常规化学纤维的制造概述.docx

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常规化学纤维的制造概述

第五章化学纤维

教学目标：

1、使学生了解化学纤维的形成与分类，化学纤维的制造方法和工艺过程。

2、使学生掌握各种常规化纤的性能，掌握化纤主要性能的测试方法。

3、使学生了解化纤新材料的品种及主要特性。

教学重点与难点：

1、教学重点：

常规化学纤维的特性

2、教学难点：

化纤的制造

教学与学习建议：

1、教学建议

授课形式：

讲解与讨论，实验

准备常规化学纤维的实物样品和显微镜标样，让学生从宏观和微观两方面观察认识常规化学纤维；

充分做好实验准备

2、学习建议

通过观察化学纤维的实物样品和显微镜标样，从宏观和微观两方面观察认识化学纤维

通过记忆和理解，掌握纤维的主要特性

通过实验掌握主要性质的测试方法，熟悉有关国家标准

有人预测到2010年，世界纺织纤维的总产量将达到6000万吨。

其中棉花所占比重为30％，羊毛为2％；而涤纶则可能提高到12％。

再过50年，世界人口将超过100亿，纺织纤维总量将达到12亿吨；其中化纤将占到80％。

目前化学纤维在我国全部纺织纤维原料中的使用量已达到53％～54％，预计在十五期间将达到60％以上，化学纤维在纺织生产中的作用越来越显得重要。

第一节化学纤维的分类、命名和特点

一、传统化学纤维

1．传统化学纤维分类及命名

再生纤维：

粘胶纤维（再生纤维素纤维，镙索）

合成纤维：

涤纶，聚酯纤维的确凉（良）达可纶

晴纶聚丙烯晴纤维奥纶

锦纶聚酰胺纤维卡普纶尼纶耐纶

维纶聚乙烯纤维维尼龙

丙纶聚丙烯纤维

氯纶聚氯乙稀纤维

氨纶聚氨酯弹性纤维莱卡

2．化学纤维的共性

·原料来源广阔，便于工业化生产

·长度、细度可人为控制

——长度刀切；细度喷丝孔和拉伸倍数

·强度、伸长率可人为控制

——拉伸倍数

·光泽也可人为控制

——不同剂量的消光剂（TiO2二氧化钛）

3．再生纤维特性

·吸湿透气性好

·容易染色

·抗静电

·易于纺织加工

·制成织物品种繁多

·穿着舒适

·废弃物易降解回收

4．合成纤维特性

·强度高，生长率大，耐磨；

·化学稳定性好，不霉蛀；

·免烫性好，易洗快干；

·染色牢度好，比重轻等优点；

·吸湿透气性差，易起毛起球，易产生静电等。

5．化学纤维最大个性

·粘胶——价廉舒适，湿强底，尺寸保形性差

·涤纶——抗皱免烫织物硬挺

·锦纶——坚牢耐磨，吸湿性在合成纤维中较好（W＝4.5％），耐日晒牢度较差

·晴纶——蓬松耐晒“合成羊毛”

·维纶——合成棉花，吸湿性在合成纤维中好（W＝5％），热水收缩率大

·丙纶——轻（比重0.91），不吸湿

·氨纶——高弹低强

·氯纶——生电难燃

二、新型化学纤维

（一）新型化学纤维概述

1．开发新型化学纤维的目的

绿色环保，提高性能，增添新花色品种

2．绿色环保纤维

·“绿色”纺织品特定的含义是指经过毒理学测试并且有相应标志的纺织品。

·“环保”纺织品是指在生产、使用、加工和废弃物处理的全过程中对环境无污染的纺织品。

·目前在世界范围内出现了多达十多种“绿色”纺织品的标志，代表性的OKO—TexStandard100（生态纺织品标准100）。

（二）新型再生纤维

1．大豆蛋白纤维

是我国为数不多的具有原创性知识产权、且率先在国内实现工业化生产的化学纤维。

以出油后的大豆废粕为原料，运用生物工程技术，将豆粕中的球蛋白提纯，并通过助剂、生物酶的作用，使提纯的球蛋白改变空间结构，再添加羟基和氨基等高聚物，经湿法纺丝而成。

