化學纖維

化學纖維

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、紡絲和後處理等工序製得的具有紡織性能的纖維。纖維的長短、粗細、白度、光澤等性質可以在生產過程中加以調節。並分別具有耐光、耐磨、易洗易乾、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、截成一定長度的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”。

基本信息

種類

按來源分

(一)再生纖維

再生纖維網眼布面料再生纖維網眼布面料

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,再經紡絲和後處理而製得的紡織纖維。

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,富強纖維的縮水率是粘膠纖維的一半。

富強纖維富強纖維

(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。

李蘇合成纖維李蘇合成纖維

滌綸由於原料易得、性能優異、用途廣泛、發展非常迅速,產量已居化學纖維的首位。

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,它的學名叫聚醯胺纖維;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。

腈綸固體紗腈綸固體紗

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性關節炎或其它傷痛,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,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:化學纖維在紡絲後加工中可以切斷成各種長度規格的纖維。

(3)異形纖維:改變噴絲頭形狀而製得的不同截面或空心的纖維。

①、改變纖維彈性,抱合性與復蓋能力,增加表面積,對光線的反射性增強。

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,復蓋能力好。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、耐輻射纖維。

huɑxue xiɑnwei

化學纖維

chemical fiber

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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

側序分布

取向

表征化學纖維性質的參數

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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後,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,從而製得粘膠纖維。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後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,紡絲後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製得的人造絲。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、花生蛋白製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,濕態與乾態的強度比達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,製得一系列高強度、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布不均勻,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,乾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聚醯胺纖維: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,這種纖維稱為聚醯胺66。由氨基己酸縮水生成己內醯胺,進一步開環聚合獲得的纖維稱聚醯胺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,後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射和煙氣污染,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乾的優點。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、家具布、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,然後經縮甲醛而製得。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:有聚間苯二甲醯間苯二胺纖維、聚醯亞胺纖維等種類,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,是將聚對苯二甲醯對苯二胺製成液晶溶液,通過乾-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、飛彈、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套用。

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,拉伸外力除去後能快速恢復原來長度。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。聚醯胺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,為此人們試製出一系列無機物纖維,如玻璃纖維、矽酸鋁纖維、硼纖維、鈦酸鉀纖維、陶瓷纖維、石英纖維、矽氧纖維等。玻璃纖維可用作防火焰、防腐蝕、防輻射以及塑膠增強材料,也是優良的電絕緣材料。鈦酸鉀、矽酸鋁纖維是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。如聚醯胺 6分子量為16000~22000,是由130~180多個己內醯胺單體組成的,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,支鏈儘可能少,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。連線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。表征纖維織態結構的因素有多種,重要的有:序態、結晶形態、側序分布和取向。

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 X射線的衍射圖譜中得到證實和說明。纖維中結晶與無定形的分布形態及其對纖維巨觀性質的影響,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,足夠把若干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進入另一晶區摺疊。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(準晶),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。例如在聚醯胺、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鏇成的串晶;還可能是柱狀晶。

纖維中的晶區大小並不均衡一致,常呈一定的分布。長度可由數十至一、二百埃,寬度則甚小。檢測晶體的X射線衍射譜上的衍射點的寬度直接與晶區的寬度相關。

側序分布 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。各種纖維的側序分布都不相同。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。用這樣的側序分布圖譜闡述它們的性質很容易理解。

通常測定側序分布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 是纖維側序分布的例子。

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射率、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。根據光折射原理所測定的平行於纖維軸的折射率與垂直於纖維軸的折射率之差(即雙折射),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。

表征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。

按製備方法分

化學纖維又分為兩大類:

①人造纖維,以天然高分子化合物(如纖維素)為原料製成的化學纖維,如粘膠纖維、醋酯纖維。

②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、聚醯胺纖維、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、易洗快乾等優點,但其缺點是染色性較差、靜電大、耐光和耐候性差、吸水性差。

