第五章--合成纤维.doc
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1、第五章 合成纤维5.1合成纤维的概况合成纤维:是化学纤维中的一类。是以石油、天然气、媒、农副产品为原料,经过一系列的化学反应,制成合成高分子化合物,再经化学加工而制得的纤维。合成纤维的共性特性:坚牢耐磨,质轻,易洗快干,不易起皱,不霉不蛀。纤维密度小,断裂强度和断裂伸长率都较大,弹性较好,耐磨性也较好,摩擦系数大,织物易起毛球,吸湿能力较差,吸湿后强、伸度变化不大,化学稳定性较好,不霉不蛀,对一般染料的染色性较差,导电性较差,易产生静电,易沾染灰尘,具有与天然纤维和再生纤维不同的热学性质。合成纤维的主要品种:聚酯纤维(涤纶)、聚酰胺纤维(锦纶、尼纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)和聚丙烯纤维(丙纶)。
2、其次是聚乙烯醇纤维(维纶、维尼纶)、聚氨酯弹性纤维(氨纶)和聚氯乙烯纤维(氯纶)。一 合成纤维的发展概况 20世纪30年代中期开始 20世纪40年代初期发展起来 : 第一个真正实现工业化生产的合成纤维:聚酰胺纤维(尼纶) 20世纪50年代初期: 聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酯纤维相继实现工业化。 20世纪60年代: 石油化学工业迅猛发展促进合成纤维的发展,1960粘聚丙烯纤维实现工业化生产。 20世纪70年代: 利用化学改性和物理改性手段,通过分子设计制成改性合成纤维,即“差别化纤维”,与原有合成纤维相比,各种性能都有较大改进。目前 特种纤维我国合成纤维工业情况:具体见P123二 合成
3、纤维生产简介生产过程可概括为以下四个工序:(1) 原料准备:将从石油、煤。天然气、石灰石中提炼了的可供化学合成的有 机化合物,通过聚合反应,将单体分子聚合成为平均分子量很高,且具备纺丝性能的高分子聚合物。(2) 纺前准备: 纺丝熔体或纺丝溶液的制备(3) 纺丝: 将成纤高聚物的熔体或浓溶液,利用纺丝泵(或称为计量泵) 连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔中挤出,而成液态细流,再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维。 (4)后加工: 即纤维的后处理。主要是拉伸和热定形。 熔体纺丝:见P124 锦纶、 涤纶、丙纶纺丝方法: 湿法纺丝: 见P124 腈纶短纤维 溶液纺丝 干法纺丝:见
4、P125 腈纶长丝、氨纶弹性丝 5.2 涤纶的结构与性能聚酯纤维:是由大分子链中的各链节通过酯基(-CO-O-),相连的成纤高聚物纺制而成的合成纤维。英文缩写:PETPTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯。PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二酯纤维。是近年来开发的一种新型聚酯纤维。我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85以上的纤维 称为 涤纶,发展速度最快,生产量最大。聚酯纤维性能特点:强伸度较好,弹性优良;耐磨性能好,但其织物易起毛起球; 小负荷下不易变形,尺寸稳定性好,易洗快干,洗后保形性好,具有优良的免烫性;耐热性好,耐晒性也好,但遇火容易熔融;染色性能较差。一 涤纶生产简介 主要成分为:对苯二甲酸乙二酯
5、,以对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)为原料通过酯交换法和直接酯化法,合成而得到的一种结晶性高聚物。 因为其熔点低于热分解温度,所以采用熔体纺丝法。纺丝成形可分为切片纺丝(长丝)和直接纺丝(短纤维)二 涤纶的结构1 表面及横截面: 纵向光滑、均匀、无条痕的圆柱体。 横截面:接近圆形2 涤纶的分子结构聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的化学结构式如下:从结构中可以看出:(1) 涤纶为线型分子,分子链的两端各有一个羟基,中间每个单元链节都有由苯环通过酯基与乙基相连,没有大的支链和侧链。取向为拉伸方向 且平行排列,分子链高度立体规整性结构,具有紧密敛集的能力和结晶倾向。因而 较高的机械强度 和 形状稳定
