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化学纤维知识大全

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化学纤维知识大全

化学纤维用天然的或人工合成的高分子物质为原料、经过化学或物理方法加工而制得的纤维的统称。因所用高分子化合物来源不同,可分为以天然高分子物质为原料的人造纤维和以合成高分子物质为原料的合成纤维。简称化纤

简介
  纤维的长短、粗细、白度、光泽等性质可以在生产过程中以调节。并分别具有耐光、耐磨、易洗易干、不霉烂、不被虫蛀等优点。广泛用于制造衣着织物、滤布、运输带、水龙带、绳索、渔网、电绝缘线、医疗缝线、轮胎帘子布和降落伞等。一般可将高分子化合物制成溶液或熔体,从喷丝头细孔中压出,再经凝固而成纤维。产品可以是连绵不断的长丝、截成一定长度的短纤维或未经切断的丝束等。化学纤维的商品名称,中国暂行规定合成短纤维一律名“纶”(例如,锦纶、涤纶),纤维素短纤维一律名“纤”(例如,粘纤、铜氨纤),长丝则在末尾加一“丝”字,或将“纶”、“纤”、改为“丝”。 
化学纤维概念
  化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料,经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。 
化学纤维分类
  化学纤维又分为两大类: 
人造纤维
  以天然高分子化合物(如纤维素)为原料制成的化学纤维,如粘胶纤维、醋酯纤维。人造纤维主要有粘胶纤维、硝酸酯纤维、醋酯纤维、铜铵纤维和人造蛋白纤维等,其中粘胶纤维又分普通粘胶纤维和有突出性能的新型粘胶纤维(如高湿模量纤维、超强粘胶纤维和永久卷曲粘胶纤维等)。 
  以人工合成的高分子化合物为原料制成的化学纤维,如聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维。化学纤维具有强度高、耐磨、密度小、弹性好、不发霉、不怕虫蛀、易洗快干等优点,但其缺点是染色性较差、静电大、耐光和耐候性差、吸水性差。 
  合成纤维主要有聚酰胺6纤维(中国称锦纶或尼龙6),聚丙烯腈纤维(中国称腈纶),聚酯纤维(中国称涤纶),聚丙烯纤维(中国称丙纶),聚乙烯醇缩甲醛纤维(中国称维纶)以及特种纤维(包括用四氟乙烯聚合制成的耐腐蚀纤维,耐200℃以上温度的耐高温纤维,强度大于10克/旦、模量大于200克/旦的高强度、高模量纤维,以及难燃纤维、弹性体纤维、功能纤维等)。20世纪50年代开展合成纤维的改性研究,主要是用物理或化学方法改善合成纤维的吸湿、染色、抗静电、抗燃、抗污、抗起球等性质,同时还增加了化学纤维的品种。 
制备
  化学纤维的制备,通常是先把天然的或合成的高分子物质或无机物制成纺丝熔体或溶液,然后经过过滤、计量,由喷丝头(板)挤出成为液态细流,接着凝固而成纤维。此时的纤维称为初生纤维,它的力学性能很差,必须经过一系列后加工工序才能符合纺织加工和使用要求。后加工主要针对纤维进行拉伸和热定形,以提高纤维的力学性能和尺寸稳定性。拉伸是使初生纤维中大分子或结构单元沿着纤维轴取向;热定形主要是使纤维中内应力松弛。湿纺纤维的后加工还包括水洗、上油、干燥等工序。纺制长丝时,经上述工序即可卷绕成筒;纺制短纤维时还须增加卷曲、切断和打包等工序。用来生产纺织品的原料中,以棉、麻、丝、毛(羊毛)的历史最悠久。但是天然资源毕竟有限,棉花的产量约有50千克/公顷,养蚕吐丝也要种桑树,增产羊毛则要发展畜牧业。因此,化学家开始研究,利用价格更便宜、来源更丰富的原料来纺纱织布,它们便是化学纤维。 
