第二章纺织纤维(1)剖析.ppt

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1、第二章第二章 纺织纤维纺织纤维2.1 合成纤维合成纤维2.2 纤维素纤维纤维素纤维2.3 蛋白质纤维蛋白质纤维第一节第一节 合成纤维合成纤维合成纤维概述（合成纤维概述（成纤聚合物的基本特征、纺丝方法成纤聚合物的基本特征、纺丝方法）聚酯纤维（聚酯纤维（涤纶涤纶）聚酰胺纤维（聚酰胺纤维（锦纶锦纶）聚丙烯腈纤维（聚丙烯腈纤维（腈纶腈纶）聚丙烯纤维（聚丙烯纤维（丙纶丙纶）聚氨酯弹性纤维（聚氨酯弹性纤维（氨纶氨纶）聚乙烯醇缩醛纤维（聚乙烯醇缩醛纤维（维纶维纶）聚氯乙烯纤维（聚氯乙烯纤维（氯纶氯纶）高性能纤维（高性能纤维（碳纤维、芳纶、碳纤维、芳纶、维克特纶、氟纶维克特纶、氟纶等）合成合成结构结构性质性质

2、应用应用改性改性一、一、合成纤维概述合成纤维概述化学纤维可分为再生纤维和合成纤维两大类化学纤维可分为再生纤维和合成纤维两大类再生纤维是用再生纤维是用天然天然高分子化合物高分子化合物纤维素或蛋白质纤维素或蛋白质为为原料经化学处理和机械加工而制得的纤维。原料经化学处理和机械加工而制得的纤维。合成纤维是以合成纤维是以有机化合物有机化合物为原料，经一系列的化学为原料，经一系列的化学反应反应合成合成为高分子化合物，再经纺丝后加工而制得为高分子化合物，再经纺丝后加工而制得的纤维。的纤维。合成纤维分为长丝、短纤维、强力丝。合成纤维分为长丝、短纤维、强力丝。（一）成纤聚合物的基本特征（一）成纤聚合物的基本特征

3、1.主链分子结构：大分子链一般是线形的或支化度很低，没有主链分子结构：大分子链一般是线形的或支化度很低，没有庞大侧基的聚合物。庞大侧基的聚合物。大分子链在纤维轴向形成有序排列，增大分子链在纤维轴向形成有序排列，增强大分子间作用力，强大分子间作用力，能形成纤维内部的晶区，有较好的物理能形成纤维内部的晶区，有较好的物理机械性能。机械性能。成纤聚合物成纤聚合物：指能通过机械加工而制成纤维的聚合物。：指能通过机械加工而制成纤维的聚合物。成纤聚合物应具有下列成纤聚合物应具有下列基本特征基本特征：2.侧链结构：大分子中含有极性基团侧链结构：大分子中含有极性基团。所有的天然纤维和大多数成纤聚合物的分子都含有

4、极性基团。所有的天然纤维和大多数成纤聚合物的分子都含有极性基团。w分子间作用力大，容易结晶、强度大分子间作用力大，容易结晶、强度大Why?w影响溶解性、吸湿性、热性能、染色性影响溶解性、吸湿性、热性能、染色性聚丙烯聚丙烯聚乙烯聚乙烯4.适当高的分子量和较窄的分子量分布适当高的分子量和较窄的分子量分布。分子量过低，不能成分子量过低，不能成纤或成纤后物理机械维能很差；但过高时，使熔体或溶液粘纤或成纤后物理机械维能很差；但过高时，使熔体或溶液粘度太高，导致纺丝困难。分子量分布不能太宽度太高，导致纺丝困难。分子量分布不能太宽。3.能形成半结晶结构。能形成半结晶结构。部分晶区的存在使纤维具有一定的强度和

5、模量，而部分非晶部分晶区的存在使纤维具有一定的强度和模量，而部分非晶区的存在使纤维具有一定的弹性、耐疲劳性和染色性。区的存在使纤维具有一定的弹性、耐疲劳性和染色性。聚合物的半结晶结构聚合物的半结晶结构(包括结晶度、取向度等包括结晶度、取向度等)对纤维强度的对纤维强度的影响比分子量的影响要大得多。影响比分子量的影响要大得多。（二）聚合物的纺丝方法（二）聚合物的纺丝方法干法纺丝干法纺丝湿法纺丝：湿法纺丝：熔点相近或高于热分解温度或熔点相近或高于热分解温度或 不能熔融的高聚物不能熔融的高聚物熔体纺丝熔体纺丝：熔点低于热分解温度的高聚物熔点低于热分解温度的高聚物 溶液纺丝溶液纺丝熔体法纺丝装置熔体法纺

6、丝装置 1螺杆挤出机螺杆挤出机 2喷丝板喷丝板 3吹风窗吹风窗4纺丝甬道纺丝甬道 5给油盘给油盘 6导丝盘导丝盘 7卷绕装置卷绕装置 凡能熔融或转变成粘流态而不凡能熔融或转变成粘流态而不发生显著分解的成纤聚合物都发生显著分解的成纤聚合物都可采用熔体纺丝。可采用熔体纺丝。直接纺丝法、切片纺丝直接纺丝法、切片纺丝熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，而且纺丝速度快，高成本低，而且纺丝速度快，高达几千达几千mmin，生产能力大生产能力大。1熔体纺丝熔体纺丝 杂链高聚物杂链高聚物：聚酯、聚酰胺：聚酯、聚酰胺聚烯烃聚烯烃：聚丙烯：聚丙烯2、湿法纺丝、湿法纺丝湿法纺丝的成形过程比

