第四章高分子材料.pptx

纺织纤维分分类塑料分塑料分类橡胶分橡胶分类高分子材料品高分子材料品质表征表征l纤维（1）物理性能指）物理性能指标（2）机械（力学）性能指）机械（力学）性能指标（3）稳定性能指定性能指标（4）加工性能指）加工性能指标（5）其他）其他l塑料塑料（1）物理性能指标（2）机械性能指标（3）稳定性能指标l橡胶橡胶（1）物理性能指标（2）生胶加工性能（3）硫化胶的机械性能指标（4）稳定性能指标高分子材料加工高分子材料加工过程及方法程及方法l化学化学纤维的加工的加工塑料成型加工塑料成型加工塑料加工塑料加工橡胶加工橡胶加工上篇上篇 化学化学纤维成型加工成型加工涤纶、锦纶、丙、丙纶、腈纶、高技高技术纤维教学内容教学内容总 论 合成合成纤维概况概况第一章第一章 聚聚酯纤维（涤纶）第二章第二章 聚聚酰胺胺纤维（锦纶）第三章第三章 聚丙聚丙烯纤维（丙（丙纶）第四章第四章 聚丙聚丙烯腈纤维（腈纶）第八章第八章 高技高技术纤维合成合成纤维的概况的概况一、一、成成纤高分子物条件高分子物条件二、二、纺丝方法方法三、常用合成三、常用合成纤维四、特种四、特种纤维 合成纤维是指以简单化合物为原料合成纤维是指以简单化合物为原料合成纤维是指以简单化合物为原料合成纤维是指以简单化合物为原料,通过聚合或缩聚通过聚合或缩聚通过聚合或缩聚通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维纤维纤维纤维。一、一、成纤高分子物条件成纤高分子物条件具备一定的分子量具备一定的分子量具备一定的分子结构具备一定的分子结构(线形或支化度很低线形或支化度很低)超分子结构具有取向并部分结晶超分子结构具有取向并部分结晶具有一定的耐热性具有一定的耐热性具有一定的机械物理性能具有一定的机械物理性能具有一定的化学稳定性具有一定的化学稳定性具有一定的染色性具有一定的染色性 合成纤维的优缺点合成纤维的优缺点优点：强度高、弹性好、耐穿耐优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定性强、耐霉用、光泽好、化学稳定性强、耐霉腐、耐虫蛀腐、耐虫蛀缺点：吸湿性差、耐热性差、导缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易起毛起球、电性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、腊状手感不易染色、腊状手感纺丝方法方法合成纤维的纺丝方法，目前大致可分为以下合成纤维的纺丝方法，目前大致可分为以下三种：三种：分类分类纺丝液制备纺丝液制备凝固方法凝固方法应用举例应用举例湿法纺丝湿法纺丝溶于水或水溶液溶于水或水溶液凝固浴凝固成型凝固浴凝固成型维纶、腈纶维纶、腈纶干法纺丝干法纺丝溶于非水溶剂溶于非水溶剂蒸发溶剂凝固成型蒸发溶剂凝固成型醋酸纤维醋酸纤维熔融法纺丝熔融法纺丝加热熔融加热熔融冷却凝固成型冷却凝固成型锦纶、涤纶、丙纶锦纶、涤纶、丙纶新方法：复合纺丝法、拉裂法、切割法等。新方法：复合纺丝法、拉裂法、切割法等。1熔融熔融纺丝法法l纺丝液是熔体，液是熔体，纺出的出的丝在空气中固化。在空气中固化。l熔融熔融纺丝的的纺丝速度高，目前一般的速度高，目前一般的纺丝速度速度为10002000m/min，采用高速，采用高速纺丝时，可达，可达3000 6000m/min 或更高。或更高。l熔融熔融纺丝加工成本低，但加工成本低，但喷丝板孔数少，板孔数少，丝的截的截面多面多为圆形。