种类
根据原料来源的不同来分
  (一)再生纤维 
  再生纤维的生产是受了蚕吐丝的启发,用纤维素和蛋白质等天然高分子化合物为原料,经化学加工制成高分子浓溶液,再经纺丝和后处理而制得的纺织纤维。    
再生纤维网眼布面料
  ■1.再生纤维素纤维 用天然纤维素为原料的再生纤维,由于它的化学组成和天然纤维素相同而物理结构已经改变,所以称再生纤维素纤维。 
  粘胶纤维是以天然棉短绒、木材为原料制成的,它具有以下几个突出的优点。 
  (1)手感柔软光泽好,粘胶纤维像棉纤维一样柔软,丝纤维一样光滑。 
  (2)吸湿性、透气性良好,粘胶纤维的基本化学成份与棉纤维相同,因此,它的一些性能和棉纤维接近,不同的是它的吸湿性与透气性比棉纤维好,可以说它是所有化学纤维中吸湿性与透气性最好的一种。 
  (3)染色性能好,由于粘胶纤维吸湿性较强,所以粘胶纤维比棉纤维更容易上色,色彩纯正、艳丽,色谱也最齐全。 
  粘胶纤维最大的缺点是湿牢度差,弹性也较差,织物易折皱且不易恢复;耐酸、耐碱性也不如棉纤维。 
  ■2.富强纤维 俗称虎木棉、强力人造棉。它是变性的粘胶纤维。 
  富强纤维同普通粘胶纤维(即人造棉、人造毛、人造丝)比较起来,有以下几个主要特点: 
  (1)强度大,也就是说富强纤维织物比粘胶纤维织物结实耐穿。 
  (2)缩水率小,富强纤维的缩水率比粘胶纤维小1倍。    
  (3)弹性好,用富强纤维制做的衣服比较板整,耐折皱性比粘胶纤维好。 
  (4)耐碱性好,由于富强纤维的耐碱性比粘胶纤维好,因此富强纤维织物在洗涤中对肥皂等洗涤剂的选择就不像粘胶纤维那样严格。 
  (二)合成纤维 
  合成纤维是由合成的高分子化合物制成的,常用的合成纤维有涤纶、锦纶、腈纶、氯纶、维纶、氨纶等。 
  ■1.涤纶 涤纶的学名叫聚对苯二甲酸乙二酯,简称聚酯纤维。涤纶是我国的商品名称,国外有称“大可纶”,“特利纶”,“帝特纶”等。 
  涤纶由于原料易得、性能优异、用途广泛、发展非常迅速,现在的产量已居化学纤维的首位。    
涤纶最大的特点是它的弹性比任何纤维都强;强度和耐磨性较好,由它纺织的面料不但牢度比其它纤维高出3~4倍,而且挺括、不易变形,有“免烫”的美称;涤纶的耐热性也是较强的;具有较好的化学稳定性,在正常温度下,都不会与弱酸、弱碱、氧化剂发生作用。 
  缺点是吸湿性极差,由它纺织的面料穿在身上发闷、不透气。另外,由于纤维表面光滑,纤维之间的抱合力差,经常摩擦之处易起毛、结球。 
  ■2.锦纶 锦纶是我国的商品名称,它的学名叫聚酰胺纤维;有锦纶-66,锦纶-1010,锦纶-6等不同品种。锦纶在国外的商品名又称“尼龙”,“耐纶”,“卡普纶”,“阿米纶”等。锦纶是世界上最早的合成纤维品种,由于性能优良,原料资源丰富,因此一直是合成纤维产量最高的品种。直到1970年以后,由于聚酯纤维的迅速发展,才退居合成纤维的第二位。 
  锦纶的最大特点是强度高、耐磨性好,它的强度及耐磨性居所有纤维之首。 
  锦纶的缺点与涤纶一样,吸湿性和通透性都较差。在干燥环境下,锦纶易产生静电,短纤维织物也易起毛、起球。锦纶的耐热、耐光性都不够好,熨烫承受温度应控制在140℃以下。此外,锦纶的保形性差,用其做成的衣服不如涤纶挺括,易变形。但它可以随身附体,是制做各种体形衫的好材料。 
