高技術(shù)纖維復(fù)習(xí)

高技術(shù)纖維復(fù)習(xí)課提綱陳文興1第一章緒論高科技纖維（Hightechnologyfibers）：依靠高技術(shù)和纖維學(xué)科最新的基礎(chǔ)理論概念研制成功的具有高性能和高功能性的一系列新纖維材料。合成纖維發(fā)展的四個(gè)階段第一階段1938～1950年：主要發(fā)展錦綸；第二階段1950～1956年：滌綸和腈綸問世并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；第三階段1956開始：發(fā)展改性纖維，包括差別化纖維；第四階段60年代初開始：發(fā)展高性能纖維。三代合成纖維

第一代：錦綸、滌綸和腈綸；第二代：改性纖維，包括差別化纖維；第三代：高性能纖維2三、本課程內(nèi)容和要求內(nèi)容：差別化纖維功能性纖維環(huán)保纖維高性能纖維

差別化纖維功能性纖維異形纖維超細(xì)纖維復(fù)合纖維易染纖維有色纖維三維立體卷曲纖維高吸濕纖維抗靜電纖維抗起球纖維高收縮纖維..導(dǎo)電纖維抗菌纖維消臭纖維阻燃纖維變色纖維香味纖維調(diào)溫纖維光導(dǎo)纖維防紫外線纖維止血纖維..3要求：了解國內(nèi)外纖維發(fā)展的動(dòng)態(tài)，掌握代表性高科技纖維的制造、結(jié)構(gòu)、性能。中期寫一篇讀書報(bào)告，期末閉卷考試。環(huán)保纖維高性能纖維Lyocell生物可降解纖維天然彩色棉...有機(jī)無機(jī)金屬剛性柔性4第二章差別化纖維差別化纖維：是指在原來纖維組成的基礎(chǔ)上進(jìn)行物理或化學(xué)改性處理，使性能上獲得一定程度改善的纖維。高感性纖維：是指風(fēng)格、質(zhì)感、觸感、外觀等感覺方面性能優(yōu)良的服用纖維。

5第一節(jié)異形纖維一、定義異形纖維：是用非圓形噴絲孔或中空噴絲孔紡制的纖維。二、異形纖維的制法1.異形噴絲孔法2.膨化粘著法3.復(fù)合纖維分離法4.其它方法6三、異形纖維的特點(diǎn)：(1)光澤(2)抗彎性和手感(3)蓬松性與透氣性(4)抗起球性和耐磨性(6)染色性和防污性7四、異形纖維的應(yīng)用仿絲綢產(chǎn)品仿毛產(chǎn)品針織產(chǎn)品床上用品產(chǎn)業(yè)用：在污水處理、濃縮分離、海水淡化、人工腎臟等8第二節(jié)超細(xì)纖維

一、超細(xì)纖維的分類按照現(xiàn)有的化纖生產(chǎn)技術(shù)水平，并結(jié)合絲的基本性能和應(yīng)用范圍，可以分為四類：細(xì)旦絲Finedenier0.5～1.3D滌綸7.2～11.0μm，可以采用常規(guī)紡絲方法和設(shè)備。超細(xì)旦絲Micro-fiber0.3～0.5D滌綸5.5～7.2μm，雖可采用常規(guī)紡絲方法，但技術(shù)要求高?？梢圆捎脧?fù)合分離法生產(chǎn)。極細(xì)旦絲Ultrafinefiber0.1～0.3D滌綸3.2～5.5μm，用復(fù)合分離法或復(fù)合溶解法生產(chǎn)。超極細(xì)旦絲Super-ultrafinefiber0.1D以下，滌綸3.2

