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合成纤维(synthetics)是化学纤维的一种,是用合成高分子化合物做原料而制得的化学纤维的统称。它以小分子的有机化合物为原料,经加聚反应或缩聚反应合成的线型有机高分子化合物,如聚丙烯腈、聚酯、聚酰胺等。从纤维的分类可以看出它属于化学纤维的一个类别。
简介
合成纤维
将人工合成的、具有适宜分子量并具有可溶(或可熔)性的线型聚合物,经纺丝成形和后处理而制得的化学纤维。通常将这类具有成纤性能的聚合物称为成纤聚合物。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。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能,如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外,不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。例如:聚酰胺纤维的耐磨性、聚酯纤维的挺括耐摺性、聚丙烯腈纤维的保暖性和良好手感。合成纤维可以纯纺,也可以与其他纺织纤维混纺、交织,用做衣料和室内装饰用品。
合成纤维还具有耐摩擦、高模量、低吸水率、耐酸碱、电绝缘等特性。在工业领域中制作轮胎用帘子线,可提高轮胎使用寿命,并节约橡胶用量;也可制作渔网,因吸水性小、透明度高和耐腐蚀性好,不仅经久耐用,还能提高捕鱼效率;还可用作绳索、运输带、传动带、帆布、滤布、潜水服、工作服、涂层织物等以及用作堤坝、路基的铺垫材料(见彩图)。具有特殊性能的合成纤维,主要用于航天器、飞机、火箭、导弹的绝缘材料,特殊防护材料,增强材料,人工内脏、外科缝线等。1984年世界合成纤维产量已从1971年的 5.6Mt增加到11.9Mt,占化学纤维总产量的80%、纺织纤维总产量的36%。
分类
合成纤维品种繁多,比较重要的有40多种,按主链结构一般可分为碳链合成纤维和杂链合成纤维两类(见表)。碳链合成纤维是由大分子主链上全由碳原子构成的聚合物得到的纤维,杂链合成纤维则是在大分子主链上,除含有碳原子外还含有氧、氮、硫等杂原子的聚合物制得的纤维。具有特殊使用性能的合成纤维也有按应用功能进行分类的,如高温耐腐蚀纤维(如聚四氟乙烯纤维)、耐高温纤维(如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚苯并咪唑纤维等)、高强度纤维(如聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯甲酰胺纤维等)、高模量纤维(如碳纤维、石墨纤维等)、耐辐射纤维(如聚酰亚胺纤维等)以及抗燃纤维、高分子光导纤维、离子交换纤维、吸油纤维等。
原料要求
合成纤维用成纤聚合物必须在熔融时不分解,或能在溶剂中溶解形成浓溶液,并具有良好的成纤能力。因此,这类聚合物应是线型结构并有很高的分子量(但分子量一般低于相应塑料)用合成树脂的分子量),分子量分布较窄,支链少,一般情况下聚合物还应具一定的热稳定性,并有纺丝所要求的熔点和软化点。
生产方法
合成纤维
合成纤维的生产分成纤聚合物制备、纺丝成形和后处理三大工序。成纤聚合物可通过聚合反应制得,所得聚合物可制成切片或溶液,然后经熔融或再溶解于溶剂中,制得纺丝液,用于纺丝。根据聚合物结构和性质的不同,纺丝可采用多种方法。聚酰胺、聚酯、聚烯烃等聚合物常采用熔体纺丝。聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氨酯等,采用湿法纺丝或干法纺丝。有一些聚合物的结构和性质特殊(或是要纺制具有特殊性能纤维),采用特殊的纺丝方法,如干喷湿纺、乳液或悬浮液纺丝、液晶纺丝、静电纺丝、离心纺丝、喷射纺丝、膜裂纺丝等(见化学纤维纺丝)。纺丝得到的初生纤维(见彩图),经拉伸和热定形,得到结构完善和稳定的纤维。再根据纺丝方法的不同和使用要求的不同,进行不同的后处理,得到合乎纺织加工和使用要求的合成纤维。
超细纤维
纤维细度达0.5→0.35→0.25→0.27(dpf)的涤纶,规格有:50/144、50/216、50/288超细涤纶。还有杜邦公司生产的超细尼龙Tactel纤维,直径小于10 µm。做成服装具有极佳柔软手感、透气防水防风效果。
