《合成纤维》PPT课件.ppt

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1、本 章 知 识 点 ：2.1 合 成 纤 维2.2 纤 维 素 纤 维2.3 蛋 白 质 纤 维2.4 蛋 白 质 纤 维 的 化 学 加 工重 点 ： 聚 酯 、 聚 酰 胺 、 聚 丙 烯 腈 、 聚 丙 烯 等 纤 维的 合 成 、 结 构 和 理 化 性 质 ， 纤 维 素 和 蛋 白 质 的 基础 知 识 ， 棉 、 麻 、 蚕 丝 、 羊 毛 纤 维 的 结 构 和 理 化性 质 。难 点 ： 聚 酯 、 聚 酰 胺 、 聚 丙 烯 腈 、 聚 丙 烯 等 纤 维的 合 成 ， 蚕 丝 、 羊 毛 的 化 学 加 工 。 纤 维 是 指 柔 韧 、 纤 细 ， 具 有 相 当 长

2、度 、 强 度 、 弹 性 和 吸 湿 性 的 丝 状 物 。大 多 数 是 不 溶 于 水 的 有 机 高 分 子 化 合 物 ， 少 数 是 无 机 物 。 根 据 来 源 可以 分 为 天 然 纤 维 和 化 学 纤 维 两 大 类 。 典 型 的 纺 织 纤 维 的 直 径 为 几 微 米至 几 十 微 米 ， 而 长 度 超 过 25mm。 纤 维 的 分 类 人造纤维 合成纤维棉 花 、羊 毛 、蚕 丝 、麻等 人 造 纤 维 ： 以 天 然 高 聚 物 为 原 料 ， 经 过 化 学 处 理 与 机 械 加工 而 制 得 的 纤 维 。再 生 蛋 白 质 纤 维 再 生 纤 维

3、素 纤 维粘 胶 纤 维铜 氨 纤 维 再 纤 维 素 纤 维二 醋 酯 纤 维三 醋 酯 纤 维 合 成 纤 维 ： 由 合 成 的 高 分 子 化 合 物 加 工 制 成 的 纤 维 。 根 据 大 分 子 主 链 的化 学 组 成 ， 又 分 为 杂 链 纤 维 和 碳 链 纤 维 两 类 。碳 链 纤 维聚 丙 烯 睛 纤 维聚 乙 烯 醇 缩 醛 纤 维等 杂 纤 维聚 酰 胺 纤 维聚 酯 纤 维聚 氨 酯 纤 维等 2.1.1合 成 纤 维 概 述一 、 成 纤 聚 合 物 的 结 构 特 征高 聚 物 的 品 种 很 多 ， 但 并 不 是 所 有 高 聚 物 都 能 用 于

4、纺 丝 ， 而 是 具 有 如 下 特 征的 高 聚 物 都 能 进 行 纺 丝 。1. 成纤高聚物均为线型高分子 主 链 分 子 结 构 线 型 或 支 化 度 很 低 ， 没 有 庞 大侧 基 的 聚 合 物 ， 用 这 类 高 分 子 纺 制 的 纤 维 能 沿 纤 维 纵 轴 方 向 拉 伸 而 有 序 排列 。 当 纤 维 受 到 拉 力 时 ， 大 分 子 能 同 时 承 受 作 用 力 ， 使 纤 维 具 有 较 高 的 拉伸 强 度 和 适 宜 的 延 伸 度 及 其 他 物 理 -力 学 性 能 。2. 成 纤 维 高 聚 物 具 有 适 宜 的 相 对 分 子 质 量 线

5、型 高 聚 物 分 子 链 的 长 度 对 纤 维的 物 理 -力 学 性 能 影 响 很 大 ， 尤 其 是 对 纤 维 的 机 械 强 度 、 耐 热 性 和 溶 解 性的 影 响 更 大 。 相 对 分 子 质 量 的 高 低 均 不 好 ， 高 者 不 易 加 工 ， 低 者 性 能 不 好 。常 见 的 主 要 成 纤 高 聚 物 的 相 对 分 子 质 量 如 下 表 所 示 。主 要 成 纤 高 聚 物 的 相 对 分 子 质 量 3. 侧链结构 所 有 的 天 然 聚 合 物 和 大 多 数 成 纤 聚 合 物 的 侧 链 都 含 有 极 性 基 团 。 极 性基 团 的 存

6、在 对 于 大 分 子 链 间 的 相 互 作 用 和 纤 维 的 溶 解 性 、 热 性 能 、 吸湿 性 、 染 色 性 等 都 有 很 大 的 影 响 。成纤高聚物的分子链间必须有足够的次价力 高 聚 物 的 物 理 -力 学 性 能 与次 价 力 有 密 切 关 系 。 分 子 间 次 价 力 越 大 ， 纤 维 的 强 度 越 高 ， 次 价 力 大于 20.92kJ/mol的 高 聚 物 适 宜 作 纤 维 材 料 。4. 结晶结构 用 于 纺 制 纤 维 的 聚 合 物 一 般 都 要 求 是 半 结 晶 结 构 的 聚 合 物 。 结 晶 区 的存 在 使 纤 维 具 有 较