μm以下，用海島紡絲溶解法或共混紡絲溶解法生產(chǎn)。

9二、超細(xì)纖維的性能特點(diǎn)手感柔軟：理論上，纖度的抗彎剛度與纖維直徑的4次方成正比。光澤柔和：纖度粗時(shí)，反光過于集中，產(chǎn)生極光；纖度細(xì)時(shí)，對光線的反射比較分散。高清潔能力：單纖維很細(xì)，象鋒利的刮刀，同時(shí)由于很強(qiáng)的芯吸作用。高吸水性和吸油性：纖維變細(xì)，比表面積增大，同時(shí)也形成更多更小的毛細(xì)管孔洞。高密度結(jié)構(gòu)：細(xì)纖維在織造中比粗纖維絲更易被擠壓變形和貼緊，可以形成密度更高的織物結(jié)構(gòu)。高保暖性：能形成更多的空隙。缺點(diǎn)：單纖度強(qiáng)度變小，摩擦系數(shù)增大，在加工和使用過程中易出現(xiàn)毛絲、斷絲、造成網(wǎng)絡(luò)、織造加工困難。纖維抗彎剛度變小，織物挺括性變差。卷曲性下降，蓬松性降低。比表面積增大，上油率、上染率增加。10三、超細(xì)纖維的應(yīng)用紡真絲織物、高密度防水透氣織物、仿桃皮絨織物、潔凈布、無塵衣料、高吸水材料、仿麂皮及人造皮革、過濾材料、人造血管等。11海島法五、超細(xì)纖維的制造方法長絲：海島型；剝離型；多層型。12剝離法多層型13第三節(jié)復(fù)合纖維復(fù)合纖維(compositefiber)：由兩種或兩種以上聚合物熔體僅在進(jìn)入特殊設(shè)計(jì)的噴絲組件后才被有機(jī)復(fù)合在一起，并被擠出成形，或?qū)⑾嗳苄暂^差的兩種聚合物混合后紡絲而形成具有雙相結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。其中兩組分的復(fù)合纖維稱為雙組分纖維(bicomponentfiber)或共軛纖維(conjugatedfiber)。

復(fù)合纖維既不同于異種纖維的混紡或異種長絲間的混纖，也不同于組成纖維的各獨(dú)立組分在進(jìn)入噴絲組件前已被充分混合，而后再擠出成形的相溶性聚合物的共混體纖維。14二、復(fù)合纖維的分類復(fù)合纖維按照組分的數(shù)目可分為雙組分和多組分復(fù)合纖維。目前開發(fā)的多為雙組分纖維。雙組分纖維根據(jù)兩組分的位置關(guān)系又可分為并列型、皮芯型、海島型及多層型放射型四種。15三、復(fù)合纖維的應(yīng)用復(fù)合纖維自發(fā)卷曲裂離或溶解自粘合導(dǎo)電性抗靜電性各種改良織物填充料地毯襪子仿絲綢人造麂皮起絨織物無紡布、紙、人造皮革無紡布針織物產(chǎn)業(yè)用布光通訊電子工業(yè)醫(yī)用力學(xué)性能、染色性、粘合性、耐熱、阻燃、耐化學(xué)溶劑、親水、吸水性等16第三節(jié)易染纖維所謂易染纖維是指染色條件溫和，色譜齊全，染出的顏色色澤均勻并且堅(jiān)牢度好。17

1.陽離子染料易染性共聚酯（CDP）纖維的制備

(1)共聚：在PET大分子鏈中引入含酸性基的單體。(2)接枝共聚：在PET纖維上接上聚羧酸支鏈。(3)添加劑法：用可結(jié)合陽離子型染料的物質(zhì)與PET進(jìn)行混合紡絲。目前最成熟、應(yīng)用最普遍的是共聚法。CDP的合成合成過程中添加第三單體。一、易染性聚酯纖維18

ECDP的合成作為ECDP聚酯是在CDP聚配的基礎(chǔ)上，增加少量第四組分的改性劑，通常有以下幾種化合物：(1)脂肪族或芳香族二羧酸及其衍生物(2)脂肪族或芳香族二元醇及其衍生物(3)羥基酸類化合物。19

