东华大学纺织材料学第1,2,3,4章剖析.ppt

第一章 纤维的分类及发展 第一节第一节 纤维及其分类纤维及其分类 一、纤维定义与要求 1.纤维 指长宽比在103数量级以上、粗细为几微米到上百微米 的柔软细长体，有连续长丝和短纤之分 传统纤维：直径为几微米到上百微米的纤维 纳米纤维：直径在纳米尺度（1-100纳米）的纤维 （纳米复合纤维：含有纳米颗粒的改性纤维） 2. 纺织纤维应具备的基本性能 l 一定的长度和长度整齐度； l 一定的细度和细度均匀度； l 一定的强度和模量； l 一定的延伸性和弹性； l 一定的抱合力和摩擦力； l 一定的吸湿性和染色性； l 一定的化学稳定性 l对于特殊用途的纺织纤维还应具备一些特 殊的要求，如阻燃、抗菌等 二、纤维的分类与命名 1．按来源分： 天然纤维(natural fiber) 化学纤维(manufactured fiber） 2．其他分类 表1-1 主要天然纤维的来源分类与名称 分类类定义义组组成物质质纤维纤维 来源 植物 纤维纤维 取自于植物种 子、茎、韧韧皮、 叶或果实实上获获得 的纤维纤维 主要组组成物质为质为 纤纤 维维素，并含有少量 木质质素、半纤维纤维 素 等，含量比随纤维纤维 的不同而不同 ①种子纤维纤维 ：取自植物种子表面的单细单细 胞纤维纤维 ，如 棉及彩色棉和转转基因棉等纤维纤维 ；②韧韧皮纤维纤维 ：取自 植物韧韧皮中的纤维纤维 ，如苎苎麻、亚亚麻、大麻、黄麻、 红红麻、罗罗布麻、苘苘麻等；③叶纤维纤维 ：取自植物叶子 的纤维纤维 ，如剑剑麻、蕉麻、菠萝萝叶纤维纤维 、香蕉茎纤维纤维 等；④果实纤维实纤维 ：取自植物果实实的纤维纤维 ，如木棉、 椰子纤维纤维 ；⑤竹纤维纤维 ：取自竹类类茎杆的纤维纤维 ，如竹 子纤维纤维 。

动动物 纤维纤维 取自于动动物的毛 发发或分泌液的纤纤 维维 主要组组成物质为质为 蛋 白质质，但蛋白质质的 化学组组成有较较大差 异 ①毛纤维纤维 ：取自动动物的毛发发，由角蛋白组组成的多细细 胞结结构的纤维纤维 ，如绵绵羊毛、山羊毛、骆驼骆驼 毛、驼驼羊 毛、兔毛、牦牦牛毛、马马海毛、羽绒绒、野生骆马骆马 毛、 变变性羊毛、细细化羊毛等；②丝纤维丝纤维 ：指由昆虫的丝丝 腺分泌物形成的纤维纤维 ，如桑蚕丝丝、柞蚕丝丝、蓖麻蚕 丝丝、木署蚕丝丝、天蚕丝丝、樗蚕丝丝、柳蚕丝丝、蜘蛛丝丝 等 矿矿物 纤维纤维 从纤维纤维 状结结构的 矿矿物岩石获获得的 纤维纤维 二氧化硅、氧化铝铝 、氧化铁铁、氧化镁镁 等 各类类石棉，如温石棉、青石棉、蛇纹纹石棉等 表1-2 化学纤维的分类及名称 分类类 定义义纤维纤维 再生 纤纤 维维 以天然高聚物为为原 料制成浆浆液其化学 组组成基本不变变并高 纯净纯净 化后制成的纤纤 维维 ①再生纤维纤维 素纤纤推：指用木材、棉短绒绒、蔗渣、麻、竹类类、海藻等 天然纤维纤维 素物质质制成的纤维纤维 ，如粘胶纤维纤维 、Modal纤维纤维 、铜铜氨纤维纤维 、竹浆纤维浆纤维 、醋酯纤维酯纤维 、Lyocell纤维纤维 、富强纤维纤维 等；②再生蛋白 质纤维质纤维 ：指用酪素、大豆、花生、毛发类发类 、丝丝素、丝丝胶等天然蛋白 质质制成的，绝绝大部分组组成仍为为蛋白质质的纤维纤维 ，如酪素纤维纤维 、大豆纤纤 维维、花生纤维纤维 、再生角朊纤维朊纤维 、再生丝丝素纤维纤维 等；③再生淀粉纤纤 维维：指用玉米、谷类类淀粉物质质制取的纤维纤维 ，如聚乳酸纤维纤维 （PLA） ；④再生合成纤维纤维 ：指用废废弃的合成纤维纤维 原料熔融或溶解再加工成 的纤维纤维 。

