化學纖維

来源:www.uuuwell.com

   

化學纖維用天然的或人工合成的高分子物質為原料、經過化學或物理方法加工而制得的纖維的統稱。因所用高分子化合物來源不同,可分為以天然高分子物質為原料的人造纖維和以合成高分子物質為原料的合成纖維。簡稱化纖。

簡介

  纖維的長短、粗細、白度、光澤等性質可以在生產過程中

化學纖維

調節。並分別具有耐光、耐磨、易洗易干、不霉爛、不被蟲蛀等優點。廣泛用於製造衣著織物、濾布、運輸帶、水龍帶、繩索、漁網、電絕緣線、醫療縫線、輪胎帘子布和降落傘等。一般可將高分子化合物製成溶液或熔體,從噴絲頭細孔中壓出,再經凝固而成纖維。產品可以是連綿不斷的長絲、截成一定長度短纖維或未經切斷的絲束等。化學纖維的商品名稱,中國暫行規定合成短纖維一律名「綸」(例如,錦綸、滌綸),纖維素短纖維一律名「纖」(例如,粘纖、銅氨纖),長絲則在末尾加一「絲」字,或將「綸」、「纖」、改為「絲」。

概念

  化學纖維是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物為原料,經過製備紡絲原液、紡絲和后處理等工序制得的具有紡織性能的纖維。

分類

  化學纖維又分為兩大類:

人造纖維

  以天然高分

化學纖維紡絲

子化合物(如纖維素)為原料製成的化學纖維,如粘膠纖維、醋酯纖維。人造纖維主要有粘膠纖維、硝酸酯纖維、醋酯纖維、銅銨纖維和人造蛋白纖維等,其中粘膠纖維又分普通粘膠纖維和有突出性能的新型粘膠纖維(如高濕模量纖維、超強粘膠纖維和永久捲曲粘膠纖維等)。

合成纖維

  以人工合成的高分子化合物為原料製成的化學纖維,如聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維。化學纖維具有強度高、耐磨、密度小、彈性好、不發霉、不怕蟲蛀、易洗快幹等優點,但其缺點是染色性較差、靜電大、耐光和耐候性差、吸水性差。   合成纖維主要有聚酰胺6纖維(中國稱錦綸或尼龍6),聚丙烯腈纖維(中國稱腈綸),聚酯纖維(中國稱滌綸),聚丙烯纖維(中國稱丙綸),聚乙烯醇縮甲醛纖維(中國稱維綸)以及特種纖維(包括用四氟乙烯聚合製成的耐腐蝕纖維,耐200℃以上溫度的耐高溫纖維,強度大於10克/旦、模量大於200克/旦的高強度、高模量纖維,以及難燃纖維、彈性體纖維、功能纖維等)。20世紀50年代開展合成纖維的改性研究,主要是用物理或化學方法改善合成纖維的吸濕、染色、抗靜電、抗燃、抗污、抗起球等性質,同時還增加了化學纖維的品種。

製備

  化學纖維的製備,通常是先把天然的或合成的高分子物質或無機物製成紡絲熔體或溶液,然後經過過濾、計量,由噴絲頭(板)擠出成為液態細流,接著凝固而成纖維。此時的纖維稱為初生纖維,它的力學性能很差,必須經過一系列后加工工序才能符合紡織加工和使用要求。后加工主要針對纖維進行拉伸和熱定形,以提高纖維的力學性能和尺寸穩定性。拉伸是使初生纖維中大分子或結

化學纖維紡絲

構單元沿著纖維軸取向;熱定形主要是使纖維中內應力鬆弛。濕紡纖維的后加工還包括水洗、上油、乾燥等工序。紡制長絲時,經上述工序即可卷繞成筒;紡制短纖維時還須增加捲曲、切斷和打包等工序。用來生產紡織品的原料中,以棉、麻、絲、毛(羊毛)的歷史最悠久。但是天然資源畢竟有限,棉花產量約有50千克/公頃,養蠶吐絲也要種桑樹,增產羊毛則要發展畜牧業。因此,化學家開始研究,利用價格更便宜、來源更豐富的原料來紡紗織布,它們便是化學纖維。