7、湿法纺丝的成形过程比较复杂，纺丝速度受溶较复杂，纺丝速度受溶剂和凝固剂双扩散速度，剂和凝固剂双扩散速度，以及凝固液浴对流体的以及凝固液浴对流体的阻力等因素的限制，因阻力等因素的限制，因此湿法纺丝速度比熔体此湿法纺丝速度比熔体法纺丝速度低得多，一法纺丝速度低得多，一般约为般约为1060m/min。采用湿法纺丝时，必须采用湿法纺丝时，必须配备凝固浴的配制、循配备凝固浴的配制、循环及回收设备。环及回收设备。l l纺丝液纺丝液 2 2导丝辊导丝辊3 3导丝漏斗导丝漏斗 4 4丝饼丝饼 5 5纺丝罐纺丝罐6 6纺丝浴纺丝浴 7 7喷丝头喷丝头纺丝溶液的溶剂必须能很好地纺丝溶液的溶剂必须能很好地溶解成纤高

8、聚物，形成真溶液。溶解成纤高聚物，形成真溶液。3、干法纺丝、干法纺丝利用热空气使细流中的溶利用热空气使细流中的溶 剂挥发掉而凝固成纤维。剂挥发掉而凝固成纤维。1 1纺丝液纺丝液 2 2喷丝头喷丝头3 3卷绕简管卷绕简管4 4热空气入口热空气入口5 5热空气出口热空气出口前段过程同湿法纺丝前段过程同湿法纺丝后段过程同熔体纺丝后段过程同熔体纺丝膜裂解法膜裂解法几种非圆形喷丝孔形状及相应纤维横截面形状几种非圆形喷丝孔形状及相应纤维横截面形状复合纤维的几种主要形状复合纤维的几种主要形状形形变变玻璃态玻璃态柔韧态柔韧态粘流态粘流态TgTs Tm 为为晶化温度晶化温度：由结晶态由结晶态向粘流态转变的温度。

9、向粘流态转变的温度。Tm软化态软化态（三）（三）成纤聚合物的力学状态成纤聚合物的力学状态 Ts为为软化温度软化温度：由非晶区由非晶区的高弹态向粘流态转变的温的高弹态向粘流态转变的温度。度。二、聚酯纤维二、聚酯纤维聚酯纤维：是指大分子链通过聚酯纤维：是指大分子链通过酯键酯键(CO-O-)连接起来连接起来 的一类合成纤维。的一类合成纤维。主要为涤纶（主要为涤纶（Dacron）：聚对苯二甲酸乙二（醇）：聚对苯二甲酸乙二（醇）酯酯 n为为80150，分子量为，分子量为18000-25000左右左右 相对分子质量分布指数（相对分子质量分布指数（d2）（一）聚对苯二甲酸乙二酯的合成（一）聚对苯二甲酸乙二酯

10、的合成 a 酯交换法酯交换法(EG)O C H2CH2COOOCH2CH2OHHn nOCH2CH2OHOOCO CH2C H2OCHOC聚对苯二甲酸乙二（醇）酯聚对苯二甲酸乙二（醇）酯对苯二甲酸双羟乙酯对苯二甲酸双羟乙酯(对苯二甲酸乙二酯，对苯二甲酸乙二酯，BHET)（一）聚对苯二甲酸乙二酯的合成（一）聚对苯二甲酸乙二酯的合成 a 酯交换法酯交换法 (TPA)(DMT)对苯二甲酸双羟乙酯对苯二甲酸双羟乙酯(对苯二甲酸乙二酯对苯二甲酸乙二酯)O C H2CH2COOOCH2CH2OHHn nOCH2CH2OHOOCO CH2C H2OCHOCC O OHHOOCCH3OH+2H2SO4OOCC

11、H3OCOCH3+H2O(EG)聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯b 直接酯化法直接酯化法c 环氧乙烷加成酯化环氧乙烷加成酯化缩聚法是用缩聚法是用EO代替代替EG，直接，直接与与TPA进行加成酯化。进行加成酯化。酯交换缩聚法生产技术最成熟酯交换缩聚法生产技术最成熟 直接酯化缩聚法工艺过程简单，但必须采用高纯直接酯化缩聚法工艺过程简单，但必须采用高纯度的度的TPA（二）聚对苯二甲酸乙二酯的结构（二）聚对苯二甲酸乙二酯的结构含有含有刚性基因刚性基因()柔性基团柔性基团（CH2-CH2-）分子链中分子链中酯基酯基(CO-O-)(极性很弱，属疏水性纤维极性很弱，属疏水性纤维)。酯基与苯环间形成酯

12、基与苯环间形成共轭体系共轭体系，成为刚性基团的整体，稳定性好。，成为刚性基团的整体，稳定性好。大分子为线型分子，没有大的侧基和支链分子链沿纤维轴拉伸大分子为线型分子，没有大的侧基和支链分子链沿纤维轴拉伸方向平行排列、紧密堆砌，形成结晶。方向平行排列、紧密堆砌，形成结晶。顺式顺式构象：构象：非晶非晶态态反式反式构象：构象：结晶结晶态态 （三）涤纶的性能和用途（三）涤纶的性能和用途1、物理性能、物理性能（1）断裂断裂强强度和断裂伸度和断裂伸长长（断裂（断裂强强力、断裂力、断裂强强度、断裂伸度、断裂伸长长）纤纤度度(旦旦)：9000m长长的的纤维纤维所含有的重量。所含有的重量。断裂断裂强强力力(gf