7、高 的 强 度 和 模 量 ， 而 非 结 晶 区 的 存 在 使 纤 维 具 有 一定 的 弹 性 、 耐 疲 劳 性 和 染 色 性 。 半 结 晶 结 构 能 使 原 来 排 列 不 规 整 的 分子 链 ， 经 过 拉 伸 取 向 而 沿 着 纤 维 轴 进 行 有 序 排 列 的 这 种 状 态 固 定 下 来 。成纤高聚物应具有可溶性和熔融性 只 有 这 样 才 能 将 高 聚 物 溶 解 或 熔 融成 溶 液 或 熔 体 ， 再 经 纺 丝 、 凝 固 或 冷 却 形 成 纤 维 ， 否 则 就 不 能 进 行 纺丝 。 1、 熔 体 纺 丝凡 能 熔 融 或 转 变 成 粘 流

8、 态 而 不 发 生 显 著 分 解 的 成 纤 聚 合 物 都 可 采 用 熔 体 纺 丝 。（ 1） 将 合 成 得 到 的 聚 合 物 熔 体 直 接 送 至 纺 丝 机 纺 丝 ， 称 为 直 接 纺 丝 法 。（ 2） 将 合 成 得 到 的 聚 合 物 熔 体 冷 却 制 成 切 片 ， 干 燥 后 再 在 纺 丝 机 中 重 新 熔 融成 熔 体 进 行 纺 丝 ， 称 为 切 片 纺 丝 。熔 体 纺 丝 不 用 溶 剂 ， 工 艺 简 单 ， 成 本 低 ， 特 点 是 纺 丝 速 度 快 ， 生 产 能 力 大 。一 般 纺 丝 速 度 在 10001200m/min。2、

9、 湿 法 纺 丝将 聚 合 物 溶 解 于 合 适 的 溶 剂 中 ， 制 成 纺 丝 液 ， 再 由 喷 丝 孔 喷 出 细 流 ， 进 入 凝固 浴 ， 细 流 中 的 溶 剂 向 凝 固 液 扩 散 ， 而 凝 固 浴 中 的 凝 固 剂 向 细 流 扩 散 ， 聚合 物 在 凝 固 浴 中 析 出 ， 形 成 纤 维 。3、 干 法 纺 丝也 需 要 将 聚 合 物 溶 解 在 溶 剂 中 配 成 纺 丝 溶 液 ， 而 后 段 过 程 与 熔 体 纺 丝 相 似 ，从 喷 丝 头 挤 压 出 来 的 细 流 不 是 进 入 凝 固 浴 ， 而 是 导 入 纺 丝 甬 道 ， 在 甬

10、道 中 利 用 热 空 气 使 细 流 中 的 溶 剂 挥 发 而 凝 固 成 纤 维 。 合 成 纤 维 一 般 都 具 有 机 械 强 度 、 耐 磨 性 能 好 、 密 度 轻 、 耐酸 、 耐 碱 、 耐 氧 化 剂 以 及 不 易 霉 蛀 等 特 点 ， 但 也 存 在 吸 湿低 、 透 气 性 差 、 容 易 产 生 静 电 、 易 沾 污 、 不 易 染 色 等 缺 点 ，为 了 提 高 纤 维 的 使 用 性 能 ， 必 须 了 解 各 种 纤 维 的 结 构 和 性能 。 原 料TPA DMT 环 氧 乙 烷乙 二 醇 EG EO n 聚 酯 是 制 造 聚 酯 纤 维 、

11、涂 料 、 薄 膜 及 工 程 塑 料 的 原 料 ， 是 由 饱 和 的 二元 酸 与 二 元 醇 通 过 缩 聚 反 应 制 得 的 一 类 线 性 高 分 子 缩 聚 物 。 这 类 缩 聚物 的 品 种 因 随 使 用 原 料 或 中 间 体 而 异 ， 故 品 种 繁 多 数 不 胜 数 。 但 所 有品 种 均 有 一 个 共 同 特 点 ， 就 是 其 大 分 子 的 各 个 链 节 间 都 是 以 酯 基 “ COO ” 相 联 ， 所 以 把 这 类 缩 聚 物 通 称 为 聚 酯 。 以 聚 酯 为 基 础 制 得 的纤 维 称 为 涤 纶 ， 是 三 大 合 成 纤 维

12、（ 涤 纶 、 锦 纶 、 腈 纶 ） 之 一 ， 是 最 主要 的 合 成 纤 维 。一 、 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 合 成（ 1） 酯 交 换 聚 酯 路 线 （ 酯 交 换 聚 酯 法 ） 最 早 （ 1953年 ） 实 现 工 业 的 聚 酯 路 线 。 是 将 对 苯 二 甲 酸 二 甲 酯 与 乙二 醇 按 1 2.5（ 摩 尔 比 ） 比 例 混 合 ， 在 醋 酸 锌 、 醋 酸 锰 和 醋 酸 钴 催 化剂 的 作 用 下 ， 发 生 酯 交 换 反 应 ， 生 成 对 苯 二 甲 酸 双 羟 乙 酯 。H 3COOC COOCH3 2 HOCH2CH2OH Zn

