纺织纤维剖析PPT课件

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1、第一节 合成纤维第1页/共83页 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）合成结构性质应用改性第2页/共83页一、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

2、再生纤维是用天然高分子化合物纤维素或蛋白质为原料经化学处理和机械加工而制得的纤维。 合成纤维是以有机化合物为原料，经一系列的化学反应合成为高分子化合物，再经纺丝后加工而制得的纤维。 合成纤维分为长丝、短纤维、强力丝。第3页/共83页（一）成纤聚合物的基本特征1. 主链分子结构：大分子链一般是线形的或支化度很低，没有庞大侧基的聚合物。大分子链在纤维轴向形成有序排列，增强大分子间作用力， 能形成纤维内部的晶区，有较好的物理机械性能。 成纤聚合物：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基本特征： 2. 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极

3、性基团。w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、染色性聚丙烯聚乙烯第4页/共83页4. 适当高的分子量和较窄的分子量分布 。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。 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。 聚合物的半结晶结构(包括结晶度、取向度等)对纤维强度的影响比分子量的影响要大得多。 第5页/共83页（二）聚合物的纺丝方法干法纺丝湿法纺丝：熔点相近或高于热分解温度或 不能熔融的高聚物熔体纺丝：熔点低于

4、热分解温度的高聚物 溶液纺丝第6页/共83页熔体法纺丝装置 1螺杆挤出机 2喷丝板 3吹风窗4纺丝甬道 5给油盘 6导丝盘 7卷绕装置 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可采用熔体纺丝。 直接纺丝法、切片纺丝 熔体纺丝不用溶剂，工艺简单，成本低，而且纺丝速度快，高达几千mmin，生产能力大。1熔体纺丝 杂链高聚物：聚酯、聚酰胺聚烯烃：聚丙烯第7页/共83页2、湿法纺丝 湿法纺丝的成形过程比较复杂，纺丝速度受溶剂和凝固剂双扩散速度，以及凝固液浴对流体的阻力等因素的限制，因此湿法纺丝速度比熔体法纺丝速度低得多，一般约为1060m/min。采用湿法纺丝时，必须配备凝固浴的配制、循环

5、及回收设备。l纺丝液 2导丝辊3导丝漏斗 4丝饼 5纺丝罐6纺丝浴 7喷丝头纺丝溶液的溶剂必须能很好地溶解成纤高聚物，形成真溶液。第8页/共83页3、干法纺丝 利用热空气使细流中的溶 剂挥发掉而凝固成纤维。1纺丝液 2喷丝头3卷绕简管4热空气入口5热空气出口前段过程同湿法纺丝后段过程同熔体纺丝膜裂解法第9页/共83页几种非圆形喷丝孔形状及相应纤维横截面形状第10页/共83页复合纤维的几种主要形状第11页/共83页形形变变玻璃态玻璃态柔韧态柔韧态粘流态粘流态TgTs Tm 为晶化温度：由结晶态向粘流态转变的温度。Tm软化态软化态（三） 成纤聚合物的力学状态 Ts为软化温度：由非晶区的高弹态向粘流

6、态转变的温度。第12页/共83页二、聚酯纤维二、聚酯纤维 聚酯纤维：是指大分子链通过酯键(CO-O-)连接起来 的一类合成纤维。 主要为涤纶（Dacron） ：聚对苯二甲酸乙二（醇）酯 n为80150，分子量为18000-25000左右 相对分子质量分布指数（d2 ） 第13页/共83页（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 (EG) O C H2CH2COOOCH2CH2OHHn nOCH2CH2OHOOCO CH2C H2OCHOC聚对苯二甲酸乙二（醇）酯对苯二甲酸双羟乙酯(对苯二甲酸乙二酯，BHET) 第14页/共83页（一）聚对苯二甲酸乙二酯的合成（