6、性。(2) 分子中除两端含有OH外,不含有其他亲水基团,且缺乏与染料分子结合的官能团,故涤纶吸湿性差,染色性差。 属于疏水性纤维。(3) 酯键的存在使分子具有一定的化学反应能力,但苯环和亚甲基的稳定性 好,所以涤纶的化学稳定性较好。(4) 涤纶大分子的基本链节中含有苯环,阻碍了大分子的内旋转,使主链刚性增加,但还含有一定数量的亚甲基,又有一定的柔性。所以涤纶具有弹性优良,挺括,尺寸稳定性好的优异性质。三 涤纶的性能1 物理性能(1)颜色: 一般为乳白色并带有丝光一样的光泽(2)密度: 完全无定形时 1.333 g/cm3,完全结晶时为1.455 g/cm3,一般在1.381.40 g/cm3,
7、(3)回潮率:标准状态下为0.4,吸湿性低,洗可穿性好,但加工时静电现象严重,织物透气性和吸湿性差。(4)热性能:玻璃化温度为:6881,软化点温度为:230240,在几种主要合成纤维中,涤纶的耐热性最好。(5)耐光性: 仅次于腈纶(6)电性能:因吸湿性低,导电性差,一种优良的绝缘体。2 力学性能(1)强度高,湿态下强度不下降(2)延伸度适中(3)模量高:是大规模生产的合成纤维中,以涤纶的初始模量为最高,使织物的尺寸稳定,不变形,不走样。(4)回弹性好(5)耐磨性: 仅次于锦纶,超过其他纤维。3 化学性能 在涤纶大分子中,苯环和亚甲基的稳定性较好,故涤纶化学稳定性好,除耐碱性差外,耐其他化学试
8、剂性能均优良。(1)耐酸性: 对酸(尤其是有机酸)很稳定,但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用。(2)耐碱性:大分子上的酯基受碱的作用很容易水解,只有在低温下对稀碱或弱碱才比较稳定。(3)耐溶剂性:对一般的非极性有机溶剂有极强的抵抗能力,在室温下对极性溶剂也有相当强的抵抗能力。(4)对氧化剂和还原剂的稳定性:对二者均有良好的稳定性。4 耐微生物性 不受虫蛀、霉菌的作用5 吸湿、染色性能吸湿差,透气性不好,容易产生静电,易吸附灰尘。染色比较困难6 起球现象 因为涤纶纤维表面光滑,纤维间抱合力差,纤维的尖端容易散露在织物表面形成绒毛,经摩擦后缠结形成小球,由于强度高,弹性好,小球难以脱落。7
9、 静电现象 吸湿性差,导电性差,摩擦易产生静电。四 改性涤纶 主要针对普通涤纶的缺点:染色性差,使用的染料种类少,吸湿性差,易在纤维上积聚静电,织物易起球等 进行改性,得到涤纶差别化纤维。 化学改性:共聚和表面处理改性方法 物理改性:共混纺丝、变更纤维加工条件、改变纤维形态及混纺交织。(一) 涤纶改性的途径(具体见P134)改变涤纶的性能,必须从改变其大分子链结构入手。一般方法有1 化学改性2 物理改性(二) 改性涤纶1 易染改性涤纶易染色:用不同类型的染料染色,且在采用同类染料染色时,染色条件温和,色谱齐全,色泽均匀及坚牢度好。 阳离子染料可染聚酯纤维CDP 酸性染料可染聚酯纤维分散染料易染
10、聚酯纤维2 抗静电聚酯纤维3抗起球聚酯纤维 物理改性方法:使纤维截面异形化,增加纤维抱合力 化学改性方法:降低纤维的强力5.3 锦纶的结构与性能锦纶(PA)是聚酰胺纤维的商品名称,其分子主链是由酰胺键(HNCO)连接. 二元胺和二元酸缩聚:分别用两个数字表示二者所含的碳原子数,前者代表二元胺的碳原子数,后者代表二元酸的碳原子数,如锦纶66,锦纶1010 由氨基酸缩聚或己内酰胺开环聚合:其数字表示氨基酸或己内酰胺的碳原子数。锦纶的特性:耐磨性、弹性好,强度、延伸度高,相对密度小,耐霉耐蛀。一 锦纶生产简介1 锦纶6的生产 分子结构式:H NH(CH2) 5 CO n OH 锦纶6 的化学名称为
11、聚己内酰胺, 由己内酰胺为原料,在适当的温度和活化剂(如少量水)存在下,经系列反应开环聚合。平均分子量控制在2万左右。2 锦纶66的生产分子结构式:H NH(CH2)6NH-OC(CH2)CO n OH锦纶66 的化学名称为 聚己二酰己二胺, 由己二酸和己二胺为原料按1:1等摩尔混合制成盐,再进行缩聚。平均分子量控制在2万至3万之间。二 锦纶的结构 与涤纶相似,纵向光滑,截面接近圆形。 大分子主链是由碳原子和规律相间的氮原子构成,主链上无侧基,容易形成结晶,相邻大分子间和大分子内部可借羰基和亚胺基生成氢键。锦纶在冷却成形和拉伸过程中,由于纤维内外所受的温度不一致,使锦纶具有皮芯结构,皮层较为紧
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