13、（ CH3COO） 2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH对 苯 二 甲 酸 双 羟 乙 酯 （ 2） 对 苯 二 甲 酸 用 乙 二 醇 直 接 酯 化 聚 酯 路 线 （ 直 接 酯 化 聚 酯 法 ）对 苯 二 甲 酸 双 羟 乙 酯 2 HOCH2CH2OHHOOC COOHHOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH该 路 线 对 原 料 对 苯 二 甲 酸 和 乙 二 醇 的 纯 度 要 求 较 高 。 （ 3） 环 氧 乙 烷 酯 化 聚 酯 路 线 （ 环 氧 乙 烷 法 ）该 反 应 在 饱 和 低 分 子 脂 肪 胺 或 季 胺 盐 存 在 下 ， 进 行

14、极 为 顺 利 ， 该 路 线 具 有 成 本 低 ； 产 物 低聚 物 少 ， 容 易 精 制 ； 设 备 利 用 率 高 ， 辅 助 设 备 少 等 优 点 。 如 果 采 用 高 纯 度 的 对 苯 二 甲 酸 和环 氧 乙 烷 进 行 反 应 ， 其 产 物 可 不 经 过 精 制 就 可 以 直 接 用 于 缩 聚 成 聚 酯 。 该 路 线 是 1973年 开始 工 业 化 生 产 的 。 其 反 应 如 下 ：HOOC COOH 2 CH 2 CH2HOCH2CH2COOC COOCH2CH2OH对 苯 二 甲 酸 双 羟 乙 酯O 2.1.2 聚 酯 纤 维二 、 聚 对 苯

15、二 甲 酸 乙 二 醇 酯 的 结 构 与 相 对 分 子 质 量1、 结 构n 聚 酯 纤 维 的 结 构 为 高 度 对 称 芳 环 的 线 性 聚 合 物 ， 易 于 取 向 和 结 晶 ， 具有 较 高 的 强 度 和 良 好 的 成 纤 性 及 成 膜 性 ， 结 晶 度 为 40% 60%， 结 晶 速度 慢 。n PET是 具 有 对 称 苯 环 结 构 ， 没 有 支 链 的 线 型 分 子 ， 除 了 两 端 含 有 -OH外 ，不 含 有 亲 水 性 基 团 ， 故 吸 湿 性 染 色 性 差 ；n 分 子 中 没 有 大 的 侧 基 和 支 链 ， 分 子 链 容 易 沿

16、 着 纤 维 拉 伸 方 向 平 行 排 列 ，使 分 子 容 易 紧 密 地 堆 砌 在 一 起 形 成 结 晶 ； n PET大 分 子 中 酯 键 的 存 在 使 涤 纶 分 子 具 有 一 定 的 化 学 反 应 能 力 ， 由 于 苯环 和 亚 甲 基 的 稳 定 性 较 好 ， 涤 纶 的 化 学 稳 定 性 较 好 ；n 结 构 单 元 中 含 有 一 个 刚 性 基 团 -苯 环 ， 阻 碍 了 大 分 子 内 旋 转 ， 使 主 链 刚性 增 加 ， 又 有 一 个 柔 性 基 团 （ -CH2CH2-） ， 使 涤 纶 大 分 子 结 构 刚 柔 并 济 。2、 相 对 分

17、 子 质 量 分 布 2.1.2 聚 酯 纤 维三 、 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纤 维 的 物 理 性 能n 机 械 性 能 、 密 度 、 静 电 性 能 、 热 性 能 、 吸 湿 性 : 聚 酯 纤 维 一 般 为 乳 白 色 ， 相 对 密 度 为 1.38 1.4， 回 潮 率 很 低 ，具 有 易 洗 快 干 的 特 性 。 聚 酯 纤 维 的 熔 点 为 255 265 ， 软 化 温 度230 240 。 遇 明 火 能 燃 烧 ， 有 黑 烟 并 有 芳 香 气 味 ， 离 火 后 自 息 。 聚 酯 纤 维 在 承 受 外 力 时 不 易 发 生 变 形 ，

18、 纺 织 品 尺 寸 稳 定 性 好 ， 使用 过 程 中 褶 裥 持 久 。 耐 磨 性 仅 次 于 聚 酰 胺 纤 维 。 四 、 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纤 维 的 化 学 性 质 n 酸 、 碱 的 作 用 ， 氧 化 剂 、 还 原 剂 的 作 用 ， 耐 溶 剂 性 ， 染 色 性 能 等 :n 在 室 温 下 ， 聚 酯 纤 维 能 耐 弱 酸 、 弱 碱 和 强 酸 ， 但 不 耐 强 碱 ； 对 丙 酮 、苯 、 卤 代 烃 等 有 机 溶 剂 较 稳 定 ， 但 在 酚 类 及 酚 类 与 卤 代 烃 的 混 合 溶 剂中 能 溶 胀 。 五 、 聚 对 苯

