49化纖工藝學(xué)概論

化纖工藝學(xué)概論第一頁

，共49頁常見天然纖維1

、棉纖維棉纖維截面圖棉纖維縱向圖第二頁,共49頁Diversified

ProductsTraditionalProductsRootCutting2

、麻纖維StrippingSelectionRawJuteWeavingWeavingRettingPlant第三頁,共49頁3

、羊毛纖維第四頁,共49頁4

、蠶絲第五頁,共49頁5

、化學(xué)纖維紅色滌綸短纖防羽絨滌綸短纖滌綸:第六頁,共49頁毛條DTYFDYPOY錦綸:POYFDYDTY錦綸黑DTY腈綸:第七頁,共49頁短纖毛條絲束短纖有色黏膠短纖黏膠纖維:長束黏膠纖維增白黏膠長絲維綸短纖有色黏膠長絲黏膠短纖黏膠玻璃紙維綸:第八頁,共49頁包覆紗（單包）銅氨纖維:包覆紗（雙包）醋酯纖維:氨綸:包芯線合捻紗第九頁,共49頁包芯紗長絲1.再生纖維再生纖維是以天然的高聚物為原料，經(jīng)化學(xué)處理和機械加工而制得的纖維,其纖維的化學(xué)組成與原高聚物基本相同。。一

、化學(xué)纖維的分類（

一

）按原料來源分類合成纖維(Synthetic

fibres)再生纖維(Regenerated

fibre)第十頁,共49頁再生纖維素纖維:用棉短絨、木材、甘蔗渣、蘆葦?shù)忍烊焕w維素為原料制成的纖維或以醋酸纖維素酯為纖維素的纖維。例如:黏膠纖維、醋酯纖維(acetatefibre)、Lyocell纖維、竹漿纖維和銅氨纖維(cuprammoniumfibre)等再生蛋白質(zhì)纖維:用大豆、牛奶、花生等天然蛋白質(zhì)為原料制成的、組成成分仍為蛋白質(zhì)的纖維。例如大豆纖維、酪素纖維和花生纖維等再生纖維第十一頁,共49頁2.合成纖維合成纖維是以石油、煤、天然氣及一些農(nóng)副產(chǎn)品等天然的低分子化合物為原料，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)，合成高分子化合物，再經(jīng)加工而制得的纖維。。聚酯纖維（滌綸）聚酰胺纖維（錦綸）聚丙烯腈纖維（腈綸）聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）聚丙烯纖維（丙綸）聚氯乙烯纖維（氯綸）聚氨酯彈性纖維（氨綸）合成纖維第十二頁,共49頁在化學(xué)纖維制造過程中,紡絲流體（熔體或溶液）經(jīng)紡絲成型和后加工工序后,得到的長度以千米計的纖維稱為化學(xué)纖維長絲。。長絲

（Continuous

filament）短纖維

（Staple

fibre）（

二）

按形態(tài)結(jié)構(gòu)分類按形態(tài)結(jié)構(gòu)分類1.長絲第十三頁,共49頁單絲:長度很長的連續(xù)單根纖維復(fù)絲:兩根或兩根以上的單絲并合在一起組成的絲條?；瘜W(xué)纖維的復(fù)絲由8～100根以下單纖維組成。捻絲:復(fù)絲加捻成為捻絲。復(fù)捻絲:兩根或兩根以上的捻絲再合并加捻成為復(fù)捻絲。簾線絲:維組成，用于制造輪胎簾子變形絲:化學(xué)纖維原絲經(jīng)過變形加工使之具有卷曲、螺旋、環(huán)圈等外觀特性而呈現(xiàn)蓬松性、伸縮性的長絲稱為變形絲。變形絲又分彈力絲、膨松絲和低彈絲，其中最多的是彈力絲。。稱為簾線絲到幾百根單布的絲條由一百多化纖長絲第十四頁,共49頁棉型纖維（Cottontypefibre）:長度約為30～40mm，線密度為1.67dtex左右，纖維較細(xì)，類似棉花；毛型纖維（Wooltypefibre）:長度約為70～150mm，線密度為3.3～7.7dtex，纖維較粗，類似羊毛；中長纖維（Midfibre）:長度約為51～76mm，線密度約為2.2～3.3dtex，介于棉型和毛型之間。?；瘜W(xué)纖維的產(chǎn)品被切斷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

