合成纤维

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合成纤维是以一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质,如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品等为来源,通过提炼或化学合成得到单体,再聚合成具有适宜分子量并且有可溶(或可熔)性的线型聚合物的合成树脂,经纺丝成形和后处理(牵引、拉伸、定型)制得细而柔软的细丝纤维称为合成纤维。

通常把这类具有成纤性能的树脂聚合物称为成纤聚合物。理论上生产热塑性塑料的各种线型高分子量合成树脂都可经过纺丝过程制得合成纤维。但有些品种的合成纤维强度太低或软化温度太低,或者由于分子量范围不适于加工为纤维而不具备实用的价值。因此工业生产的合成纤维品种远少于热塑性塑料品种。与天然纤维和人造纤维相比,合成纤维的原料是由人工合成方法制得的,生产不受自然条件的限制。

超细纤维

品种

合成纤维的品种有很多,根据主链原子种类不同,可分为两类。

一是杂链类合成纤维,如聚酰胺纤维(锦纶,芳纶等)、聚酯纤维(涤纶等)、聚氨酯弹性纤维(氨纶)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)、聚酰胺-酰亚胺纤维(Kermel)、聚苯并咪唑纤维(PBI)、聚亚苯基三叠氮纤维(PTA纤维)、聚亚苯基-二唑纤维(PODA纤维)等。

二是碳链类合成纤维,如聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯酵缩醛纤维(维纶)、聚烯烃纤维、聚氯乙烯纤维(氯纶)、氯化聚氯乙烯纤维(过氯纶)、聚四氟乙烯纤维(氟纶)等。根据功能性可分为:耐高温纤维,如聚苯咪唑纤维;耐高温腐蚀纤维,如聚四氟乙烯;高强度纤维,如聚对苯二甲酰对苯二胺;耐辐射纤维,如聚酰亚胺纤维;另外还有阻燃纤维、高分子光导纤维等。

纺丝

随着高分子合成材料的发展,合成纤维的纺丝方法不断推陈出新,包括常规纺丝方法和特殊纺丝方法两大类。

以下主要介绍三种常规纺丝方法。

(1)熔融法纺丝

把高分子化合物加热到熔点以上,使它成为黏稠的熔体,熔体在压力下通过喷丝头小孔而形成液体细流,经冷却、卷绕等处理而成为初生纤维的纺丝方法称为熔融纺丝。熔融法纺丝的主要优点是:设备结构简单,可分段加热,树脂熔融均匀,加热熔融高聚物时间短,生产效率高,纤维细度可达0.25~20tex。

(2)湿法纺丝

将高分子化合物溶解在适当的溶剂中,先制成黏稠的纺丝溶液,再将适当浓度的纺丝浓溶液由喷丝头喷出黏液细流,进入凝固浴;黏液细流中的溶剂向凝固浴中扩散,同时凝固剂则向黏液细流中渗透,因而黏液细流凝固形成初生纤维,这种方法称为湿法纺丝。

(3)干法纺丝

将高分子化合物溶解在挥发性的溶剂中制成纺丝液,适当浓度(25%~30%)的纺丝液由喷丝头喷出黏液细流,然后进入热空气套筒中,使黏液细流中溶剂遇热蒸发,蒸气被热空气带走,而高聚物则随之凝固而成初生纤维,这种纺丝方法称为干法纺丝。

目前合成纤维生产中以熔融法纺丝为主,其次是湿法纺丝,干法纺丝使用较少。根据各种成纤高分子聚合物的不同性质,采用熔融法纺丝生产的有锦纶、涤纶、丙纶等,采用湿法纺丝生产的有腈纶短纤维,采用干法纺丝生产的有腈纶长丝、氨纶弹性丝。

发展史

合成纤维的发展始于1913年,德国人Klatte获得了用合成原料制造聚氯乙烯纤维的第一个专利。1931年,德国法本化学公司采用Klatte的发明,于1934年实现了聚氯乙烯纤维(氯纶)的工业化,使它成为世界上最早生产的合成纤维。但其由于耐热性差的缺点,发展缓慢。1928年,美国哈佛大学教授卡罗瑟斯(Carothers)发表了关于缩聚成链状分子和环状分子的研究。这一开拓性工作是合成纤维时代的真正开始。1935年春,他用己二胺和己二酸成功合成聚酰胺66,并纺成丝条。DuPont公司于1938年建立了中间试验厂,1939年成功生产了当时称为“Nylon”的聚酰胺66纤维,并于1940年投放市场,成为世界上第一种大规模生产的纺织用合成纤维品种。在这期间,德国法本公司的Schlack成功合成了聚酰胺6,1938年用聚酰胺6首先纺制成粗单丝,1940年又纺成长丝,称之为“Perlon”。但由于战争关系,直到1950年才进行“Perlon”的大规模生产。聚酰胺纤维用途广泛,产量至今仍然在合成纤维家族中排名第二。聚酰胺纤维的问世还开启了熔体纺丝技术的先河。因为以前所有的化学纤维均采用干法纺丝工艺(例如醋酯纤维)或湿法纺丝工艺(如粘胶纤维、硝酯纤维、铜氨纤维、聚氯乙烯纤维等)。