19、 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纤 维 的 改 性化 学 改 性 ： 共 聚 和 表 面 处 理 等 方 法 ， 具 有 持 久 性 的 效 果 。物 理 改 性 ： 改 变 纤 维 的 形 态 结 构 ， 复 合 纺 丝 、 共 混 纺 丝 、 改 变 纤 维 加 工条 件 、 改 变 纤 维 形 态 以 及 混 纤 、 交 织 等 方 法 。1、 改 变 二 元 酸2、 改 变 二 元 醇3、 加 入 第 三 单 体六 、 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 纤 维 的 用 途 既 可 以 纯 纺 也 或 以 与 其 他 纤 维 混 纺 制 成 各 种 机 织 物 和 针 织 物 。 聚

20、 酯长 丝 可 用 于 织 造 薄 纱 女 衫 、 帷 幕 窗 帘 等 ， 与 其 他 纤 维 混 纺 可 制 成 各 种棉 型 、 毛 型 及 中 长 纤 维 纺 织 品 。 聚 酯 纤 维 在 工 业 上 可 作 为 轮 胎 帘 子 线 、 制 作 运 输 带 、 篷 帆 、 绳 索 等 。 聚 酰 胺 纤 维 是 以 聚 酰 胺 基 础 制 得 的 纤 维 ， 是 三 大 合 成 纤 维 之 一 ， 也 是 一 种 主 要 的合 成 纤 维 。聚 酰 胺 又 是 制 造 薄 膜 及 工 程 塑 料 的 原 料 ， 是 由 饱 和 的 二 元 酸 与 二 元 胺 通 过 缩 聚 反应 制

21、得 的 一 类 线 性 高 分 子 缩 聚 物 。 常 见 的 这 类 缩 聚 物 有 聚 酰 胺 -6、 聚 酰 胺 -66、聚 酰 胺 -11、 聚 酰 胺 -12、 聚 酰 胺 -610、 聚 酰 胺 612、 聚 酰 胺 -1010等 ， 其 中 以 聚 酰胺 -6和 聚 酰 胺 -66的 产 量 最 大 ， 约 占 聚 酰 胺 产 量 的 90%。 共 同 特 点 ： 就 是 其 大分 子 的 各 个 链 节 间 都 是 以 酰 胺 基 “ CONH ” 相 联 ， 所 以 把 这 类 缩 聚 物 通 称为 聚 酰 胺 或 尼 龙 。 聚 酰 胺 -1010 聚 酰 胺-6 聚 酰

22、胺 -66聚 酰 胺 -11聚 酰 胺 -12聚 酰 胺 -610 产 量 最 大 一 、 聚 酰 胺 6和 66的 合 成1、 聚 酰 胺 6的 合 成聚 已 内 酰 胺 ， 可 由 已 内 酰 胺 在 高 温 下 ， 微 量 水 存 在 时 的 聚 合 反 应 如 下 :nNH（ CH2） 5C O NH（ CH2） 5C n微 量 H2O2、 聚 酰 胺 66的 合 成是 已 二 酸 与 已 二 胺 的 缩 聚 物 ， 是 最 早 实 现 工 业 生 产 的 聚 酰 胺 品 种 ， 也 是产 量 最 大 。 n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+nHOOC（ CH

23、2） 4COOH nH2N（ CH2） 6NH2n OOC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH3+HO OC （ CH2） 4CO HN（ CH2） 6NH H （ 2n 1） H2On 二 、 聚 酰 胺 的 结 构n 聚 酰 胺 是 没 有 庞 大 侧 基 的 线 型 高 分 子 ， 中 间 的 脂 肪 链 是 通 过 酰 胺 键 相连 的 分 子 两 端 有 氨 基 和 羧 基 ， 具 有 一 定 的 吸 湿 性 和 染 色 性 。n 聚 酰 胺 中 酰 胺 基 的 存 在 ， 可 以 在 大 分 子 中 间 形 成 氢 键 ， 使 分 子 间 作 用力 增 大 ， 易 在

24、酸 碱 作 用 下 发 生 水 解 。 赋 予 聚 酰 胺 以 高 熔 点 和 力 学 性 能 ，同 时 ， 也 使 其 吸 水 率 增 大 。n 聚 酰 胺 重 复 结 构 单 元 中 的 脂 肪 链 较 长 ， 聚 酰 胺 基 之 间 的 亚 甲 基 赋 予 其柔 性 和 冲 击 性 ， 聚 酰 胺 中 的 亚 甲 基 与 酰 胺 基 的 比 例 越 大 ， 分 子 间 作 用力 小 ， 柔 性 越 大 ， 吸 水 率 越 低 。 n 聚 酰 胺 大 分 子 中 相 邻 大 分 子 间 和 大 分 子 内 部 可 借 羰 基 和 亚 氨 基 生 成 氢键 ， 分 子 结 构 比 较 规 整

