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②、干法纺丝

也需要将聚合物溶解在溶剂中配成纺丝溶液，而后段过程与熔体纺丝相似，从喷

丝头挤压出来的细流不是进入凝固浴，而是导入纺丝甬道，在甬道中利用热空气使细流中的溶剂挥发而凝固成纤维。

初生纤维的后处理主要有拉伸、热定型、上油和水洗。

拉伸可改变初生纤维的内部结构，提高断裂强度和耐磨性，减少产品的伸长率。

热定型可调节纺丝过程带来的高聚物内部分子间作用力，提高纤维的稳定性和其他物理－机械性能、染色性能。

上油的目的是提高纤维的平滑性、柔和性及抱合力，减少摩擦和静电的产生

卷曲是改善合成纤维的加工性（羊毛和棉花纤维都是卷曲的），克服合成纤维表面光滑平直的不足。

1.线密度

①．特克斯（tex）：

纤维或纱线长1000m时的质量克数，简称“特”。

分特克斯（dtex）：

纤维或纱线长10000m时的质量克数。

②．旦尼尔（D）：

纤维或纱线长9000m时的质量克数，简称“旦”

③．支数（Nm，Ne）：

单位质量的长度指标。

分为公制支数和英制支数。

公制支数Nm是指质量为1g时的长度米数，简称为支。

第2章聚酯纤维

聚酯纤维是由大分子主链中含有酯基的成纤聚合物纺制的合成纤维。

对苯二甲酸双羟乙酯BHET合成的工艺路线酯交换路线苯二甲酸用乙二醇直接酯化路线环氧乙烷直接加成路线

1．

聚对苯二甲酸乙二酯的生产原理

影响缩聚反应工艺的参数

1、反应温度

缩聚是放热反应，升高温度是反应平衡常数略降，对提高PET的平均聚合度

不利，但在一定温度范围内是有利的。

温度过高，大分子链热降解的速度加快；

还可使生产环状低聚物以及端羧基、端醛基、乙二醇醚等的反应加快，产物的

熔点降低，可纺性变差。

2、真空度

影响生成物的分子量和质量。

真空度越高，PET的平均聚合度越高。

3、催化剂及稳定剂

BHET缩聚常采用金属催化剂（如Sb2O3），其催化活性和金属离子与BHET

羧基氧的配位能力有关.热稳定剂通常为亚磷酸三苯酯。

4、缩聚时间

与真空度、温度和催化剂有关，当这些因素不变时，主要取决于聚合物的分子量的大小。

一般时间为4-6小时。

PET纤维的生产熔体纺丝的基本过程包括：

熔体的制备、熔体自喷丝孔挤出、熔体细流的拉长变细（同时冷却固化），以及纺出丝条的上油与卷曲。

一般是将聚酯树脂切片经过真空干燥（真空度266.6～666.5Pa，温度140～150℃，时间10～20h），除去吸附的微量水分，并使树脂由无定型变为结晶形后，在惰性气体的保护下加热成熔体。

