纺织材料学于伟东版化学纤维市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、全球范围内:化学纤维产量占纺织纤维总产量60%国内:化学纤维产量占纺织纤维总产量73%第1页纺织纤维发展历史天然纤维 公元前50 (毛皮)、亚麻、羊毛、丝、棉再生纤维 1889年巴黎世界博览会 粘胶纤维、醋酯纤维、铜氨纤维合成纤维 1935年 杜邦企业 卡罗瑟斯 尼龙、涤纶、腈纶、维纶、丙纶、氨纶高功效纤维 1965年 仿丝、仿毛、抗静电、吸湿、阻燃、防水 1988年 新合纤高性能纤维 碳纤维 1960年 粘胶基 1970年 腈纶基 芳香聚酰胺纤维 1965年 间位芳族聚酰胺(Nomex)1971年 对位芳族聚酰胺(Kevlev)第2页l新合纤新合纤:应用高分子改性、特殊异型截面 化、超细纤维
2、化、混纤化、表面处理及染整后处理等综合纤维制造高技术,从最初仿真丝技术,到当前超真丝高感性功效水平,即所谓新合纤。l高科技纤维高科技纤维:依靠高技术和纤维学科最新基础理论概念研制成功含有高性能和高功效一系列新纤维材料,称为高科技纤维。第3页l人均纤维消费量是衡量一个国家或地域人们衣着消费水平主要指标。l我国人均纤维消费量到达7.5千克,世界人均纤维消费量为8.7千克。l年我国人均纤维消费量到达14千克,已超出世界平均水平。l20我国人均纤维消费量到达15千克左右,世界纤维消费量到达7050万t,人均纤维消费量为10.4kg。l欧美国家人均纤维消费量分别为21.5千克和37.2千克。第4页 国内
3、较大化纤生产基地:上海金山、辽宁辽阳、江苏仪征、天津大港、四川长寿等第5页化纤发展方向:化纤发展方向:l差异化(超细、异型、复合、高感性(仿毛、仿丝、仿麻)等)l功效化(防水、透气、防油、抑菌、保暖、阻燃等)l高性能化(高强、高模、耐高温等)第6页涤纶单丝产品第7页喷丝 第8页 第9页网络丝网络丝网络丝:-将长丝经过特殊喷嘴,在高速气流作用下,使复丝吹散被分成几股相互纠缠形成网络节,以增加丝束抱合性一个空气变形加工方法,其产品称为网络丝。当前常见网络丝有涤纶、丙纶、锦纶等单一品种长丝网络,因而网络丝产品被限制在仿丝绸、仿麻、仿毛等纯化纤织物范围内。第10页l化学短纤维:长度细度棉型3338 m
4、m1.21.5 D毛型76114 mm36 D中长型5176 mm23 D第11页不一样光泽度纤维第12页 改性腈纶 改性腈纶(无光)第13页涤纶 第14页1、聚酯纤维(PET)含有酯基高聚物,主要品种是聚对苯二甲酸乙二酯纤维,商品名为涤纶。化学结构式:2、聚酰胺纤维(PA)分子主链由酰胺键连接起来一类纤维,当前主要用于纺织有聚酰胺6和聚酰胺66。化学结构式:聚酰胺6 聚酰胺66第15页3、聚丙烯腈纤维(PAN)其基本组成单元化学式为:商品名为腈纶。4、聚乙烯醇纤维(PVA)其基本组成单元化学式为:纺织上主要使用聚乙烯醇缩甲醛纤维,商品名为维纶。5、聚丙烯纤维(PP)其基本组成单元化学式为:商
5、品名为丙纶。6、聚氯乙烯纤维(PVC)其基本组成单元化学式为:商品名为氯纶。第16页l化纤制造原理化纤制造原理:用适当方法将一些高聚物高聚物制成粘度适当粘液,加工成丝。成纤高聚物要满足三个条件:(1)线性分子结构;(2)适当分子量;(3)凝固后纤维中,大分子间应该含有足够结合能。第17页l化纤制造过程化纤制造过程:(1)制备纺丝液 (2)纺丝 (3)后加工 第18页熔融法熔融法:将成纤高聚物加热到熔点以上熔融成熔体,制成纺丝液。溶液法溶液法:将成纤高聚物溶解在某种溶剂中制成纺丝液。第19页纺丝:纺丝:将纺丝液定量从喷丝孔挤出,呈细流状,再在适当介质中固化成细丝过程,称为纺丝。第20页熔体纺丝熔