  ■3.腈纶 腈纶是国内的商品名称,其学名为聚丙烯腈纤维。国外又称“奥纶”,“考特尔”,“德拉纶”等。 
  腈纶的外观呈白色、卷曲、蓬松、手感柔软,酷似羊毛,多用来和羊毛混纺或作为羊毛的代用品,故又被称为“合成羊毛”。    
腈纶固体纱
腈纶的吸湿性不够好,但润湿性却比羊毛、丝纤维好。它的耐磨性是合成纤维中较差的,腈纶纤维的熨烫承受温度在130℃以下。 
  ■4.维纶 维纶的学名为聚乙烯醇缩甲醛纤维。国外又称“维尼纶”,“维纳尔”等。 
  维纶洁白如雪,柔软似棉,因而常被用作天然棉花的代用品,人称“合成棉花”。维纶的吸湿性能是合成纤维中吸湿性能最好的。另外,维纶的耐磨性、耐光性、耐腐蚀性都较好。 
  ■5.氯纶 氯纶的学名为聚氯乙烯纤维。国外有“天美龙”,“罗维尔”之称。 
  氯纶的优点较多,耐化学腐蚀性强;导热性能比羊毛还差,因此,保温性强;电绝缘性较高,难燃。另外,它还有一个突出的优点,即用它织成的内衣裤可治疗风湿性关节炎或其它伤痛,而对皮肤无刺激性或损伤。 
  氯纶的缺点也比较突出,即耐热性极差。 
  ■6.氨纶 氨纶的学名为聚氨酯弹性纤维,国外又称“莱克拉”,“斯潘齐尔”等。它是一种具有特别的弹性性能的化学纤维,目前已工业化生产,并成为发展最快的一种弹性纤维。 
  氨纶弹性优异。而强度比乳胶丝高2~3倍,线密度也更细,并且更耐化学降解。氨纶的耐酸碱性、耐汗、耐海水性、耐干洗性、耐磨性均较好。 
  氨纶纤维一般不单独使用,而是少量地掺入织物中,如与其它纤维合股或制成包芯纱,用于织制弹力织物。 
按几何形状分
  (1)长丝:化学纤维加工中不切断的纤维。长丝又分为单丝和复丝。 
  单丝:只有一根丝,透明、均匀、薄。 
  复丝:几根单丝并合成丝条。 
  (2)短纤维:化学纤维在纺丝后加工中可以切断成各种长度规格的纤维。 
  (3)异形纤维:改变喷丝头形状而制得的不同截面或空心的纤维。 
  ①、改变纤维弹性,抱合性与覆盖能力,增加表面积,对光线的反射性增强。 
  ②、特殊光泽。如五叶形、三角形。 
  ③、质轻、保暖、吸湿性好。如中空。 
  ④、减少静电。 
  ⑤、改善起毛、起球性能,提高纤维摩擦系数,改善手感。 
  (4)复合纤维:将两种或两种以上的聚合体,以熔体或溶液的方式分别输入同一喷丝头,从同一纺丝孔中喷出而形成的纤维。又称为双组分或多组分纤维。复合纤维一般都具有三度空间的立体卷曲,体积高度蓬松,弹性好,抱合好,覆盖能力好。特点是: 
  ①、结构不均匀。 
  ②、组分不均匀。 
  ③、膨胀不均匀。 
  (5)变形丝:经过变形加工的化纤纱或化纤丝。 
  ①、高弹涤纶丝:利用合纤的热塑性加工,50~300%的伸长率。 
  ②、低弹涤纶丝:伸长率控制在35%以下。 
  ③、腈纶膨体纱;利用腈纶的热弹性。热拉伸——高收缩,收缩可达45~53%,与低收缩纤维混合纺纱,经蒸汽处理。 
按照用途分
  (1)普通纤维:再生纤维与合成纤维。 
  (2)特种纤维:耐高温纤维、高强力纤维、高模量纤维、耐辐射纤维。 
  huɑxue xiɑnwei 
  化学纤维 
  chemical fibre 
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  化学纤维的种类 
  人造纤维 
  合成纤维 
  普通合成纤维 
  特种纤维 
  改性纤维 
  无机纤维 
  化学纤维的结构 
  大分子结构 
  织态结构 