再在一定压力下定量压出喷丝孔，冷却后形成纤维，再经拉伸、卷曲、切断等工序成为一定规格的可纺短纤维；

或在拉伸后进行加捻、定型等后处理工序，成为符合各项指标的长纤维。

主要设备是纺丝机。

聚乳酸（PLA）是合成脂肪族聚酯，具有完全可生物降解性，无毒。

第三章聚丙烯腈纤维

聚丙烯腈纤维是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量占85%以上的线性聚合物所纺织的纤维。

腈纶是聚丙烯腈在我国的商品名，国外则称为“奥纶”、“开司米纶”。

合成羊毛。

聚丙烯腈纤维大多是以丙烯腈为主的三元共聚物制得，其中丙烯腈占88％～95％，第二单体用量为4％～10％，第三单体用量为0.3％～2％。

第二单体的作用：

降低大分子间的作用力，降低PAN的结晶性、增加纤维的柔软性、改善纤维的弹性。

常用的第二单体有：

非离子型单体

丙烯酸甲酯（MA甲基丙烯酸甲酯（MMA醋酸乙烯酯（VAC）

丙烯酰胺（AAM）

第三单体的作用：

引入一定数量的亲染料基团，改进纤维的染色性和亲水性。

常用的第三单体有：

多是带有酸性基团的乙烯基单体

对阳离子染料有亲和力含有羧基或磺酸基团：

衣康酸（甲叉丁二酸，IA）、丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、对乙烯基苯磺酸钠

对酸性染料有亲和力含有氨基，酰胺基，吡啶基：

乙烯吡啶、2－甲基－5－乙烯吡啶

溶剂

无机溶剂：

NaSCN水溶液，ZnCl2水溶液

有机溶剂：

二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基乙酰胺（DMAc）

二甲基亚砜（DMSO）、碳酸乙烯酯（EC）

引发剂

偶氮类：

偶氮二异丁腈（AIBN）

氧化还原体系：

氯酸钠－亚硫酸钠NaClO3－Na2SO3

过硫酸钾－亚硫酸氢钠K2S2O8－NaHSO3

浅色剂－还原剂可以提高纤维的白度，常用二氧化硫脲（TUD）。

分子量调节剂异丙醇（IPA）

异丙醇分子中仲碳原子特别活泼，易和生长成的大分子自由基发生链转移反应。

异丙醇自由基的活性强，但由于加入量少，对反应速度没影响。

丙烯腈多采用溶液聚合。

根据所用溶剂的不同，可分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合。

均相溶液聚合（一步法）:

所用的溶剂既能溶解单体、又能溶解反应生成的聚合物。

反应完毕，聚合液可直接用作纺丝。

如以浓NaSCN水溶液、DMSO、DMF或DMAc为溶剂的聚合，均为均相溶液聚合，引发剂为偶氮类。

转化率为50％～75％。

非均相溶液聚合（二步法）:

可用介质只能溶解或部分溶解单体，而不能溶解反应生成的聚合物，纺丝前需要用溶剂重新溶解聚合物制成纺丝溶液。

因非均相的聚合介质通常采用水，所以又称为水相沉淀聚合。

采用氧化还原体系作为引发剂。

转化率可达70～80％。

PAN纤维的湿法纺丝和干法纺丝

相同点：

干法纺丝和湿法纺丝均属于溶液纺丝，均需要将聚合物溶解在溶剂中配置纺丝溶液。

凝固机理不同：

湿法在凝固浴中双扩散成形干法依靠溶剂挥发成形

成形方法PAN含量

干法纺丝（DMF为溶剂）25～30％

湿法纺丝（DMF为溶剂）20～25％

湿法纺丝可用多种溶剂，如NaSCN，DMF，DMSO，DMAc等；

目前，干法纺丝只用DMF为溶剂。

因为DMF溶解能力最强，且其沸点较低，易挥发。

干法成形机理：

凝固介质：

热空气

溶剂蒸发：

纺丝原液从喷丝孔挤出后进入纺丝甬道，溶液细流与甬道中热空气的热交换，使原液细流温度上升，当细流表面温度达到溶剂沸点时，便开始蒸发，细流内部的溶剂不断扩散至表面而蒸发。

原液细流固化：

由于溶剂蒸发，使原液细流中高聚物浓度增加，而溶剂含量则不断降低，当达到凝固临界浓度时，原液细流便固化为丝条。

PAN干法制备工序：

⒊干法后处理

干法成形的腈纶，因成形条件较缓和，纤维结构较致密，所以丝束的后处理工艺较湿法简单。

（1）水洗：

热的无离子水与丝束逆向流动，洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出，导入回收车间回收溶剂。