7、一）聚对苯二甲酸乙二酯的合成 a 酯交换法 (TPA) (DMT) 对苯二甲酸双羟乙酯(对苯二甲酸乙二酯) O C H2CH2COOOCH2CH2OHHn nOCH2CH2OHOOCO CH2C H2OCHOCC O OHHOOCCH3OH+2H2SO4OOCCH3OCOCH3+ H2O (EG) 聚对苯二甲酸乙二醇酯第15页/共83页b 直接酯化法 第16页/共83页c 环氧乙烷加成酯化缩聚法是用EO代替EG，直接与TPA进行加成酯化。 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，但必须采用高纯度的TPA 第17页/共83页（二）聚对苯二甲酸乙二酯的结构（二）聚对苯二甲酸乙二酯的

8、结构 含有刚性基因( ) 柔性基团（CH2-CH2-） 分子链中酯基(CO-O-) (极性很弱，属疏水性纤维) 。 酯基与苯环间形成共轭体系，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方向平行排列、紧密堆砌，形成结晶。 顺式构象：非晶态 反式构象：结晶态 第18页/共83页（三）涤纶的性能和用途（三）涤纶的性能和用途1、物理性能（1）断裂强度和断裂伸长 （断裂强力、断裂强度、断裂伸长） 纤度(旦)：9000m长的纤维所含有的重量。 断裂强力(gf)：纤维断裂时所能承受的最大负荷。 断裂伸长(%)：纤维断裂时的长度比原来长度增加的百分数。强度高（结晶度

9、、取向度高 ）干湿态强度完全相等聚酯纤维弹性好，挺爽（因为有很多苯环，分子不易旋转，能立即回复变形 ；涤纶两相结构的存在。P28）聚酯纤维的耐磨性好，仅次于聚酰胺纤维（因为强度、延伸度、弹性都好 ）耐冲击性好 第19页/共83页(2) 吸湿性能 涤纶的吸湿性在合成纤维中较差，公定回潮率仅为0.4% 。 在相对湿度为 95% 的条件下，最高吸湿率为 0.7% 。 因为大分子链中不含亲水性基团，且涤纶的结晶 度高。 织物易洗快干，容易积聚静电而吸附灰尘。 (3)密度：由于分子链紧密敛集，结晶度和取向度高， 密度最大。 平均密度为1.36g/cm3 第20页/共83页(4)起毛起球 一是聚酯纤维圆滑

10、、光洁，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。 二是聚酯纤维容易产生静电，吸附灰尘污物附着在球粒上，更助长了起球。 三是聚酯纤维强度高，起毛起球后的球粒不容易从织物上断裂脱落。 加强烧毛、热定型，进行树脂整理 (5) 电性能 ：易产生静电 涤纶的比电阻在 1014cm 以上，摩擦电压在 1000V 以上，半衰期可达数小时。 需用抗静电剂来消去静电 第21页/共83页（6）涤纶的热性质 A 涤纶的热性能常数：Tm=265 Tg=67-81 Ts=238-240 (Ts为软化温度 ) 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 热收缩:热处理

11、过程中发生的明显收缩现象 热收缩现象 100热空气，30min，收缩8% 100沸水中，5min ，收缩14% 130-135热空气， 5min ，收缩14%，达到稳定长度第22页/共83页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。（2）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热定型，消除纤维的内应力，使织物有较好的形态稳定性。 热收缩现象的原因 ： 强制拉伸定向，松弛时间 成纤时间，内部应力不均匀 ，聚集态结构不稳定，加热到 Tg以上，链段运动调整结构。 热定型：在一定张力和温度下，使纤维或织物加热 一定时间的过程。第23页/共83页2、

12、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 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热裂解（热氧化裂解）酸碱氨氧化剂 还原剂染色性化学改性第24页/共83页 热裂解过程热氧化裂解：氧存在时，分子中乙二醇基部分形成过氧化物， 加快分解，使酯基断裂。水解也能使酯键断裂 水解、热裂解、热氧化裂解的异同： 相同点：均为酯键断裂，使-COOH含量增加，根据酸性增强， 可判断损伤程度。不同点：不同温度下，三者反应速度相差很大。 室温下，均不明显。 50-100，水解、热裂解和热氧化裂解； 100-120，V水解=10000V热裂解=5000V热氧