2.分散染料易染性聚酯（EDDP）纖維的制備

第三單體的選擇

作為分散染料改性的第三單體的品種很多。用于聚酯纖維染色改性的第三單體目前已達(dá)10余種，比較常見的有聚乙二酵(PEG)、癸二酸、間苯二甲酸、聚對苯二甲酸丁二酯、聚硅氧烷和己二酸丁二酯等。20三、易染性聚丙烯纖維聚丙烯纖維表面改性：光、輻照、等離子體、試劑處理等本體改性共混共聚高聚物低分子結(jié)晶性非結(jié)晶性有機(jī)化合物金屬化合物易染性丙綸改性途徑21第三章功能性纖維功能性纖維：主要是指具有分離、防護(hù)、醫(yī)療保健、傳導(dǎo)、生物活性、環(huán)保等特殊功能的纖維。功能性纖維導(dǎo)電纖維抗菌纖維消臭纖維阻燃纖維變色纖維香味纖維調(diào)溫纖維光導(dǎo)纖維防紫外線纖維止血纖維..22第一節(jié)導(dǎo)電纖維導(dǎo)電纖維：指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃、相對濕度65％）下，質(zhì)量比電阻小于108

?g/cm2的纖維。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，滌綸的質(zhì)量比電阻為1017

?g/cm2，腈綸為1013

?g/cm2。導(dǎo)電纖維結(jié)構(gòu)型本征型復(fù)合型金屬纖維炭纖維有機(jī)導(dǎo)電纖維均勻型被覆型23一、金屬纖維二、有機(jī)導(dǎo)電纖維共軛聚合物摻雜三、金屬化合物導(dǎo)電纖維四、復(fù)合型導(dǎo)電纖維五、金屬包覆導(dǎo)電纖維24應(yīng)用：防靜電防電磁波輻射防爆工作服防塵工作服25第二節(jié)阻燃纖維（一）纖維的燃燒性能

表1纖維按燃燒性能分類分類燃燒狀態(tài)纖維不燃不燃燒玻璃纖維、炭纖維、石棉、金屬纖維、含硼纖維等。難燃接觸火焰時(shí)燃燒，離開火焰時(shí)自熄。聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯、改性聚丙烯腈。可燃能發(fā)煙燃燒，但較難著火，燃燒速度慢。聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、醋纖、羊毛、蠶絲等。易燃容易著火，燃燒速度快。聚丙烯、聚丙烯腈、粘膠、棉、麻等。26通常采用極限氧指數(shù)（簡稱LOI）表征纖維及其制品的可燃性。極限氧指數(shù)就是將點(diǎn)燃的材料離開火源置于氧和氮的混合氣體中，維持繼續(xù)燃燒時(shí)所需要的最低含氧體積百分率。顯然，LOI值愈大，材料燃燒時(shí)所需氧的濃度就愈高，即愈難燃燒。通?？諝庵泻醢俜致蕿?1％，所以纖維的燃燒性也可以按LOI進(jìn)行分類。將LOI低于20％的稱為易燃纖維，20～26％之間的稱為可燃纖維，26％以上的稱為難燃纖維。27表2各種纖維的LOI值分類纖維LOI，％難燃纖維氟纖維聚偏氯纖維聚氯乙烯波萊克勒爾改性聚丙烯阻燃聚酯9545～5037～4028～3327～2928～32可燃纖維聚酯聚酰胺聚乙烯醇羊毛蠶絲20～2220～222124～2623易燃纖維聚丙烯聚丙烯腈人造纖維棉19～2018.517～1917～1928（二）阻燃理論迄今還沒有可適用于所有聚合物阻燃作用的一般性理論。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，可以認(rèn)為阻燃的基本原理是減少熱分解過程中可燃性氣體的生成和阻礙氣相燃燒過程中的基本反應(yīng)。其次，吸收燃燒區(qū)域中的熱量，稀釋和隔離空氣對阻止燃燒也有一定的作用。1.表面覆蓋理論2.吸熱作用3.凝聚相阻燃4.氣相阻燃5.塵粒的壁面效應(yīng)6.熔滴效應(yīng)29三、阻燃加工1.共聚2.共混3.后加工30一、抗菌防臭纖維抗菌防臭纖維：可以抑制細(xì)菌繁殖或殺死細(xì)菌，從而保護(hù)纖維材料自身，以及防止臭氣產(chǎn)生、疾病感染和傳染的纖維。第三節(jié)抗菌和消臭纖維31（一）主要抗菌劑過渡金屬離子：Ag+、Cu2+、Zn2+等；季胺鹽類：如十八烷基二甲基（3-三甲氧基硅烷基）氯化胺、十六烷基二甲基芐基氯化胺等；胍系列：1,1’-六亞甲基雙[5-(4-氯苯)雙胍]二鹽酸化合物、聚六亞甲基雙胍鹽酸化合物等；酚、醇系列：烯化雙酚鈉鹽，對氯間二甲酚等；脂肪酸、酯系列：十一碳烯酸、丙二醇單脂肪酸酯等；雜環(huán)化合物：8-羥基喹啉、5-硝基呋喃基-2-丙稀醛等；天然化合物系列：脫乙酰殼聚糖，扁柏硫醇等；其他：二甲基氨基丙酰胺、碘絡(luò)合物等。32（二）抗菌加工方法1.抗菌劑混入纖維內(nèi)部2.抗菌劑在纖維內(nèi)部或表面不溶化3.抗菌劑與纖維通過化學(xué)鍵結(jié)合4.樹脂加工