13、)：纤维纤维断裂断裂时时所能承受的最大所能承受的最大负负荷。荷。断裂伸断裂伸长长(%)：纤维纤维断裂断裂时时的的长长度比原来度比原来长长度增加的百分数。度增加的百分数。强强度高度高（结结晶度、取向度高晶度、取向度高）干湿干湿态态强强度完全相等度完全相等聚聚酯纤维酯纤维弹弹性好性好，挺爽挺爽（因（因为为有很多苯有很多苯环环，分子不易旋，分子不易旋转转，能立即回复能立即回复变变形形；涤纶涤纶两相两相结结构的存在。构的存在。P28）聚聚酯纤维酯纤维的的耐磨性好耐磨性好，仅仅次于聚次于聚酰酰胺胺纤维纤维（因（因为为强强度、延伸度、延伸度、度、弹弹性都好性都好）耐冲耐冲击击性好性好 (2)吸湿性能吸湿性

14、能 涤纶涤纶的吸湿性在合成的吸湿性在合成纤维纤维中中较较差差，公定回潮率，公定回潮率仅为仅为0.4%。在相在相对对湿度湿度为为 95%的条件下，的条件下，最高吸湿率最高吸湿率为为 0.7%。因因为为大分子大分子链链中不含中不含亲亲水性基水性基团团，且，且涤纶涤纶的的结结晶晶 度高。度高。织织物易洗快干，容易物易洗快干，容易积积聚静聚静电电而吸附灰而吸附灰尘尘。(3)密度密度：由于分子：由于分子链紧链紧密密敛敛集，集，结结晶度和取向度高，晶度和取向度高，密度最大。密度最大。平均密度平均密度为为1.36g/cm3 (4)起毛起球起毛起球 一是聚酯纤维一是聚酯纤维圆滑、光洁圆滑、光洁，很容易从纺好的

15、纱线中滑出，经摩，很容易从纺好的纱线中滑出，经摩擦后纤维互相缠结而成球。擦后纤维互相缠结而成球。二是聚酯纤维容易产生二是聚酯纤维容易产生静电静电，吸附灰尘污物附着在球粒上，更，吸附灰尘污物附着在球粒上，更助长了起球。助长了起球。三是聚酯纤维三是聚酯纤维强度高强度高，起毛起球后的球粒不容易从织物上断裂，起毛起球后的球粒不容易从织物上断裂脱落。脱落。加强烧毛、热定型，进行树脂整理加强烧毛、热定型，进行树脂整理(5)电性能电性能：易产生静电：易产生静电 涤纶的比电阻在涤纶的比电阻在 1014cm 以上，摩擦电压在以上，摩擦电压在 1000V 以上，半以上，半衰期可达数小时。衰期可达数小时。需用抗静电

16、剂来消去静电需用抗静电剂来消去静电（6）涤纶的热性质涤纶的热性质 A 涤纶的热性能常数涤纶的热性能常数：Tm=265 Tg=67-81 Ts=238-240 (Ts为软化温度为软化温度 )合成纤维中，涤纶的耐热性最好合成纤维中，涤纶的耐热性最好。可在-70170之间使用 B 涤纶的热收缩和热定型涤纶的热收缩和热定型 热收缩热收缩:热处理过程中发生的明显收缩现象热处理过程中发生的明显收缩现象 热收缩现象热收缩现象100热空气，热空气，30min，收缩，收缩8%100沸水中，沸水中，5min，收缩，收缩14%130-135热空气，热空气，5min，收缩，收缩14%，达到稳定长度，达到稳定长度纤维热

17、收缩分为两个阶段纤维热收缩分为两个阶段：（1）无定形区分子链的解取向，纤维迅速收缩。）无定形区分子链的解取向，纤维迅速收缩。（2）当纤维明显收缩后，分子链卷缩而发生折叠结晶。）当纤维明显收缩后，分子链卷缩而发生折叠结晶。涤纶纤维在出厂前一定要涤纶纤维在出厂前一定要热定型热定型，消除纤维的内应，消除纤维的内应力，使织物有较好的形态稳定性。力，使织物有较好的形态稳定性。热收缩现象的原因热收缩现象的原因：强制拉伸定向，松弛时间强制拉伸定向，松弛时间 成纤时间，内部应力不成纤时间，内部应力不均匀均匀，聚集态结构不稳定，加热到，聚集态结构不稳定，加热到 Tg以上，链段运以上，链段运动调整结构。动调整结构

18、。热定型热定型：在一定张力和：在一定张力和温度温度下，使纤维或织物加热下，使纤维或织物加热 一定时间的过程。一定时间的过程。2、聚酯纤维的化学性质、聚酯纤维的化学性质酯键是唯一的反应性基团，可以被酸碱等催化水解酯键是唯一的反应性基团，可以被酸碱等催化水解 有较高的结晶度和定向度，因此，化学试剂不易扩散有较高的结晶度和定向度，因此，化学试剂不易扩散入内，所以仍有相当好的化学稳定性入内，所以仍有相当好的化学稳定性热裂解（热氧化裂解）热裂解（热氧化裂解）酸酸碱碱氨氨氧化剂氧化剂 还原剂还原剂染色性染色性化学改性化学改性 热裂解热裂解过程过程热氧化裂解热氧化裂解：氧存在时，分子中乙二醇基部分形成过氧化

19、物，：氧存在时，分子中乙二醇基部分形成过氧化物，加快分解，使加快分解，使酯基断裂酯基断裂。水解也能使酯键断裂水解也能使酯键断裂 水解、热裂解、热氧化裂解的异同：水解、热裂解、热氧化裂解的异同：相同点相同点：均为酯键断裂，使：均为酯键断裂，使-COOH含量增加，根据酸性增强，含量增加，根据酸性增强，可判断损伤程度。可判断损伤程度。不同点不同点：不同温度下，三者反应速度相差很大。：不同温度下，三者反应速度相差很大。室温下，均不明显。室温下，均不明显。50-100，水解、热裂解和热氧化裂解；，水解、热裂解和热氧化裂解；100-120，V水解水解=10000V热裂解热裂解=5000V热氧化裂解热氧化裂