13、化裂解 高温下，热氧化裂解水解热裂解（1）热裂解和热氧化裂解第25页/共83页（2）酸对聚酯纤维的作用 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。 (3)碱对聚酯纤维的作用耐碱性稍差，发生水解。 碱减量加工：烧碱对涤纶的损伤是由表及里，逐步进行的，使纤维直径变细，重量减轻。 有“剥皮”现象，也成为聚酯纤维的剥皮反应。高浓度短时间处理，损伤较小。 第26页/共83页(4)氨对聚酯纤维的作用 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表面分子中酯键同时受到作用，遭到破坏，纤维强力下降 。 第27页/共83页 涤纶对氧化剂、还原剂比较稳定 由于氧化裂解，产生老化(

14、5)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。 涤纶为疏水性纤维，结构紧密，除端羟基外无强极性基团，吸湿性差。 常用分散染料染色，并需在高温、高压或膨化剂的帮助下进行。 要求染料分子结构简单、体积较小。 高温染色法、载体染色法。(6)染色性第28页/共83页 碱减量处理 易染改性：单体对苯二甲酸改用间苯二甲酸 仿真丝改性(改变二元醇)： 引进醚键代替部分酯键，增加分子链的柔顺性。 PBT (改变二元醇) ：丁二醇代替PET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。对羟基苯甲酸环氧乙烷（6）对于涤纶的化学改性第29页/共83页三、聚酰胺纤维三、聚酰胺纤维聚

15、酰胺纤维（nylon）：是指大分子链通过酰胺键（ CO-NH-）连接起来的一类合成纤维。锦纶锦纶6锦纶66锦纶9锦纶11第30页/共83页（一）聚酰胺6和66的合成由己内酰胺作原料水解开环聚合得到的，其通式为： H NH(CH2)xCOn OH1、聚酰胺6的合成氨基己酸加聚加聚第31页/共83页 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 。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。 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取的方法除去小分子（单体、低聚物，约为10左右 ）。 第32页/共83页 是由

16、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中性盐(66盐) 聚酰胺66的分子量为2000030000。 不需要脱小分子（小于1 ）2、聚酰胺66的合成第33页/共83页（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。 大分子由-(CH2)n-短链通过酰胺键连接而成，C-C单键易内旋转，使大分子链柔顺性较好。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。分子内的羰基和亚氨基也易形成氢键，分子结构规整紧密，形成结晶酰胺键易发生酸碱性和高温水解。1、锦纶的化学结构2、锦纶的形

17、态结构 熔融纺丝得到横截面为圆形 ，容易形成皮芯层结构。？ 原因：锦纶玻璃化转变温度低，50，在冷却固化和牵伸时，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，结晶度高，形成芯层。 第34页/共83页 分子间可通过C=O和-NH-（亚胺基）形成大量的氢键。聚酰胺66 聚酰胺6晶区的分子链构象3、锦纶的聚集态结构 第35页/共83页（二）聚酰胺的结构锦纶6：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氢键数目的两倍。 第36页/共83页w锦纶66，由于单体两端基团相同，使分子没有方向性。不论分子间

18、怎样排列，都能最大限度形成氢键。w因此锦纶66中氢键数目比锦纶6中多，锦纶66大分子间作用力大于锦纶6的大分子间作用力。第37页/共83页（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: 大分子链中亚甲基多，密度较小，1.041.14 g/cm3 (2)吸湿性: 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(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

19、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:电导率很低,随着湿度的增加导电性能提高。第38页/共83页(5)锦纶的热性质锦纶的耐热性不好，当温度上升时，强度和延伸度均降低，收缩率增加。锦纶锦纶6锦纶锦纶66涤纶涤纶Tg()35-5047-5067-81Ts()170-180235238-240Tm()215-220250-265255-260第39页/共83页2、聚酰胺纤维的化学性质（

20、1）酸、碱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。 锦纶的耐碱性比较好,50%NaOH溶液几乎没有影响。 锦纶对酸的作用较为敏感，7HCl、20H2SO4，10HNO3缓慢水解。（2）氧化剂对聚酰胺纤维的作用 锦纶的耐氧化性较差，可被如KMnO4、H2O2、NaClO（次）等氧化剂破坏。 可采用NaClO2（亚）或过醋酸进行漂白。 分散性染料; 酸性染料: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(水洗和耐晒牢度差) （3）染色性较好第40页/共83页 高温下，纤维发生裂解，即 加热分解： 与端-NH2缩合，生成黄色吡咯结构 -R-NHCO-（CH2）4CO