形。l涤纶、锦纶、丙、丙纶等均采用此法等均采用此法 熔融纺丝工艺流程 纺丝 溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种。2 2湿法湿法纺丝湿法湿法纺丝纺出的出的丝在溶液中固化在溶液中固化这种方法种方法纺丝速度低，一般速度速度低，一般速度为18380m/min。湿法湿法纺丝加工成本高且加工成本高且对环境境污染染较严重，重，纺出出丝的截面多的截面多为非非圆形，有皮芯形，有皮芯结构。构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶、粘胶纤维多采用此法。多采用此法。湿法纺丝工艺流程 3 3干法纺丝干法纺丝干法干法纺丝纺出的出的丝在空气中固化在空气中固化这种种方方法法目目前前一一般般的的纺丝速速度度为200500m/min，高高者者可可达达10001500m/min。干干法法纺丝溶溶剂挥发易易污染染环境境，成成本本高，但高，但丝的的质量好，量好，此法多用于制作此法多用于制作长丝。干法纺丝工艺流程 干法纺丝常用合成常用合成纤维按纤维结构分为：按纤维结构分为：涤纶、腈纶、锦纶、芳纶、维纶、氨纶、丙纶涤纶、腈纶、锦纶、芳纶、维纶、氨纶、丙纶按纤维长短分为：按纤维长短分为：a.a.棉型棉型 短纤维：短纤维：b.b.毛型毛型 c.c.中长纤维（仿毛、仿麻）中长纤维（仿毛、仿麻）长丝：长丝：a.a.单丝单丝 加工加工弹力丝：高弹丝弹力丝：高弹丝 b.b.复丝复丝 低弹丝低弹丝 特种特种纤维1 1、复合纤维、复合纤维两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一喷丝头，在喷丝头的适当部位相遇后，从同一喷丝喷丝头，在喷丝头的适当部位相遇后，从同一喷丝孔中喷出，成为两组份或多组份粘并的一根纤维。孔中喷出，成为两组份或多组份粘并的一根纤维。并列型并列型 皮芯型皮芯型 海岛型海岛型 桔瓣型桔瓣型 复合纤维的特点：复合纤维的特点：具有三维空间的立体卷曲，高膨松性、延伸性和覆盖能力。具有三维空间的立体卷曲，高膨松性、延伸性和覆盖能力。特种特种纤维（续）2 2、异形纤维：、异形纤维：在合成纤维成形过程中在合成纤维成形过程中采用非圆形孔眼的喷丝板，采用非圆形孔眼的喷丝板，制成的非圆形截面或中空制成的非圆形截面或中空的纤维。可改善手感、回的纤维。可改善手感、回弹性、抗起球性及光泽等。弹性、抗起球性及光泽等。主要有三角形、四角形、主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形五角形、扁平形、中空形等。等。特种特种纤维4 4、改性、改性纤维：近来，近来，为了改善化学了改善化学纤维容易起静容易起静电、起毛起球等、起毛起球等缺点，缺点，为了改了改进染色性能染色性能和提高熔点等，已出和提高熔点等，已出现了了抗静抗静电纤维、低温可染、低温可染涤纶、阳离子可染、阳离子可染涤纶、变性性涤纶等改性等改性纤维。