  序态 
  结晶形态 
  侧序分布 
  取向 
  表征化学纤维性质的参数 
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  用天然的或人工合成的高分子物质为原料制成的纤维。常见的纺织品,如粘胶布、 涤纶卡其、 锦纶丝袜、腈纶毛线以及丙纶地毯等,都是用化学纤维制成的。根据原料来源的不同,化学纤维可以分为:①人造纤维,以天然高分子物质(如纤维素等)为原料,有粘胶纤维等;②合成纤维,以合成高分子物为原料,有涤纶等;③无机纤维,以无机物为原料,有玻璃纤维等。自从18世纪抽出第一根人工丝以来,化学纤维品种、成纤方法和纺丝工艺技术都有了很大的进展。 
  化学纤维的制备,通常是先把天然的或合成的高分子物或无机物制成纺丝熔体或溶液,然后经过过滤、计量,由喷丝头(板)挤出成为液态细流,接着凝固而成纤维。此时的纤维称为初生纤维。它的力学性能很差,不能直接应用,必须通过一系列后加工工序才能符合纺织加工和使用的要求。后加工主要是对纤维进行拉伸和热定形,以提高纤维的力学性质和尺寸稳定性。拉伸是使初生纤维中大分子或结构单元沿着纤维轴取向;热定形主要是使纤维中内应力松弛。湿纺纤维的后加工还包括水洗、上油、干燥等工序。纺制长丝时,经过上述工序即可卷绕成筒;纺制短纤维时还须增加卷曲、切断和打包工序。 
  化学纤维的种类 
  人造纤维 中国不仅是饲蚕制丝的发源地,从历史记载看也是人工制造纤维最早的国家(参见中国化学纤维生产史)。人造纤维的主要品种有:①粘胶纤维,1848年J.默塞发现棉纤维素被浓碱液浸渍后,化学反应灵敏性增加。此后英国人C.克罗斯和E.贝文用二硫化碳与碱纤维作用获得溶解性纤维素黄酸酯,从而制得粘胶纤维。后来出现了离心罐式绕丝器,使粘胶纤维有了工业化生产的条件。②硝酸酯纤维,又称硝酸人造丝。1855年,英国人将纤维素硝化后溶解成胶液并挤压成丝。1884年,脱硝方法研究成功,硝酸法制造人造丝正式投产。③醋酯纤维,将棉短绒在以冰醋酸为主的试剂中醋化形成纤维素醋酸酯,溶解在三氯甲烷的浆液中,经过纺丝获得三醋酯纤维。如将纤维素醋酸酯局部皂化,则获得溶于丙酮的纤维素醋酸酯,纺丝后所得纤维称二醋酯纤维。④铜铵纤维,采用氢氧化四氨铜溶液作溶剂,将棉短绒溶解成浆液纺丝制得的人造丝。丝质精细优美,但成本较高。⑤人造蛋白质纤维,英国人最早研究从动物胶中提取蛋白制造人造蛋白纤维。1935年意大利有人试验从牛乳中提取乳酪素,制成人造羊毛。此后,一些国家相继以大豆蛋白、花生蛋白制取人造纤维获得成功。由于这类纤维的实用性能和制造成本存在问题,产量极少。 
  自从粘胶纤维工业化生产以来,随着科学技术的发展,人造纤维的产量不断增加、质量不断提高。到了40年代末,各种人造纤维的世界总年产量已超过60万吨,其中粘胶纤维占84%。此后,又发展出几种有突出性能的新型粘胶纤维。其中有: 
  ① 高湿模量纤维:结构接近于棉纤维,截面形状接近于羊毛,湿态与干态的强度比达70%,吸水量小,碱溶性低。50年代初,日本石川正之改进粘胶纤维制备工艺条件,并将初生的湿丝条进行高倍拉伸,获得高强度的粘胶纤维,取名为“虎木棉”。此后,比利时、瑞士和法国等相继生产,制得一系列高强度、低延伸度和高湿模量的粘胶纤维,统称波里诺西克。这种纤维兼具棉和粘胶纤维的优点。 
  ② 超强粘胶纤维:是一系列具有高强度、高韧性和抗疲劳等性能的粘胶纤维。这种纤维晶粒小、横截面上皮层结构占60%以上,有的甚至达100%。因此,纤维的强度和抗疲劳性能都很高,可用于制造汽车轮胎帘子线。 