人造纖維

化學纖維紡絲化學纖維紡絲

以天然高分

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

合成纖維主要有聚醯胺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。

優缺點

優點

色彩鮮艷、質地柔軟、懸垂挺括、滑爽舒適。

缺點

耐磨性、耐熱性、吸濕性、透氣性較差,遇熱容易變形,容易產生靜電。

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)。

生產工序

合成纖維的生產有三大工序:合成聚合物製備、紡絲成型、後處理。

來源

100多年前,紡織用的材料全部來自於天然物質。為了種植棉、麻,養蠶,牧羊,要占用大量土地,消耗許多人力物力。化學纖維出現以後,紡織工業的原料完全依賴農牧業的情況才開始發生變化。

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。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%。

產能過剩問題曾導致很多行業的企業因拖欠貸款而瀕臨破產,如今,化纖行業也似乎遇到了產能階段性過剩的困擾。冰凍三尺非一日之寒。如何在寒冬中尋求突圍?“消化過剩產能,實現產業轉型升級”,已成為化纖行業的共識。

眾所周知,生產過剩會給企業帶來一系的問題,如產品滯銷、資金鍊斷裂、人員流動?然而化解過剩產能也是一個長期的過程,不能一蹴而就。

無論是PTA、PET、滌綸短纖,還是化纖織造坯布,由於市場敏感性不高,加上企業對2009年和2011年行業景氣程度的預判過於樂觀,投資帶有一定盲目性,這些都使得近年來我國化纖新增產能出現慣性增長。

2013年紡織行業平均利潤率為5.4%,而化纖和長絲織造僅為3.7%和4.5%,落後於紡織行業。數據的背後,是產能的結構性失衡以及行業產品同質化嚴重的狀況。

“對於產能過剩問題,我們通常是避而不談,特別是對行業外。我們會對稅務部門講行業確實不景氣,而對銀行我們則會稱現金流還可以。這種截然相反的態度不僅反映著我們內心的隱憂,也確實是一種無奈。”面對當下的情況,一位不願透露姓名的人士道出了化纖企業的真實感受。

2013年我國PTA有效總產能3300萬噸,實際需求量2700萬噸,進口量200萬噸,產能過剩約400萬噸。預計2014年有效產能將達到4000萬噸,如果按照國內需求新增350萬噸,進口200萬噸計算,2014年產能將過剩750萬噸。

面對當前化纖終端市場需求不足所造成的短期內化纖產品難以被消化的問題,中國化學纖維工業協會會長端小平表示,行業低增速和高庫存有可能逐步成為一種常態,而高庫存也呈現出一種新的發展趨勢,即整個終端產品銷售電子化和零售商去庫存化所導致的庫存向上游轉移。

供需情況

國內滌絲市場行情走勢偏弱,市場報價跌幅在100—300元/噸左右。“‘金九銀十’其他紡織行業紛紛進入旺季,但滌絲市場卻一片低迷。”中國輕紡城錢清原料城的諸多經營戶感嘆,10月以來,成交氛圍平淡,成交量與國慶節前後相比仍有下降,化纖形勢不好已成定局。

受國際國內經濟發展環境影響,國內紡織化纖形勢不容樂觀,作為紹興縣化纖行業“風向標”的錢清原料市場,成交量持續下降。來自縣統計部門顯示,前三季度,全縣化學纖維類銷售產值395億元,同比僅增長1.3%,遠遠低於全縣工業銷售同比增長7.2%的平均水平。

“滌絲科”跳不歡

“化纖行業成了紹興縣工業銷售發展中‘拖後腿’的產業。”紹興縣經信局有關負責人分析,上游的PTA、化纖業受行業周期性因素影響和產能相對過剩,導致行情低迷,其中感覺最為明顯的是化纖企業集中的錢清、濱海工業區。

記者了解到,不少化纖企業產銷率趨於下降形勢,而企業庫存量仍在增加。減產成了一些化纖企業應急的舉措,有的企業10月份已提前進入機器檢修期。

化纖產能過剩顯著

“產品積壓賣不掉。”這是錢清原料市場經營戶普遍感到的困惑。來自福建某化纖企業代理商張宏偉告訴記者,化纖產能過剩格外明顯。“人工、原材料等都在上漲,同樣的產品價格雖與去年持平,銷路卻減少了30%。”張宏偉說。