6、体纺丝:将熔融成纤高聚物熔体从喷丝孔中压出,在周围空气中冷却固化成丝.湿法纺丝湿法纺丝:将制备纺丝液从喷丝孔中压出,成细流状,在液体凝固浴中固化成丝.干法纺丝干法纺丝:在热空气中因溶剂快速挥发而固化成丝.第21页纺丝速度喷丝孔数熔融纺丝9001200米/分纺丝速度快长丝:几孔几十孔短纤维:3001000孔湿法纺丝50100米/分速度慢5万孔以上干法纺丝200500米/分速度较慢300600孔第22页初生丝牵伸 热定形加捻和成卷上油倒卷(络筒)包装出厂长丝后加工:第23页短纤维后加工:初生丝集束(屡次)牵伸水洗上油卷曲 热定形切断 打包出厂第24页主要后加工工艺作用:牵伸:改进取向和结晶。(牵伸
7、倍数不一样能够制成不一样强伸度化纤)热定型:经过拉伸后纤维在结构上不稳定、易发生热收缩,经过热定型后能够消除气内应力,降低热收缩,使合纤尺寸和形状稳定。卷曲:增加纤维间抱协力,提升可纺性。上油:有利于集束、降低摩擦、消除静电。水洗:去掉有害残余物质,如反应不完全残余单体,凝固浴中残余溶剂等。第25页中取向丝(中取向丝(MOY)也称中速纺丝 卷绕速度:3000 m/min 无晶态结构,取向度低,是拉伸丝(DY)和网络丝(DTY)原料。预取向丝(预取向丝(POY)卷绕速度:30004000 m/min 有一定结晶,而且因为卷绕速度较高,丝条与空气磨擦力随之增加,丝条张力增大,纤维取向度较高,所以便
8、于储存、运输,主要用于制造网络丝(DTY)。全取向丝(全取向丝(FOY)卷绕速度:60008000 m/min (几乎没有剩下拉伸倍数)第26页粘胶纤维:l粘胶纤维是以自然界中木材、竹片、棉短绒等为原料,经化学加工制成。l世界上最早投入工业化生产化学纤维品种。l主要产品为粘胶长丝和粘胶短纤两类,其中粘胶短纤产量较大,约占粘胶纤维总产量90%左右。l产量约为339.2万吨。粘胶纤维生产主要集中在中国,中国粘胶纤维产量约占世界总产量60%,其余粘胶纤维产量较大地域有东盟、西欧和印度,三者粘胶纤维产量之和约占总产量35%。第27页l中国粘胶纤维产量很大,不过其品种多为普通粘胶纤维,高强力粘胶纤维和高
9、湿模量粘胶纤维产量相对较低尤其是高端粘胶纤维品种如Lyocell纤维。l印度博拉集团和奥地利兰精企业是全球粘胶纤维两大巨头,二者粘胶纤维产能分别为74.4万吨和71万吨,二者产能之和约占全球粘胶纤维总产能30%左右。其中奥地利兰精企业在Lyocell纤维、Modal纤维方面含有垄断地位。l中国粘胶纤维行业集中度较高,年排名前10粘胶纤维生产企业产能之和约占中国粘胶纤维总产能76%。其中:l浙江富丽达是中国最大粘胶纤维生产企业,年其粘胶纤维产能到达48万吨,位居世界第三位。l吉林化纤是中国最大竹浆纤维生产企业,年竹浆短纤和竹浆长丝产能分别为4.8万吨/年和7000吨/年;l宜宾丝丽雅集团和新乡化