3 3、超细纤维：、超细纤维：单丝纤度单丝纤度 0.10.025,0.06）2 结晶度晶度（一般（一般为12%）3 断裂伸断裂伸长率率（最好（最好为100150%）4 结构一体性参数构一体性参数（表征适于拉伸（表征适于拉伸变形的形的结构条件；构条件；0.31.0）5 摩擦系数与含油率摩擦系数与含油率（摩擦系数最好（摩擦系数最好为0.20.34；含油率含油率0.30.4%）二二 聚聚酯全拉伸全拉伸丝的生的生产工工艺（一）生产生产工艺工艺流程流程（二）生（二）生产工工艺控制控制1 纺丝条件条件 纺丝温度：温度：295300；冷却条件与冷却条件与POYPOY近似近似切片含水率切片含水率0.0018%0.0018%2 2 拉伸条件拉伸条件 第一第一辊 第二第二辊3000m/min 5200m/min3000m/min 5200m/min6080 150195 6080 150195 3 3 网网络度度 2020个个/m/m第五节 聚酯纤维的后加工l后加工后加工 包括拉伸、包括拉伸、热定型、加捻、定型、加捻、变形加工和成品包装形加工和成品包装l后加工作用后加工作用 （1）将）将纤维拉伸，使大分子取向，并拉伸，使大分子取向，并规整排列，提高整排列，提高强度，度，降低收降低收缩率；率；（2）将）将纤维热处理，消除内理，消除内应力，提高力，提高纤维的的结晶度晶度 （3）对纤维进行特殊加工行特殊加工一一 聚聚酯纤维后加工后加工（一一）工工艺艺流流程程（二）工艺及设备1 初生初生纤维的存放及集束的存放及集束 2 拉伸拉伸设备-三道七三道七辊拉伸机拉伸机3 拉伸工拉伸工艺条件条件 拉伸温度拉伸温度（一（一级7090；二；二级150180）拉伸速度：喂入速度拉伸速度：喂入速度3045m/min;出出丝140180m/min 拉伸倍数及分配拉伸倍数及分配 总倍数：倍数：4.04.4,第一第一级占占85%。4 卷曲卷曲 棉型：棉型：57个个/cm 毛型：毛型：35个个/cm5 热定型定型 链板式、板式、圆网式、九网式、九辊紧张热定型机定型机 干燥温度：干燥温度：110115;松弛松弛热定型温度：定型温度：120130；紧张热定型温度：定型温度：170 左右。左右。6 切断、打包切断、打包二二 聚聚酯长丝的后加工的后加工（一一）工工艺艺过过程程（二）拉伸加捻工（二）拉伸加捻工艺条件条件1 拉伸比拉伸比 双区双区热拉伸，两段拉伸比分拉伸，两段拉伸比分别为1.01和和1.6，总拉伸比拉伸比1.61.82 拉伸温度拉伸温度 热盘（第一拉伸（第一拉伸盘）一般）一般应控制在控制在丝条玻璃化温度以上条玻璃化温度以上1020 范范围内；内；第二段拉伸温度第二段拉伸温度 140170 三三 加捻加捻变形形丝的加工的加工（一一）生生产产原原理理-(DTY)涤纶长丝拉拉伸伸加加捻捻机机示示意意图（二）聚酯低弹丝的生产工艺1 内拉伸变形工艺内拉伸变形工艺2 加捻变形工艺条件加捻变形工艺条件（1）变形和定型温度）变形和定型温度 180220（2）加热和冷却时间）加热和冷却时间（3）加捻张力）加捻张力（4）假捻度）假捻度（5）超喂率）超喂率四 网络丝的加工五五 空气空气变形形丝的加工的加工第六第六节 聚聚酯纤维的性的性质和用途和用途一一 聚聚酯纤维的性的性质 （一）物理性（一）物理性质 （二）力学性能（二）力学性能 （三）化学（三）化学稳定性定性 （四）耐微生物性（四）耐微生物性二二 聚聚酯纤维的用途的用途1 1、形态结构：、形态结构：采用熔融纺丝法制成的一般聚酯纤维，其横截面是圆形的，采用熔融纺丝法制成的一般聚酯纤维，其横截面是圆形的，纵向均匀而无条痕。纵向均匀而无条痕。2 2、分子结构：、分子结构：涤纶的的结构构产品产品结晶度结晶度(%)取向度取向度密度（克密度（克/厘米厘米2）初生丝初生丝完全无定形完全无定形差差1.3351.337商品丝商品丝4060较高较高1.383 3、聚集态结构：、聚集态结构：结晶度和取向度结晶度和取向度模型理论：折叠链模型理论：折叠链-樱状原纤模型樱状原纤模型涤纶的性能的性能1、热性能性能2、机械性能、机械性能3、化学、化学稳定性定性4、吸湿、染色性能、吸湿、染色性能5、起球、起球现象象6、静、静电现象象7、燃、燃烧性能性能1、热性能性能l玻璃化温度玻璃化温度Tg完全无定形完全无定形 67 部分部分结晶晶 81 取向且取向且结晶晶 125 软化点化点 230240 定形温度定形温度 180220 1、热性能性能l耐耐热性：最好。