1、第 六 章 纖 維,6.1 合成纖維的發(fā)展歷史,6.1.1 天然纖維,天然纖維的性能不錯(cuò)，但同天然橡膠一樣，生產(chǎn)受到自然環(huán)境的限制。,1972年湖南長(zhǎng)沙馬萬(wàn)堆出土的漢墓中發(fā)現(xiàn)大量隨葬品，最引人注目的是： 許多絢麗璀璨的絲綢和加工精細(xì)的麻布制 ,一件素紗蠶衣,年產(chǎn)500t的小化纖廠為例，占地面積100畝，生產(chǎn)的纖維相當(dāng)于1萬(wàn)畝棉田活10萬(wàn)只綿羊一年的棉或羊毛產(chǎn)量。 合成纖維的優(yōu)點(diǎn)：,6.1.1 天然纖維,1畝棉田1年僅能收獲50100kg皮棉 1根亞麻只能得到100g麻纖維 1只羊1年只能剪510kg羊毛,棉花最早出產(chǎn)在埃及 蠶絲是我國(guó)特產(chǎn),6.1.2 合成纖維發(fā)展史,最早的人造纖維誕生于185

2、5年： 奧德馬爾（法）硝酸纖維 1884年黑塞爾得到絲光的堿纖維； 1892年克勞斯和比萬(wàn)（英）粘膠纖維，適合紡絲； 1905年投產(chǎn)，至今仍在紡織工業(yè)中占有一席之地。,然以上并非真正意義上的人工制品？,合成纖維的出現(xiàn)是在20世紀(jì)30年代。,6.1.2 合成纖維發(fā)展史,最早的合成纖維是由PVC紡絲制成的氯綸； 1938第一個(gè)用合成高分子化合物為原料的化學(xué)纖維廠投入工業(yè)生產(chǎn)尼龍66,以后，一系列合成纖維投入生產(chǎn)，如：腈綸，維尼綸，滌綸等先后研制成功。,50年代隨著超細(xì)纖維，PTFE纖維，芳香族聚酰胺纖維、碳纖維和功能纖維的研制成功，化學(xué)纖維步入高科技領(lǐng)域，促進(jìn)了工業(yè)、尖端科學(xué)和國(guó)防建設(shè)的發(fā)展。,6

3、.1.2 合成纖維發(fā)展史,目前，合成纖維產(chǎn)量已經(jīng)占了工業(yè)纖維的10和民用纖維的50。,我國(guó)，1960年化學(xué)纖維年產(chǎn)量300t，至1992年即達(dá)2.08106，增長(zhǎng)了70倍，產(chǎn)量躍居世界第三位。 化學(xué)纖維在紡織原料中所占的比重到20世紀(jì)末已經(jīng)達(dá)到40。,6.1.2 合成纖維發(fā)展史,滌綸的發(fā)現(xiàn),1927年年僅32歲的瓦勒斯 卡羅瑟斯被聘請(qǐng)為Dupont公司：的研究負(fù)責(zé)人。 二元醇與二元酸的合成有發(fā)現(xiàn)，但所得聚酯材料軟化溫度太低，不符合紡絲的要求，功虧一簣。 10年后，另外兩個(gè)英國(guó)人在他們研究的基礎(chǔ)上，合成了滌綸。,尼龍的發(fā)現(xiàn),聚酯纖維的制備失敗并沒(méi)有使瓦勒斯 卡羅瑟斯灰心，他帶領(lǐng)研究小組轉(zhuǎn)變研究重