其生产过程对环境、空气、人体、土壤、水质等无污染，纤维本身主要由大豆蛋白质组成，是一种易生物降解的环保型纤维。

大豆蛋白质中含有羟基、氨基、羧基等多种人体所需极性氨基酸，对人体具有一定的保健作用。

此纤维的特点是柔软、有弹性，其制品手感接近羊绒，并且带有丝绸感，可应用于毛纺织、棉纺织、麻纺织与丝绸等工业。

2．牛奶纤维

将牛奶浓缩到含水60%以下后，加碱使脂肪分解，经透析法或盐析法纯化蛋白质，再以牛奶乳酪和丙烯腈接枝共聚。

3．甲壳素纤维

虾、蟹、昆虫壳等经酸碱化学处理而制得。

甲壳素纤维具有极好的生物相容性,且具有抗菌、保健等功能。

4．天丝

“天丝”是我国俗称，应为莱奥塞尔（Lyocell）纤维，商品名Tencel纤维。

原料来自一种成材非常迅速的阔叶树，生长于丘陵山地，不占用耕地，不影响农作物，树木可轮流使用，不断再生。

这是一种新型高科技绿色环保再生纤维素纤维，其特点是其湿强度比普通粘胶纤维高，而且生产过程中没有产生二硫化碳和碱的污染；其另一个特点是其具有原纤化的趋势，也即纤维可以裂解为100根左右的很细的纤维丝，利用它的这一性质，可将其纯纺或与棉纤维混纺来生产加工桃皮绒类织物。

目前Lyocell纤维国外价格为3～4万元／吨，而国内粘胶短丝却只需1．2万元／吨。

种种因素表明，只有当生产规模大于4万吨／年时企业才能有经济效益。

5．莫岱尔（Model）

这是一种新型低无污染粘胶纤维，它是由山毛榉木浆粕制成，其主体属天然植物纤维素纤维。

MODAL是一种新型高科技绿色环保再生纤维素纤维，由其加工制作的服装质地柔软、光泽亮丽、垂感好，风格独特，颇具高品质，特别是该面料的超强吸湿性能，使得服装贴身穿着光滑舒适，是作内衣及休闲产品理想的选择。

纯MODAL原料形成的面料松软，无骨架，保形性不好，染整定型及成衣制作都很困难；由于MODAL纤维的原纤化倾向（MODAL纤维湿模量最高，这就决定了它本身具有强的原纤化倾向），一经摩擦，极易造成面料的起绒、起球，影响织物外观风格。

采用MODAL与棉混纺，增强纤维间摩擦系数，减少MODAL纤维异动；同时引入氨纶类弹性丝，增强面料的保形性能，消除MODAL原料无骨架的弊端。

三种原料成份的同配合，使得产品服用性能更完美。

6．竹纤维

是我国原创的化学纤维。

竹子有抗菌性，使其在生产过程中无虫蛀，无腐烂，无需使用任何农药，没有任何污染，保证了竹纤维资源无生态毒性。

（三）改性差别化新合纤

改性差别化新合纤通常是指在原来纤维组成的基础上进行物理、化学改性或工艺变性处理，使性能上获得一定程度改善的纤维。

实际上直至80年代末，天然纤维一直独霸高档服装面料市场，化学纤维特别是合成纤维织物由于其热湿舒适性、手感、光泽和外观等性能差，常常充当低档廉价产品的角色。

然而80年代后期以来，随着日本的新合纤、欧美的细旦纤维制品问世，合纤产品在人们心目中的形象开始改变。

一些涤纶仿丝、仿毛产品的手感与外观酷似丝、毛织物，而且其洗可穿性、颜色优于天然纤维，因此深受消费者喜爱，涤纶产品开始挤入高档服装面料市场。

1994年日本女外衣面料消费量的60％为“新合纤”，天然纤维受到冷落、中国蚕丝滞销的原因均在于此。

不同种类纤维的面料相比较，天然纤维面料的品质相对稳定，化学纤维面料的品质在不断改进与提高。

近10年中一些仿天然纤维的化纤面料的某些性能有超过天然纤维的趋势。

纤维的改性方法：

物理改性，化学改性，工艺变性。

物理改性采用改变纤维高分子材料的物理结构使纤维性质发生变化的方法。

力求保持原来纤维品种的基本性能，同时又对某一方面性质有所改变。

有⑴改进聚合与纺丝条件⑵改变截面⑶表面物理改性⑷复合⑸混合

化学改性是通过改变纤维高分子的化学结构来达到改性目的方法。

有⑴共聚⑵接枝⑶交联

工艺变性有⑴采用新的聚合方法和对聚合物进行特殊控制；⑵根据新的成形原理采用新的成形方法，如制成海岛型复合纤维后，用溶出法生产超细纤维和多孔纤维等；⑶改进纺丝成形和后加工工艺，如某些抗起球型聚酯纤维的生产等；⑷后续工艺过程的联合，如染色与纺丝工艺过程的联合，可以生产出有色纤维等。

