短纖維除可與天然纖維混紡?fù)?，還可與其它化學(xué)纖維的短纖維混紡，由此得到的混紡織物具有良好的綜合性能。另外，短纖維也可進(jìn)行純紡。,絲束、牽切紗、預(yù)取向絲,絲束 由幾萬根甚至幾百萬根單絲組成的束絲，用來切斷成短纖維和牽切成條子。 牽切纖維 絲束經(jīng)拉伸而斷裂成短纖維，纖維長度不等。 預(yù)取向絲 經(jīng)高速紡制得的纖維，具有一定取向度，但仍需后處理加工。,異型纖維,定義：在合成纖維成形過程中，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，這種纖維稱為異形截面纖維，簡稱異形纖維。,幾種非圓形噴絲孔形狀及其相

12、應(yīng)纖維橫截面形狀,異型纖維的功能,異形纖維具有特殊的光澤，并具有蓬松性、耐污性和抗起球性，纖維的回彈性與覆蓋性也可得到改善。 三角形橫截面的滌綸或錦綸與其它纖維的混紡織物有閃光效應(yīng)； 十字形橫截面的錦綸回彈性強(qiáng) 五葉形橫截面的滌綸長絲有類似真絲的光澤、抗起球、手感和覆蓋性良好， 扁平、帶狀、啞鈴形橫截面的合成纖維纖維具有麻、羚羊毛和兔毛等纖維的手感和光澤； 中空纖維的保暖性和蓬松性優(yōu)良，某些中空纖維還具有特殊用途，如制作反滲透膜，用于人工腎臟、海水淡化、污水處理、硬水軟化、溶液濃縮等。,復(fù)合纖維,定義：在纖維橫截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物，這種化學(xué)纖維稱為復(fù)合纖維，或稱雙組分纖維。

13、 復(fù)合纖維的品種很多，有并列型、皮芯型、海島型和裂離型等。,復(fù)合纖維,并列型復(fù)合和偏皮芯型復(fù)合，由于兩種聚合物熱塑性不同或在纖維橫截面上不對稱分布，在后處理過程中產(chǎn)生收縮差，從而使纖維產(chǎn)生螺旋狀卷曲，有類似羊毛彈性和蓬松性。 皮芯型纖維是兼有兩種聚合物特性或突出一種聚合物特性的纖維。如將錦綸作皮層，滌綸作芯層，可制得染色性好、手感柔中有剛的纖維； 利用高折射率的芯層和低折射率的皮層可制成光導(dǎo)纖維。 若利用島組分連續(xù)分散于海組分中形成海島型復(fù)合纖維，再用溶劑溶去海組分，剩下連續(xù)的島組分，就成為非常細(xì)的超細(xì)纖維。 裂離型復(fù)合纖維在紡絲成形和后加工過程中均以較粗的長絲形態(tài)出現(xiàn)，而在織造加工中，特別是

14、整理和磨毛過程中，由于兩組分的相容性和界面粘結(jié)性差，每一根較粗的長絲分裂成許多根絲。復(fù)合形式不同，裂離后纖維的截面形狀和粗細(xì)也不同，如圖（f）為桔瓣型復(fù)合纖維，裂離后纖維橫截面為三角形，(g)為裂片型復(fù)合纖維，裂離后成為扁絲。這種裂離型復(fù)合纖維生產(chǎn)技術(shù)在超細(xì)纖維的制造中已被廣泛采用。,變形紗,定義：變形紗包括所有經(jīng)過變形加工的絲和紗，如彈力絲和膨體紗都屬于變形紗。 彈力絲即變形長絲，可分高彈絲和低彈絲兩種。彈力絲伸縮性、蓬松性好，其織物在厚度、重量、不透明性、覆蓋性和外觀特征等方面接近毛織品、絲織品或棉織品。滌綸彈力絲多數(shù)用于衣著，錦綸彈力絲宜于制造襪子，丙綸彈力絲則多數(shù)用于家用織物及地毯。其

15、變形方法主要有假捻法、空氣噴射法、熱氣流噴射法、填塞箱法和賦型法等。 膨體紗是利用高聚物的熱可塑性，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，高收縮性的毛條迫使低收縮性的毛條卷曲，從而使其具有伸縮性和蓬松性、類似毛線的變形紗。以腈綸膨體紗產(chǎn)量為最大，用于制作針織外衣、內(nèi)衣、毛線、毛毯等。,超細(xì)纖維,由于單纖維的粗細(xì)對于織物的性能影響很大，所以化學(xué)纖維也可按單纖維的粗細(xì)(線密度)分類，一般分為常規(guī)纖維、細(xì)旦纖維、超細(xì)纖維和極細(xì)纖維。 常規(guī)纖維的線密度為1. 47dtex； 細(xì)旦纖維的線密度為0.551.3dtex，主要用于仿真絲類的輕薄型或中厚型織物； 超細(xì)纖維的線密度為0.110

16、.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。,差別化纖維,差別化纖維系外來語，來源于日本。一般泛指通過化學(xué)改性或物理變形使常規(guī)化纖品種有所創(chuàng)新或賦予某些特性的服用化學(xué)纖維。 在聚合及紡絲工序中改性的有：共聚、超有光、超高收縮、異染、易染、速染、抗靜電、抗起毛起球、防霉、防菌、防污、防臭、吸濕、吸汗、防水、熒光變色等纖維； 在紡絲、拉伸和變形工序中形成的有；共混、復(fù)合、中空、異形、異縮、異材、異色、細(xì)旦、超細(xì)、特粗、粗細(xì)節(jié)、三維卷曲、網(wǎng)絡(luò)、混