丝束经洗涤后基本不含溶剂。

（2）拉伸：

一般在水洗－拉伸机中完成，丝束在水洗－拉伸机中既洗去纤维中的溶剂，又进行拉伸，一般拉伸倍数为4.5左右。

适宜的拉伸温度与丝条中的溶剂含量有关，丝条中的溶剂相当于增塑剂。

因此，溶剂含量越高，拉伸温度越低。

如未拉伸纤维中溶剂含量3％（8％），拉伸温度在140℃（120℃）；

（3）上油：

减少在纤维卷曲和丝束输送中摩擦磨损，并增加纤维在卷曲和整理时的抱合力。

（4）卷曲：

一般经蒸汽箱后进入卷曲机。

（5）热定型：

提高尺寸稳定性，消除内应力，提高物理机械性能和染色性能。

（6）切断：

按长度，可切断为棉型或毛型等。

（7）干燥：

短纤维干燥是丝束经上油，切断后进入干燥机；

丝束状干燥则是丝束直接进入干燥机，干燥后的丝束再牵切加工，或经上油、切断后打包。

聚丙烯腈的湿法纺丝成形（以NaSCN一步法生产为例）

湿法纺丝成形机理

凝固介质：

PAN可以采用不同溶剂制备纺丝原液。

湿法纺丝时，一般都用溶剂的水溶液作为凝固浴。

双扩散纺丝液由喷丝头喷出进入凝固浴后，细流中的溶剂不断扩散到凝固浴中而凝固浴中的凝固剂（水）不断通过扩散到细流内部。

影响成形速度的主要因素

1）凝固浴浓度凝固浴中NaSCN的浓度Cb↑双扩散速率↓成形速度↓

2）凝固浴温度T↑扩散系数增大，凝固过程加速，纤维结构疏松；

随凝固浴温度降低，凝聚速度下降，凝固过程均匀，初生纤维结构紧密，成品的强度上升。

3）凝固浴循环量在纤维成形过程中，纺丝原液中的溶剂不断地进入凝固浴，使凝固浴中溶剂浓度逐渐增浓，同时由于原液温度和室温都比凝固浴温度高，所以浴温也会有所升高。

而凝固浴的浓度和温度又直接影响纤维的品质，因此必须不断地使凝固浴循环，以保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动以确保所得纤维的质量。

后处理工序包括：

拉伸、水洗、干燥致密化、卷曲、热定型、上油、切断和打包等。

水洗目的是洗去纤维上残存的溶剂，否则会影响纤维质量，如纤维上NaSCN>

0.1％会使染料沉淀，染色后纤维会有斑点。

上油目的：

纤维具有平滑性、柔软性，改善手感和抗静电性能，以利于后加工。

干燥致密化经拉伸后的纤维超分子结构基本形成，但由于成形时间短，纤维中还存在内应力和缺陷，经干燥致密化和热定型消除内应力和结构缺陷。

纤维致密化机理：

拉伸水洗后的纤维，其微孔被拉长拉细，内部充满水，在适当温度下进行干燥，大分子链段能较自由地运动，水分逐渐蒸发产生毛细管压力，使得微孔半径相应收缩，最后微孔融合。

热定型的目的是提高纤维尺寸稳定性（热定型后PAN沸水收缩率下降为4％以下），进一步改善纤维的机械性能、染色性能。

溶剂的回收方法：

课本224

第4章聚酰胺纤维

锦纶纤维:

是由饱和的二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的线性高分子缩聚物。

聚酰胺纤维原料生产简述

重要的方法：

熔融缩聚法、开环聚合法和低温聚合法（界面聚合和溶液聚合）。

熔融缩聚法：

PA-66、PA-9、PA11、MAX6

活化开环聚合：

己内酰胺。

其中己内酰胺的水解聚合工艺占优势。

聚酰胺-6（锦纶-6）的生产由已内酰胺或ω-氨基已酸经缩聚反应而制得的合成纤维。

工业上普遍采用添加少量水使其聚合，称为水解聚合。

主要原料：

已内酰胺生产原理：

高温；

惰性气体保护；

水作引发剂；

Mn=15000～23000生产工艺：

有常压法、高压法、常减压并用、固相缩聚等

分子质量调节剂：

乙酸或己二酸；

反应方程式：

课本59

萃取的目的：

干燥：

聚酰胺-66（锦纶-66）的生产是已二酸与已二胺的缩聚物，是最早实现工业生产的聚酰胺品种，也是产量最大。

耐磨性最好

主要原料:

已二酸、已二胺生产原理:

需要严格控制两种单体配料比，才能得到高相对分子质量的高聚物。

生产上采用：

缩聚反应前，先制成盐，再缩聚。

甲醇为溶剂相对分子质量调节剂乙酸或已二酸

课本60

芳香族聚酰胺纤维的定义泛指至少有85%的酰胺基团直接与两个芳环基团连接而成的线形高分子制造的纤维，称作芳香族聚酰胺纤维（Aramid纤维）。

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维商品名为Kevlar纤维、我国称为芳纶1414。

PPTA

聚间苯二甲酰间苯二胺纤维商品名为Nomex纤维或Conex纤维，我国称为芳纶1313。

PMIA

聚对苯二甲酰对苯二胺纤维合成聚对苯二甲酰对苯二胺所用单体一般为芳香族二胺和芳香族二酸及其衍生物。

合成方法1、界面缩聚2、固相缩聚3、低温溶液缩聚

低温溶液缩聚制备PPTA工艺流程图

低温溶液缩聚过程中氯化锂助溶机理、浓硫酸做PPTA的溶剂

PPTA/H2SO4干喷湿纺过程中分子链取向机理

耐高温纤维的主要品种：

石棉纤维、玻璃纤维、聚丙烯腈预氧化纤维

聚苯并咪唑纤维（PBI）、聚酰亚胺纤维（PI）、聚苯硫醚纤维（PPS）

聚四氟乙烯纤维（PTFE）、三聚氰胺缩甲醛纤维

第五章聚烯烃纤维

聚丙烯（PP）纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维，我国简称为丙纶。

制备高强纤维的基本条件

1、聚丙烯纤维的性能

①质轻：

聚丙烯纤维的密度为0.90~0.92g／cm3，在所有化学纤维中是最轻的，

②强度高，耐磨、耐腐蚀性好：

③电绝缘性和保暖性好：

聚丙烯纤维的电绝缘性和保暖性最好。

④耐热及耐老化性能差：

⑤吸湿性及染色性差：

聚丙烯纤维的吸湿性和染色性在化学纤维中最差，有色聚丙烯纤维多数是采用纺前着色生产。

UHMWPE纤维的纺丝方法还有高压固态挤出法、增塑熔融纺丝法、表面结晶生长法。

凝胶纺丝—超拉伸技术

UHMWPE冻胶纺工艺关键浓度：

2%-8%

第六章天然纤维与再生纤维

粘胶纤维的制备工艺过程：

1.黏胶的制备：

浸渍、压榨、粉碎、老成、磺化、溶解

2.黏胶的纺前准备：

混合、过滤、脱泡

3.黏胶的纺丝及纤维的拉伸：

4.黏胶纤维后处理：

水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、干燥、（长丝：

加捻、络筒；

短纤：

切断、打包）

浆粕---碱化---压榨---粉碎---老成---磺化---溶解---熟成---脱泡、过滤---纺丝---后处理---烘干---粘胶纤维

碱纤维素的制备包括浆粕浸渍（碱化）、碱纤维素压榨、碱纤维素粉碎

浸渍目的：

溶出半纤维素；

浆粕膨化，提高反应性

浸渍浴比：

浆粕的绝干重量（kg）和浸渍碱液体积（L）之比称为浸渍浴比

压榨作用：

压出多余碱；

除去半纤维素及杂质；

提高碱纤维素纯度；

减少黄化副反应；

粉碎作用：

坚硬板块→粉碎→细小、松散屑状→比表面积↑→老成时与空气接触↑→老成均匀