命名

  人造纖維的短纖維一律叫「纖」(如粘纖、富纖),合成纖維的短纖維一律叫「綸」(如錦綸、滌綸)。如果是長纖維,就在名稱末尾加「絲」或「長絲」(如粘膠絲、滌綸絲、腈綸長絲)。

化學纖維種類

根據原料來源的不同分

  (一)再生纖維   再生纖維的生產是受了蠶吐絲的啟發,用纖維素和蛋白質等天然高分子化合物為原料,經化學加工製成高分子濃溶液,再經紡絲和后處理而制得的紡織纖維。

再生纖維網眼布面料

■1.再生纖維素纖維 用天然纖維素為原料的再生纖維,由於它的化學組成和天然纖維素相同而物理結構已經改變,所以稱再生纖維素纖維。   粘膠纖維是以天然棉短絨、木材為原料製成的,它具有以下幾個突出的優點。   (1)手感柔軟光澤好,粘膠纖維像棉纖維一樣柔軟,絲纖維一樣光滑。   (2)吸濕性、透氣性良好,粘膠纖維的基本化學成份與棉纖維相同,因此,它的一些性能和棉纖維接近,不同的是它的吸濕性與透氣性比棉纖維好,可以說它是所有化學纖維中吸濕性與透氣性最好的一種。   (3)染色性能好,由於粘膠纖維吸濕性較強,所以粘膠纖維比棉纖維更容易上色,色彩純正、艷麗,色譜也最齊全。   粘膠纖維最大的缺點是濕牢度差,彈性也較差,織物易折皺且不易恢復;耐酸、耐鹼性也不如棉纖維。   ■2.富強纖維 俗稱虎木棉強力人造棉。它是變性的粘膠纖維。   富強纖維同普通粘膠纖維(即人造棉、人造毛、人造絲)比較起來,有以下幾個主要特點:   (1)強度大,也就是說富強纖維織物比粘膠纖維織物結實耐穿。   (2)縮水率小,富強纖維的縮水率比粘膠纖維小1倍。

富強纖維

(3)彈性好,用富強纖維製做的衣服比較板整,耐折皺性比粘膠纖維好。   (4)耐鹼性好,由於富強纖維的耐鹼性比粘膠纖維好,因此富強纖維織物在洗滌中對肥皂等洗滌劑的選擇就不像粘膠纖維那樣嚴格。   (二)合成纖維   合成纖維是由合成的高分子化合物製成的,常用的合成纖維有滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸、氨綸等。   ■1.滌綸 滌綸的學名叫聚對苯二甲酸乙二酯,簡稱聚酯纖維。滌綸是中國的商品名稱,國外有稱「大可綸」,「特利綸」,「帝特綸」等。   滌綸由於原料易得、性能優異、用途廣泛、發展非常迅速,現在的產量已居化學纖維的首位。

李蘇合成纖維

滌綸最大的特點是它的彈性比任何纖維都強;強度和耐磨性較好,由它紡織的面料不但牢度比其它纖維高出3~4倍,而且挺括、不易變形,有「免燙」的美稱;滌綸的耐熱性也是較強的;具有較好的化學穩定性,在正常溫度下,都不會與弱酸、弱鹼、氧化劑發生作用。   缺點是吸濕性極差,由它紡織的面料穿在身上發悶、不透氣。另外,由於纖維表面光滑,纖維之間的抱合力差,經常摩擦之處易起毛、結球。   ■2.錦綸 錦綸是中國的商品名稱,它的學名叫聚酰胺纖維;有錦綸-66,錦綸-1010,錦綸-6等不同品種。錦綸在國外的商品名又稱「尼龍」,「耐綸」,「卡普綸」,「阿米綸」等。錦綸是世界上最早的合成纖維品種,由於性能優良,原料資源豐富,因此一直是合成纖維產量最高的品種。直到1970年以後,由於聚酯纖維的迅速發展,才退居合成纖維的第二位。   錦綸的最大特點是強度高、耐磨性好,它的強度及耐磨性居所有纖維之首。   錦綸的缺點與滌綸一樣,吸濕性和通透性都較差。在乾燥環境下,錦綸易產生靜電,短纖維織物也易起毛、起球。錦綸的耐熱、耐光性都不夠好,熨燙承受溫度應控制在140℃以下。此外,錦綸的保形性差,用其做成的衣服不如滌綸挺括,易變形。但它可以隨身附體,是製做各種體形衫的好材料。   ■3.腈綸 腈綸是國內的商品名稱,其學名為聚丙烯腈纖維。國外又稱「奧綸」,「考特爾」,「德拉綸」等。   腈綸的外觀呈白色、捲曲、蓬鬆、手感柔軟,酷似羊毛,多用來和羊毛混紡或作為羊毛的代用品,故又被稱為「合成羊毛」。