性：最好。170以下短以下短时间受受热引起的引起的强度度损失，温度失，温度降低后可恢复。降低后可恢复。腈纶为150；锦纶120；大；大部分碳部分碳链纤维为8090下受下受热变形很形很难恢复。恢复。l热稳定性：最好。定性：最好。涤纶150受受热168h，强力力损失失3%，锦纶在在150受受热即即变黄，黄，纤维强度大幅度下降。度大幅度下降。2、机械性能机械性能l强度和延伸度：度和延伸度：与工与工艺条件有关。条件有关。一般一般涤纶，生，生产中拉伸倍数中拉伸倍数为45倍倍强度度为3.54.4cN/dtex(4.05.0g/旦旦)干、湿干、湿强度基本相等度基本相等在合成在合成纤维中中强力力较高高延伸度延伸度为18%36%，略低于，略低于锦纶。2、机械性能机械性能l弹性和耐磨性性和耐磨性l具有良好的具有良好的弹性，穿着挺括，形状性，穿着挺括，形状稳定性好，表定性好，表现在两个方面：在两个方面：不易不易变形（形（弹性模量性模量较大）大）原因：原因：结晶度高，取向度高晶度高，取向度高从形从形变中回复能力中回复能力较强 原因：原因：亚甲基有甲基有较大的柔性；大分子大的柔性；大分子间的的联结点（点（结晶）晶）稳定，成定，成为恢复原状的基点恢复原状的基点l耐磨性不及耐磨性不及锦纶，但比其它合成，但比其它合成纤维高出几倍，高出几倍，与天然与天然纤维或粘胶或粘胶纤维混混纺，可，可显著提高耐用磨著提高耐用磨性。性。3、化学性能化学性能l涤纶的耐酸性的耐酸性较好好弱酸：煮沸也无弱酸：煮沸也无显著著损伤强酸：酸：u低温下低温下稳定定u高温下有高温下有损伤，纤维强度迅速降低度迅速降低l涤纶耐酸的意耐酸的意义染整加工尽量在酸性条件下染整加工尽量在酸性条件下进行行可用硫酸或可用硫酸或盐酸酸测定定涤棉棉织物混物混纺比比可用酸侵可用酸侵蚀涤棉包芯棉包芯纱织物生物生产涤棉棉烂花花织物。物。3、化学性能化学性能l涤纶的耐碱性差的耐碱性差碱使聚碱使聚酯发生水解，水解程度随碱种生水解，水解程度随碱种类、浓度、温度及度、温度及时间不同而不同。不同而不同。碱碱处理理涤纶的的剥皮剥皮现象象：热稀碱能使表面的大分子水稀碱能使表面的大分子水解。表面的分子水解到一定程度溶在碱中，使解。表面的分子水解到一定程度溶在碱中，使纤维表面表面一一层层地剥落下来，造成地剥落下来，造成纤维的失重和的失重和强度降低，而度降低，而对纤维的芯的芯层则无多大影响，分子量也没有什么无多大影响，分子量也没有什么变化，化，这种种现象称象称为剥皮剥皮现象象。使。使纤维变细、变轻，纤维表面表面出出现刻刻蚀-变得凹凸不平，增加了得凹凸不平，增加了纤维在在纱中活中活动性。性。l意意义：碱减量：碱减量处理理 提高提高纤维细度、提高度、提高纤维吸湿吸湿性，性，获得仿真得仿真丝绸整理效果整理效果3、化学性能化学性能3、化学性能化学性能l对氧化氧化剂和和还原原剂的的稳定性定性涤纶对氧化氧化剂和和还原原剂的的稳定性很高，因此，染整定性很高，因此，染整加工中漂白加工中漂白剂（次（次氯酸酸钠、亚氯酸酸钠、双氧水）、双氧水）、还原原剂（保（保险粉、二氧化硫粉、二氧化硫脲）都可使用。）都可使用。