碱纤维素的老成定义：

碱纤维素在恒温下保持一定时间，在空气中氧化降解，聚合度下降至工艺要求。

磺化：

碱纤维素与二硫化碳发生化学反应，生成纤维素磺酸钠的过程

目的：

磺酸基团引入→纤维素大分子间距↑→大分子间作用力↓磺酸基团（亲水）↑→溶剂化↑→纤维素磺酸酯稀碱溶液

凝固浴组成及作用

硫酸：

1、使纤维素黄酸钠分解，再生出纤维素；

2、中和粘胶中的碱，使粘胶凝固；

3、使黄化产生的副产物分解

硫酸钠：

抑制硫酸的离解，减缓纤维素的再生速度；

促进粘胶盐析脱水而凝固

硫酸锌：

与纤维素黄酸钠生成稳定的中间产物纤维素黄酸锌，纤维素黄酸锌在凝固浴中的分解速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利于拉伸，纤维强度较高

Lyocell纤维

第七章聚乙烯醇纤维

聚乙烯醇纤维是聚乙烯醇缩甲醛纤维的简称，商品名称维纶、维尼纶。

水洗目的：

⑴降低PVA中NaAc含量，使之＜0.2％，减少热处理时的碱性着色；

⑵除去低分子量PVA，改善分子量分布；

⑶使PVA适度膨润，以利于溶解。

脱水目的：

（1）未脱水的PVA其醋酸钠含量偏高；

（2）难以控制溶解时的浓度

（3）不利于输送和计量

凝固浴组成：

Na2SO4：

410～420g/LZnSO4：

1～5g/L

① 

Na2SO4使丝条脱水凝固成形

②ZnSO4控制纤维色相（强酸弱碱盐、水溶液pH=3.35）适当加入可增加纤维白度，过多将影响凝固能力。

缩醛化：

缩醛化基本反应为

⑵缩醛化浴组成（短纤维）

HCHO（g/L）25±

2缩醛化剂

H2SO4（g/L）225±

3催化剂

Na2SO4（g/L）70±

3阻溶胀剂（由纤维带入）

第8章聚氨酯纤维

聚氨酯弹性纤维是一种含有85%以上氨基甲酸酯、具有线型链段结构的嵌段高分子化合物制成的纤维，国际统称“Spandex”，我国商品名称为氨纶，是一种性能优异的合成纤维。

弹性回复率高

聚氨酯的主要原料：

有机多元异氰酸酯、聚合物二醇、扩链剂、交联剂、催化剂

扩链剂常见扩链剂是含双官能度的含活泼氢化合物

作用：

分子链增长作用，低分子化合物（二胺类、二肼类、二醇）。

聚氨酯分为混炼型、热塑型、烧注型

两步法（预聚体法）：

首先由脂肪族聚醚或脂肪族聚酯与二异氰酸酯加成生成预聚体，预聚体的端基为异氰酸酯基（－NCO），平均相对分子质量较低（<

5000），然后在预聚体中加入扩链剂进行反应，扩链剂中的双官能团（－OH或－NH2）与预聚体分子中的异氰酸酯基反应，使分子链进一步扩展，生成相对分子质量在2×

104～5×

104之间的嵌段共聚物。

化学反应纺丝法：

课本108

第九章碳纤维

碳纤维——由有机纤维在惰性气氛中经高温（1500º

C）碳化而成的纤维状碳化合物，其碳含量在90%以上。

按原丝类型分：

聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、

木质素纤维基碳纤维

聚丙烯腈原丝：

用于制备碳纤维的前物体聚丙烯腈纤维.