21、OH-R-NHCO- CHCH2CH2CH2CO光和氧（4）热裂解第41页/共83页 链长变短； -COOH下降，-NH2增加； 吡咯结构导致泛黄。热降解结果： 锦纶66比锦纶6耐热，允许使用温度分别为135和93。加入热稳定剂(如三溴化磷)，提高其耐热性能。 为什么锦纶6与锦纶66软化温度和熔点相差近50？用芳香环或脂肪环取代脂肪链，提高聚酰胺纤维的热稳定 。如脂环族聚酰胺纤维(奎阿钠) 第42页/共83页（5）耐光性较差聚酰胺纤维的 酰胺键光敏感, 泛黄, 吡咯类杂环 第43页/共83页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 第44页/共83页（2）交联和接

22、技提高其熔点、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） 羟甲基衍生物、二异氰酸酯、三聚氯氰酸等交联。 引进二硫键，制造卷曲纤维。 接枝：环氧乙烷 、丙烯酸。 环氧乙烷接枝聚合后，使纤维具有很好的柔韧性和亲水性。 优点：强度高、弹性好、密度小、耐磨性、耐疲劳性 好、耐微生物作用。缺点：易变形、耐光性、耐热性、抗静电性较差等。第45页/共83页4 4、用途、用途 各种机织、针织品，工业用途广泛。 锦纶的弹性高、耐磨性好，最适宜于袜类制品的生产。 第46页/共83页四、聚丙烯腈纤维四、聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维(腈纶PAN)： 是由以丙烯腈为主体的共聚物纺得的纤维。

23、 CH2=CH (CH2-CH) n | | CN CN 共聚丙烯腈纤维：是指由丙烯腈重量占85以上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15。 第一单体：丙烯腈，(CH2-CHCN) 85% 第二单体 ：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或醋酸乙烯酯等 5-10% 作用：减弱聚丙烯腈大分子间的作用力，提高纤维的柔顺性。 第三单体 ：具有亲染料基团 1-3% 作用：改善纤维的染色性能，使离子型染料能对纤维染色。 第47页/共83页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、考旦尔腈纶、考旦尔腈纶腈纶腈纶、爱克斯纶腈纶、爱克斯纶DKDK奥纶

24、奥纶4242奥纶奥纶8181阿克利纶阿克利纶开士米纶开士米纶特拉纶特拉纶阿克利别尔阿克利别尔丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸钠盐丙烯腈、丙烯酸甲酯、衣康酸钠盐丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、苯乙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、苯乙烯磺酸钠丙烯腈丙烯腈丙烯腈、醋酸乙烯酯、乙烯吡啶丙烯腈、醋酸乙烯酯、乙烯吡啶丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠丙烯腈、丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯磺酸钠酸钠丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、酸性第三单丙烯腈、甲

25、基丙烯酸甲酯、酸性第三单体体第48页/共83页（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 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 450 、压力为 150kPa下反应： CH2=CHCH3+NH3 +3/2O2CH2=CHCNH2O+ 3丙烯腈共聚物合成机理：丙烯腈的聚合反应系自由基链式反应。 引发剂：偶氮二异丁腈 2、共聚物的合成第49页/共83页第三单体为丙烯磺酸钠第三单体为甲基丙烯磺酸钠第三单体为2乙烯基吡啶 第二单体第一单体第50页/共83页（二）丙烯腈共聚物的结构（二）丙烯腈共聚物的结构类氢键：氰基强极性使氰

26、基所连接的C原子的H-C键极化，因而形成强的类氢键作用。HCNCNCN氢键偶极键 聚丙稀腈具有较大刚性（Tg=104）难于溶解，难于染色，纤维很脆。 三类单体组成的共聚物的Tg为85,柔性增大。 第51页/共83页聚丙烯腈的超分子结构聚丙烯腈的超分子结构 腈纶大分子为侧向二维有序（分子链间排列紧密，-CN极性相反而相吸）而纵向无序（一条大分子链内，-CN极性相同而相斥）的结构，又称为准晶态结构, 用侧序度的概念来描述 。 侧序度: 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 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