中國紡織化纖行業發展快,產量已經占世界百分之六七十的份額,蕭紹地區更是全國紡織化纖的集聚區。業內人士分析,行業的高速發展,卻產生了同質化嚴重、過度競爭、產能過剩等問題。“雖然我們有大批量生產的規模優勢,但關鍵是缺乏新產品、新工藝來保持價格優勢。”該業內人士說。

產業升級

經過二十幾年的高速發展,中國化纖工業發生了深刻的變化。從規模上看,化纖產量由2000年的694萬噸,增加到2012年的3792萬噸,年均增 長37.2%;從歷年化纖進出口看,化纖短絲出口量由2000年的2.222萬噸增加到2012年的99.97萬噸,年均增長了367%;化纖長絲出口量從2000年的7.778萬噸增加到2012年的146.84萬噸,年均增長了149%;而短絲進口量由2000年的104.3萬噸,到2012年下降到47.46萬噸;化纖長絲進口量由2000年的60.99萬噸,到2012年下降到34.63萬噸。

不難看出,我國 化纖進口量不斷減少和出口量日益增長。中國化纖業經過幾代紡織人的拼搏奮進,從一無所有發展到目前我國化纖產量已占到世界產量的65%,化纖產品幾乎涵蓋了所有品種,主要的化纖工藝技術和裝備均達到了國際先進水平,成為世界上生產規模最大、產業鏈最完整、具有較強競爭力的化纖大國。

重構化纖工業競爭新優勢

進入21世紀,高分子材料、生物工程、微電子等高新技術飛速發展,極大地推動了化纖、紡織等傳統產業的技術進步。世界化纖工業已全面進入以高新技術、高新產品為核心,以信息工程和知識經濟為基礎,競爭更為激烈的新階段。而隨著各種成本的不斷上升,我國經濟已經全面進入高成本時代,化纖行業也不例外。早些年的低成本競爭優勢已經不復存在,曾經低成本發展模式是我國化纖工業快速發展的支撐點,如今卻成為行業可持續發展的阻力。目前化纖行業除了要綠色環保、節約資源,如何突破高成本局限已經成為亟待解決的問題。

與此同時,當前我國化纖行業中還存在著幾個問題需要解決:一是 高新技術纖維、高附加值產品比重比較低,絕大多數的高新技術纖維的核心技術及關鍵技術裝備有待進一步的提高。若自主創新能力不提高,勢必會影響到整個化纖產業的創新與升級。二是國內化纖工業經歷了高速發展時期,但主要是以常規纖維生產能力的擴張為主,常規化、同質化產品過度發展問題凸顯。在經濟發展和市場需求出現大幅波動的時期,很多企業還停留在低價競爭的低水平階段。三是中國化纖企業仍然主要是以生產為主的,產業行銷和品牌建設滯後,高成本和低價格競爭侵蝕了利潤空間,造成整體利潤水平偏低。

因此,在中國化纖全面進入升級提效的關鍵時期,加快發展模式和發展路徑的轉型,培育和形成以創新、質量、品牌、服務為核心的新的競爭優勢,實現產業鏈、價值鏈由低端向高端的躍升,提高企業核心競爭力和產品的附加值,是重構中國化纖工業競爭新優勢,實現中國化纖工業的可持續發展,成為世界化纖工業強國的必由之路。

根本在於注入新的活力

大量實踐表明,要順應上述發展條件的變化,根本的路徑在於注入新的活力,轉變發展模式,從而打造中國化纖產業鏈的升級版。

技術創新產業升級的動力。目前,我國常規纖維的主要品種在世界上已經具有舉足輕重的地位,同時也支撐了我國化纖產業的快速發展,但常規低水平纖維品種結 構性產能過剩也比較突出。隨著我國現代科技及相關產業的迅速發展,與化纖相關產業對材料的高品質高功能性的需求,將推動高新技術纖維、高性能差別化功能纖維及其複合材料的發展。而西方各國將高功能纖維,特別是高新技術纖維作為國家的戰略物資,就其技術和產品對我國進行雙重的封鎖,面對這樣的形勢,我們必須關注全球技術發展的最新趨勢,通過“原始創新”、“集成創新”、“消化吸收再創新”等多種方式加快化纖行業技術創新步伐,促進高新技術在化纖行業的套用,加快產業結構最佳化調整。採用現代材料科學、信息技術、納米技術、生化技術等基礎理論研發轉化的實用技術,改造和提升當前化纖產業中的工藝技術、裝備、過程控制,具體解決在化纖產品生產全流程中的諸多問題,逐步提升增強自主研發能力。