20、解 高温下，热氧化裂解高温下，热氧化裂解水解水解热裂解热裂解（1）热裂解和热氧化裂解）热裂解和热氧化裂解（2）酸对聚酯纤维的作用）酸对聚酯纤维的作用涤纶耐酸性较好，反应方程式：涤纶耐酸性较好，反应方程式：耐硫酸，盐酸损坏的织物在干燥后发脆。耐硫酸，盐酸损坏的织物在干燥后发脆。(3)碱对聚酯纤维的作用碱对聚酯纤维的作用耐碱性稍差，发生水解。耐碱性稍差，发生水解。碱减量加工碱减量加工：烧碱对涤纶的损伤：烧碱对涤纶的损伤是由表及里，逐步进行的，使纤是由表及里，逐步进行的，使纤维直径变细，重量减轻。维直径变细，重量减轻。有有“剥剥皮皮”现象，也成为聚酯纤维的剥现象，也成为聚酯纤维的剥皮反应。高浓度短时

21、间处理，损皮反应。高浓度短时间处理，损伤较小。伤较小。(4)氨对聚酯纤维的作用氨对聚酯纤维的作用 发生氨解发生氨解氨解可以深入到纤维内部，使纤维无定形区和晶区氨解可以深入到纤维内部，使纤维无定形区和晶区表面分子中酯键同时受到作用，遭到破坏，表面分子中酯键同时受到作用，遭到破坏，纤维强纤维强力下降力下降。涤纶对氧化剂、还原剂比较稳定涤纶对氧化剂、还原剂比较稳定由于氧化裂解，产生老化由于氧化裂解，产生老化(5)氧化剂、还原剂对聚酯纤维的作用氧化剂、还原剂对聚酯纤维的作用 染色较困难，一般染料不易着色。染色较困难，一般染料不易着色。涤纶为疏水性纤维，结构紧密，除端羟基外无强极性涤纶为疏水性纤维，结构

22、紧密，除端羟基外无强极性基团，吸湿性差。基团，吸湿性差。常用分散染料染色，并需在高温、高压或膨化剂的帮常用分散染料染色，并需在高温、高压或膨化剂的帮助下进行。助下进行。要求染料分子结构简单、体积较小。要求染料分子结构简单、体积较小。高温染色法、载体染色法。高温染色法、载体染色法。(6)染色性染色性碱减量处理碱减量处理 易染改性易染改性：单体对苯二甲酸改用间苯二甲酸：单体对苯二甲酸改用间苯二甲酸 仿真丝改性仿真丝改性(改变二元醇改变二元醇)：引进引进醚键代替部分酯键醚键代替部分酯键，增加分子链的柔顺性。，增加分子链的柔顺性。PBT(改变二元醇改变二元醇)：丁二醇代替：丁二醇代替PET的乙二醇制备

23、的聚的乙二醇制备的聚酯纤维，具有优越的回弹性，手感柔软，染色鲜艳。酯纤维，具有优越的回弹性，手感柔软，染色鲜艳。对羟基苯甲酸对羟基苯甲酸环氧乙烷环氧乙烷（6）对于涤纶的化学改性）对于涤纶的化学改性三、聚酰胺纤维三、聚酰胺纤维聚酰胺纤维（聚酰胺纤维（nylon）：是指大分子链通过）：是指大分子链通过酰胺键酰胺键（CO-NH-）连接起来的一类合成纤维。）连接起来的一类合成纤维。锦纶锦纶锦纶锦纶6 6锦纶锦纶6666锦纶锦纶9 9锦纶锦纶1111（一）聚酰胺（一）聚酰胺6和和66的合成的合成由己由己内酰胺内酰胺作原料水解开环聚合得到的，其通式为：作原料水解开环聚合得到的，其通式为：H NH(CH2)

24、xCOn OH1、聚酰胺、聚酰胺6的合成的合成氨基己酸氨基己酸加聚加聚加聚加聚聚合体进入平衡阶段，同时发生链交换、缩聚和水解聚合体进入平衡阶段，同时发生链交换、缩聚和水解等反应，使分子量重新分布等反应，使分子量重新分布 。最后根据反应条件而。最后根据反应条件而达到一定的动态平衡，不能完全变成聚合物。达到一定的动态平衡，不能完全变成聚合物。聚己内酰胺的分子量为聚己内酰胺的分子量为1600022000。一般采用抽真空的方法或将聚合体制成切片用热水萃一般采用抽真空的方法或将聚合体制成切片用热水萃取的方法除去小分子（单体、低聚物，约为取的方法除去小分子（单体、低聚物，约为10左右左右）。是由二元胺和二

25、元酸缩聚而成的，其通式为：是由二元胺和二元酸缩聚而成的，其通式为：H NH(CH2)xNHCO(CH2)yCO n OH先制得己二酸与己二胺的先制得己二酸与己二胺的中性盐中性盐(66盐盐)聚酰胺聚酰胺66的分子量为的分子量为2000030000。不需要脱小分子（小于不需要脱小分子（小于1）2、聚酰胺、聚酰胺66的合成的合成（二）聚酰胺的结构（二）聚酰胺的结构聚酰胺是没有庞大侧链的线形高分子。聚酰胺是没有庞大侧链的线形高分子。大分子由大分子由-(CH2)n-短链通过酰胺键连接而成，短链通过酰胺键连接而成，C-C单键易内旋转，单键易内旋转，使大分子链柔顺性较好。使大分子链柔顺性较好。大分子呈平面锯