常见改性差别化纤维及特性如下

⒈细旦、超（微）细纤维

关于细旦、超细旦、超细旦纤维的定义，随着纤维越做越细，各国标准均不统一。

细旦纤维研究开发的最初成果是涤纶长丝的碱减量处理方法，到60年代中期，已能采用常规熔纺法稳定生产0．4dtex—1。

1dtex的细旦涤纶长丝。

1964年，杜邦公司取得了用复合纺丝法生产超细旦纤维的专利，这是超细旦纤维发展的起点。

到70年代，用剥离法和海岛法两种复合纺丝法制取0，1dtex左右的超细旦纤维实现了工业化生产。

目前最细的超细旦纤维纤度已达到0。

000ldtex。

按照现有的化纤生产技术水平，并结合丝的基本性能和大致应用范围进行划分，可以分为以下四种：

①细旦丝单纤维线密度范围为0.55dtex（0.5旦）～1.4dtex（1.3旦）的丝。

以涤纶为例，其单纤维直径约在7.2～11.0um之间。

细旦丝可以采用常规纺丝方法和设备，如常规纺、高速纺等进行生产。

细旦丝的细度和性能与蚕丝比较接近，可用传统的织造工艺进行加工，产品风格与真丝绸也比较接近，所以细旦丝一般用来仿真丝。

②超细旦丝单丝线密度范围为0.33dtex（0.3旦）～0.55dtex（0.5旦）的丝。

以涤纶为例，其单纤维直径约在5.5～7.2um之间。

超细旦丝可以采用常规纺丝方法生产，但技术要求较高。

也可以用复合分离法生产。

超细旦丝主要用于高密防水透气织物，以及一般的起毛织物和高品质的仿真丝织物。

③极细旦丝单丝线密度范围为0.11dtex（0.1旦）～0.33dtex（0.3旦）。

对涤纶而言，单丝直径约为3.2～5.5um。

由于单丝线密度极细，用常规纺丝方法生产已很困难，需要用复合分离法或复合溶解法生产。

可以用于人工皮革、高级起绒织物、擦镜布、拒水织物等高新技术产品。

④超极细旦丝单丝线密度在0.11dtex（0.1旦）以下的纤维。

这种丝单纤维线密度极细，直径小于3.2um，甚至仅有0.03um。

采用双组分复合分离法生产已相当困难，故大多采用海岛纺丝溶解法或共混纺丝溶解法进行生产。

纤维多由非织造方法进行加工。

产品主要用于仿麂皮、人工皮革、过滤材料和生物医学等领域。

超细纤维的性能：

①手感柔软、细腻；

②柔韧性好；

③光泽柔和；

④高清洁能力；

⑤高吸水性和吸油性；

⑥高密结构

⑦高保暖性；

⑧抗贝类及海藻类性能。

超细纤维的应用：

①仿真丝织物；

②高密度防水透气织物；

③仿桃皮绒织物；

④洁净布、无尘衣料；

⑤高吸水性材料；

⑥仿麂皮及人造皮革。

·橘瓣型复合纤维（涤锦复合）；以涤纶做皮，橘瓣型的锦纶作芯复合而乙其特点是

纤维单丝细度可以变细，例如将细度为3dtex的纤维制成织物后，染整时再将纤维中的涤纶成分溶解，使复合纤维细度降低到0．3dtex左右，可加工成桃皮绒类织物。

·海岛型复合纤维：