資源型循環利用產業升級的必經之路。在今天錯綜複雜的全球經濟環境下,資源限制以及環境壓力給化纖產業鏈升級帶來更大的挑戰。面對這個全球性的問題,我們除了轉移常規產能、主攻高新技術纖維等發展策略來化解來自資源與環境的壓力外,應積極推動循環經濟發展,快速擴大廢舊纖維再利用為主的循環經濟產業規模,不斷提高技術水平和產品質量,加快向多樣化、差別化和高技術含量等方向發展,謀求化纖工業的健康、持續發展。到2012年底,我國再生聚酯纖維年產能800多萬噸,實際產量已達到450萬噸,約占全球總產量的80%。中國已成為再生聚酯纖維的第一生產大國。此外,錦綸、丙綸等其他纖維的回收利用也有很大進步,回用數量逐年增加,技術水平不斷提升,再生纖維的套用已經復蓋到了大部分下游領域;在原料、輔料回收利用方面,如大型聚酯裝置乙醛回收、大型錦綸聚合裝置等技術都已研發成功,回收率分別可達到99.5%、100%,並已在行業內主要企業和重大項目中得到套用;化纖原液著色紡絲技術已經大量推廣套用,現已形成150萬噸的年產能,與傳統染色技術比較,該技術可減少70%以上CO2廢氣,噸纖維可節省染色耗水140噸。

低碳經濟化纖產業升級的綠色通道。隨著化纖行業規模的不斷擴大,以減少溫室氣體排放為目標,構築低能耗、低污染為基礎的生產體系,包括低碳能源系統、低碳技術和低碳產業體系,是化纖行業低碳經濟的重要任務。

為此,大力推進節能減排、節水降耗、綠色、低碳的新技術、工藝、裝備和材料;推進清潔生產,實施循環經濟,研發可降解、可再生、可循環利用的材料(如生物基纖維材料)用於傳統領域和新領域。特別是重點開發和套用高效、高附加值、高性能、高收益、低耗、低成本、低價格、低風險(環境)的4H4L產品和實用技術,滿足低碳經濟、環境友好、生態循環的綠色需求,滿足新領域(非消費品、非傳統領域)新需求和產業新一輪增長需求。

研發並採用新技術進一步提升聚酯裝置技術裝備水平和盈利能力,進一步降低投資,降低運行成本,提高產品檔次和質量穩定性,提高綜合競爭能力。其中:聚酯裝置,2009年年產40萬噸生產線裝置投產運行,目前正在設計產能規模為1500噸/天的聚酯生產線。“十二五”期間,探討進一步提升聚酯裝置單線產能的可行性,在1500噸/日裝置成套技術裝備實現突破、穩定運行後,探討1800~2000噸/日生產線的可行性。並探討短流程、柔性化為代表的工藝技術及裝備,提高生產的靈活性。

粘膠短纖裝置,“十二五”期間,研發建設年生產10萬噸及以上成套工藝技術及裝備,磺化機體積達到50m3以上。

錦綸裝置,“十二五”期間,研發建設年生產能力10萬噸及以上成套工藝技術及裝備,VK管直徑突破3米。

氨綸裝置,從3500噸/年單線產能,突破5000噸/年單線產能,卷繞速度進一步提升。

紀念郵票

國家在1978年發行《化學纖維》特種郵票從幾個側面反映了中國自1949年以來30年間化纖工業的成就。

化學纖維化學纖維

第一圖:《原料》。主圖是一個原液釜,背景為相應的廠房和設施剪影,各種原料通過一系列複雜的化學變化,在原液釜中形成具有一定粘度的原液,最後脫去氣泡並進行過濾,供下步抽絲使用。