27、种 具有不规则曲折和扭转的螺旋状 。P41CH2CH2CHCNCH2CHCN 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，非均相聚合第52页/共83页（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（1）密度 :与锦纶相近（2）吸湿性 ：1.02.5，低于锦纶而略高于涤纶。 （3）断裂强度和断裂伸长 强度不高,不如涤纶和锦纶,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2546。 （4）回弹率：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。由于没有

28、结晶，易产生塑性形变，穿着易变形。 （5）耐磨性：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。第53页/共83页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：Tg2=140-150高侧序度区链段运动温度为：Tg3=327（即熔点Tm） （3）热性能 (泛黄，热弹性) 150下，没有损伤； 150200加热24h色泽显著泛黄，强度下降2030%； 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。 200以上：随着热处理的时间延长从黄到棕色，最后成为黑色。 因为大分子链上形成了较长的共轭体系，即纤维分子的长链发生重排和环化：第54页/共83页（1）

29、先200300的热空气介质中加热氧化，可得 含碳量70的耐火聚丙烯腈纤维。（2）在惰性气体介质中于8001600热处理得含 碳量为90的碳纤维。（3）于25003000热处理得含碳量达99.9的石 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3000高温，强度是普通涤纶和锦纶的2倍 ）腈纶耐热性能应用第55页/共83页腈纶纤维的热弹性模量： Tg以上模量急剧下降 ，容易被拉伸 ，降低温度，保持拉伸，然后再升温到Tg以上，大分子恢复成弯曲状态，纤维长度大大回缩 。为高收缩纤维。 原因？ 只有Tg，没有Tm！ 准晶态结构造成热收缩，制作膨体纱。 与普通纤维混纺，然后100 以上蒸汽或

30、沸水中进行热松弛处理，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。 腈纶纤维的热弹性第56页/共83页 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-CN可发生水解外，无反应性的基团，化学稳定性良好，能耐一定浓度的强酸、强碱。(1) 碱对聚丙烯腈纤维的作用：水解 适当控制氰基的水解反应 ，能改善纤维的亲水性、染色性。 氨与未水解的氰基反应，生成脒基(发色基团)而产生黄色第57页/共83页(2)氧化剂、还原剂对聚丙烯腈纤维的作用微弱，可使用亚氯酸钠、过氧化氢进行漂白 。(3)有机溶剂的作用：溶与乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜等强极性

31、有机溶剂，耐一般有机溶剂。(4)染色性：阳离子染料是基本染料 (5)耐光性：最好，日光下曝晒80h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，并把它转化为热能，从而保护了碳链。 第58页/共83页 五、聚丙烯纤维五、聚丙烯纤维 聚丙烯纤维(丙纶，PPPP)：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。CH2CH CH2CH3CH CH2CHCH3CH3 通过定向聚合反应而获得。 一般采用多相齐格勒纳塔ZieglerNatta（ZN）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的复合催化剂，起催化效果的是 TiC键 。 茂金属催化剂 ：环戊二烯过渡金属化

32、合物类 ，助催化剂是甲基铝氧烷 。（一）聚丙烯的合成第59页/共83页（二）聚丙烯纤维的结构（二）聚丙烯纤维的结构 丙纶为全同立构聚合物，等规度一般为 85%97%，结构规整，容易结晶。分子链呈立体螺旋构型。 分子量： 80000120000 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，结晶难于进行。 经热处理，结晶度可达65%75%。 CH2CH CH2CH3CH CH2CHCH3CH3第60页/共83页（三）聚丙烯纤维的性质（三）聚丙烯纤维的性质（1）机械性能 结晶度高，强度高，35 53cN /tex， 断裂伸长率高，在 15%