复合纤维
主要由PET/COPET或PET/PA组成,海岛型纤维:细度可达0.04-0.06dpf,还有易收缩海岛型复合纤维,可做仿麂皮绒外衣、家纺和工业用布。复合分割型纤维细度为0.15-0.23(dpf),有DTY丝80/36×12,也可做仿麂皮、桃皮绒纺织品。
海岛纤维
吸湿排汗纤维
纺织品要达到吸湿排汗功能的方法可采用:(1)纤维截面异形化:Y字型、十字形、W形和骨头形等,增加表面积,纤维表面有更多的凹槽,可提高传递水气效果。(2)中空或多孔纤维:利用毛细管作用和增加表面积原理将汗液迅速扩散出去。(3)纤维表面化学改性:增加纤维表面亲水性基团(接技或交联方法),达到迅速吸湿的目的。(4)亲水剂整理:直接用亲水性助剂在印染后处理过程中赋于织物或纤维纱线亲水性。(5)采用多层织物结构:利用亲水性纤维作内层织物,将人体产生之汗液快速吸收,再经外层织物空隙传导散发至外部,达到舒适凉爽性能。
吸湿排汗纤维有新光合纤CoolTech、中兴纺织股份有限公司的产品Coolplus、南亚塑胶工业股份有限公司的Delight纤维、远东纺织股份有限公司的吸湿排汗纤维涤纶Topcool纤维、日本旭化成株式会社生产的Technofine纤维(W型结构的PET),杜邦公司的 CoolMax纤维等。
易染性涤纶纤维
(1)在分子结构中引进可染性基团(第三单体)如:分子中引进阴离子可染基团的阳离子染料可染涤纶CDP或HCDP和分子中引进阳离子基团的酸性染料可染型涤纶;
易染性涤纶纤维
(2)改变分子规整性的聚对苯二甲酸1,3丙二醇酯(PTT)纤维和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纤维。
PTT纤维在1941年已有这种聚酯生产专利,由于生产1,3丙二醇(PDO)原料成本很高,一直未实现工业化生产。直到1995年德国 Degussa公司工业化生产了1,3丙二醇,使成本大大降低,随后美国shell公司在1995年5月推出了Corterra Polymer产品,建成了年产2.2kt丙二醇和年产5.5ktp门生产线,商品名为"Corterra"有长丝和短纤维品种。还有美国杜邦公司生产的 PTT纤维称"Sorona"、日本旭化成公司的"Solo"、韩国SK化学公司、台湾华隆和中国也有PTT生产。2004年11月加拿大聚合物有限公司建了世界上最大的年产9.5万吨PTT纤维的生产厂。PTT纤维具有弹性优良、模量较低、手感柔软、易染色等特点,是一种发展前景很大的聚酯纤维。
聚乳酸纤维(PLA)
生产原料乳酸是从玉米淀粉制得,故也称为玉米纤维,PLA纤维是在美国著名的谷物公司Cargill公司研制成功的玉米聚乳酸树脂的基础上,在1997年该公司和美国Dow Polymers公司合股成立了 Cargill Dow Polymers公司,全力发展了聚乳酸原料,到2002年聚乳酸年产已达14万吨,生产的PLA纤维商品名为Ingeo。日本钟纺、尤尼契卡和可乐丽公司生产的PLA纤维商品分别为Lactron、Terramac和 Plastarch,美国杜邦公司和孟山都等公司也开始开发PLA纤维。目前,商业化生产的PLA纤维是以玉米淀粉发酵制成乳酸,经脱水聚合反应制得聚乳酸酯溶液进行纺丝加工而成。PLA纤维之所以受到众多纤维公司和消费者关注,并显示强大的生命力,主要PLA纤维有许多突出的优点:
聚乳酸纤维
(1)原料来自于天然植物,容易生物降解,降解产物是乳酸、二氧化碳和水,是新一代环保型可降解聚酯纤维。
(2)有较好的亲水性、毛细管效应和水的扩散性;
(3)模量和弯曲刚度是涤纶一半,故手感柔软;
(4)有良好的回弹性、抗皱性和保形性;
(5)限氧指数较高(L0I 24-29),点燃后自熄性好、燃烧发烟量低,有较好阻燃性;
(6)有防紫外线能力,紫外线吸收率低;
(7)折射率低、染色制品显色性好;
(8)易染性,染色温度低于涤纶。
PLA纤维也存在一些缺点:a.耐磨性差,b.熔点低(约175℃)。
其它功能性涤纶
有抗紫外线(Anti-UV)、中空蓄热纤维、抗菌防臭纤维(Anti-bacterial)、阻燃纤维、远红外纤维、负离子纤维等,这里不再一一介绍了。各种新纤维开发成功拓展了纺织新原料,开发纺织新品种给纺织印染企业带来了许多挑战和机遇。
定义:化学纤维的一类,用煤、石油、天然气、乙炔等为原料制成。合成纤维强度高、耐磨、不缩水