33二、消臭纖維消臭纖維：消臭纖維與抗菌防臭纖維不同，消臭顧名思義是消除已經(jīng)存在的臭味?？咕莱羰峭ㄟ^抑制細(xì)菌的繁殖或殺死細(xì)菌而防止臭氣產(chǎn)生。34（二）消臭原理1.感覺消臭法2.物理消臭法3.生物消臭法4.化學(xué)消臭法（三）消臭纖維的制備

消臭纖維的制造是將消臭劑擔(dān)持在纖維上的過程，根據(jù)消臭劑和纖維的特性有紡絲法和后加工法兩種。

35環(huán)境問題

20帶來了環(huán)境問題，諸如：臭氧層的破壞、地球世紀(jì)工業(yè)快速發(fā)展，極大地改變了人們地生活方式，但同時(shí)也氣溫變暖、土地沙漠化、空氣污染、水污染、垃圾等等，這些問題正嚴(yán)重威脅著人類自身的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。纖維與環(huán)境關(guān)系密切

環(huán)保纖維的含義：

1.纖維制造加工過程少耗資源、少耗能源、少污染環(huán)境。2.纖維及其制品服役時(shí)對人體安全，廢棄后對地球較少負(fù)荷。3.纖維主動(dòng)地治理環(huán)境污染。第四節(jié)環(huán)保纖維36第五節(jié)Lyocell纖維

Lyocell采用有機(jī)溶劑N—甲基氧化嗎啉(NMMO)、干濕法紡絲技術(shù)制成。目前它的產(chǎn)量全球約十余萬噸，預(yù)計(jì)到2005年世界生產(chǎn)能力將達(dá)30萬噸。有專家預(yù)言到二十一世紀(jì)中葉其產(chǎn)量可達(dá)2000萬噸，超過目前合纖最大品種滌綸。Lyocell解決了粘膠纖維生產(chǎn)嚴(yán)重污染環(huán)境的問題，溶劑毒性低、易回收，還具生物可降解性，是典型的綠色環(huán)保纖維。不僅如此，Lyocell強(qiáng)度與滌綸相仿，濕強(qiáng)僅下降10％，其柔軟舒適、吸濕性與懸垂性好，兼具天然、合成纖維兩者優(yōu)點(diǎn)。37第六節(jié)聚乳酸纖維3839第四章高性能纖維第一節(jié)概述高性能纖維(Highperformancefiber)