25、 ， 因 此 它 在 适 当 条 件 下 可 以 结 晶 ， 结 晶 度 达50% 60%。 其 聚 酰 胺 -6的 晶 体 为 、 晶 型 ； 聚 酰 胺 -66的 晶 体 为 、 晶 型 。 具 有 较 高 的 机 械 强 度 和 形 状 稳 定 性 。n 另 外 聚 酰 胺 的 性 能 还 受 亚 甲 基 的 奇 偶 数 影 响 ， 偶 数 聚 酰 胺 的 熔 点 比 奇数 聚 酰 胺 的 熔 点 高 。 三 、 聚 酰 胺 纤 维 的 物 理 性 质n 机 械 性 能n 密 度n 电 性 能n 热 性 能n 吸 湿 性 n 酸 、 碱 的 作 用n 氧 化 剂 的 作 用n 染 色 性

26、n 耐 光 性 五 、 聚 酰 胺 纤 维 的 改 性1、 改 变 二 元 酸 或 二 元 胺2、 交 联 和 接 枝利 用 甲 醛 进 行 交 联 ， 交 联 发 生 在 无 定 形 区 。 还 可 通 过 接 枝 聚合 ， 使 聚 酰 胺 纤 维 性 质 获 得 改 善 ， 如 聚 己 二 酰 己 二 胺 纤 维纤 维 与 环 氧 乙 烷 接 枝 聚 合 后 ， 使 纤 维 具 有 很 好 的 柔 软 性 和亲 水 性 。 一 、 丙 烯 腈 共 聚 物 的 合 成1、 主 要 单 体 丙 烯 腈n 丙 烯 腈 的 结 构 式 为 ： CH2 CH C Nn 丙 烯 腈 在 常 温 常 压

27、 下 是 具 有 独 特 气 味 的 无 色 透 明 、 易 流 动 液 体 。 相 对 分子 质 量 为 53.06， 沸 点 为 77.3 ， 凝 固 点 为 83.6 ， 相 对 密 度 为0.8060， 易 燃 、 易 爆 ， 在 空 气 中 的 爆 炸 极 限 为 3.05% 17.0%（ 体 积 ） 。n 丙 烯 腈 能 与 苯 、 甲 苯 、 四 氯 化 碳 、 甲 醇 、 乙 醇 、 乙 醚 、 丙 酮 、 醋 酸 乙 酯等 许 多 有 机 溶 剂 以 任 何 比 例 互 溶 ， 丙 烯 腈 也 能 溶 于 水 。n 丙 烯 腈 能 与 水 、 苯 、 甲 醇 、 异 丙 醇

28、、 四 氯 化 碳 等 形 成 二 元 共 沸 物 。 其 中丙 烯 腈 与 水 的 共 沸 温 度 为 71 ， 含 水 12%（ 质 量 ） 。 n 丙 烯 腈 分 子 中 含 有 碳 -碳 双 键 和 腈 基 ， 化 学 性 质 很 活 泼 ， 能 进 行 聚 合 反 应（ 均 聚 和 共 聚 ） 、 加 成 反 应 、 氰 乙 基 化 反 应 等 。 贮 存 、 运 输 过 程 要 加 入酚 类 、 胺 类 阻 聚 剂 。 2、 丙 烯 腈 共 聚 物 的 合 成n 我 国 的 共 聚 丙 烯 腈 纤 维 ， 第 一 单 体 是 丙 烯 腈 ， 约 为 90%； 第 二单 体 是 丙

29、烯 酸 甲 酯 ， 约 5% 10%； 第 三 单 体 是 丙 烯 磺 酸 钠 ， 约为 1%-3%。 引 发 剂 是 偶 氮 二 异 丁 腈 。n 均 相 溶 液 聚 合 ： 所 用 溶 剂 既 能 溶 解 单 体 又 可 溶 解 聚 合 产 物 。n 非 均 相 聚 合 多 采 用 以 水 为 介 质 的 水 相 沉 淀 聚 合 法 ， 以 水 为介 质 ， 单 体 在 水 中 具 有 一 定 的 溶 解 度 ， 当 水 溶 性 引 发 剂 引 发聚 合 时 ， 聚 合 产 物 不 溶 于 水 而 不 断 从 水 相 中 沉 淀 出 来 。2.1.4聚 丙 烯 腈 纤 维 二 、 丙 烯

30、腈 共 聚 物 的 结 构1、 腈 纶 的 分 子 结 构主 要 结 构 单 元 为 丙 烯 腈 。2、 腈 纶 的 超 分 子 结 构由 于 强 极 性 氰 基 间 的 相 互 作 用 ， 聚 丙 烯 腈 分 子 链 的 构 象 不 是像 聚 乙 烯 那 样 的 平 面 锯 齿 形 ， 也 不 是 像 等 规 聚 丙 烯 那 样 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 。为 侧 向 二 维 有 序 而 纵 向 无 序 的 结 构 准 晶 态 结 构 。三 、 聚 丙 烯 腈 纤 维 的 物 理 性 质1、 机 械 性 能2、 密

31、度3、 热 性 能4、 吸 湿 性 四 、 聚 丙 烯 腈 纤 维 的 化 学 性 质1、 酸 、 碱 的 作 用2、 氧 化 剂 、 还 原 剂 的 作 用3、 有 机 溶 剂 的 作 用4、 染 色 性5、 耐 光 性 五 、 聚 丙 烯 腈 纤 维 的 用 途n 利 用 聚 丙 烯 腈 纤 维 的 耐 热 性 可 制 备 耐 高 温 的 碳 纤 维 和 石 墨纤 维 。 丙 烯 腈 主 要 用 于 生 产 合 成 纤 维 、 塑 料 、 橡 胶 等 高 分子 产 品 。 利 用 腈 纶 的 准 晶 态 结 构 造 成 的 热 收 缩 ， 可 制 造“ 膨 体 纱 ” 。n 丙 烯 腈 可