長度分類2.短纖維第十五頁,共49頁熔體紡絲是高分子熔體從噴絲孔壓出,熔體細(xì)流在周圍空氣（或水）中凝固成絲的方法；干法紡絲是高分子濃溶液從噴絲孔壓出,形成細(xì)流,在熱空氣中溶劑迅速揮發(fā)而凝固成絲的方法；濕法紡絲是高分子濃溶液由噴絲孔壓出,在凝固浴中固化成絲的方法。。熔體紡絲纖維干法紡絲纖維濕法紡絲纖維（三）

按纖維制造方法分類按纖維制造方法分類第十六頁,共49頁由兩種或兩種以上高聚物組成的纖維如各組分沿纖維軸向有規(guī)則地排列并形成連續(xù)的界面的纖維,稱為復(fù)合纖維;如各組分隨機分散或較均勻混合的纖維,則稱為共混纖維。。單組分纖維同一種高聚物組成的纖維多組分纖維（四）

按照單根纖維內(nèi)的組成分類按照單根纖維內(nèi)的組成分類第十七頁,共49頁差別化纖維(Differentia

l

fibre)功能纖維(Functionalfibre)高性能纖維(High-performancefibre)（五）

按纖維性能差別分類按纖維性能差別分類第十八頁,共49頁根據(jù)我國有關(guān)部門規(guī)定,人造纖維的短纖維一律叫“纖”(如粘纖、富纖）,合成纖維的短纖維一律叫“綸”（如錦綸、滌綸）。如果是長纖維,就在名稱末尾加“絲”或“長絲”（如黏膠絲、滌綸絲、腈綸長絲）。。二

、化學(xué)纖維的命名第十九頁,共49頁三

、化學(xué)

纖維的主要

品種第二十頁,共49頁第二節(jié)化學(xué)纖維發(fā)展概述一、世界化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展概況1.天然高分子加工2.合成纖維二、我國化學(xué)纖維工業(yè)的發(fā)展概況第一階段,即起步階段（1956～1965年）第二階段,即奠基階段（1966～1980年）第三階段,即發(fā)展階段（1981年開始）第二十一頁,共49頁第三節(jié)化學(xué)纖維的生產(chǎn)方法概述化學(xué)纖維的制造可概括為以下四個工序:化學(xué)纖維的紡一

絲成型

一以石油、煤、天然氣及農(nóng)副產(chǎn)品等低分子為原料制成單體后,經(jīng)過化學(xué)聚合,聚合而成具有一定官能團(tuán)、一定平均分子量和分子量分布的線型聚合物,然后再制成纖維。由于聚合方法和聚合物的性質(zhì)不同,合成的聚合物可能是熔體狀態(tài)或溶液狀態(tài)。。由天然高聚物經(jīng)化學(xué)加工制造而成,其原料制備過程是將天然高分子化合物經(jīng)一系列的化學(xué)處理和機械加工,提純?nèi)コs質(zhì)。。紡絲流體(