第二圖:《抽絲》。主圖為噴絲頭噴出的細絲被“品”字形的收集輥收集和卷繞。背景是抽絲車間的剪影。

第三圖:《紡織》。絲束經過牽伸,再經過以紗錠和織梭圖案為代表的紡織加工工藝,就成為經、緯紗分明的坯布。背景上鋸齒形的廠房,便是紡織車間。

第四圖:《印染》。主圖是紅、黃、藍三個長方形色塊,代表三種原色,經過染色或印花,白色的坯布就變成五彩繽紛的色布或花布。

第五圖:《成品》。圖案中,花色精美的布匹堆滿貨架,一套鮮艷的衣裙已赫然成形。至此,化纖紡織品的工藝流程結束。

郵票按化學纖維紡織品生產的工藝過程,用連續的圖案描繪了中國化纖工業所達到的水平,這在中國郵票史上還是第一次。主流程線條粗獷有力,簡潔地勾勒出具有代表性的圖案,背景處理也恰到好處,取捨得當,起到很好的補充和烘托作用。深暗寧靜的背景底色與鮮明有力的主圖色調相互配合,具有極強的概括力和裝飾效果,各枚郵票均不用框線,加強了圖案的連續性,使整套郵票渾然一體。

化學纖維5連印 用天然的或合成的高分子化合物做原料,經過化學方法加工而得的一切纖維,總稱化學纖維。新中國成立初期,中國只有一家化纖廠——丹東化纖廠,年產粘膠纖維230噸。20世紀50年代末,中國才第一次從民主德國引進了一套化纖設備,建成了年產6000噸的保定化纖廠,並相繼又自己設計建成了南京、杭州等一批人造纖維廠。20世紀60年代,中國主要發展粘膠纖維(即人造纖維),合成纖維發展較慢,只有蘭州從國外引進了人造毛生產設備,保定從日本引進了維尼綸生產設備。從20世紀70年代開始,中國化纖工業進入全面發展時期。國家投資100億元,引進了四套大化纖生產線,建起了上海金山石化總廠、遼陽石油化纖公司等大型化纖企業。進入20世紀80年代後,中國又建成了儀征化纖聯合公司。到1986年,中國已成為世界化纖生產大國,產量突破100萬噸,居世界第四位,化纖生產的發展速度,在世界上也是首屈一指的。

纖維材料

名稱 簡介
天然纖維 天然纖維是自然界原有的或經人工培植的植物上、人工飼養的動物上直接取得的紡織纖維,是紡織工業的重要材料來源。全世界天然纖維的產量很大,並且在不斷增加,是紡織工業的重要材料來源。
無機纖維 無機纖維 (inorganic fiber)是以礦物質為原料製成的化學纖維。主要品種有玻璃纖維、石英玻璃纖維、硼纖維陶瓷纖維、金屬纖維等。
玻璃纖維 玻璃纖維(英文原名為:glass fiber或fiberglass )是一種性能優異的無機非金屬材料,種類繁多,優點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好,機械強度高,但缺點是性脆,耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經高溫熔制、拉絲、絡紗織布等工藝製造成的,其單絲的直徑為幾個微米到二十幾個微米,相當於一根頭髮絲的 1/20-1/5 ,每束纖維原絲都由數百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維通常用作複合材料中的增強材料,電絕緣材料和絕熱保溫材料,電路基板等國民經濟各個領域。
合成纖維 合成纖維是將人工合成的、具有適宜分子量並具有可溶(或可熔)性的線型聚合物,經紡絲成形和後處理而製得的化學纖維。通常將這類具有成纖性能的聚合物稱為成纖聚合物。與天然纖維和人造纖維相比,合成纖維的原料是由人工合成方法製得的,生產不受自然條件的限制。合成纖維除了具有化學纖維的一般優越性能,如強度高、質輕、易洗快乾、彈性好、不怕霉蛀等外,不同品種的合成纖維各具有某些獨特性能。
化學纖維 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、紡絲和後處理等工序製得的具有紡織性能的纖維。
人造纖維 人造纖維的形狀和用途,分為人造絲、人造棉和人造毛三種。重要品種有粘膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維等。

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