26、齿状，酰胺键之间容易形成氢键，分之间作大分子呈平面锯齿状，酰胺键之间容易形成氢键，分之间作用力大，容易取向和结晶。用力大，容易取向和结晶。分子内的羰基和亚氨基也易形成氢键，分子结构规整紧密，分子内的羰基和亚氨基也易形成氢键，分子结构规整紧密，形成结晶形成结晶酰胺键易发生酸碱性和高温水解。酰胺键易发生酸碱性和高温水解。1、锦纶的化学结构、锦纶的化学结构2、锦纶的形态结构、锦纶的形态结构 熔融纺丝得到横截面为圆形熔融纺丝得到横截面为圆形，容易形成皮芯层结构。，容易形成皮芯层结构。？原因原因：锦纶玻璃化转变温度低，：锦纶玻璃化转变温度低，50，在冷却固化和牵伸时，在冷却固化和牵伸时，大分子链段冻结速

27、度较慢，外层纤维先固化，取向度高，结晶大分子链段冻结速度较慢，外层纤维先固化，取向度高，结晶度低，形成皮层；而内层纤维固化速度慢，取向度低，结晶度度低，形成皮层；而内层纤维固化速度慢，取向度低，结晶度高，形成芯层。高，形成芯层。分子间可通过分子间可通过C=O和和-NH-（亚胺基）形成大量的（亚胺基）形成大量的氢键氢键。聚酰胺聚酰胺66 聚酰胺聚酰胺6晶区的分子链构象晶区的分子链构象3、锦纶的聚集态结构、锦纶的聚集态结构（二）聚酰胺的结构（二）聚酰胺的结构锦纶锦纶6：由于单体两端基团不同，使分子具有方向性，：由于单体两端基团不同，使分子具有方向性，逆平行排列时所形成的氢键数目是顺平行排列时所形成

28、氢键数逆平行排列时所形成的氢键数目是顺平行排列时所形成氢键数目的两倍。目的两倍。w锦纶锦纶66，由于单体两端基团相同，使分子没有方向性。，由于单体两端基团相同，使分子没有方向性。不论分子间怎样排列，都能最大限度形成氢键。不论分子间怎样排列，都能最大限度形成氢键。w因此锦纶因此锦纶66中氢键数目比锦纶中氢键数目比锦纶6中多，锦纶中多，锦纶66大分子间大分子间作用力大于锦纶作用力大于锦纶6的大分子间作用力。的大分子间作用力。（三）聚酰胺纤维的性能和用途（三）聚酰胺纤维的性能和用途(1)密度密度:大分子链中亚甲基多，密度较小，大分子链中亚甲基多，密度较小，1.041.14 g/cm3(2)吸湿性吸湿

29、性:吸湿性较高，仅次于维纶吸湿性较高，仅次于维纶 锦纶66 3.55.0 1、聚酰胺纤维的物理性质、聚酰胺纤维的物理性质(3)机械性能机械性能:断裂强度和断裂伸长断裂强度和断裂伸长:高。结晶度和取向度比较高高。结晶度和取向度比较高，分子间，分子间作用力大。作用力大。受外力易变形受外力易变形,强力、耐磨性好强力、耐磨性好 回弹率回弹率:伸长伸长10的回弹率达到的回弹率达到99，高。，高。挺刮性差挺刮性差。耐磨性耐磨性:聚酰胺纤维的耐磨性最好。聚酰胺纤维的耐磨性最好。聚酰胺聚酰胺6纤维比聚酰胺纤维比聚酰胺66纤维性能（强力、耐磨性、熔点）纤维性能（强力、耐磨性、熔点）差一些。差一些。(4)电性能电

30、性能:电导率很低电导率很低,随着湿度的增加导电性能提高。随着湿度的增加导电性能提高。(5)锦纶的热性质锦纶的热性质锦纶的耐热性不好，当温度上升时，锦纶的耐热性不好，当温度上升时，强度和延伸度均降低，收缩率增加。强度和延伸度均降低，收缩率增加。锦纶锦纶6锦纶锦纶66涤纶涤纶Tg()35-5047-5067-81Ts()170-180235238-240Tm()215-220250-265255-2602、聚酰胺纤维的化学性质、聚酰胺纤维的化学性质（1）酸、碱）酸、碱对聚酰胺纤维的作用对聚酰胺纤维的作用酰胺键的水解在通常情况下进行很慢。酰胺键的水解在通常情况下进行很慢。锦纶的锦纶的耐碱性比较好耐碱

31、性比较好,50%NaOH溶液几乎没有影响。溶液几乎没有影响。锦纶对锦纶对酸酸的作用较为的作用较为敏感敏感，7HCl、20H2SO4，10HNO3缓缓慢水解。慢水解。（2）氧化剂）氧化剂对聚酰胺纤维的作用对聚酰胺纤维的作用锦纶的锦纶的耐氧化性较差耐氧化性较差，可被如，可被如KMnO4、H2O2、NaClO（次）等氧（次）等氧化剂破坏。化剂破坏。可采用可采用NaClO2（亚）或过醋酸进行漂白。（亚）或过醋酸进行漂白。分散性染料分散性染料;酸性染料酸性染料:氨端基接受质子成为阳离子氨端基接受质子成为阳离子阳离子染料：羧端基可失去质子成为阴离子阳离子染料：羧端基可失去质子成为阴离子(水洗和耐晒牢度差水