32、 以 通 过 环 氧 乙 烷 与 氢 氰 酸 的 合 成 法 ； 乙 炔 与 氢 氰酸 合 成 法 ； 乙 醛 与 氢 氰 酸 合 成 法 ； 丙 烯 氨 氧 化 等 方 法 合 成 ，其 中 以 丙 烯 氨 氧 化 法 为 主 。 下 表 列 出 了 丙 烯 氨 氧 化 法 生 产 的 丙 烯 腈 质 量 指 标 。纯 度 99% 外 观 无 色 透 明 沸 点 范 围 75 78 折 光 率 1.3882 1.3892 水 份 0.5% 氢 氰 酸 0.0005% 醛 （ 乙 醛 ） 0.002% 不 挥 发 组 份 0.05% （ 丙 烯 醛 ） 0.002% 铁 0.00001% 过

33、氧 化 物 0.0005% 主 要 原 料 为 丙 烯 。 丙 烯 的 结 构 式 为 ： CH2 CH CH3 丙 烯 在 常 温 常 压 下 为 带 有 甜 味 的 无 色 、 可 燃 性 气 体 。 其主 要 物 性 参 数 如 下 ： 相 对 分 子 质 量 42.08 熔 点 185.3 沸 点 103.7 相 对 密 度 （ 液 体 ） 0.5139 临 界 温 度 91.9 临 界 压 力 4.54MPa 爆 炸 极 限 （ 体 积 ） 2.0% 11.1% 聚 合 热 85.7kJ/mol 丙 烯 的 化 学 性 质 活 泼 ， 主 要 用 于 制 异 丙 醇 、 丙 酮 、

34、合 成甘 油 、 合 成 树 脂 、 合 成 橡 胶 、 塑 料 和 合 成 纤 维 等 。 一 、 丙 纶 （ 聚 丙 烯 ） 的 合 成n 聚 丙 烯 纤 维 （ 丙 纶 ） 是 以 丙 烯 为 原 料 ， 通 过 定 向 聚 合 反 应而 获 得 相 对 分 子 质 量 、 结 晶 度 （ 65%） 及 熔 点 （ 158170 ）相 当 高 ， 能 符 合 纺 织 纤 维 要 求 的 立 构 等 规 聚 丙 烯 纤 维 。n 分 子 结 构 有 全 同 、 间 同 和 无 规 三 种 ， 相 对 分 子 质 量 一 般 在80000120000， 也 可 提 到 200000左 右 。

35、 二 、 聚 丙 烯 纤 维 的 结 构1、 聚 丙 烯 的 分 子 结 构 ： 从 构 型 上 看 ， 聚 丙 烯 分 子 的 主 链 是 由 在 同 一 平 面 上 的 碳 原 子 曲 折 链 所组 成 的 ， 侧 甲 基 可 在 平 面 上 、 下 有 不 同 的 空 间 排 列 形 式 ， 具 有 较 高 的立 体 规 整 性 ， 这 种 规 则 的 结 构 很 容 易 结 晶 。2、 聚 丙 烯 的 晶 体 结 构 ： 全 同 聚 丙 烯 的 结 晶 结 构 有 五 种 ， 即 、 、 、 和 拟 六 方 变 体 。 最 常 见的 晶 体 属 于 单 晶 体 系 （ 变 体 ） ，

36、丙 纶 的 最 佳 结 晶 温 度 为 125135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 以 进 行 。 丙 纶 的 超 分 子 结 构 可 采 用 “ 折 叠 链 缨 状 微 原 纤 ”理 论 及 模 型 来 解 释 。缨 状 原 纤 模 型 ： 纤 维 大 分 子 的 基 本 单 元 是 原 纤 ， 在 原 纤 中 也 有 少 数 大 分子 分 支 出 去 组 成 其 他 的 原 纤 成 为 连 续 的 网 状 组 织 。 具 有 较 高 的 连 续 性 。 根 据 这 个 模 型 ， 纤

37、维 中 仍 然 存 在 结 晶 部 分 和 无 定 形 部 分 。 聚 丙 烯 初 生 纤 维 的 结 晶 度 为 33%40%， 经 后 拉 伸 ， 结 晶 度 上 升 至37%48%， 再 经 热 处 理 ， 结 晶 度 可 达 65%75%。 三 、 聚 丙 烯 纤 维 的 物 理 性 质1、 机 械 性 能2、 密 度3、 电 性 能4、 热 性 能5、 吸 湿 性 四 、 聚 丙 烯 纤 维 的 化 学 性 质1、 酸 、 碱 等 化 学 试 剂 的 作 用2、 染 色 性 能n 聚 丙 烯 纤 维 密 度 小 、 强 度 高 、 吸 湿 性 小 、 耐 酸 、 耐 碱 、 耐磨 、