4、點(diǎn)到二元酸與二元胺的縮聚反應(yīng)中，與1935年合成了“尼龍66”,科學(xué)的任何偶然都預(yù)示著必然的規(guī)律。 成功屬于那些有準(zhǔn)備且不放過(guò)細(xì)節(jié)的人。,6.1.2 合成纖維發(fā)展史,n H2N-R-NH2 + n HOOC-R-COOH H-(HNRNH-OCRCO)n-OH + (2n-1) H2O,6.2 纖維的基本知識(shí),6.2.1 定義和分類(lèi),纖維可分為天然纖維和化學(xué)纖維兩類(lèi)。 天然纖維：直接從自然界中得到的纖維。 化學(xué)纖維：包括人造纖維和合成纖維兩類(lèi)。 人造纖維指由天然纖維素經(jīng)過(guò)化學(xué)出來(lái)后再加工的所得到的纖維。 主要產(chǎn)品有粘膠纖維，醋酸纖維和硝酸纖維等。 合成纖維是由小分子有機(jī)單體通過(guò)聚合反應(yīng)合成的纖

5、維。主要有：尼龍、滌綸、丙綸、氯綸、維綸（聚乙烯醇縮醛纖維）、腈綸 等。,6.2.1 定義和分類(lèi),紡織業(yè)中，纖維主要根據(jù)它的外形進(jìn)行分類(lèi) 短纖維：棉花和羊毛。 長(zhǎng)絲：蠶絲和紡織絲襪用的尼龍絲。 單絲指長(zhǎng)絲中的單根纖維。 復(fù)絲是指十幾根或幾十根絲搓合在一起的纖維。 簾子線(xiàn)是指幾百根纖維維合在一起。 鬃絲是指很粗的單纖維。,6.2.2 成纖聚合物原料的基本要求,1）很好的紡絲性，能熔融或溶解； 2）較高的強(qiáng)度； 3）較好的耐熱性，洗滌和熨燙； 4）較好的手感、吸濕性、染色性、抗腐蝕性和抗霉變性，在室外使用的纖維要有良好的耐光性和抗老化性。,6.2.3 衡量纖維質(zhì)量的常用標(biāo)準(zhǔn),單位一：支 指1g棉花

6、紡出的纖維的長(zhǎng)度(m)。 針織內(nèi)衣和襯衣上標(biāo)出的32支、60支的字樣代表什么意思？ 單位二：纖度單位旦尼爾，簡(jiǎn)稱(chēng)旦（D）。指長(zhǎng)度為9000m的纖維的質(zhì)量，已經(jīng)制備出纖度為0.2D的超細(xì)纖維。 9000W（g） D = L (m),6.3 纖維的主要品種,6.3.1 人造纖維,一） 粘膠纖維（又稱(chēng)人造棉或人造絲） 1905年工業(yè)化，主要成分是纖維素：,主要品種有粘膠纖維和醋酸纖維（賽璐玢） 。,粘膠纖維整個(gè)制備過(guò)程如下所示： 蘆葦?shù)仍侠w維素漿粕堿處理同CS2 反應(yīng)黃化纖維素黃原酸脂溶于稀堿中紡絲在硫酸溶液中凝固黏膠纖維素。,黏膠纖維的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：柔軟、有飄逸感、吸水性好、染色性?xún)?yōu)良，制成的

7、織物十分鮮艷漂亮，且價(jià)格非常低廉，適于制作夏季的裙料。 缺點(diǎn)：纖維遇水后回變硬，而且強(qiáng)度變差。其濕強(qiáng)度只有干強(qiáng)度的60%左右，洗滌時(shí)不要使勁揉搓，以免塤壞織物。,黏膠纖維和棉纖維的主要成分是纖維素，為什么它們的性質(zhì)會(huì)有如此大的差別呢？,結(jié)構(gòu)上找原因： 1，相對(duì)分子量； 2，結(jié)晶度；（結(jié)晶度的不同直接影響到物質(zhì)的性質(zhì)）,針對(duì)粘膠纖維這些缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)改進(jìn)途徑 1，研制成一種新型的黏膠纖維富強(qiáng)纖維。 這種纖維選用的具有較大分子量的原料，在溶解和紡絲過(guò)程中要控制好條件，使纖維分子盡可能緊密排列。,2，混紡 粘膠纖維雖然有些缺點(diǎn)，但其色澤鮮艷、價(jià)格低廉、穿著舒適，通過(guò)大量的實(shí)踐，將黏膠纖維同絲、棉、毛等天