目前用最多的是涤纶和可溶性涤纶进行复合，单纤维细度可细至0．001dtex，可加工出非常细密的过滤性材料。

日本在70年代初就开始研究和开发海岛型纤维。

我国在70年代末和80年初也曾研究和开发，当时在山东青岛就买了日本技术进行开发工作。

但当时工艺还不很成熟，加上海岛型成本高，所以当时也没有形成多大气候。

但近几年，关于海岛型长丝和短丝生产技术越来越成熟，各地争相搞“海岛”，国内很可能又将兴起一拨“海岛热”。

海岛型品种有PET／PA、PET／PP、PA／PP、PET／COPET。

岛的数字从16、36、64到120个不等，海与岛的比率从60：

40到现在的海为20％—10％，岛为80％—90％，这样生产效率大大提高，成本也大大降低。

最近国外海岛法生产线也开始进军中国市场，例如德国一条PET／PA海岛短丝生产线（4000T／Y—5000T／Y）报价500万欧元（1000万DM）。

如果我们利用现有生产线，引进关键部件，就可以节省很大投资。

目前上海及一些城市的化纤厂如上海海欣集团、成都泰康等厂已有批量生产海岛型长丝或短丝，上海合纤所、仪征化纤、厦门翔鹭等单位也正在积极建设投产。

海岛型长丝一般是制成织物后，经碱减量处理将海的部分洗掉。

海岛型短丝以作人造皮革为主。

⒉ 三异纤维

所谓三异纤维指异纤度、异收缩和异截面纤维。

异纤度就是采用纤度不同的单丝组成复丝，其中较粗的作为芯丝可提供足够强力、刚度、弹性及挺括性，较细的纤维可作为皮层提供柔软的手感及蓬松性；异收缩就是不同单纤之间的收缩率存在差异，并利用这种差异，经过后处理之后达到织物结构紧密，而纱线中部分单丝（收缩率低的丝）有松弛、蓬松、浮凸的效果，这样便于形成多层次的纱线结构和有凹凸感的效果；异截面就是采用圆形、三角形、三叶形、五叶形或六角形等各种截面形状，以使成纱内部稳定蓬松、外观光泽柔和、自然，并可追求某种特殊外观（光泽）效应。

三异纤维可以通过复合纺丝技术或混纤复合技术制得。

三异纤维在纯化纤仿毛产品中应用最为广泛，并且十分成功。

·异形纤维

采用异型喷丝板纺丝制得的非圆形截面的化学纤维。

（普通粘胶纤维、湿纺维纶、腈纶不属于异形纤维）。

中空纤维指贯通纤维轴向且有管状空腔的化学纤维。

它可以通过改变喷丝孔的形状来获得。

中空纤维的最大特点是密度小，保暖性强，适宜做羽绒型制品，如高档絮棉、仿羽绒服、睡袋等。

其内部具有空穴结构，由于内部有空腔，与普通圆形截面相比，比重轻，蓬松；纤维的保暖性好。

吸湿排汗纤维沟槽纤维，有良好的导汗、快干、凉爽、舒适的功能

闪光纤维三角形，Y形等，形成有峰值的漫反射。

·异收缩纤维

在织物中采用高收缩丝与低收缩丝交织，生产的织物具有凹凸感和立体花纹，两种不同收缩涤纶纱合股线可成为花色线。

例如：

混纤型的混捻假捻丝是将两种复丝混捻假捻丝进行组合，以形成双色效应，异收缩效应，并形成两种纤维的无规则缠绕，主要有涤纶与色丝，涤纶与阴离子染料可染涤丝，阳离子可染涤丝与色丝等三种组合。