：在某些性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)纖維，如高強(qiáng)、高模、耐高溫纖維等等。40全芳香族聚酰胺纖維

對位型PPTA纖維（例如Kevlar等）間位型MPIA纖維（例如MetamaxTM等）全芳香族聚酯纖維

Vectran，Ekonol等芳雜環(huán)類纖維

PBZT，PBO，PBI等高強(qiáng)高模聚乙烯纖維（UHMWPE）高強(qiáng)聚丙烯腈纖維（PAN）其他碳纖維氧化鋁纖維碳化硅纖維高強(qiáng)度玻璃纖維其他高性能纖維有機(jī)纖維無機(jī)纖維金屬纖維剛性鏈柔性鏈41一、概述碳纖維(CarbonFiber)：指纖維化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量90％以上的纖維。

第二節(jié)碳纖維42二、碳纖維的分類(1)按原料分類纖維素基(人造絲)；聚丙烯腈基；瀝青基。(2)按照制造條件和方法分類：碳纖維(炭化溫度在800～1600℃時(shí)得到的碳纖維)；石墨纖維(炭化溫度在2000～3000℃得到的碳纖維)；活性碳纖維。(3)按照力學(xué)性能分類：通用級(jí)(GP)，拉伸強(qiáng)度低于1.4GPa、拉伸模量小于140GPa的纖維；高性能(HP)：其中包括中強(qiáng)型(MT)、高強(qiáng)型(HT)、超高強(qiáng)型(UHT)、中模型(IM)、高模型(UHM)。43三、聚丙烯基碳纖維（一）制造的基本工藝流程44

芳香族聚酰胺:

泛指酰胺基團(tuán)直接與兩個(gè)苯環(huán)基團(tuán)連接而成的線形高分子。芳香族聚酰胺纖維，又名芳綸，是這一類新合纖的統(tǒng)稱，芳香族聚酰胺纖維主要品種是對位芳綸和間位芳綸。

一、概述

第三節(jié)

芳香族聚酰胺纖維45劃時(shí)代剛性高分子高分子液晶干—濕法紡絲防彈衣46二、(PPTA纖維)制備方法1.低溫溶液縮聚472.高分子液晶48493.干—濕法紡絲50★高強(qiáng)度、高模量的力學(xué)性能★良好的耐熱性。它的玻璃化溫度是345℃左右，分解溫度大約在560℃。在高溫下不熔融，熱收縮也很小，有自熄性，極限氧指數(shù)值(LOI)為28-30。在200℃下，強(qiáng)力幾乎保持不變?！颬PTA纖維對普通有機(jī)溶劑、鹽類溶液等有很好的耐化學(xué)藥品性?！舻蛷?qiáng)酸、強(qiáng)堿性較差?！羲鼘ψ贤饩€比較敏感，不宜直接暴露在日光下使用?！衾w維彎曲壓縮性能較差，耐疲勞性能較差。四、對位芳綸(PPTA)的性能

51

五、PPTA的應(yīng)用保護(hù)、防彈產(chǎn)品橡膠補(bǔ)強(qiáng)制品纖維增強(qiáng)復(fù)合材料摩擦密封件芳綸增強(qiáng)樹脂材料52第四節(jié)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維Material’sstrengthisdictatednotsomuchbybondstrengthbutby

Defects

表12-3大分子鏈的極限強(qiáng)度聚合物分子截面積極限強(qiáng)度常規(guī)紡絲法纖維強(qiáng)度

(nm)聚乙烯0.193405cN/dtex(32GPa)9.80cN/dtex聚酰胺60.192344cN/dtex(32GPa)10.34cN/dtex聚甲醛0.185287cN/dtex(33GPa)---聚乙烯醇0.228257cN/dtex(27GPa)10.34cN/dtex聚對苯二甲酸對苯二胺0.205255cN/dtex(30GPa)27.22cN/dtex聚對苯二甲酸乙二酯0.217253cN/dtex(28GPa)10.34cN/dtex聚丙烯

0.348237cN/dtex(18