8、然纖維交織或混紡在一起制成相應(yīng)的人造絲、人造棉和人造毛新品種。,6.3.2 人造纖維,二） 醋酸纖維（又稱(chēng)人造棉或人造絲） 纖維素中的三個(gè)羥基（OH），在合適的條件下同醋酸（HAc）發(fā)生酯化反應(yīng)后得到醋酸纖維素，又稱(chēng)塞璐玢。,+,HAc,賽璐玢,醋酸纖維素的特點(diǎn)與用途： 十分透明，強(qiáng)度較高，又不易燃，除了用于制備衣料外，也是制備電影安全軟片和攝影膠片的重要原來(lái)，還用于制備反滲透膜的原料。,6.3 纖維的主要品種,6.3.2 合成纖維,一） 最挺括的纖維滌綸，聚酯纖維（PET） 1953年才正式投產(chǎn)，性能優(yōu)異，已經(jīng)成為合成纖維中產(chǎn)量最大的品種。 特性3個(gè)最好 抗皺性和保型性比羊毛好，是其他合成纖

9、維不及的； 強(qiáng)度比羊毛高1倍，比羊毛高3倍，濕強(qiáng)度不低于干強(qiáng)度； 耐熱性和熱穩(wěn)定性也是通用合成纖維最好的。,合成纖維是由聚合物經(jīng)紡絲制成的纖維 。,6.3.2 合成纖維,二） 結(jié)實(shí)耐磨的纖維尼龍，聚酰胺纖維 二元胺和二元羧酸聚合生成聚酰胺 n H2N-R-NH2 + n HOOC-R-COOH H-(HNRNH-OCRCO)n-OH + (2n-1) H2O 是世界上最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的纖維，我國(guó)又稱(chēng)錦綸。 特性： 耐磨性最好適合做什么？ 強(qiáng)度比羊毛高2倍，比羊毛高4.5倍，重量只有棉花的1/3；適合做什么？ 為什么穿在身上透氣性不好？,二） 結(jié)實(shí)耐磨的纖維尼龍，聚酰胺纖維 與蠶絲是同一家庭的成員

10、，但是其吸水性不如蠶絲，Why? 缺點(diǎn)： 耐熱性不好，160170以上開(kāi)始收縮。 耐光保型性差，衣料不挺括； 工業(yè)上用途廣泛： 輪胎簾子線(xiàn)、降落傘、繩索、漁網(wǎng)和工業(yè)慮布等。 另外，尼龍與羊毛或粘膠纖維混紡，與蠶絲混紡等。,二） 結(jié)實(shí)耐磨的纖維尼龍，聚酰胺纖維 當(dāng)尼龍與蠶絲混紡或者將尼龍當(dāng)蠶絲賣(mài)的時(shí)候，如何鑒別呢？ 從以下兩點(diǎn)鑒別：1，干和濕狀態(tài)力學(xué)性能不同 2，燃燒時(shí)不同表現(xiàn),蠶絲纖維強(qiáng)度接近棉纖維，彈性好，制成的織物抗縐性能較好。但在溫度生高和含水量增加的情況下，蠶絲強(qiáng)度下降，變形增加，故絲織物濕態(tài)易起縐，洗后免燙性差。,二） 結(jié)實(shí)耐磨的纖維尼龍，聚酰胺纖維 絲纖維耐弱酸不耐堿，在遇到含氯的