液）

制備化學(xué)纖維

的后加工合成纖維一

、

原料制備再生纖維原料

制備第二十二頁,共49頁二

、紡絲熔體（液）

的制備紡絲液

的制備幾種主要成纖高聚物的熱分解溫度和熔點

熔體法

一

溶液法

一紡絲熔體紡絲溶液第二十三頁,共49頁（一）紡絲熔體的制備高聚物的熔點低于其分解溫度的，采用將高聚物熔融成流動的熔體（紡絲熔體）進(jìn)行紡絲(如滌綸、錦綸、丙綸等）。熔體紡絲法用于工業(yè)生產(chǎn)有兩種實施方法:一是熔體直接紡絲；另一種是切片紡絲。（二）紡絲溶液的制備采用溶液紡絲法時，紡絲熔液的制備有兩種方法:一是直接利用聚合后得到的聚合物溶液作為紡絲原液,稱為一步法；二是將聚合物溶液先制成顆粒狀或粉末狀的成纖聚合物，然后再溶解，以獲得紡絲液，稱為二步法。。第二十四頁,共49頁熔體紡絲是將成纖高聚物熔體經(jīng)紡絲噴絲頭流出熔體細(xì)流、在周圍空氣（或水)中冷卻凝固成型的方法。如滌綸、錦綸、丙綸等采用熔體紡絲方法制得。此法流程短、紡絲速度高、紡絲速度一般為900～1200m/min,高速紡絲可達(dá)3600m/min以上,成本低,但噴絲板孔數(shù)較少,長絲1～150孔,短纖維一般為300～800孔,高的可達(dá)1000～2600孔,甚至更多。若用常規(guī)圓形噴絲孔,則紡得的纖維截面大多為圓形；采用異形噴絲孔,則紡得的纖維截面為異形。該法適用于能熔化、易流動、不易分解的高聚物。。三、化學(xué)纖維的紡絲成型將紡絲熔體或溶液,用紡絲泵（或稱計量泵）連續(xù)、定量而均勻地從噴絲頭的噴絲孔中壓出,呈液體細(xì)絲狀,再在適當(dāng)介質(zhì)中固化成細(xì)絲,這一過程稱為紡絲,這是化學(xué)纖維生產(chǎn)的核心工序。常用的紡絲方法根據(jù)紡絲流體制備的方法和液體細(xì)絲固化的方法不同,分為熔體紡絲和溶液紡絲兩類。。熔體紡絲第二十五頁,共49頁溶液紡絲分為濕法紡絲和干法紡絲。濕法紡絲是將高聚物在溶劑（無機、有機）中配成紡絲溶液后經(jīng)噴絲頭流出細(xì)流,在凝固浴中凝固成型的方法。腈綸、維綸、黏膠纖維、氯綸等可以采用濕法紡絲方法制得。此法噴絲板孔數(shù)較多,一般為4000～20000,高的可達(dá)5萬孔以上。但紡絲速度低,約為50～100m/min。由于液體凝固劑的固化作用,雖然仍是常規(guī)圓形噴絲孔,但纖維截面大多不呈圓形,且有較明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。該法適用于不耐熱、不易熔化但能溶于某一種溶劑中的高聚物。干法紡絲是將紡絲溶液經(jīng)噴絲形成細(xì)流,溶劑被加熱介質(zhì)（空氣或氮氣）揮發(fā)帶走的同時,使得高聚物凝固成絲的方法。腈綸、維綸、氯綸、氨綸、醋酯纖維等可以采用干法紡絲。干法紡絲要求采用易揮發(fā)的溶劑溶解高聚物。此法紡絲速度較高,約為200～500m/min,成品質(zhì)量好。但噴絲孔數(shù)較少,一般為300～600孔,輔助設(shè)備多,成本高。。溶液紡絲第二十六頁,共49頁除了上述三種經(jīng)典紡絲方法以外,現(xiàn)在出現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)紡絲、復(fù)合纖維紡絲、干濕法紡絲、乳液紡絲、懸浮紡絲、凍膠紡絲、液晶紡絲、相分離紡絲等方法。。三種基本紡絲成型法方法的特征第二十七頁,共49頁四、化學(xué)纖維的后加工紡絲流體從噴絲孔中噴出剛固化的絲稱為初生纖維。初生纖維雖已成絲狀,但其結(jié)構(gòu)還不完善,物理機械性能較差,如伸長大、強度低、尺寸穩(wěn)定性差,沸水收縮率很高,纖維硬而脆,沒有使用價值,還不能直接用于紡織加工。為了完善纖維的結(jié)構(gòu)和性能,得到性能優(yōu)良的紡織用纖維,必須經(jīng)過一系列的后加工。后加工隨化纖品種、紡絲方法和產(chǎn)品要求而異,其中主要工序是拉伸和熱定型。短纖維的后加工主要包括集束、拉伸、上油、卷曲、干燥定型、切斷、打包等內(nèi)容。對含有單體、凝固液等雜質(zhì)的纖維還需經(jīng)過水洗或藥液處理等過程。黏膠長絲后加工包括水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油、脫水、烘干、絡(luò)筒（絞）等工序。滌綸和錦綸6長絲的后加工包括拉伸加捻、后加捻、熱定型、平衡、倒筒等工序。。第二十八頁,共49頁第四節(jié)

化學(xué)纖維的主要品質(zhì)指標(biāo)及其檢測方法第二十九頁,共49頁穩(wěn)定性能指標(biāo)加工性能指標(biāo)短纖維的附加品質(zhì)指標(biāo)化學(xué)試劑的穩(wěn)定性對光

－大氣的穩(wěn)定性微生物作用的穩(wěn)定性耐多次變形

性機械性能指標(biāo)