32、洗和耐晒牢度差)（3）染色性较好）染色性较好高温下，纤维发生裂解，即高温下，纤维发生裂解，即 加热加热分解分解：与端与端-NH2缩合，生成黄色吡咯结构缩合，生成黄色吡咯结构 光和氧光和氧（4）热裂解）热裂解链长变短；链长变短；-COOH下降，下降，-NH2增加；增加；吡咯结构导致泛黄。吡咯结构导致泛黄。热降解结果热降解结果：锦纶锦纶66比锦纶比锦纶6耐热，允许使用温度分别为耐热，允许使用温度分别为135和和93。加入热稳定剂加入热稳定剂(如三溴化磷如三溴化磷)，提高其耐热性能。，提高其耐热性能。为什么锦纶为什么锦纶6与锦纶与锦纶66软化温度和熔点相差近软化温度和熔点相差近50？用芳香环或脂肪环

33、取代脂肪链，提高聚酰胺纤维用芳香环或脂肪环取代脂肪链，提高聚酰胺纤维的热稳定的热稳定。如脂环族聚酰胺纤维。如脂环族聚酰胺纤维(奎阿钠奎阿钠)（5）耐光性较差）耐光性较差聚酰胺纤维的聚酰胺纤维的 酰胺键光敏感酰胺键光敏感,泛黄泛黄,吡吡咯类杂环咯类杂环 3 3、聚酰胺纤维的改性、聚酰胺纤维的改性 （1）改变二元酸或者二元胺）改变二元酸或者二元胺 （2）交联和接技）交联和接技提高其熔点、耐热性、防缩、防皱和吸温性等。提高其熔点、耐热性、防缩、防皱和吸温性等。可以利用甲醛进行交联。（亚氨基和氨基端基）可以利用甲醛进行交联。（亚氨基和氨基端基）羟甲基衍生物、二异氰酸酯、三聚氯氰酸等交联。羟甲基衍生物、

34、二异氰酸酯、三聚氯氰酸等交联。引进二硫键，制造卷曲纤维。引进二硫键，制造卷曲纤维。接枝：环氧乙烷接枝：环氧乙烷 、丙烯酸。、丙烯酸。环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很好的环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很好的柔韧性和亲柔韧性和亲水性水性。优点优点：强度高、弹性好、密度小、耐磨性、耐疲劳性：强度高、弹性好、密度小、耐磨性、耐疲劳性 好、耐微生物作用。好、耐微生物作用。缺点缺点：易变形、耐光性、耐热性、抗静电性较差等。：易变形、耐光性、耐热性、抗静电性较差等。4、用途各种机织、针织品，工业用途广泛。各种机织、针织品，工业用途广泛。锦纶的弹性高、耐磨性好，最适宜于袜类锦纶的弹性高、耐磨性好，最适宜于袜类

35、制品的生产。制品的生产。四、聚丙烯腈纤维四、聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维(腈纶腈纶PAN)：是由以丙烯腈为主体的共聚物纺得的纤维。是由以丙烯腈为主体的共聚物纺得的纤维。CH2=CH (CH2-CH)n|CN CN共聚丙烯腈纤维共聚丙烯腈纤维：是指由是指由丙烯腈重量占丙烯腈重量占85以上以上的共聚物的共聚物制得的一类碳链纤维，其他的乙烯基系共聚单体的重量不超过制得的一类碳链纤维，其他的乙烯基系共聚单体的重量不超过15。第一单体：丙烯腈第一单体：丙烯腈，(CH2-CHCN)85%第二单体第二单体：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯等：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯等 5-10%

36、作用作用：减弱聚丙烯腈大分子间的作用力，：减弱聚丙烯腈大分子间的作用力，提高纤维的柔顺性。提高纤维的柔顺性。第三单体第三单体：具有亲染料基团：具有亲染料基团 1-3%作用作用：改善纤维的染色性能改善纤维的染色性能，使离子型染料能对纤维染色。，使离子型染料能对纤维染色。共聚丙烯腈纤维的商品名和化学组分共聚丙烯腈纤维的商品名和化学组分 商商 品品 名名 称称化化 学学 组组 分分腈纶腈纶、考旦、考旦尔尔腈纶腈纶腈纶腈纶、爱爱克斯克斯纶纶DKDK奥奥纶纶4242奥奥纶纶8181阿克利阿克利纶纶开士米开士米纶纶特拉特拉纶纶阿克利阿克利别别尔尔丙丙烯腈烯腈、丙、丙烯烯酸甲酸甲酯酯、衣康酸、衣康酸钠盐钠盐

37、丙丙烯腈烯腈、丙、丙烯烯酸甲酸甲酯酯、丙、丙烯烯磺酸磺酸钠钠丙丙烯腈烯腈、丙、丙烯烯酸甲酸甲酯酯、甲基丙、甲基丙烯烯磺酸磺酸钠钠丙丙烯腈烯腈、丙、丙烯烯酸甲酸甲酯酯、苯乙、苯乙烯烯磺酸磺酸钠钠丙丙烯腈烯腈丙丙烯腈烯腈、醋酸乙、醋酸乙烯酯烯酯、乙、乙烯烯吡吡啶啶丙丙烯腈烯腈、丙、丙烯烯酸甲酸甲酯酯、甲基丙、甲基丙烯烯磺酸磺酸钠钠丙丙烯腈烯腈、甲基丙、甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯、甲基丙、甲基丙烯烯磺磺酸酸钠钠丙丙烯腈烯腈、甲基丙、甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯、酸性第三、酸性第三单单体体（一）丙烯腈共聚物的合成（一）丙烯腈共聚物的合成1、第一单体的合成：丙烯氨氧化法、第一单体的合成：丙烯氨氧化法 丙烯在氨、空