11、氧化劑是會(huì)發(fā)生氧化分解，所以在洗滌時(shí)不能用堿性洗滌劑，也不能用含氯的漂白劑漂白和含漂白粉的洗滌劑洗滌。絲纖維經(jīng)醋酸處理后會(huì)變得更加柔軟光滑，在保養(yǎng)時(shí)可用白醋加水漂洗。絲纖維耐熱性在天然纖維中屬較好，但耐光性較差，在日光照射下，蠶絲因吸收紫外線(xiàn)而發(fā)黃，強(qiáng)度也下降。,絲纖維比任何纖維都嬌嫩，主要表現(xiàn)為對(duì)鹽的抵抗力差。若將其放在5%的食鹽溶液中浸泡較長(zhǎng)時(shí)間，它的組織將受到破壞，嚴(yán)重影響使用壽命。人體的汗水里含有鹽的成分，所以夏天絲綢服裝被汗水浸濕后，應(yīng)馬上沖洗干凈，千萬(wàn)不要浸泡。 蠶絲和羊毛一樣，容易被蟲(chóng)蛀也可發(fā)霉，因此要做好絲織物的防蛀和防霉工作。,6.3.2 合成纖維,三）最耐曬的纖維腈綸（PA

12、N，又稱(chēng)人造羊毛），聚丙稀腈纖維 用85以上的丙烯腈和其他第二、第三單體共聚的高分子聚合物仿制的合成纖維。聚丙烯腈纖維的中國(guó)商品名。俗稱(chēng)人造羊毛。美國(guó)杜邦公司于20世紀(jì)40年代研制成功純聚丙烯腈纖維（商品名為奧綸），因染色困難、易原纖化，一直未投入工業(yè)化生產(chǎn)。后來(lái)在改善聚合物的可仿性和纖維的染色性的基礎(chǔ)上，腈綸才得以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。各個(gè)國(guó)家有不同的商品名，如美國(guó)有奧綸、阿克利綸、克麗斯綸、澤弗綸，英國(guó)有考特爾，日本有毛麗龍、開(kāi)司米綸、依克絲蘭、貝絲綸等。腈綸密度一般為1.161.18克厘米3，標(biāo)準(zhǔn)回潮率為1.02.5。纖維的特點(diǎn)是蓬松性和保暖性好，手感柔軟，并具有良好的耐氣候性和防霉、防蛀性能

13、。主要用做人造纖維，俗稱(chēng)人造羊毛；制毛線(xiàn)、針織物（純紡或與羊毛混紡）和機(jī)織物，尤其適宜作室內(nèi)裝飾布，如窗簾等。,單一聚丙稀腈性能很差，不但很脆，而且難于染色。 改進(jìn)方法是三元共聚丙稀酸酯，衣康酸和丙稀腈共聚，得到的共聚物性能非常優(yōu)秀，被譽(yù)為人造羊毛。 蓬松卷曲，十分柔軟，彈性好適合做什么？ 有腈基，因而耐曬性特好。 缺點(diǎn)是易起毛球、耐磨性差。,三）最耐曬的纖維腈綸,6.3.2 合成纖維,四）保暖性最好的纖維氯綸，PVC 靜電作用強(qiáng)，保暖性好，作內(nèi)衣對(duì)關(guān)節(jié)炎有一定的輔助療效。但是耐熱性差。,五）質(zhì)量最輕的纖維丙綸，PP 丙綸纖維性能好，價(jià)格便宜。 但是最大的缺點(diǎn)是吸濕性和染色性太差，而且耐熱和耐

14、光性也都較差，限制了其在衣用材料中的應(yīng)用。高級(jí)內(nèi)衣。 最大的用途是制成扁絲，用作包裝繩和編織袋。,6.3.2 合成纖維,合成纖維的改性 1）纖維表面的化學(xué)改性（化學(xué)接枝或等離子表面改性） 2）混紡和交紡 3）工藝改性，異形纖維、空心纖維、超細(xì)纖維和 復(fù)合纖維等。,6.3.3 特種纖維,20世紀(jì)末，特種纖維產(chǎn)量比例達(dá)到5，產(chǎn)值比例卻高達(dá)40。 Dupont公司在過(guò)去20年共投資10多億美金開(kāi)發(fā)Kevlar纖維，90年代后每年獲得2億美金的受益。 特種纖維包括高強(qiáng)度纖維和功能性纖維，前者主要有碳纖維、芳綸纖維、硼纖維和碳化硅纖維等。,一）碳纖維 1880年愛(ài)迪生。 1950年研制成高強(qiáng)度碳纖維。