制备碳纤维的前驱体的聚丙烯腈及原丝应具有的结构与性能：

⑴较高的平均分子量，分子量分布为2-3⑵含有适量的共聚单体

⑶高结晶度、高取向度，结构致密⑷含杂质少，各层次分子结构缺陷最少

⑸纤度或直径小，圆形断面⑹较高的的碳收率强度、高模量

⑺原丝性能指标变异系数小

⑻预氧化是具备宽的环化、氧化放热反应区、比较低的环化开始反应温度。

⑼具有较高碳收率

聚丙烯腈碳纤维的生产：

第一步：

聚丙烯腈原丝的生产

第二步：

原丝的预氧化和炭化

进行预氧化处理的原因：

PAN随着热处理温度的提高，在其熔融前会氧化分解，所以先在空气中进行预氧化处理，使PAN的线性分子链转化为热稳定的梯形六元环结构，以使其在高温炭化是不熔不燃。

另外，当加热足够长的时间，将产生纤维吸氧作用，形成PAN纤维分子间的化学键合。

预氧化又称热稳定化，在200-300℃下氧化气氛中（空气）受张力的情况下进行。

预氧化过程可能存在的反应：

氧化、脱氢、环化（均为放热反应）

纤维颜色变化（白→黄→棕褐色→黑色）

预氧化过程中的技术关键：

预氧化过程中反应热的瞬间排除。

采取措施：

通入预氧化炉中流动空气。

聚丙烯腈原丝的制备按聚合和纺丝的连续性分为：

一步法、二步法

按纺丝方法分为：

湿法，干法，熔融法，干湿法和冻胶纺丝

预氧化的机理

预氧化工艺过程：

主要包括：

放丝架，改性槽，从低温到高温几个温度不等的预氧炉

预氧化工艺条件

炭化在400~1900℃的惰性气体中进行，碳纤维生成的主要阶段。

含碳量95%左右。

一般采用高纯氮气N2

为何要施加张力？

不仅使纤维的取向度得到提高，而且使纤维致密化并避免大量孔隙的产生，可制得结构较均匀的高性能碳纤维。

炭化过程的横向交联反应400~600℃脱氢、600~1300℃脱氮

石墨化：

在2000℃～3000℃的温度下，密封装置，施加压力，保护气体（Ar）中进行。

目的是使纤维结构转变为规整的石墨晶体结构，与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。

石墨化过程中：

结晶碳含量不断提高，可达99％以上；

纤维结构不断完善

提高碳纤维性能的方法1、降低碱金属的含量2、原丝细旦化

3、生产过程环境的洁净化4、干-湿法纺丝和蒸汽牵伸5、原丝的化学改性

6、炭化是施加高强磁场7、制备高性能碳纤维高分子量聚丙烯腈

8、降低聚合物的结构缺陷

碳纤维的结晶块是相互重叠、倾斜和扭曲，并且在块带之间存许多孔洞。

皮芯结构CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。

皮层：

微晶较大，排列有序。

芯层：

微晶减小，排列紊乱，结构不均匀。

碳纤维的性能具有高的比强度和高模量，热膨胀系数小，尺寸稳定性好，被大量用作复合材料的增强材料。

碳纤维强度的测试方法一、单丝法二、复丝法

第十一章功能纤维及纤维改性

离子交换纤维的制备方法：

（一）有机纤维直接功能化法；

（二）有机纤维接枝―功能化法；

（三）共混物或共聚物成纤―功能化法。

活性炭纤维的种类1、纤维素基活性碳纤维2、聚丙基烯腈基活性碳纤维

3、沥青基活性碳纤维。

4、酚醛纤维基活性碳纤维。

导电高分子材料是指自身具有导电功能的高聚物。

阻燃纤维是纤维在中、小型火源点燃下会发生小火焰燃烧，一旦火源撤走，火源又能较快地熄灭的一类纤维。

极限氧指数是指氮气和氧气的混合气体中能支撑纤维燃烧的氧气的最低浓度，通常用百分数表示。

高亲水聚丙烯腈纤维与抗静电聚丙烯腈纤维的改性方法

共混纺丝法是指将两种或两种以上的聚合物切片或熔体进行熔融纺丝，或将两种或两种以上聚合物溶液混合进行溶液纺丝的纤维成形方法，所得纤维即为共混纤维或双组分或多组分纤维。

复合材料组成的三要素：

基体材料、增强材料、界面