10、纤是中国最大粘胶长丝生产企业,粘胶长丝产能均为6万吨/年,年二者粘胶长丝产能之和占中国粘胶长丝总产能38.4%。第28页粘胶纤维制造l原料原料:富含纤维素植物均可。如:稻草、木材、甘蔗渣、棉短绒等。l纺丝液制备纺丝液制备:生成 纤维素+碱 碱纤维素+二氧化硫 纤维素磺酸钠(溶于稀碱溶液中)制得 纺丝液(粘度很大)第29页粘胶纤维制造l纺丝纺丝:纤维素磺酸钠纺丝粘液经喷丝孔挤轧出,呈细流状在液体凝固浴中固化成丝。凝固浴:硫酸 硫酸钠 硫酸锌第30页粘胶纤维制造三组分作用:l 硫酸:使纤维素磺酸钠反应成纤维素。(此反应非常猛烈)l硫酸钠:(1)减缓硫酸与纺丝液反应速度。(2)渗透作用。(使硫酸透过
11、半固化皮层进入内层,降低皮芯差异)(3)脱水作用。l硫酸锌:使晶粒变细和变均匀。第31页粘胶纤维制造纺丝成型过程:l粘流表层粘流表层同时与三组分作用,晶粒小、均匀,且颈喷作用使纤维表层取向度提升。l粘流芯层粘流芯层与三组分作用时,因为硫酸中氢离子尺寸比硫酸钠中钠离子小,所以,从粘流表层到芯层,氢离子浓度逐步增加,钠离子和锌离子浓度逐步降低,芯层反应速度加紧,纤维中晶粒增大,缝隙孔洞尺寸也变大,从而形成皮皮芯结构芯结构。l反应时,皮层先凝固,形成一个固态外壳,芯层由液体向固体转变过程中,体积缩小,其收缩形成了纤维不规则锯不规则锯齿形截面齿形截面。第32页粘胶纤维截面为锯齿形,呈皮芯结构纵向有不连
12、续条纹第33页粘胶纤维性质:l化学性质:与棉纤维相同,但粘胶纤维更敏感,也能够丝光。l强伸度:强度与棉纤维靠近,断裂伸长大于棉纤维。吸湿后强度下降显著,湿强度只有干强吸湿后强度下降显著,湿强度只有干强50%。l吸湿性:吸湿性好,回潮率为13%。l染色性:染色性好,色谱全。l耐磨性差,小负荷下易变形,尺寸稳定性差。第34页粘胶纤维用途:粘胶纤维主要产品有:l人造棉(桑绵绸)人造棉(桑绵绸)棉型粘纤棉型粘纤l人造毛(混纺、纯纺)毛型粘纤l粘胶丝(人造丝)第35页几个纤维素纤维性能比较:性能性能棉棉纤纤维维粘胶粘胶纤维纤维高高湿湿模模量量粘粘胶胶纤纤维维Modal纤纤维维铜铜氨氨纤纤维维Lyocel
13、l纤纤维维涤纶涤纶纤维纤维纤维线密度(dtex)1.65-1.951.71.71.71.41.71.7干断裂比强度(cN/dtex)2.0-2.42.2-2.63.4-3.63.4-3.82.5-3.04.0-4.24.0-5.2湿强度(cN/dtex)2.6-3.01.0-1.51.9-2.11.9-2.11.7-2.23.4-3.84.0-5.2干断裂伸长率(%)7-920-2513-1514-1614-1614-1644-52湿断裂伸长率(%)12-1425-3013-1525-3025-2816-1844-45公定回潮率(%)8.51312.5131111.50.45%伸长湿模量(cN
14、/dtex)100501107050-70270-第36页结构:全芯层结构、聚合度为550 截面呈圆形用途:可丝光、比棉织物光泽外观好、手感密实而柔软,常与羊毛混纺1、富强纤维(高湿模量粘胶纤维)、富强纤维(高湿模量粘胶纤维)制造:采取优质原料(棉短绒)、二浴、低温、低速、低浓度第37页莫代尔莫代尔(Modal)纤维纤维l(奥地利)兰精(Lenzing)企业开发高湿模量粘胶纤维l纤维原料:采取欧洲榉木(产自欧洲灌木林)lModal 是柔软、舒适针织和机织物理想纤维原料。因为其出色透气性和易打理特征,在女士外套、内衣、运动衣饰和家用纺织品中应用越来越广泛。第38页2、铜氨纤维、铜氨纤维制造:将纤