15、制造過(guò)程與媒生成的原理非常相似。,一）碳纖維 碳纖維比頭發(fā)絲細(xì)，但它的強(qiáng)度比鋼鐵還高、剛性比金屬鈦還好。 用途：航空、航天材料、建筑材料、醫(yī)學(xué)材料、體育器材、樂(lè)器材料、微波爐的波導(dǎo)管。,二）高強(qiáng)度合成纖維芳綸 Kevlar已經(jīng)工業(yè)化中強(qiáng)度最好的纖維。 Nomex纖維（芳綸1313） Keclar纖維（芳綸1414）,二）高強(qiáng)度合成纖維芳綸 Kevlar強(qiáng)度最好的原因：苯環(huán)和氫鍵 液晶高分子 150，90%；250，80%。 用途：航空、航天；國(guó)防（導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)，飛機(jī)殼體）、軍事（防彈衣）；橡膠增強(qiáng)；高性能復(fù)合；石棉替代品。,圖注：eSpin科技公司的納米纖維與一個(gè)花粉孢子的比較圖 eSpin科技

16、公司（Chattanooga，TN）制造的納米纖維不僅用于生物技術(shù)應(yīng)用，而且用于航天、化學(xué)、自動(dòng)化和軍事等工業(yè)。,三）納米纖維,eSpin公司的創(chuàng)建者和總裁Jayesh Doshi博士解釋說(shuō)，公司的納米纖維用于多種不同類(lèi)型的分離或過(guò)濾中。通過(guò)在過(guò)濾中加入納米纖維，濾孔的大小可以從3微米降到0.1微米，從而能夠過(guò)濾病毒/組織、大范圍的灰塵顆粒和植物孢子，同時(shí)費(fèi)用也不會(huì)增加太多。 納米纖維可以用多種不同的聚合物制造，根據(jù)客戶(hù)需要可以有特定的性能。,它的生物學(xué)應(yīng)用包括蛋白質(zhì)和DNA的分離和血液過(guò)濾。軍事方面可以用它來(lái)過(guò)濾危險(xiǎn)的生物材料。 納米纖維也能用于皮膚給藥的方法，可以促進(jìn)傷口愈合，同時(shí)也可以包

17、裹在牙科用的材料上。他們也制成了一種優(yōu)秀的細(xì)胞培養(yǎng)基。eSpin公司現(xiàn)在有30多個(gè)客戶(hù)，生命科學(xué)工業(yè)的客戶(hù)多數(shù)是開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品的制藥公司和給藥公司。,納米纖維仍然很昂貴，但是eSpin公司說(shuō)他們有一種技術(shù)可以通過(guò)增加產(chǎn)量來(lái)降低成本。Doshi博士預(yù)測(cè)在三年之內(nèi)，納米纖維的價(jià)格將大幅下降。,生活知識(shí)常用纖維洗滌方法,尼龍（NYLON）：洗后易干，適用一般洗劑，避免長(zhǎng)時(shí)間暴曬，以免衣服變黃，故應(yīng)晾在陰涼通風(fēng)處，熨時(shí)用墊布熨燙溫度為120度-130度。 棉 （COTTON）：用肥皂或中性洗衣劑洗滌，勿使用含熒光劑洗衣粉，不能浸泡漂白劑。棉制品易發(fā)霉，因此必須保證其干燥再加以收藏，請(qǐng)勿使用烘衣機(jī)。 羊毛 （WOOL）：以干洗為最佳清洗方