17、纖、混絡(luò)、皮芯、并列、毛圈噴氣變形以及各種竹節(jié)、疙瘩、結(jié)子、鏈條、辮子、夾色、混色、包覆、起毛起絨的花色絲、紗或纖維條等都屬于差別化纖維的范疇。 這類纖維主要用于服裝及裝飾織物，可提高經(jīng)濟(jì)效益、優(yōu)化工序、節(jié)約能源、減少污染以及增加紡織新產(chǎn)品。,特種纖維,特種纖維一般指具有特殊的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能和用途的化學(xué)纖維，如高性能纖維、功能纖維等。 耐高溫 耐腐蝕 耐輻射 高強(qiáng)高模 反滲透 導(dǎo)光 導(dǎo)電等特性 主要用于產(chǎn)業(yè)及尖端技術(shù)等領(lǐng)域。,第三節(jié) 化學(xué)纖維的質(zhì)量指標(biāo),一、線密度(纖度) 二、斷裂強(qiáng)度 三、斷裂伸長率 四、初始模量 五、燃燒性能（阻燃性） 六、吸濕性能 七、染色性 八、卷曲度 九、沸水收縮

18、率,化學(xué)纖維的質(zhì)量指標(biāo),十、纖維長度 十一、密度 十二、耐疲勞性 十三、耐磨性 十四、耐高溫性 十五、耐化學(xué)試劑穩(wěn)定性 十六、耐候性（大氣、日光）,纖維的線密度,表示纖維粗細(xì)程度的法定計量單位，在我國化學(xué)纖維工業(yè)中，稱“纖度”。 線密度的單位名稱為特，單位符號為tex，定義為：1000m長纖維重量的克數(shù)即為該纖維的特數(shù)。 常用單位分特-特的1/10稱分特，符號為dtex。 其它約定單位： 公制支數(shù)（支），1克纖維的米長度： 特=1000/支 Danier(旦），9000m長纖維的重量克數(shù)： 特=1/9旦,拉伸性能,斷裂強(qiáng)度,常用相對強(qiáng)度表示化學(xué)纖維的斷裂強(qiáng)度。即纖維在連續(xù)增加負(fù)荷的作用下，直至

19、斷裂所能承受的最大負(fù)荷與纖維的線密度之比。單位為牛/特(N/tex)、厘牛/特(cN/dtex)。在國際單位中用Mpa表示。（請換算兩個單位） 斷裂強(qiáng)度是反映纖維質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。斷裂強(qiáng)度高，纖維在加工過程中不易斷頭、繞輥，最終制成的紗線和織物的牢度性；但斷裂強(qiáng)度太高，纖維剛性增加，手感變硬。 纖維在干燥狀態(tài)下測定的強(qiáng)度稱干強(qiáng)度；纖維在潤濕狀態(tài)下測定的強(qiáng)度稱濕強(qiáng)度?；爻甭瘦^高的纖維，濕強(qiáng)度比干強(qiáng)度低，粘膠纖維濕強(qiáng)度要比干強(qiáng)度低3050。大多數(shù)合成纖維的回潮率很低，濕強(qiáng)度接近或等于干強(qiáng)度。,斷裂伸長率,纖維的斷裂伸長率一般用斷裂時的相對伸長率表示，即纖維在拉伸至斷裂時的長度比原來長度增加的百分

20、數(shù)表示： 式中，L0纖維的原長； L纖維伸長至斷裂時的長度。 纖維的斷裂伸長率是決定纖維加工條件及其制品使用性能的重要指標(biāo)之一。斷裂伸長率大的纖維手感比較柔軟，在紡織加工時，可以緩沖所受到的力，毛絲、斷頭較少；但斷裂伸長率也不宜過大，否則織物易變形。普通紡織纖維的斷裂伸長率在1030。,初始模量,纖維的初始模量即彈性模量是指纖維受拉伸而當(dāng)伸長為原長的1時所需的應(yīng)力。 初始模量表征纖維對小形變的抵抗能力。例如在主要的合成纖維品種中，以滌綸的初始模量為最大，其次為腈綸，錦綸則較小，因而滌綸織物挺括，不易起皺，而錦綸則易起皺，保形性差。,燃燒性能,纖維的燃燒性能是指纖維在空氣中燃燒的難易程度。國際規(guī)

21、定采用“極限氧指數(shù)”(Limiting Oxygen lndex，簡稱LOI)表示。 所謂極限氧指數(shù)，就是使著了火的纖維離開火源，而纖維仍能繼續(xù)燃燒時，環(huán)境中氮和氧混合氣體內(nèi)所含氧的最低百分率。 在空氣中，氧的百分率為21%，故若纖維的LOI21%，難燃性或阻燃性纖維。當(dāng)LOI26%時稱為阻燃纖維。,部分纖維的極限氧指數(shù),聚苯撐苯并 68,吸濕性能,纖維的吸濕性是指在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度(20、65相對濕度)條件下纖維的吸水率。一般采用回潮率和含濕率來表示： 吸濕率取決于纖維的結(jié)構(gòu) 吸濕率取決于環(huán)境條件 吸濕率取決于測定方法-我國采用公定回潮率 吸濕率影響纖維的加工性和使用性？,一些纖維在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度下的回潮率和我國公定回潮率,染色性,染色性是紡織纖維的一項重要性能，它包含的內(nèi)容主要有： 可采用的合適染料， 可染得的色譜是否齊全及深淺程度， 染色