33、35%， 干、湿强度和断裂伸长度完全相等。 弹性好，伸长 3% ，回复率可达 96%100% 耐磨性好，尤其是耐反复弯曲的寿命长 ，可经受反复挠曲 20 万次。1、聚丙烯纤维的物理性质（3）吸湿性 长链分子中无极性基团，吸水性几乎等于零。（2）密度 最轻的合成纤维 聚丙烯纤维的密度为 0.90 0.92g/cm3。 第61页/共83页（4）电性能 电阻率高（7 1019cm），导热 系数小 （5）热性能 耐热性差 熔点低（170 ），软化点比熔点低 1015。 高温有氧存在时，氧化裂解加快。第62页/共83页2 2、聚丙烯纤维的化学性质、聚丙烯纤维的化学性质 主链为CC键，而且侧链上无活性基团

34、，所以对酸碱等化学试剂的稳定性都好。 染色性能和染色牢度很差 耐光性较差试剂试剂浓度浓度/ /4 4个月后保个月后保留强度留强度/%/%酸酸盐酸盐酸硝酸硝酸硫酸硫酸蚁酸蚁酸冰醋酸冰醋酸3434666694947575100100100100100100100100100100碱碱氢氧化钾氢氧化钾氢氧化钠氢氧化钠4040404090909090溶剂溶剂三氯乙烯三氯乙烯四氯乙烯四氯乙烯甲苯甲苯苯苯8080808085858080氧化剂氧化剂次氯酸钠次氯酸钠过氧化氢过氧化氢有效氯有效氯5 51212体积体积85859090第63页/共83页 六、聚乙烯醇（缩醛）纤维六、聚乙烯醇（缩醛）纤维（PVAP

35、VA） 简称维纶：以短纤维为主 ，其形状很像棉 ，主要用于与棉的混纺，织成各种棉纺织物 。 主要有日本、朝鲜等少数国家 耐热水性，收缩率低，但染色性差、弹性低 第64页/共83页 （一）聚乙烯醇的合成（一）聚乙烯醇的合成 以醋酸乙烯为单体进行聚合，进而醇解或水解制成聚乙烯醇。 聚醋酸乙烯第65页/共83页 （二）聚乙烯醇缩醛的结构（二）聚乙烯醇缩醛的结构 维纶的基本组成物质是聚乙烯醇 w缩醛化处理，不溶于水，防皱防缩：w甲醛、丁醛缩醛化，反应主要 发生在非结晶区，纤维分子中未发生结晶的自由羟基上亚甲醚键第66页/共83页 （三）聚乙烯醇缩甲醛纤维的性质（三）聚乙烯醇缩甲醛纤维的性质 （2）强度

36、低，弹性低 （3）有大量的羟基存在，使聚乙烯醇缩甲醛纤维具有良好的吸 湿性能。1、物理性质2、化学性质（1）聚乙烯醇的玻璃化温度约80，耐热性差，高温发黄。 热裂解：空气中，分子中未缩醛化部分被氧化或脱水；大分子主链断裂第67页/共83页 湿法纺丝成形,有皮芯层结构。在结构紧密且厚的皮层的“保护”下，化学药品难以进入纤维内部发生充分反应，使之耐酸碱性强。 由于皮层的结构，使染料难以扩散入内。皮层色泽较芯层浅，造成不易染色和色泽不鲜艳等缺点。 第68页/共83页（一）聚氯乙烯的合成及其结构 定向聚合反应 ，等规聚氯乙烯 结晶度较低，随着立体规整度提高，纤维的结晶度也可以提高。(CH2CH)nCl

37、CHClnCH2七、聚氯乙烯纤维 第69页/共83页（二）聚氯乙烯的性能 聚氯乙烯纤维较硬，强力在合成纤维中较低，与棉花相似 。 耐热性较低，当温度达到 6570时即发生明显的热收缩；分解温度为150155，HCl气体。 对无机试剂的稳定性好，耐有机溶剂性差。 染色性差 ，多数采用原液着色 。 耐燃性好：难燃，极限氧指数 LOI高达37%；主要用作难燃纤维，其产品适用于易燃场所；明火中发生收缩并碳化，离开火源便自行熄灭。第70页/共83页（三）改性聚氯乙烯纤维 使用温度最高可达 93100 ，较聚氯乙烯大大提高，具有很好的耐热性。在丙酮中具有良好的溶解性 。1、过氯纶 热稳定性及难燃性优于聚氯