38、气与水的存在下，用钼酸铋与锑酸双丙烯在氨、空气与水的存在下，用钼酸铋与锑酸双氧铀作催化剂，在沸腾床上于温度为氧铀作催化剂，在沸腾床上于温度为 450、压力、压力为为 150kPa下反应：下反应：丙烯腈共聚物合成机理丙烯腈共聚物合成机理：丙烯腈的聚合反应系丙烯腈的聚合反应系自由自由基链式反应。基链式反应。引发剂引发剂：偶氮二异丁腈：偶氮二异丁腈 2、共聚物的合成、共聚物的合成第三单体为丙烯磺酸钠第三单体为丙烯磺酸钠第三单体为第三单体为甲基丙烯磺酸钠甲基丙烯磺酸钠第三单体为第三单体为2乙烯基吡啶乙烯基吡啶 第二单体第二单体第一单体第一单体（二）丙烯腈共聚物的结构（二）丙烯腈共聚物的结构类氢键类氢键

39、：氰基强极性使氰基所连接的：氰基强极性使氰基所连接的C原子的原子的H-C键极化，因键极化，因而形成强的类氢键作用。而形成强的类氢键作用。HCNCNCN氢键氢键偶极键偶极键聚丙稀腈具有较大刚性（聚丙稀腈具有较大刚性（Tg=104）难于溶解，难于染色，纤）难于溶解，难于染色，纤维很脆。维很脆。三类单体组成的共聚物的三类单体组成的共聚物的Tg为为85,柔性增大。柔性增大。聚丙烯腈的超分子结构聚丙烯腈的超分子结构腈纶大分子为腈纶大分子为侧向二维有序侧向二维有序（分子链间排列紧密，（分子链间排列紧密，-CN极性相极性相反而相吸）而反而相吸）而纵向无序纵向无序（一条大分子链内，（一条大分子链内，-CN极性

40、相同而相极性相同而相斥）的结构，又称为斥）的结构，又称为准晶态结构准晶态结构,用用侧序度侧序度的概念来描述的概念来描述。侧序度侧序度:超分子结构中大分子排列的规整度。超分子结构中大分子排列的规整度。高侧序度、中侧序度和低侧序度高侧序度、中侧序度和低侧序度 聚丙烯腈分子链的构象不是像聚丙烯腈分子链的构象不是像 聚乙烯那样的平面锯齿形，聚乙烯那样的平面锯齿形，也不是像等规聚丙烯那样也不是像等规聚丙烯那样 有规则的螺旋状，而是一种有规则的螺旋状，而是一种 具有不规则曲折和扭转的螺旋状具有不规则曲折和扭转的螺旋状。P41湿法纺丝所得纤维截面是圆形的，干法纺丝所得纤维截面是湿法纺丝所得纤维截面是圆形的，

41、干法纺丝所得纤维截面是花生果形。纵向粗糙，象树皮状，有沟槽。花生果形。纵向粗糙，象树皮状，有沟槽。均相溶液聚合，非均相聚合均相溶液聚合，非均相聚合（三）聚丙烯腈纤维的性能和用途（三）聚丙烯腈纤维的性能和用途1、聚丙烯腈纤维的物理性质、聚丙烯腈纤维的物理性质（1）密度）密度 :与锦纶相近与锦纶相近（2）吸湿性）吸湿性 ：1.02.5，低于锦纶而略高于涤纶。，低于锦纶而略高于涤纶。（3）断裂强度和断裂伸长）断裂强度和断裂伸长 强度不高强度不高,不如涤纶和锦纶不如涤纶和锦纶,比羊毛高，湿态有所降低比羊毛高，湿态有所降低腈纶的伸长率很高，干态断裂伸长一般为腈纶的伸长率很高，干态断裂伸长一般为2546。

42、（4）回弹率）回弹率：腈纶的拉伸弹性不如聚酰胺纤维、聚酯：腈纶的拉伸弹性不如聚酰胺纤维、聚酯纤维和羊毛，但比其他天然纤维和化学纤维都好。由纤维和羊毛，但比其他天然纤维和化学纤维都好。由于没有结晶，易产生塑性形变，穿着易变形。于没有结晶，易产生塑性形变，穿着易变形。（5）耐磨性）耐磨性：腈纶的耐磨性高于天然纤维，但比聚酰：腈纶的耐磨性高于天然纤维，但比聚酰胺纤维、聚酯纤维差得多。胺纤维、聚酯纤维差得多。低侧序度区链段运动温度为：低侧序度区链段运动温度为：Tg1=80-100中侧序度区链段运动温度为：中侧序度区链段运动温度为：Tg2=140-150高侧序度区链段运动温度为：高侧序度区链段运动温度为

43、：Tg3=327（即熔点（即熔点Tm）（3）热性能）热性能 (泛黄，热弹性泛黄，热弹性)150下，没有损伤；下，没有损伤；150200加热加热24h色泽显著泛黄，强度下降色泽显著泛黄，强度下降2030%；腈纶的热稳定性较好，随着第二、腈纶的热稳定性较好，随着第二、三单体的增加，耐热性会下降。三单体的增加，耐热性会下降。200以上：随着热处以上：随着热处理的时间延长从黄到棕理的时间延长从黄到棕色，最后成为黑色。色，最后成为黑色。因为大分子链上形成了因为大分子链上形成了较长的共轭体系较长的共轭体系，即纤，即纤维分子的长链发生重排维分子的长链发生重排和环化：和环化：（1）先）先200300的热空气介

44、质中加热氧化，可得的热空气介质中加热氧化，可得 含碳量含碳量70的耐火聚丙烯腈纤维。的耐火聚丙烯腈纤维。（2）在惰性气体介质中于）在惰性气体介质中于8001600热处理得含热处理得含 碳量为碳量为90的碳纤维。的碳纤维。（3）于）于25003000热处理得含碳量达热处理得含碳量达99.9的石的石 墨纤维。墨纤维。聚丙烯腈纤维可制备耐高温的碳纤维和石墨纤维聚丙烯腈纤维可制备耐高温的碳纤维和石墨纤维 （耐（耐3000高温，强度是普通涤纶和锦纶的高温，强度是普通涤纶和锦纶的2倍倍）腈纶耐热性能应用腈纶耐热性能应用腈纶纤维的热弹性模量：腈纶纤维的热弹性模量：Tg以上模量急剧下降以上模量急剧下降 ，容易