腈綸固體紗

腈綸的吸濕性不夠好,但潤濕性卻比羊毛、絲纖維好。它的耐磨性是合成纖維中較差的,腈綸纖維的熨燙承受溫度在130℃以下。   ■4.維綸 維綸的學名為聚乙烯醇縮甲醛纖維。國外又稱「維尼綸」,「維納爾」等。   維綸潔白如雪,柔軟似棉,因而常被用作天然棉花的代用品,人稱「合成棉花」。維綸的吸濕性能是合成纖維中吸濕性能最好的。另外,維綸的耐磨性、耐光性、耐腐蝕性都較好。   ■5.氯綸 氯綸的學名為聚氯乙烯纖維。國外有「天美龍」,「羅維爾」之稱。   氯綸的優點較多,耐化學腐蝕性強;導熱性能比羊毛還差,因此,保溫性強;電絕緣性較高,難燃。另外,它還有一個突出的優點,即用它織成的內衣褲可治療風濕XX節炎或其它傷痛,而對皮膚無刺激性或損傷。   氯綸的缺點也比較突出,即耐熱性極差。   ■6.氨綸 氨綸的學名為聚氨酯彈性纖維,國外又稱「萊克拉」,「斯潘齊爾」等。它是一種具有特別的彈性性能的化學纖維,目前已工業化生產,並成為發展最快的一種彈性纖維。   氨綸彈性優異。而強度比乳膠絲高2~3倍,線密度也更細,並且更耐化學降解。氨綸的耐酸鹼性、耐汗、耐海水性、耐乾洗性、耐磨性均較好。   氨綸纖維一般不單獨使用,而是少量地摻入織物中,如與其它纖維合股或製成包芯紗,用於織制彈力織物。

按幾何形狀分

  (1)長絲:化學纖維加工中不切斷的纖維。長絲又分為單絲和復絲。   單絲:只有一根絲,透明、均勻、薄。   復絲:幾根單絲併合成絲條。   (2)短纖維:化學纖維在紡絲后加工中可以切斷成各種長度規格的纖維。   (3)異形纖維:改變噴絲頭形狀而制得的不同截面或空心的纖維。   ①、改變纖維彈性,抱合性與覆蓋能力,增加表面積,對光線的反XX性增強。   ②、特殊光澤。如五葉形、三角形。   ③、質輕、保暖、吸濕性好。如中空。   ④、減少靜電。   ⑤、改善起毛、起球性能,提高纖維摩擦係數,改善手感。   (4)複合纖維:將兩種或兩種以上的聚合體,以熔體或溶液的方式分別輸入同一噴絲頭,從同一紡絲孔中噴出而形成的纖維。又稱為雙組分或多組分纖維。複合纖維一般都具有三度空間的立體捲曲,體積高度蓬鬆,彈性好,抱合好,覆蓋能力好。特點是:   ①、結構不均勻。   ②、組分不均勻。   ③、膨脹不均勻。   (5)變形絲:經過變形加工的化纖紗或化纖絲。   ①、高彈滌綸絲:利用合纖的熱塑性加工,50~300%的伸長率。   ②、低彈滌綸絲:伸長率控制在35%以下。   ③、腈綸膨體紗;利用腈綸的熱彈性。熱拉伸——高收縮,收縮可達45~53%,與低收縮纖維混合紡紗,經蒸汽處理。