  ③ 永久卷曲粘胶纤维:利用粘胶纤维具有皮芯结构的特点,采用适当的工艺条件,使纤维横截面形状不对称和皮层厚度分布不均匀,在横截面上产生不同的内应力,从而使纤维形成卷曲形态。 
  合成纤维 普通合成纤维 20世纪30年代中期合成纤维开始兴起。聚氯乙烯纤维是最早的合成纤维(见含氯纤维)。以乙炔和盐酸合成氯乙烯,然后经过聚合、纺丝制成纤维。德国最早的产品称配采乌(PCU)。纤维的断裂强度和延伸度近似于棉,干态和湿态的强度几乎相等,耐水,抗腐蚀而且不易霉烂,对各种化学药品的反应很稳定。耐燃烧是聚氯乙烯纤维的一个突出性质,但在75~80℃时易变形。聚氯乙烯纤维可以用作工业滤布、薄膜、包装布、航海服以及游泳衣等。将聚氯乙烯继续氯化,可使含氯量升至64%,这类高氯纤维商品名叫配采(PC),中国称过氯乙烯纤维。其软化点高于纯聚氯乙烯纤维,短纤维适用于制做飞行员和消防员的防火服装。普通合成纤维的品种很多,重要的有: 
  ① 聚酰胺纤维:中国称锦纶,又称尼龙。1939年美国人首先研制成功。由己二酸和己二胺缩水成盐,再经缩聚、熔纺而成纤维。根据单体分子上碳原子的数目,这种纤维称为聚酰胺66。由氨基己酸缩水生成己内酰胺,进一步开环聚合获得的纤维,称聚酰胺6。这两种纤维都具有优异的耐磨性,回弹性和耐多次变形性能,广泛用于制做袜子、内衣、运动衣、轮胎帘子线、工业带材、渔网、军用织物等。 
  ② 聚丙烯腈纤维:中国称腈纶。50年代初出现以来发展很快。1950年工业化生产的产品为纯聚丙烯腈长丝,因吸湿性差而染色困难,后经改进与烯基衍生物形成2元或3元共聚物,其中90%左右为丙烯腈,染色性能大为改善。腈纶广泛用于制做绒线、针织物和毛毯。腈纶纺织物轻、松、柔软、美观,能长期经受较强紫外线集中照射和烟气污染,是目前最耐气候老化的一种合成纤维织物,适用于作船篷、账篷、船舱和露天堆置物的盖布等。 
  ③ 聚酯纤维:中国称涤纶。1940年由英国人J.温菲尔德和J.迪克逊用对苯二甲酸和乙二醇为原料,在实验室内研制成功,1941年正式生产。涤纶的拉伸性、回弹性和化学稳定性都很好。涤纶织物具有挺刮和易洗快干的优点。涤纶的耐晒强度比锦纶好,能抗微生物和霉烂,耐虫蛀,但吸湿性不及锦纶,且染色困难。涤纶采用熔体纺丝,纺丝速度在1300米/分以下。后来有一种高速纺涤纶长丝,纺速在3500米/分以上,不仅产量增加,而且由于纤维中大分子部分取向而使结构比较稳定,纤维便于运输和贮藏。 
  ④ 聚烯烃纤维:是50年代发展的纤维,其中重要品种聚乙烯纤维是用石油裂解所得的乙烯副气为原料制成的,中国商品名乙纶。乙纶织物可用作汽车装饰布、家具布、工厂滤布、船篷、绳索和渔网等。等规聚丙烯纤维是聚烯烃纤维中一个出色的品种,简称聚丙烯纤维,中国商品名丙纶。意大利人G.纳塔以三乙基铝及四氯化钛溶于四氢化萘中作为催化剂将丙烯进行聚合,使大分子具有立体规整性,由此获得固体高结晶性的聚丙烯,可以制成性能优越的纤维。聚丙烯纤维吸湿率低,不能用常规方法染色,常在聚合物里掺入颜料,熔态时捏和纺制成有色纤维。丙纶耐老化性能很差,必须添加防老化剂以改善其耐日光性能。丙纶可用作地毯、大面积的人工草坪、工业用滤布、工作服以及家用织物如蚊帐等,还可与其他纤维混纺制成各种针织物和机织物。 
  ⑤ 聚乙烯醇纤维:中国称维纶。是以醋酸乙烯为原料进行聚合、醇解、纺丝,然后经缩甲醛而制得。维纶性质接近于棉,吸湿性比其他合成纤维高。主要产品为短纤维,用于制做渔网、 滤布、 帆布、轮胎帘子线、软管织物、传动带以及工作服等。生产维纶的主要国家有日本、朝鲜和中国。维纶与聚氯乙烯纤维混纺的产品称为维氯纶。 