3．高分子物改性纤维

·采用共聚法在纤维分子链中引入化学稳定的基团，能明显改善纤维原有的缺点。

·采用接枝技术在合成纤维上接枝了其他高分子链后，在某些方面的性能会产生明显的改变，从而具有一些新的特定的用途。

·交联

4．复合纤维

复合纤维是由两种及两种以上的聚合物或性能不同的同种聚合物，经复合纺丝法纺制成的化学纤维。

所谓复合纺丝法就是将不同的熔体，按一定的配比由同一喷丝头压出，在喷丝孔的适当部位相遇从而形成纤维。

复合纤维如为两种聚合物制成，即为双组分纤维。

根据不同组分在纤维截面上的分配位置，可分为并列型、皮芯型和海岛型等。

复合纤维往往同时具有所含几种聚合物组分的特点，可制成类似羊毛的高卷曲、易染色、难燃、抗静电、高吸湿等特殊性能的纤维。

如涤纶与锦纶的复合纤维，既具有锦纶耐磨性好、强度高、易染色、吸湿性较好的优点，又有涤纶弹性好、模量高、织物挺括等特色，具有更好的综合性能。

⒌添加剂改性纤维

添加剂改性纤维是采用纺织染后加工技术制成，常与纳米技术结合使用，目前已实现商品化生产的几个品种有：

阻燃纤维；远红外纤维；超悬垂性纤维；永久性抗静电纤维。

抗紫外线纤维；芳香纤维；抗菌纤维。

6.表面处理

涤纶使用碱减量技术处理后的异型纤维，其光泽、柔软性、手感比原来的纤维提高了很多，同时能获得比原纤维更好的吸湿性、悬垂性和弹性。

7．其它改性纤维

有色纤维；永久性抗静电纤维；抗起球纤维；高收缩性纤维；

阳离子可染聚酯——CDP纤维等等。

（四）环保性新合纤

玉米纤维，聚乳酸纤维。

它是可降解合成纤维，不仅自身可以生物降解回归大自然,而且其合成的原料乳酸也来自天然，由淀粉发酵得到。

因此，聚乳酸纤维的开发与应用是人类对自然界碳循环的一种和谐参与.使用后的废物埋在土中或水中，可在微生物分解下生成碳酸气和水，它们在阳光下，通过光合作用又会生成起始原料淀粉，被认为是“环保世纪”最受重视的项目。

 第二节 常规化学纤维的制造概述

一、高聚物的提纯与聚合

1、高聚物的提纯——再生纤维

2、高聚物的聚合——合成纤维。

二、纺丝熔体或纺丝液的制备

1、熔体纺丝2、溶液纺丝

三、化学纤维的纺丝成形

1、熔体纺丝2、湿法纺丝3、干法纺丝

四、化学纤维的后加工

1．短纤维的后加工：

集束拉伸→化学纤维的消光和上油→卷曲→干燥定型→切断

2．长丝后加工：

粘胶丝的后加工：

水洗→脱硫→漂白→酸洗→上油→脱水→烘干→络筒（绞）等工序。

涤纶、锦纶长丝的后加工：

拉伸加捻→后加捻→压洗（涤纶不需压洗）→、热定型→平衡→倒筒等工序 

第三节化学短纤维的性能与品质检验

 一、化学纤维的长度和线密度

化学短纤维的长度和线密度，一般可以分成棉型、毛型和中长型。

长度与线密度的常用规格如表

化纤长度和线密度规格

  纤维类型

项目

毛         型

棉型

中长型

用于粗梳毛纺

用于精梳毛纺

长度（mm）

64～76

76～114

33～40

51～76

线密度（tex）

0.33～0.55

0.33～0.55

0.13～0.18

0.22～0.33

二、强伸性能

⒈断裂强度

断裂强度表示纤维承受拉伸外力的能力。

化学纤维以单位线密度的拉伸断裂强力（cN/dtex）表示。

测定时测定单纤维的强力。

为了测定纤维的耐弯曲性、脆性，有时还在单纤维强力机上测定纤维的钩接强度和打结强度。

纤维的钩接强度和打结强度一般均较断裂强度小。

钩接强度、打结强度小的纤维不耐弯曲，较脆。

⒉断裂伸长率 

断裂伸长率的测定与断裂强力的测定同时进行的，纤维拉伸到断裂时，从表头上可以直接读出拉伸到断裂时的伸长量，从而得到断裂时的伸长率。

三、卷曲性能

不加卷曲的化学纤维，表面光滑，纤维之间抱合力很差，造成纺纱加工困难。

化学纤维增加卷曲，完全是为了满足纺织加工的要求，提高纤维的可纺性能与改善织物的服用性。

化学纤维有无卷曲，对织物的抗皱性、身骨及风格等也有一定影响。

涤纶、锦纶、丙纶等纤维一般在后加工中经过卷曲机挤压而得到卷曲，卷曲数最多，每厘米4～6个，但一般呈波浪形，卷曲牢度也差，容易在纺织加工中逐渐消失。

卷曲指标的测试见羊毛的卷曲测试。

四、疵点

化纤的疵点是指生产过程中形成的不正常的异状纤维，包括僵丝、并丝、硬丝、渚头丝、未牵伸丝、胶块、硬板丝、粗纤维等，疵点的存在会影响化纤的可纺性能和成品质量。

五、回潮率

化纤的含水的多少，用回潮率表示。

测试方法为烘箱法。

六、含油率

含油率是指化纤含油干重占纤维干重的百分率。

测试方法同羊毛含油率的测试。

七、品质评定

化学短纤维根据物理、化学性能与外观疵点进行品质评定，一般分为优、一、二、三等。

各种化学纤维的分等项目和具体指标有所不同，在检验标准中都有规定。

化学短纤维的品质检验按批随机抽样。

同一批纤维的原料相同、工艺条件相同、产品规格相同。

抽样数根据批量大小按标准规定进行。