（力學(xué)性能指標(biāo)）高溫和低溫的穩(wěn)定性斷裂強度斷裂伸長纖維長度纖維疵點初始模量卷曲度起靜電性回彈性染色性物理性能指標(biāo)吸濕性熱性能電性能細(xì)度密度抱合性長度光澤第三十頁,共49頁一、細(xì)度1．定義:纖維粗細(xì)程度2．表示法:公制支數(shù)Nm:1克重的纖維所具有的長度米數(shù)；Nm↑→纖維越細(xì)旦Dn:9000米長的纖維所具有的重量克數(shù)；Dn↑→纖維越粗特Tex:1000米長的纖維所具有的重量克數(shù)；Tex↑→纖維越粗；特或分特、旦數(shù)和支數(shù)的數(shù)值可相互換算，關(guān)系如下:細(xì)度:直接法（中段切取稱重法）和間接法（振動儀或氣流儀）條干均勻度:烏斯特（Uster）條干均勻度儀旦數(shù)×支數(shù)=9000特數(shù)×支數(shù)=

1000

旦數(shù)=9×特數(shù)分特數(shù)=

10×特數(shù)3．測定方法:第三十一頁,共49頁XD

-

1型振動式細(xì)度儀XD

－1型振動式纖維細(xì)度儀原理結(jié)構(gòu)圖第三十二頁,共49頁條干均勻度測試儀第三十三頁,共49頁二、吸濕性1．定義:標(biāo)準(zhǔn)溫濕度（20℃、65%相對濕度），纖維吸收或放出氣態(tài)水的能力；2．表示法:回潮率、含濕率3．纖維吸濕原因:纖維大分子結(jié)構(gòu)（親水基團(tuán)）纖維結(jié)晶度纖維表面吸濕4．大小:羊毛＞黏膠纖維＞麻、蠶絲＞棉＞醋酯纖維＞維綸、錦綸＞腈綸＞滌綸＞氯綸、丙綸5．增加吸濕方法:化學(xué)改性:大分子上引入親水基物理改性:纖維中造成有規(guī)律的毛細(xì)孔表面處理:6.檢測方法:直接測定法:烘箱法、紅外線輻射法、吸濕劑干燥法、真空干燥法間接法測定法:電阻測試法、電容測試法通風(fēng)式快速八籃烘箱第三十四頁,共49頁三、密度定義:纖維的密度，是指單位體積纖維的質(zhì)（重）量，常用單位為g/cm3。大小:氨綸＞黏膠纖維＞麻＞滌綸、蠶絲＞棉、羊毛＞維綸＞腈綸＞錦綸＞丙綸測定方法:密度梯度法、液體浮力法、比重瓶法、氣體容積法、液體溫升懸浮法等。。全自動密度儀第三十五頁,共49頁四、拉伸性能1．?dāng)嗔褟姸萩N/tex:絕對強度:N或cN；纖維斷裂時承受的最大負(fù)荷強度極限:cN/cm2相對強度:cN/tex麻、錦綸、丙綸＞滌綸＞維綸＞腈綸、棉、蠶絲＞黏膠纖維＞羊毛、氨綸濕強度:潤濕下的強度；回潮率↑→濕強＜干強影響:斷裂強度↑→斷頭↓→繞輥↓2．?dāng)嗔焉扉L%:定義:拉伸至斷裂時試樣產(chǎn)生的伸長表示法:絕對伸長、相對伸長（絕對伸長/試樣長度）影響:斷裂伸長↑→→手感柔軟↑、毛絲↓、斷頭↓→→織物變形↑→→→→→→→→→→10%～30%為佳第三十六頁,共49頁電子纖維強力機第三十七頁,共49頁3.初始模量定義:試樣在小負(fù)荷（1%伸長）下變形的難易（材料剛性）——應(yīng)力應(yīng)變曲線初始一段直線的斜率影響:纖維柔性↓、結(jié)晶度↑、取向度↑→初始模量↑→剛性↑→織物變形↓、織物挺括大小:滌綸＞腈綸、維綸、黏膠纖維＞丙綸＞錦綸纖維初始模量與屈服點的求法斷裂功的求法第三十八頁,共49頁4．屈服點、屈服應(yīng)力、屈服應(yīng)變:●屈服點:拉伸曲線中起始一段直線向延伸區(qū)過渡的轉(zhuǎn)折點P●影響:屈服點以前:纖維形變（彈性形變——可恢復(fù)）；屈服點以后:纖維形變（塑性形變——永久性形變）；屈服點高→難產(chǎn)生塑性形變→織物尺寸穩(wěn)定性↑5．?dāng)嗔压?、斷裂比功、功系?shù):定義:材料拉伸至斷裂時外力所做的功（負(fù)荷伸長曲線下的面積）斷裂比功:單位長度或單位線密度的試樣斷裂時外力所做的功（應(yīng)力—應(yīng)變曲線下的面積）功系數(shù):負(fù)荷伸長曲線下的面積與斷裂伸長和斷裂強度乘積之比表征:三者↑→纖維耐沖擊↑、耐磨↑、韌性↑6．回彈性:定義:材料在外力作用（拉伸或壓縮）產(chǎn)生形變；外力去除后，恢復(fù)原狀的能力表示法:一次負(fù)荷回彈性質(zhì)（回彈率、彈性功）；多次負(fù)荷回彈性質(zhì)影響:回彈性↑→織物抗皺、挺括大小:氨綸＞錦綸＞滌綸＞腈綸＞黏膠纖維第三十九頁,共49頁形變時纖維的彈性和塑性伸長纖維的多次循環(huán)負(fù)荷