  特种纤维 指具有耐腐蚀、耐高温、难燃、高强度、高模量等一些特殊性能的新型合成纤维。特种纤维除作为纺织材料外,广泛用于国防工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、海洋水产和通信等部门。主要品种有: 
  ① 耐腐蚀纤维:是用四氟乙烯聚合制成的含氟纤维,1954年在美国试制成功,商品名特氟纶(Teflon),中国称氟纶。聚四氟乙烯熔点327℃,极难溶解,化学稳定性极好,在王水、酸液和浓碱液中沸煮而不分解,除在高温下经过高度氟化过的试剂外,几乎不溶于任何溶剂。氟纶织物主要用作工业填料和滤布。 
  ② 耐高温纤维:有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰亚胺纤维等种类,其熔点和软化点高,长期使用温度在200℃以上能保持良好的性能。 
  ③ 高强度高模量纤维:指强度大于10克/旦、模量大于200克/旦的合成纤维。如1968年美国研制的凯夫拉尔,是将聚对苯二甲酰对苯二胺制成液晶溶液,通过干-湿法纺丝制成的纤维,中国称芳纶1414,可用作飞机轮胎帘子线和航天、航空器材的增强材料。以粘胶纤维、腈纶纤维、沥青为原料经高温碳化、石墨化可以得到高强度、高模量碳纤维。用碳纤维制成的复合材料,是制造宇宙飞船、火箭、导弹、飞机的结构材料,在原子能、冶金、化工等工业部门和体育运动器材方面也有广泛的应用。 
  ④ 难燃纤维:如酚醛纤维、PTO纤维等,在火焰中难燃,可用作防火耐热帘子布、绝热材料和滤材等。 
  ⑤ 弹性体纤维:断裂伸长率在400%以上,拉伸外力除去后能快速恢复原来长度。弹性纤维的代表品种是聚氨酯纤维,中国称氨纶。弹性纤维是由硬链段和软链段嵌段共聚物制成的。软链段赋予纤维高的伸长率,硬链段不发生形变,阻止分子间的相对滑移,因而赋予纤维较高的回弹性。弹性纤维可制紧身衣、游泳衣、松紧带、袜子罗口、外科手术用袜等。 
  ⑥ 功能纤维:改变纤维形状和结构使其具有某种特殊功能,例如将铜铵纤维或聚丙烯腈纤维制成中空形式,在医疗上可用作人工肾透析血液病毒的材料。聚酰胺66中空纤维用作海水淡化透析器,聚酯中空纤维用作浓缩、纯化和分离各种气体的反渗透器材等。 
  改性纤维 合成纤维虽然有良好的物理机械性质,但是由于表面光滑,吸水性、染色性差,织物的服用性能不及天然纤维织物。为使合成纤维具有天然纤维特色,50年代开展合成纤维改性研究,主要是用物理方法或化学方法改善合成纤维的吸湿、染色、抗静电、抗燃、抗污、抗起球等性质,同时还增加了化学纤维的品种。 
  ① 化学改性:主要有接枝变性、共聚变性以及将原纤维经过化学处理变性等三种方法。 
  ② 物理改性:主要有通过改变喷丝孔形状纺制的异形纤维;利用合成纤维的热塑性,将伸直的纤维变为卷曲的变形纤维(如膨体纱和弹力丝);将两类性质不同的高聚物流体从同一喷丝孔挤出而制成的复合纤维。 
  无机纤维 近代工业的发展需要耐高温、高强度、电绝缘、耐腐蚀的特种材料,为此人们试制出一系列无机物纤维,如玻璃纤维、硅酸铝纤维、硼纤维、钛酸钾纤维、陶瓷纤维、石英纤维、硅氧纤维等。玻璃纤维可用作防火焰、防腐蚀、防辐射以及塑料增强材料,也是优良的电绝缘材料。钛酸钾、硅酸铝纤维是1200℃高温下的绝缘材料。 
  化学纤维的结构 