按照用途分

  (1)普通纖維:再生纖維與合成纖維。   (2)特種纖維:耐高溫纖維、高強力纖維、高模量纖維、耐輻XX纖維。   huɑxue xiɑnwei   化學纖維   chemical fiber   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   化學纖維的種類   人造纖維   合成纖維   普通合成纖維   特種纖維   改性纖維   無機纖維   化學纖維的結構   大分子結構   織態結構   序態   結晶形態   側序分佈   取向   表徵化學纖維性質的參數   ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━   用天然的或人工合成的高分子物質為原料製成的纖維。常見的紡織品,如粘膠布、 滌綸卡其、 錦綸絲襪、腈綸毛線以及丙綸地毯等,都是用化學纖維製成的。根據原料來源的不同化學纖維可以分為:①人造纖維,以天然高分子物質(如纖維素等)為原料,有粘膠纖維等;②合成纖維,以合成高分子物為原料,有滌綸等;③無機纖維,以無機物為原料,有玻璃纖維等。自從18世紀抽出第一根人工絲以來,化學纖維品種、成纖方法和紡絲工藝技術都有了很大的進展。   化學纖維的製備,通常是先把天然的或合成的高分子物或無機物製成紡絲熔體或溶液,然後經過過濾、計量,由噴絲頭(板)擠出成為液態細流,接著凝固而成纖維。此時的纖維稱為初生纖維。它的力學性能很差,不能直接應用,必須通過一系列后加工工序才能符合紡織加工和使用的要求。后加工主要是對纖維進行拉伸和熱定形,以提高纖維的力學性質和尺寸穩定性。拉伸是使初生纖維中大分子或結構單元沿著纖維軸取向;熱定形主要是使纖維中內應力鬆弛。濕紡纖維的后加工還包括水洗、上油、乾燥等工序。紡制長絲時,經過上述工序即可卷繞成筒;紡制短纖維時還須增加捲曲、切斷和打包工序。   化學纖維的種類   人造纖維 中國不僅是飼蠶制絲的發源地,從歷史記載看也是人工製造纖維最早的國家(參見中國化學纖維生產史)。人造纖維的主要品種有:①粘膠纖維1848年J.默塞發現棉纖維素被濃鹼液浸漬后,化學反應靈敏性增加。此後英國人C.克羅斯和E.貝文用二硫化碳與鹼纖維作用獲得溶解性纖維素黃酸酯,從而制得粘膠纖維。後來出現了離心罐式繞絲器,使粘膠纖維有了工業化生產的條件。②硝酸酯纖維,又稱硝酸人造絲。1855年,英國人將纖維素硝化后溶解成膠液並擠壓成絲。1884年,脫硝方法研究成功,硝酸法製造人造絲正式投產。③醋酯纖維,將棉短絨在以冰醋酸為主的試劑中醋化形成纖維素醋酸酯,溶解在三氯甲烷的漿液中經過紡絲獲得三醋酯纖維。如將纖維素醋酸酯局部皂化,則獲得溶於丙酮的纖維素醋酸酯,紡絲后所得纖維稱二醋酯纖維。④銅銨纖維,採用氫氧化四氨銅溶液作溶劑,將棉短絨溶解成漿液紡絲制得的人造絲。絲質精細優美,但成本較高。⑤人造蛋白質纖維,英國人最早研究從動物膠中提取蛋白製造人造蛋白纖維。1935年義大利有人試驗從牛乳中提取乳酪素,製成人造羊毛。此後,一些國家相繼以大豆蛋白花生蛋白制取人造纖維獲得成功。由於這類纖維的實用性能和製造成本存在問題,產量極少。   自從粘膠纖維工業化生產以來,隨著科學技術的發展,人造纖維的產量不斷增加、質量不斷提高。到了40年代末,各種人造纖維的世界總年產量已超過60萬噸其中粘膠纖維占84%。此後,又發展出幾種有突出性能的新型粘膠纖維。其中有:   ① 高濕模量纖維:結構接近於棉纖維,截面形狀接近於羊毛,濕態與干態的強度比達70%,吸水量小鹼溶性低。50年代初,日本石川正之改進粘膠纖維製備工藝條件,並將初生的濕絲條進行高倍拉伸,獲得高強度的粘膠纖維,取名為「虎木棉」。此後,比利時、瑞士和法國等相繼生產,制得一系列高強度、低延伸度和高濕模量的粘膠纖維,統稱波里諾西克。這種纖維兼具棉和粘膠纖維的優點。   ② 超強粘膠纖維:是一系列具有高強度、高韌性和抗疲勞等性能的粘膠纖維。這種纖維晶粒小、橫截面上皮層結構占60%以上,有的甚至達100%。因此,纖維的強度和抗疲勞性能都很高,可用於製造汽車輪胎帘子線。   ③ 永久捲曲粘膠纖維:利用粘膠纖維具有皮芯結構的特點,採用適當的工藝條件,使纖維橫截面形狀不對稱和皮層厚度分佈不均勻,在橫截面上產生不同的內應力,從而使纖維形成捲曲形態。   合成纖維 普通合成纖維 20世紀30年代中期合成纖維開始興起。聚氯乙烯纖維是最早的合成纖維(見含氯纖維)。以乙炔和鹽酸合成氯乙烯,然後經過聚合、紡絲製成纖維。德國最早的產品稱配采烏(PCU)。纖維的斷裂強度和延伸度近似於棉,干態和濕態的強度幾乎相等,耐水,抗腐蝕而且不易霉爛,對各種化學藥品的反應很穩定。耐燃燒是聚氯乙烯纖維的一個突出性質,但在75~80℃時易變形。聚氯乙烯纖維可以用作工業濾布、薄膜、包裝布、航海服以及游泳衣等。將聚氯乙烯繼續氯化,可使含氯量升至64%,這類高氯纖維商品名叫配采(PC),中國稱過氯乙烯纖維。其軟化點高於純聚氯乙烯纖維,短纖維適用於製做飛行員和消防員的防火服裝。普通合成纖維的品種很多,重要的有:   ① 聚酰胺纖維:中國稱錦綸,又稱尼龍。1939年美國人首先研製成功。由己二酸和己二胺縮水成鹽,再經縮聚、熔紡而成纖維。根據單體分子上碳原子的數目,這種纖維稱為聚酰胺66。由氨基己酸縮水生成己內酰胺,進一步開環聚合獲得的纖維稱聚酰胺6。這兩種纖維都具有優異的耐磨性,回彈性和耐多次變形性能廣泛用於製做襪子、內衣、運動衣、輪胎帘子線、工業帶材、漁網、軍用織物等。   ② 聚丙烯腈纖維:中國稱腈綸。50年代初出現以來發展很快。1950年工業化生產的產品為純聚丙烯腈長絲,因吸濕性差而染色困難,后經改進與烯基衍生物形成2元或3元共聚物,其中90%左右為丙烯腈,染色性能大為改善。腈綸廣泛用於製做絨線、針織物和毛毯。腈綸紡織物輕、松、柔軟、美觀,能長期經受較強紫外線集中照XX和煙氣污染,是目前最耐氣候老化的一種合成纖維織物,適用於作船篷、賬篷、船艙和露天堆置物的蓋布等。   ③ 聚酯纖維:中國稱滌綸。1940年由英國人J.溫菲爾德和J.迪克遜用對苯二甲酸和乙二醇為原料,在實驗室內研製成功,1941年正式生產。滌綸的拉伸性、回彈性和化學穩定性都很好。滌綸織物具有挺刮和易洗快幹的優點。滌綸的耐曬強度比錦綸好,能抗微生物和霉爛,耐蟲蛀,但吸濕性不及錦綸且染色困難。滌綸採用熔體紡絲,紡絲速度在1300米/分以下。後來有一種高速紡滌綸長絲紡速在3500米/分以上,不僅產量增加,而且由於纖維中大分子部分取向而使結構比較穩定,纖維便於運輸和貯藏。   ④ 聚烯烴纖維:是50年代發展的纖維,其中重要品種聚乙烯纖維是用石油裂解所得的乙烯副氣為原料製成的,中國商品名乙綸。乙綸織物可用作汽車裝飾布、傢具布、工廠濾布、船篷、繩索和漁網等。等規聚丙烯纖維是聚烯烴纖維中一個出色的品種簡稱聚丙烯纖維,中國商品名丙綸。義大利人G.納塔以三乙基鋁及四氯化鈦溶於四氫化萘中作為催化劑將丙烯進行聚合,使大分子具有立體規整性,由此獲得固體高結晶性的聚丙烯,可以製成性能優越的纖維。聚丙烯纖維吸濕率低,不能用常規方法染色常在聚合物里摻入顏料,熔態時捏和紡製成有色纖維。丙綸耐老化性能很差,必須添加防老化劑以改善其耐日光性能。丙綸可用作地毯、大面積的人工草坪、工業用濾布、工作服以及家用織物如蚊帳等,還可與其他纖維混紡製成各種針織物和機織物。   ⑤ 聚乙烯醇纖維:中國稱維綸。是以醋酸乙烯為原料進行聚合、醇解、紡絲,然後經縮甲醛而制得。維綸性質接近於棉,吸濕性比其他合成纖維高。主要產品為短纖維,用於製做漁網、 濾布、 帆布、輪胎帘子線、軟管織物、傳動帶以及工作服等。生產維綸的主要國家有日本、朝鮮和中國。維綸與聚氯乙烯纖維混紡的產品稱為維氯綸。   特種纖維 指具有耐腐蝕、耐高溫、難燃、高強度、高模量等一些特殊性能的新型合成纖維。特種纖維除作為紡織材料外,廣泛用於國防工業、航空航天、交通運輸、醫療衛生、海洋水產和通信等部門。主要品種有:   ① 耐腐蝕纖維:是用四氟乙烯聚合製成的含氟纖維1954年在美國試製成功,商品名特氟綸(Teflon),中國稱氟綸。聚四氟乙烯熔點327℃極難溶解,化學穩定性極好,在王水、酸液和濃鹼液中沸煮而不分解,除在高溫下經過高度氟化過的試劑外,幾乎不溶於任何溶劑。