l耐溶耐溶剂性性涤纶可溶解在一些有机溶可溶解在一些有机溶剂中，如：丙中，如：丙酮、苯、苯、苯苯酚酚-四四氯乙乙烷（6:4）涤纶可在一些有机物的水溶液中溶可在一些有机物的水溶液中溶胀，如酚，如酚类酚酚类化合物可作化合物可作涤纶染色的染色的载体体4、吸湿、染色性能、吸湿、染色性能l吸湿性吸湿性较差差标准状准状态下回潮率：下回潮率：涤纶为0.4%棉棉为78%原因：极性基原因：极性基团太少，缺少吸湿中心，太少，缺少吸湿中心，结晶度高，晶度高，结构构紧密，孔隙小密，孔隙小表表现：吸湿排汗性差，静：吸湿排汗性差，静电大，易沾大，易沾污，湿度，湿度对机械机械性能影响小，溶性能影响小，溶胀小，染色困小，染色困难，但具有易洗快干的，但具有易洗快干的特性。特性。l涤纶的染色的染色较困困难，易染性，易染性较差：差：分子分子链紧密，染料密，染料难进入入纤维内部。内部。无特定染色基无特定染色基团，缺乏，缺乏亲水性，在水中膨化程度低，水性，在水中膨化程度低，不易与水溶性染料不易与水溶性染料结合。合。极性小，染料无法与极性小，染料无法与纤维发生共价生共价键结合。合。4、吸湿、染色性能、吸湿、染色性能l常用染料常用染料分散染料：分子分散染料：分子较小，小，结构构简单，水溶性很，水溶性很低，非极性。低，非极性。l常用染色方法：常用染色方法：高温高高温高压染色法：染色温度在染色法：染色温度在120140，制，制成分散液。成分散液。载体染色法：染色温度体染色法：染色温度为100，添加有机溶，添加有机溶剂的液体的液体热溶法染色：染色温度在溶法染色：染色温度在180210之之间，利，利用用热空气染色。空气染色。5、起球、起球现象象l最大缺点之一。最大缺点之一。l截面截面为圆形，表面光滑，抱合力差，形，表面光滑，抱合力差，纤维末端容易浮出末端容易浮出织物表面，形成物表面，形成绒毛，毛，经摩摩擦，擦，纤维纠缠在一起在一起结成小球。成小球。l由于由于强度高，度高，弹性好，小球性好，小球难于脱落，于脱落，产生起球生起球现象。象。l抗起球整理抗起球整理6、静、静电现象象l涤纶吸湿性低，表面具有吸湿性低，表面具有较高的高的比比电阻，当两物体接触、摩擦又阻，当两物体接触、摩擦又立即分开后，立即分开后，涤纶表面易表面易积聚大聚大量量电荷而不易逸散，荷而不易逸散，产生静生静电l静静电的危害：染整加工困的危害：染整加工困难，设备要加静要加静电消除器；穿着不舒服、消除器；穿着不舒服、电击、火灾、火灾l克服静克服静电的方法：的方法：两种两种纤维混混纺生生产抗静抗静电纤维进行抗静行抗静电整理整理7、燃、燃烧性能性能l燃燃烧性性涤纶与火焰接触与火焰接触时能燃能燃烧，伴随着，伴随着纤维发生卷生卷缩并熔融成珠而滴落。并熔融成珠而滴落。燃燃烧时产生黑烟且有芳香味，但火焰移去后燃生黑烟且有芳香味，但火焰移去后燃烧很快很快终止。止。紧密的密的涤纶织物物较易燃易燃烧，尤其是，尤其是涤纶与其它与其它易燃易燃纤维混混纺的的织物更是如此。物更是如此。四、改性四、改性涤纶l改性原理改性原理引入有空引入有空间阻碍的基阻碍的基团，降低，降低结晶度晶度引入第三引入第三单休，使休，使规整性下降整性下降引入可与染料分子引入可与染料分子结合的基合的基团，提高，提高亲合力合力引入一定吸水性基引入一定吸水性基团，改善吸湿性，改善吸湿性改改变工工艺条件，增加条件，增加纤维中无定形区的含量中无定形区的含量四、改性四、改性涤纶l改性改性涤纶品种品种易染改性：阳离子可染聚易染改性：阳离子可染聚酯纤维（CDP）抗静抗静电改性改性涤纶抗起球抗起球涤纶吸水吸湿性吸水吸湿性涤纶超超细纤维