38、 电 性 能 好 ， 但 染 色 性 和 耐 光 性 差 。n 聚 丙 烯 纤 维 可 与 棉 、 毛 、 粘 胶 纤 维 等 混 纺 作 衣 料 用 ， 在 工业 上 聚 丙 烯 纤 维 主 要 用 途 绳 索 、 网 具 、 滤 布 、 帆 布 等 ； 在医 疗 上 用 作 纱 ， 作 外 科 手 术 衣 服 而 耐 高 温 高 压 消 毒 。 一 、 聚 氨 酯 嵌 段 共 聚 物 的 合 成1. 预 聚 合2. 用 低 相 对 分 子 质 量 ， 含 有 活 泼 氢 原 子 的 双 官 能 团 化 合 物 作为 链 增 长 剂 ， 与 预 聚 物 继 续 反 应 ， 生 成 相 对 分

39、 子 质 量 ， 含有 活 泼 氢 原 子 的 双 官 能 团 化 合 物 2000050000之 间 的 聚 氨酯 嵌 段 共 聚 物 。 二 、 聚 氨 酯 弹 性 纤 维 的 结 构 及 弹 性 产 生 机 理n 一 般 的 聚 氨 基 甲 酸 酯 均 聚 物 并 不 具 有 弹 性 。 现 生 产 的 聚 氨 酯 弹 性 纤 维是 一 种 以 聚 氨 基 甲 酸 酯 为 主 要 成 分 的 嵌 段 共 聚 物 纤 维 ， 是 一 种 具 有 橡胶 般 的 伸 长 和 回 弹 能 力 的 弹 性 纤 维 。 在 嵌 段 共 聚 物 中 有 两 种 链 段 ， 即软 链 段 和 硬 链 段

40、 。 软 链 段 由 非 结 晶 性 的 聚 酯 和 聚 醚 组 成 ， 玻 璃 化 温 度很 低 ， 常 温 下 处 于 高 弹 态 ， 相 对 分 子 质 量 为 15003500， 链 段 长 度1530nm， 为 硬 链 段 的 10倍 左 右 。 在 室 温 下 被 拉 伸 时 ， 纤 维 可 以 产 生很 大 的 伸 长 变 形 ， 具 有 优 异 的 回 弹 性 。 硬 链 段 采 用 具 有 结 晶 性 且 能 发生 横 向 交 联 的 二 异 氰 酸 树 脂 ， 相 对 分 子 质 量 较 小 M=500700， 链 段 短 ，但 由 于 含 有 多 种 极 性 基 团 ，

41、分 子 间 的 氢 键 和 结 晶 性 起 着 大 分 子 链 间 的交 联 作 用 。 在 外 力 作 用 下 ， 大 分 子 柔 性 链 相 对 滑 移 ， 并 为 回 弹 提 供 必要 的 连 接 点 。 整 个 聚 合 物 由 结 晶 的 刚 性 链 段 和 非 结 晶 的 柔 性 链 段 纵 横向 连 接 ， 结 合 形 成 一 个 具 有 强 大 的 分 子 间 作 用 力 的 大 分 子 网 状 结 构 。其 中 软 链 段 可 为 聚 醚 或 聚 酯 ， 所 以 有 聚 醚 型 聚 氨 酯 弹 性 纤 维 和 聚 酯 型聚 氨 酯 弹 性 纤 维 之 分 。 如 莱 卡 属 于

42、 聚 醚 型 ， 韦 纶 属 于 聚 酯 型 。 三 、 聚 氨 酯 弹 性 纤 维 的 物 理 性 能1、 机 械 性 能2、 热 性 能3、 吸 湿 性 能4、 密 度5、 其 他 性 能四 、 聚 氨 酯 弹 性 纤 维 的 化 学 性 能氯 、 含 氧 型 漂 白 剂 、 染 料 等 的 作 用 。 一 、 聚 乙 烯 醇 的 合 成 游 离 态 的 乙 烯 醇 极 不 稳 定 ， 不 能 单 独 存 在 ， 通 常 以 醋 酸 乙 烯 为 单 体 进行 聚 合 ， 再 醇 解 或 水 解 制 成 聚 乙 烯 醇 。 聚 醋 酸 乙 烯 通 常 以 甲 醇 为 溶 剂 ，采 用 溶 剂

43、 聚 合 法 制 得 。二 、 聚 乙 烯 醇 缩 醛 的 结 构 聚 乙 烯 醇 缩 醛 纤 维 的 基 本 组 成 物 质 是 聚 乙 烯 醇 ， 它 具 有 水 溶 性 ， 对 纺成 的 聚 乙 烯 醇 纤 维 用 甲 醛 或 乙 醛 进 行 缩 醛 化 处 理 ， 能 成 为 不 溶 于 水 的聚 乙 烯 醇 缩 醛 纤 维 。三 、 聚 乙 烯 醇 缩 醛 纤 维 的 物 理 性 质n 热 性 能n 吸 湿 性四 、 聚 乙 烯 醇 缩 醛 纤 维 的 化 学 性 质 n 染 色 性 能 2.1.8聚 氯 乙 烯 纤 维 PVC一 、 聚 氯 乙 烯 的 合 成 及 其 结 构n 引