  大分子结构 化学纤维大多由分子量很高的高聚物制成,许多分子量不大、化学结构相同或不同的小分子称为单体,经过缩聚或聚合反应串连成线形高聚物,就象一根有许多环节的链条,即为高分子: 
  A′-A-A……-A-A-A-A……-A-A-A″链中A为单体,A′及A″为末端基团。 由A、B两种或A、B、C三种化学组成不同的单体构成的高聚物,称作二元或三元共聚物。用二元或三元共聚物制成的纤维又称做二元或三元共聚纤维。高分子的特征是分子量很高,但其分子量W是一系列不同分子量的平均值。 大分子中重复单元称为链节,可以由一个或一个以上单体组成。构成分子链的链节的重复数目称聚合度DP。纤维的平均分子量是链节的分子量A与聚合度的乘积,即W=A×DP。 
  由化学结构不同的高聚物制备的化学纤维,其分子量也不相同。如聚酰胺 6分子量为16000~22000,是由130~180多个己内酰胺单体组成的,DP=130~180。丙纶的分子量为180000~300000,是由4000个以上丙烯单体组成的,DP=4000~7000。化学纤维中大分子伸展的平均长度为200~400毫微米。分子量越高,纤维的强度也越高。 
  制造化学纤维的大分子的一般要求是:线形能伸直,支链尽可能少,没有庞大的侧基,大分子间无化学键,具有一定规律的化学结构和空间结构。大分子的化学结构对纤维性能有一定的影响。例如:大分子中含有共轭体系的纤维,其熔点高;含有卤素的纤维难燃;含有亲水基团的纤维吸湿性好。 
  织态结构 纤维是高分子物质,在空间构型上常是一个方向的长度大于其他两向长度好多倍。集合几个这样的大分子构成一个组织单元,既可能成为晶体,也可能是无定形区。大分子长度可以贯穿一个或数个晶体组织和无定形区。连接多个分子的单元组织的集合体,称做超分子,又名织态结构。纤维的各种性质和特征,既和大分子的化学结构有联系,也在较大程度上和它的超分子结构有关。表征纤维织态结构的因素有多种,重要的有:序态、结晶形态、侧序分布和取向。 
  序态 纤维中相邻大分子的聚集状态称为序态。这种序态可以由紊乱的无定形态直到三维有序的结晶态,两者在纤维中常同时存在。晶区由许多更小的微晶体构成,微晶体中最小的重复单位为晶胞。晶体的存在和它的特征可以从 X射线的衍射图谱中得到证实和说明。纤维中结晶与无定形的分布形态及其对纤维宏观性质的影响,是一个复杂而且尚不能十分肯定的问题,较有重要影响的学说有: 
  ① 两相结构:它的基本概念是一些大分子的长度可以远超过晶区或无定形区各自的长度,足够把若干个晶区和无定形区串连起来形成网络结构。粘胶人造纤维在溶液中的溶胀行为支持了这种论点,它是属于分散的晶相和连续的无定形相所组成的例子。其他纤维如棉及苎麻等则属于连续晶相和分散的无定形相的两相结构。图1 表示两相结构的两种模型,缨状微胞模型中大分子可以穿过若干晶区和无定形区,而折叠链缨状微胞模型中大分子可以折叠在一个晶区内,也可以穿过无定形区进入另一晶区折叠。连结二个晶区的分子称为缚结分子,它们的数量和形态对纤维的物理机械性质有重要的影响。 
  ② 单相结构:认为实际上有一些纤维的结晶不够规整,不能视作真正的结晶,属于过渡态的蕴晶(准晶),它们与以岛屿形式分散在无定形基质中的两相结构不同,两相不能截然分开,故称单相结构。它们的实际结晶度和密度都低于理想结晶性纤维的结晶度和密度。染料和水的吸附作用都发生在无定形区内。 