氟綸織物主要用作工業填料和濾布。   ② 耐高溫纖維:有聚間苯二甲酰間苯二胺纖維、聚酰亞胺纖維等種類,其熔點和軟化點高,長期使用溫度在200℃以上能保持良好的性能。   ③ 高強度高模量纖維:指強度大於10克/旦、模量大於200克/旦的合成纖維。如1968年美國研製的凱夫拉爾,是將聚對苯二甲酰對苯二胺製成液晶溶液,通過干-濕法紡絲製成的纖維,中國稱芳綸1414,可用作飛機輪胎帘子線和航天、航空器材的增強材料。以粘膠纖維、腈綸纖維、瀝青為原料經高溫碳化、石墨化可以得到高強度、高模量碳纖維。用碳纖維製成的複合材料,是製造宇宙飛船、火箭、導彈、飛機的結構材料,在原子能、冶金、化工等工業部門和體育運動器材方面也有廣泛的應用。   ④ 難燃纖維:如酚醛纖維、PTO纖維等在火焰中難燃,可用作防火耐熱帘子布、絕熱材料和濾材等。   ⑤ 彈性體纖維:斷裂伸長率在400%以上,拉伸外力除去后能快速恢複原來長度。彈性纖維的代表品種是聚氨酯纖維,中國稱氨綸。彈性纖維是由硬鏈段和軟鏈段嵌段共聚物製成的。軟鏈段賦予纖維高的伸長率,硬鏈段不發生形變,阻止分子間的相對滑移,因而賦予纖維較高的回彈性。彈性纖維可制緊身衣、游泳衣、鬆緊帶、襪子羅口、外科手術用襪等。   ⑥ 功能纖維:改變纖維形狀和結構使其具有某種特殊功能,例如將銅銨纖維或聚丙烯腈纖維製成中空形式,在醫療上可用作人工腎透析血液病毒的材料。聚酰胺66中空纖維用作海水淡化透析器,聚酯中空纖維用作濃縮、純化和分離各種氣體的反滲透器材等。   改性纖維 合成纖維雖然有良好的物理機械性質,但是由於表面光滑,吸水性、染色性差,織物的服用性能不及天然纖維織物。為使合成纖維具有天然纖維特色,50年代開展合成纖維改性研究,主要是用物理方法或化學方法改善合成纖維的吸濕、染色、抗靜電、抗燃、抗污、抗起球等性質,同時還增加了化學纖維的品種。   ① 化學改性:主要有接枝變性、共聚變性以及將原纖維經過化學處理變性等三種方法。   ② 物理改性:主要有通過改變噴絲孔形狀紡制的異形纖維;利用合成纖維的熱塑性,將伸直的纖維變為捲曲的變形纖維(如膨體紗和彈力絲);將兩類性質不同的高聚物流體從同一噴絲孔擠出而製成的複合纖維。   無機纖維 近代工業的發展需要耐高溫、高強度、電絕緣、耐腐蝕的特種材料,為此人們試制出一系列無機物纖維,如玻璃纖維、硅酸鋁纖維、硼纖維、鈦酸鉀纖維、陶瓷纖維、石英纖維、硅氧纖維等。玻璃纖維可用作防火焰、防腐蝕、防輻XX以及塑料增強材料,也是優良的電絕緣材料。鈦酸鉀、硅酸鋁纖維是1200℃高溫下的絕緣材料。   化學纖維的結構   大分子結構 化學纖維大多由分子量很高的高聚物製成,許多分子量不大、化學結構相同或不同的小分子稱為單體,經過縮聚或聚合反應串連成線形高聚物,就象一根有許多環節的鏈條,即為高分子:   A′-A-A……-A-A-A-A……-A-A-A″鏈中A為單體,A′及A″為末端基團。由A、B兩種或A、B、C三種化學組成不同的單體構成的高聚物稱作二元或三元共聚物。用二元或三元共聚物製成的纖維又稱做二元或三元共聚纖維。高分子的特徵是分子量很高,但其分子量W是一系列不同分子量的平均值。大分子中重複單元稱為鏈節,可以由一個或一個以上單體組成。構成分子鏈的鏈節的重複數目稱聚合度DP。纖維的平均分子量是鏈節的分子量A與聚合度的乘積,即W=A×DP。   由化學結構不同的高聚物製備的化學纖維,其分子量也不相同。如聚酰胺 6分子量為16000~22000,是由130~180多個己內酰胺單體組成的,DP=130~180。丙綸的分子量為180000~300000,是由4000個以上丙烯單體組成的DP=4000~7000。化學纖維中大分子伸展的平均長度為200~400毫微米。分子量越高,纖維的強度也越高。   製造化學纖維的大分子的一般要求是:線形能伸直,支鏈盡可能少,沒有龐大的側基,大分子間無化學鍵具有一定規律的化學結構和空間結構。大分子的化學結構對纖維性能有一定的影響。