38、乙烯纤维。 2、偏氯纶：萨纶（Saran）第71页/共83页八、聚氨酯弹性纤维八、聚氨酯弹性纤维 以聚氨基甲酸酯为主要成分的一种嵌段共聚物制成的纤维，简称氨纶 （PU）。 分 子 式通式： -O-CONH-n- 特点：具有像胶那样的弹性。 主要制作各种针织品。 第72页/共83页（一）聚氨酯嵌段共聚物的合成 聚氨酯弹性纤维是采用嵌段共聚得到的一种具有橡胶般的伸长和回弹能力的弹性纤维。 软链段(聚醚或聚酯二醇) ：HO(-R-O-) n H n3575 硬链段(二异氰酸酯)：第73页/共83页 二异氰酸酯 聚醚或聚酯二醇 预聚体（OCN R3NCO） 第一步：预聚体的制备第74页/共83页（1）

39、用二元醇作扩链剂： 预聚体 小分子二元醇 聚酯型聚氨酯 第二步：扩链反应R3是含有聚氨基甲酸酯的预聚体第75页/共83页 预聚体 小分子二元胺 聚脲型聚氨酯（2）用二元胺作扩链剂：R3是含有聚氨基甲酸酯的预聚体第76页/共83页（二）聚氨酯弹性纤维的物理性能 （1）机械性能 断裂强度较低：4.48.8 cN /tex 拉伸后纤维变细，有效强度可达52.8cN /tex 弹性好：伸长率大于 400%，甚至高达 800%，伸长率为500% 时，其回弹率为 95%99% 。伸长率高于锦纶。结构与弹性产生机理： 在嵌段共聚物中有两种链段，即软链段和硬链段。 软链段由非结晶性的聚酯或聚醚组成，玻璃化温度

40、很低（Tg=-50-70），常温下处于高弹态。 硬链段采用具有结晶性且能发生横向交联的二异氰酸酯，含有多种极性基团（如脲基、氨基甲酸酯基等），分子间的氢键和结晶性起着大分子链间的交联作用。 第77页/共83页 软链段为纤维提供了大的形变，使纤维很容易被拉伸；而硬链段又为纤维提供了防止长链分子在外力作用下发生相对滑移，以及当外力除去后立即回弹的能力。 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链接，形成一个具有强大的分子间作用力的大分子网状结构。 软硬链段镶嵌共存的结构赋予聚氨酯纤维的高弹性和伸长。第78页/共83页（2）吸湿性能 氨纶的吸湿率为 0.3%1.3%，优于涤纶和丙纶。 （3

41、）密度 聚氨酯弹性纤维的密度为 1.11.2g/cm3 ，化学纤维中属于较轻的纤维（4）耐疲劳性 很好。在50%300% 伸长范围内，每分钟拉伸 220次，氨纶可承受100万次不断裂。 （5）热性能 耐热性较好，但不同品种氨纶的差异很大 熔点约为 250，软化温度约 200 。在 150以上时，纤维变黄、发黏、强度下降 。第79页/共83页（四）聚氨酯弹性纤维的化学性能 对一般化学药品具有一定的抵抗性，但对氯较为敏感 。 染色性好：可以使用所有类型的染料染色 第80页/共83页九、九、 高性能纤维高性能纤维 具有高强度、高模量、耐高温、耐气候、耐化学试剂等所谓高物性纤维的统称 。 碳纤维、芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、芳杂环聚合物纤维、高强高模聚烯烃纤维。 第81页/共83页1、写出涤纶的化学结构式和结构命名，写出其单体，分析其化学结构特征。为什么涤纶纤维是刚性分子链？2、比较涤纶、腈纶和锦纶的吸湿性，从分子结构说明原因。3、涤纶为什么容易起毛起球？涤纶经烧碱溶液处理后会发生怎样的变化?4、腈纶一般有几种单体？每种起到什么作用？为什么腈纶在高温下发黄？纺织化学作业二第82页/共83页感谢您的观看！第83页/共83页