15、维素浆粕溶解在铜氨溶液(将氢氧化铜溶于氨 水)中制成纺丝液,再经过湿法纺丝(凝固浴为稀 酸)制得。结构:截面呈圆形,无皮芯层结构,聚合度为450550特点:光泽柔和,含有真丝感,手感柔软 。其产品性能近似于丝绸,含有良好悬垂感。用途:普通为长丝,用于制成轻薄面料和仿丝绸产品,也 是制作高档服装里料主要品种之一。第39页3、Tencel纤维(商品名:纤维(商品名:Lyocell)制造:纤维浆粕溶于胺氧化物(NMMO)中 过滤 纺丝 水洗 烘干 (采取湿法纺丝,凝固浴采取稀NMMO,溶剂几 乎全干部回收,无污染)性质:兼有纤维素纤维吸湿好和合成纤维强力大优点:强度与涤纶相仿,而其湿强度仅比干强度低
16、10%左右,大大高于棉纤维和粘胶纤维。手感柔软光滑,制成服装保型性、悬垂性优良。缺点:原纤化严重。由荷兰AKZO企业创造,授权英国Courtalds(考陶尔)企业生产。第40页原纤化-纤维在湿摩擦过程中,单个原纤沿纤维 表面裂开现象。原纤化会造成造成织物表面出现毛茸,光泽变暗,影响外观。染色织物会出现“露白”现象。若原纤化严重,如TenceI纤维原纤化茸毛是巨原纤,比较粗,不易磨损脱落,从而使原纤纠结,造成织物起球。第41页4、醋酯纤维(、醋酯纤维(acetate fibre)制造:纤维浆粕磨碎(增大反应面积)前处理(用醋酸使纤维素活化)乙酰化(醋酐、醋酸、少许硫酸混合酸)熟成(乙酰化完成)沉
17、淀纤维素醋酸酯 切片溶于丙酮中制成纺丝液干法纺丝 第42页4、醋酯纤维(商品名:、醋酯纤维(商品名:Acrylic 压克力)压克力)性质:比重小、光泽好、手感柔软滑爽、真丝感强 湿强度下降少,但干强度和吸湿小于粘胶 用途:内衣、衬里、丝束能够做过滤嘴 (醋酯长丝光泽好,手感柔软滑爽,有良好悬垂性,真丝感强。适于制内衣、浴衣、儿童衣着、妇女服装和室内装饰织物等。短纤维用于同棉、毛或其它合成纤维混纺。织物易洗易干,不霉不蛀。长丝束广泛用于纸烟过滤嘴。含有透析功效中空醋酯纤维可供当代医疗制造人工肾和化学工业净化及分离等用。)第43页醋酯纤维 第44页优点:强度大、伸长大、弹性好、耐磨性好、化学稳定性
18、好(耐酸碱)、不霉、不蛀、比重小缺点:吸湿差、静电大、易沾污、染色差合成纤维主要优缺点:第45页常见合成纤维类型按照分子结构不一样分为以下几类:l聚酯纤维l聚酰胺纤维l聚丙烯腈纤维l聚乙烯醇纤维l聚丙烯纤维l聚氯乙烯纤维第46页l涤纶是世界产量最大、应用最广泛合成纤维,当前涤纶占世界合成纤维产量60%以上。l大量用于衣料、床上用具、各种装饰布料、国防军工特殊织物等纺织品以及其它工业用纤维制品,如过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线、传送带等。l近年来,伴随国内经济连续快速增加和国内居民消费能力不停提升,国内地域涤纶短纤维需求量也不停增加。中国涤纶系列产品产能以惊人速度增加着,涤纶纤维产能快速增加,使
19、得中国正逐步发展成为世界涤纶类产品主要加工基地。第47页-中国涤纶纤维产量趋势图 据日本化学新闻公布统计数据:全球化学纤维产量为4866万吨,同比增加8.3%。中国化学纤维产量为3222万吨,同比增加13.8%。第48页涤纶纤维制造:l由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行缩聚生成聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯制得。l采取熔体纺丝 第49页涤纶化学结构式为:分子量为1800025000,聚合度为100140 第50页涤纶 第51页涤纶优点:1、强度高。、强度高。(在普通化纤中仅次于锦纶,但湿强度大于锦纶。)单纤维强度普通在3.525.28cN/dtex 高强度涤纶强度可达 5.287