例如:大分子中含有共軛體系的纖維,其熔點高;含有鹵素的纖維難燃;含有親水基團的纖維吸濕性好。   織態結構 纖維是高分子物質,在空間構型上常是一個方向的長度大於其他兩向長度好多倍。集合幾個這樣的大分子構成一個組織單元,既可能成為晶體,也可能是無定形區。大分子長度可以貫穿一個或數個晶體組織和無定形區。連接多個分子的單元組織的集合體,稱做超分子,又名織態結構。纖維的各種性質和特徵,既和大分子的化學結構有聯繫,也在較大程度上和它的超分子結構有關。表徵纖維織態結構的因素有多種,重要的有:序態、結晶形態、側序分佈和取向。   序態 纖維中相鄰大分子的聚集狀態稱為序態。這種序態可以由紊亂的無定形態直到三維有序的結晶態,兩者在纖維中常同時存在。晶區由許多更小的微晶體構成,微晶體中最小的重複單位為晶胞。晶體的存在和它的特徵可以從 XXX線的衍XX圖譜中得到證實和說明。纖維中結晶與無定形的分佈形態及其對纖維宏觀性質的影響,是一個複雜而且尚不能十分肯定的問題,較有重要影響的學說有:   ① 兩相結構:它的基本概念是一些大分子的長度可以遠超過晶區或無定形區各自的長度,足夠把若幹個晶區和無定形區串連起來形成網路結構。粘膠人造纖維在溶液中的溶脹行為支持了這種論點,它是屬於分散的晶相和連續的無定形相所組成的例子。其他纖維如棉及苧麻等則屬於連續晶相和分散的無定形相的兩相結構。圖1 表示兩相結構的兩種模型,纓狀微胞模型中大分子可以穿過若干晶區和無定形區,而摺疊鏈纓狀微胞模型中大分子可以摺疊在一個晶區內,也可以穿過無定形區XX另一晶區摺疊。連結二個晶區的分子稱為縛結分子,它們的數量和形態對纖維的物理機械性質有重要的影響。   ② 單相結構:認為實際上有一些纖維的結晶不夠規整,不能視作真正的結晶,屬於過渡態的蘊晶(准晶),它們與以島嶼形式分散在無定形基質中的兩相結構不同,兩相不能截然分開,故稱單相結構。它們的實際結晶度和密度都低於理想結晶性纖維的結晶度和密度。染料和水的吸附作用都發生在無定形區內。   結晶形態 晶區在整個纖維中的百分含量為結晶度,結晶度的大小與纖維性質有直接關係,對纖維的物理機械和熱學性質影響尤大。纖維中結晶有多種不同形態。例如在聚酰胺、聚烯烴纖維的初生纖維中常出現球狀晶。這種初生纖維經過拉伸以後,球狀晶常被破壞變成其他晶型。纖維中晶型可能是單晶,例如在聚乙烯中以摺疊鏈狀組成的單晶型;也可能是由條帶狀摺疊鏈盤旋成的串晶;還可能是柱狀晶。   纖維中的晶區大小並不均衡一致,常呈一定的分佈。長度可由數十至一、二百埃,寬度則甚小。檢測晶體的XXX線衍XX譜上的衍XX點的寬度直接與晶區的寬度相關。   側序分佈 分子聚集成序垂直於大分子軸向的形狀稱為側序。側序最高的部分是微晶體,最低的部分是無定形。各種纖維的側序分佈都不相同。有些纖維的晶相和無定形相不能截然分離,應看作是由無定形到結晶同時存在的連續相。用這樣的側序分佈圖譜闡述它們的性質很容易理解。   通常測定側序分佈的方法是將試樣置於逐漸增加濃度或溫度的溶劑內,依次測定各物理量,如溶脹、溶解、收縮、吸附或吸收等性質的變化。凡側序較低的部分首先受到溶劑的影響而發生相應的變化。圖3 是纖維側序分佈的例子。   取向 以特定方向(如纖維軸向)為基準的纖維大分子作有序的排列狀態,稱為取向。纖維在成形拉伸過程中所形成的平行於軸向的取向稱單軸取向,纖維的性質在平行和垂直於軸向的兩個方向呈各向異性,例如偏振光在纖維上的折XX率、用直接染料染色的纖維的光吸收率和聲波傳播速度都呈各向異性。根據光折XX原理所測定的平行於纖維軸的折XX率與垂直於纖維軸的折XX率之差(即雙摺XX),是表示纖維取向度的一個重要指標。薄膜則可以兼有平行和垂直於軸的雙取向。   表徵化學纖維性質的參數 屬於形態方面的有:纖度(見支數)、截面形狀、長度、捲曲和折皺、光澤;屬於機械性質方面的有:斷裂強度和繼裂伸長度、彈性模量、耐疲勞性、耐磨性;屬於物理方面的有:耐熱性、耐光性、導電性、難燃或抗燃性、比重;屬於化學方面的有:纖維和水、酸、鹼、有機溶劑以及微生物等的作用性能。各種化學纖維分子結構和織態結構不同,反映化學纖維各方面性質的參數也不相同。