—

延伸曲線第四十頁,共49頁五、耐疲勞性:纖維耐多次變形性（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）纖維彈性↑→應(yīng)力循環(huán)次數(shù)↑→耐疲勞性↑六、耐磨性:纖維抵抗磨損的能力（強度降低或減重表示）多功能紗線耐磨儀馬丁代爾耐磨儀第四十一頁,共49頁七、耐熱性和熱穩(wěn)定性耐熱性:表征纖維在升高溫度下測得的機械性能的變化，這種變化在回復(fù)至常溫時往往能夠恢復(fù)（屬于可復(fù)變化），因此亦稱物理耐熱性。熱穩(wěn)定性:表征纖維受熱后，機械性能的不可復(fù)變化，這種變化是將纖維加熱并冷卻至常溫后測得的，系聚合物發(fā)生了降解或化學(xué)變化所致，因此亦稱化學(xué)耐熱性。影響纖維對高溫作用的穩(wěn)定性的因素如下:高聚物分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)大分子之間是否存在交聯(lián)分子間相互作用的強弱纖維受熱時所處的介質(zhì)(是否有氧和水分存在)

抗氧劑和熱穩(wěn)定劑的性質(zhì)和含量第四十二頁,共49頁九、阻燃性燃燒性能的指標(biāo):極限氧指數(shù)LOI、著火點溫度T、燃燒時間t、火焰溫度TB極限氧指數(shù)LOI:試樣在氧氣和氮氣的混合氣中，維持完全燃燒所需的最低氧氣體積分?jǐn)?shù)八、熱收縮纖維熱收縮指受熱條件下纖維形態(tài)尺寸的收縮,溫度降低后不可逆。纖維產(chǎn)生熱收縮是由于纖維存在內(nèi)應(yīng)力,熱收縮的大小用熱收縮率表示,它是指加熱后纖維縮短的長度占原長度的百分率。。氧指數(shù)儀第四十三頁,共49頁十、對化學(xué)試劑及微生物作用的穩(wěn)定性腈綸:耐蟲蛀，耐霉菌，耐酸，但不耐強堿（大分子鏈上有氰基）滌綸:耐蟲蛀，耐霉菌，耐酸，但耐堿稍差錦綸:耐蟲蛀，耐霉菌，耐堿，但耐酸稍差維綸:耐蟲蛀，耐霉菌，耐堿，但耐酸較差M706靜酸壓試驗儀+防酸滲透時間試驗儀+拒酸性能試槽第四十四頁,共49頁十一、耐光性和對大氣作用的穩(wěn)定性耐候性:對日光和大氣作用的穩(wěn)定性耐光性:纖維受光照后其力學(xué)性能保持不變的性能腈綸最好（氰基～吸收紫外線）對大氣作用的穩(wěn)定性:纖維受光照射、空氣中的氧氣、熱和水分的長時間作用后，不發(fā)生降解或光氧化，不產(chǎn)生色澤變化的性能。。日曬氣候試驗儀第四十五頁,共49頁十二、染色性染色性三要素:色親和力、染色速度、纖維—著色劑的性質(zhì)。染料與纖維的結(jié)合力:離子鍵、氫鍵、偶極、共價鍵染色速度:取決于染浴中的染料向纖維表面擴散、染料被纖維表面吸附以及染料從纖維表面向纖維內(nèi)部擴散。染色均勻性:M值十三、導(dǎo)電