  结晶形态 晶区在整个纤维中的百分含量为结晶度,结晶度的大小与纤维性质有直接关系,对纤维的物理机械和热学性质影响尤大。纤维中结晶有多种不同形态。例如在聚酰胺、聚烯烃纤维的初生纤维中常出现球状晶。这种初生纤维经过拉伸以后,球状晶常被破坏,变成其他晶型。纤维中晶型可能是单晶,例如在聚乙烯中以折叠链状组成的单晶型;也可能是由条带状折叠链盘旋成的串晶;还可能是柱状晶。 
  纤维中的晶区大小并不均衡一致,常呈一定的分布。长度可由数十至一、二百埃,宽度则甚小。检测晶体的X射线衍射谱上的衍射点的宽度直接与晶区的宽度相关。 
  侧序分布 分子聚集成序垂直于大分子轴向的形状称为侧序。侧序最高的部分是微晶体,最低的部分是无定形。各种纤维的侧序分布都不相同。有些纤维的晶相和无定形相不能截然分离,应看作是由无定形到结晶同时存在的连续相。用这样的侧序分布图谱阐述它们的性质很容易理解。 
  通常测定侧序分布的方法是将试样置于逐渐增加浓度或温度的溶剂内,依次测定各物理量,如溶胀、溶解、收缩、吸附或吸收等性质的变化。凡侧序较低的部分首先受到溶剂的影响而发生相应的变化。图3 是纤维侧序分布的例子。 
  取向 以特定方向(如纤维轴向)为基准的纤维大分子作有序的排列状态,称为取向。纤维在成形拉伸过程中所形成的平行于轴向的取向称单轴取向,纤维的性质在平行和垂直于轴向的两个方向呈各向异性,例如偏振光在纤维上的折射率、用直接染料染色的纤维的光吸收率和声波传播速度都呈各向异性。根据光折射原理所测定的平行于纤维轴的折射率与垂直于纤维轴的折射率之差(即双折射),是表示纤维取向度的一个重要指标。薄膜则可以兼有平行和垂直于轴的双取向。 
  表征化学纤维性质的参数 属于形态方面的有:纤度(见支数)、截面形状、长度、卷曲和折皱、光泽;属于机械性质方面的有:断裂强度和继裂伸长度、弹性模量、耐疲劳性、耐磨性;属于物理方面的有:耐热性、耐光性、导电性、难燃或抗燃性、比重;属于化学方面的有:纤维和水、酸、碱、有机溶剂以及微生物等的作用性能。各种化学纤维分子结构和织态结构不同,反映化学纤维各方面性质的参数也不相同。 
化纤工业发展情况
  我国虽然是全球最主要的纺织品输出国,但同时也可以说是全球最主要的纤维消费国家。我国人造纤维的生产量70%~80%供应国内消费使用,但是在不断的扩产增建下,我国的人造纤维的出口比例将会渐渐增加,预测至2020年全球的各种纤维需求量更将推升到9500万公吨。未来纤维需求量增加的部分主要集中在我国大陆及东欧。    
  我国2004年人均纤维消费量为6.6公斤,尚低于全球人均7.5公斤的水平。目前我国服装、服饰和工业用纤维所占比重构成为52∶27∶21,到2010年前后其结构比重将为49∶30∶21。 
  中国化纤产量在今后5至10年期间,化纤产量将以年均6.5%的速度增长,2007年我国化纤累计产量高达2388.89万吨,较2006年增长18.04%。其中浙江省产量为977.11万吨,所占比重为40.90%;江苏省产量为803.35万吨,所占比重为33.63%;福建省产量为137.69万吨,所占比重为5.76%;山东、上海、广东产量分别为78.89万吨、51.48万吨和50.42万吨,所占比重分别为3.30%、2.15%和2.11%。2008年9月我国化学纤维产量为203.92万吨,环比增加10.35万吨,增长了5.35%;同比减少3.20万吨,下降了1.54%。而2008年1-9月,我国化学纤维产量累计为1797.79万吨,同比增加42.77万吨,增长了2.44%。
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