45、被拉伸，容易被拉伸 ，降低温度，保持拉伸，降低温度，保持拉伸，然后再升温到然后再升温到Tg以上，大分子恢复成弯曲状态，纤维长度大以上，大分子恢复成弯曲状态，纤维长度大大回缩大回缩 。为高收缩纤维。为高收缩纤维。原因？原因？只有只有Tg，没有，没有Tm！准晶态结构造成热收缩，制作准晶态结构造成热收缩，制作膨体纱膨体纱。与普通纤维混纺，然后与普通纤维混纺，然后100 以上蒸汽或沸水中进行热松弛以上蒸汽或沸水中进行热松弛处理，腈纶强烈收缩，普通纤维弯曲。处理，腈纶强烈收缩，普通纤维弯曲。锦纶、涤纶弹力纤维是通过加捻、定形得到的。锦纶、涤纶弹力纤维是通过加捻、定形得到的。腈纶纤维的热弹性腈纶纤维的热弹

46、性 2 2、聚丙烯腈纤维的化学性质、聚丙烯腈纤维的化学性质腈纶分子中除腈纶分子中除-CN可发生水解外，无反应性的基团，可发生水解外，无反应性的基团，化学稳定性良好化学稳定性良好，能耐一定浓度的强酸、强碱。，能耐一定浓度的强酸、强碱。(1)碱碱对聚丙烯腈纤维的作用：对聚丙烯腈纤维的作用：水解水解适当控制氰基的水解反应适当控制氰基的水解反应，能改善纤维的亲水性、染色性，能改善纤维的亲水性、染色性。氨氨与未水解的氰基反应，生与未水解的氰基反应，生成脒基成脒基(发色基团发色基团)而产生黄色而产生黄色(2)氧化剂、还原剂氧化剂、还原剂对聚丙烯腈纤维的作用微弱，可使用对聚丙烯腈纤维的作用微弱，可使用亚氯酸

47、钠、过氧化氢进行漂白亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白。(3)有机溶剂有机溶剂的作用：溶与乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基的作用：溶与乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等强乙酰胺、二甲基亚砜等强极性有机溶剂极性有机溶剂，耐一般有机，耐一般有机溶剂。溶剂。(4)染色性染色性：阳离子染料是基本染料：阳离子染料是基本染料 (5)耐光性耐光性：最好，日光下曝晒：最好，日光下曝晒80h纤维强度毫不减退纤维强度毫不减退 。腈基的碳氮三键能吸收能量较高的紫外线，并把它转腈基的碳氮三键能吸收能量较高的紫外线，并把它转化为热能，从而保护了碳链。化为热能，从而保护了碳链。五、聚丙烯纤维五、聚丙烯纤维聚丙烯纤维聚丙烯纤

48、维(丙纶，丙纶，PPPP)：是以丙烯聚合得到的等规：是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维。聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维。通过定向聚合反应而获得。通过定向聚合反应而获得。一般采用多相齐格勒一般采用多相齐格勒纳塔纳塔ZieglerNatta（ZN）催化剂催化剂 含有钛氯化物的结晶固态组分和助催化剂烷基铝两部分组成含有钛氯化物的结晶固态组分和助催化剂烷基铝两部分组成的复合催化剂，起催化效果的是的复合催化剂，起催化效果的是 TiC键键。茂金属催化剂茂金属催化剂：环戊二烯过渡金属化合物类：环戊二烯过渡金属化合物类，助催化剂是甲，助催化剂是甲基铝氧烷基铝氧烷。（一）聚丙烯的合成（一）聚丙

49、烯的合成（二）聚丙烯纤维的结构（二）聚丙烯纤维的结构丙纶为丙纶为全同立构聚合物全同立构聚合物，等规度一般为等规度一般为 85%85%97%97%，结构规结构规整，容易结晶。分子链呈立体螺旋构型。整，容易结晶。分子链呈立体螺旋构型。分子量：分子量：80000 80000120000 120000 丙纶的最佳丙纶的最佳结晶温度结晶温度为为 125125135135。温度过高，不易形成晶核，结晶缓慢；温度过低，由于分温度过高，不易形成晶核，结晶缓慢；温度过低，由于分子链扩散困难，结晶难于进行。子链扩散困难，结晶难于进行。经热处理，结晶度可达经热处理，结晶度可达65%65%75%75%。（三）聚丙烯纤

50、维的性质（三）聚丙烯纤维的性质（1）机械性能）机械性能 结晶度高，结晶度高，强度高强度高，35 53cN/tex，断裂伸长率高断裂伸长率高，在，在 15%35%，干、湿强度和断裂伸长度完全相等。干、湿强度和断裂伸长度完全相等。弹性好弹性好，伸长，伸长 3%，回复率可达，回复率可达 96%100%耐磨性好耐磨性好，尤其是耐反复弯曲的寿命长，尤其是耐反复弯曲的寿命长，可经受反复挠曲，可经受反复挠曲 20 万次。万次。1、聚丙烯纤维的物理性质、聚丙烯纤维的物理性质（3）吸湿性）吸湿性 长链分子中无极性基团，长链分子中无极性基团，吸水性几乎等于零吸水性几乎等于零。（2）密度）密度 最轻的合成纤维最轻的