44、 发 剂 作 用 下 的 悬 浮 聚 合 ， 是 游 离 基 型 聚 合 。二 、 聚 氯 乙 烯 的 性 能n 耐 热 性 ， 密 度 ， 导 热 性 ， 静 电 性 ， 难 燃 性 ， 对 无 机 试 剂 的稳 定 性 好 ， 易 发 生 光 老 化 ， 长 时 间 受 到 光 照 时 ， 大 分 子 会氧 化 裂 解 。三 、 改 性 聚 氯 乙 烯 纤 维n 过 氯 纶 n 偏 氯 纶n 聚 乙 烯 醇 聚 氯 乙 烯 共 混 阻 燃 纤 维n 腈 氯 纶 一 、 高 性 能 纤 维 的 分 子 设 计 构 成 高 分 子 主 链 的 共 价 键 键 能 要 大 ； 高 分 子 链 的

45、 构 象 要 近 似 直 线 形 ；高 分 子 链 的 横 截 面 积 要 小 ； 高 分 子 链 的 键 角 形 变 和 键 的 内 旋 转 受 到 的阻 力 要 大 ； 高 分 子 的 相 对 分 子 质 量 应 尽 量 大 ， 减 少 大 分 子 链 中 的 末 端基 数 。二 、 碳 纤 维n 根 据 加 工 纤 维 时 的 处 理 温 度 不 同 ， 分 为 碳 纤 维 和 石 墨 纤 维 。 碳 纤 维是 在 1000 2300 范 围 内 碳 化 得 到 的 ， 石 墨 纤 维 是 在 2300 以 上 碳 化得 到 的 ， 其 含 碳 量 超 过 98 ， 结 构 上 类 似

46、石 墨 ， 有 金 属 光 泽 。 碳 纤 维根 据 原 料 及 生 产 方 式 的 不 同 ， 主 要 分 为 聚 丙 烯 腈 （ PAN） 基 碳 纤 维 及沥 青 基 碳 纤 维 。 碳 纤 维 产 品 包 括 PAN基 碳 纤 维 （ 高 强 度 型 ） 及 沥 青 基碳 纤 维 （ 高 弹 性 型 ） 。 n 用 聚 丙 烯 腈 为 原 料 制 造 碳 纤 维 的 过 程 为 ：2.1.9高 性 能 纤 维碳 纤 维 的 性 能 与 用 途碳 纤 维 具 有 优 良 的 机 械 性 能 ， 其 断 裂 强 度 为 15cN/tex左 右 ， 模 量 可达 3000cN/tex以 上

47、， 断 裂 伸 长 率 为 0.5 2.0 。 具 有 自 润 滑 性 能 。 其化 学 性 质 与 碳 相 似 ， 在 室 温 下 是 惰 性 的 ， 除 能 被 强 氧 化 剂 氧 化 外 ， 一 般的 酸 碱 对 碳 纤 维 不 起 作 用 。 在 惰 性 气 体 中 ， 其 耐 热 性 十 分 突 出 ， 在1500 以 上 的 高 温 下 强 度 才 开 始 降 低 。 纤 维 不 燃 烧 。 碳 纤 维 导 电 性 能 好 ，比 电 阻 在 1 l0-2 cm以 下 ， 吸 附 性 强 。 碳 纤 维 的 缺 点 是 抗 压 性 差 ， 易 折 断 ， 耐 冲 击 性 能 差 。

48、碳 纤 维 是 航 天 工 业 的 重 要 材 料 ， 碳 纤 维 复 合 材 料 应 用 在 宇 宙 飞 船 。导 弹 和 飞 机 上 ， 可 显 著 减 轻 重 量 。 在 汽 车 、 体 育 器 材 等 方 面 作 为 增 强 材 料 有 广 阔 的 前 景 。 三 、 芳 香 族 聚 酰 胺 纤 维1、 芳 纶 14142、 芳 纶 1313四 、 芳 香 族 聚 酯 纤 维五 、 芳 杂 环 类 聚 合 物 纤 维六 、 超 高 相 对 分 子 质 量 聚 乙 烯 纤 维七 、 聚 四 氟 乙 烯 纤 维 （ PTFE) 思 考 题 ：1. 简 要 说 明 合 成 纤 维 三 种 纺 丝 方 法 。2. 试 比 较 涤 纶 、 锦 纶 、 腈 纶 的 耐 热 性 和 机 械 性 能 。3. 涤 纶 经 烧 碱 处 理 后 会 发 生 怎 样 的 变 化 ？4. 涤 纶 为 什 么 染 色 困 难 ？ 可 采 用 哪 些 染 色 方 法 ？5. 试 说 明 水 、 酸 、 碱 、 氧 化 剂 、 光 对 锦 纶 的 作 用 。6. 试 述 腈 纶 的 分 子 结 构 ， 常 用 第 二 、 第 三 单 体 的 名 称 及 它 们的 作 用 。7. 试 述 氨 纶 结 构 和 弹 性 间 的 关 系 。