20、.92cN/dtex2、耐冲击强度好。、耐冲击强度好。涤纶比粘胶纤维耐冲击强度高20倍,比锦纶高4倍。3、涤纶初始模量高。、涤纶初始模量高。即小负荷下不易变形。涤纶初始模量为2050gf/D4、弹性好。、弹性好。(仅次于锦纶)涤纶在弹性方面与羊毛相近,当=3%时,弹性回复率R=100%棉纤维:当=2%时,弹性回复率R=74%第52页涤纶优点:5、耐热性好、耐热性好。在150热空气中处理168小时,强度损失不超出30%。在150热空气中处理1000小时,强度损失仅50%,普通纤维在200300小时后,不能使用了。6、耐日光性好。、耐日光性好。(仅次于腈纶)7、化学稳定性好。、化学稳定性好。涤纶对
21、酸和碱作用比较稳定,室温下在80%浓硫酸中性能 无显著改变。不耐强碱,遇碱轻易水解,在高温时尤甚。采取“碱减量”方法仿丝绸。涤纶缺点:(合纤共性)第53页用途:1、短纤维:有棉型、毛型、中长型,能够纯纺、混纺2、长丝:常加工为低弹丝,也可交织制成长丝织物 工业上惯用来做轮胎帘子线、传送带、工业绳索3、工业上广泛用应用在滤布、滤网、蓬帐、电器绝缘材料等涤纶有色有光FDY长丝 涤纶DTY长丝 第54页l在化学纤维中,最早被商业化生产是锦纶纤维。而且,不但仅是纺织品,当前世界各国企业快速将其工厂迁往中国大陆之际,唯独锦纶纤维生产据点仍以欧美为中心。(锦纶6原料己内酰胺进口依存度长久到达60%以上)l
22、锦纶纤维工业能够分为四个不一样部分:纺织长丝、工业用丝、地毯丝(BCF)和短纤维。全部这些又可深入分为锦纶6和锦纶66。l在亚洲、欧洲及北美所生产锦纶品种侧重不一样,在西方以生产BCF为主,而东方则以纺织长丝占主导,其次是工业用丝。在西方以锦纶66为主。而在东方市场却是以锦纶6为主。l全球锦纶纤维产量为485.64万吨,占合成纤维总产能9.1%,我国锦纶总产量为160万吨。第55页锦纶6分子结构式为:锦纶66分子结构式为:锦纶6聚合度为140200,锦纶66聚合度为5577。第56页锦纶 第57页锦纶优点:1、干强度最高。、干强度最高。干态下单纤维强度为4.225.63cN/dtex 湿态下强
23、度略有下降,强度损失1015%2、回弹性好。、回弹性好。=36%时,弹性回复率R=100%=15%时,弹性回复率R=82.5%棉纤维仅为其1/10,粘胶纤维仅为其1/1003、耐磨性最好。、耐磨性最好。约为棉10倍,为羊毛20倍,湿态下为粘胶纤维140倍。4、吸湿性好,染色性好。、吸湿性好,染色性好。W=4.5%5、导热性好。、导热性好。导热系数为水1/2,其它纤维导热系数为水1/10 第58页锦纶缺点:1、初始模量低,小负荷下轻易变形、初始模量低,小负荷下轻易变形。2、耐光性差,在日光下长时间暴晒,会变黄和发脆、耐光性差,在日光下长时间暴晒,会变黄和发脆。3、耐热性差,遇热会发生收缩,其沸水
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