化纖工業發展情況

  中國雖然是全球最主要的紡織品輸出國,但同時也可以說是全球最主要的纖維消費國家。中國人造纖維的生產量70%~80%供應國內消費使用,但是在不斷的擴產增建下,中國的人造纖維的出口比例將會漸漸增加,預測至2020年全球的各種纖維需求量更將推升到9500萬公噸。未來纖維需求量增加的部分主要集中在中國大陸及東歐。

化學纖維發展

中國2004年人均纖維消費量為6.6公斤,尚低於全球人均7.5公斤的水平。目前中國服裝、服飾和工業用纖維所占比重構成為52∶27∶21,到2010年前後其結構比重將為49∶30∶21。   中國化纖產量在今後5至10年期間,化纖產量將以年均6.5%的速度增長,2007年中國化纖累計產量高達2388.89萬噸,較2006年增長18.04%。其中浙江省產量為977.11萬噸,所占比重為40.90%;江蘇省產量為803.35萬噸,所占比重為33.63%;福建省產量為137.69萬噸,所占比重為5.76%;山東、上海、廣東產量分別為78.89萬噸、51.48萬噸和50.42萬噸,所占比重分別為3.30%、2.15%和2.11%。2008年9月中國化學纖維產量為203.92萬噸,環比增加10.35萬噸,增長了5.35%;同比減少3.20萬噸,下降了1.54%。而2008年1-9月,中國化學纖維產量累計為1797.79萬噸,同比增加42.77萬噸,增長了2.44%。