合成 纤纤 维维 以石油、煤、天燃 气及一些农农副产产品 为为原料制成单单体， 经经化学合成为为高聚 物，纺纺制的纤维纤维 ①涤纶涤纶 ：指大分子链链中的各链节链节 通过酯过酯 基相连连的成纤纤聚合物纺纺制的 合成纤维纤维 ；②锦纶锦纶 ：指其分子主链链由酰酰胺键连键连 接起来的一类类合成纤纤 维维；③腈纶腈纶 ：通常指含丙烯腈烯腈 在85%以上的丙烯腈烯腈 共聚物或均聚物 纤维纤维 ；④丙纶纶：分子组组成为为聚丙烯烯的合成纤维纤维 ；⑤维纶维纶 ：聚乙烯烯 醇在后加工中经缩经缩 甲醛处醛处 理所得的纤维纤维 ；⑥氯纶氯纶 ：分子组组成为为聚 氯氯乙烯烯的合成纤维纤维 ；⑦其他的还还有乙纶纶、氨纶纶、乙氯纶氯纶 及混合高聚 物纤维纤维 等 无机 纤纤 维维 以天然无机物或含 碳高聚物纤维为纤维为 原 料，经经人工抽丝丝或 直接炭化制成的无 机纤维纤维 ①玻璃纤维纤维 ：以玻璃为为原料，拉丝丝成形的纤维纤维 ；②金属纤维纤维 ：以金 属物质质制成的纤维纤维 ，包括外涂塑料的金属纤维纤维 、外涂金属的高聚物 纤维纤维 以及包覆金属的芯线线；③陶瓷纤维纤维 ：以陶瓷类类物质质制得的纤维纤维 。

如氧化铝纤维铝纤维 ，碳化硅纤维纤维 、多晶氧化物；④碳纤维纤维 ：是指以高 聚物合成纤维为纤维为 原料经经碳化加工制取的，纤维纤维 化学组组成中碳元素占 总质总质 量90%以上的纤维纤维 ，是无机化的高聚物纤维纤维 2．其他分类 （1）按纤维的外观形态分类 按长度分：棉型、毛型、中长型、丝型； 按截面形态分：普通圆形、中空和异形纤维； 按组分分布分：环状或皮芯等复合纤维； 按卷曲状态分：高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲等； （2）按纤维的性能和功能分类 差别化纤维：在原来纤维组成的基础上，通过物或化学改性处 理，使纤维性状获得一定程度改善的纤维 高性能纤维：具有高强、高模量、耐高温或耐化学作用 功能或智能纤维：具有特殊功能，甚至具有智能或自适应作用 （3）按加工方式分 天然纤维：不同初加工和改性的纤维，如丝光棉、精干麻、 洗净毛、拉细羊毛和生丝等； 化学纤维：高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预取向丝（POY）或 全取向丝（FOY)、变形丝等； （4）按纤维资源状态（一般指天然纤维） 大宗纤维：棉花、绵羊毛、麻类纤维和桑蚕丝等； 特种纤维：产量稀少、经济和应用价值高的天然纤维，一般 为动物类纤维，如极细羊毛、山羊绒、牦牛绒、蜘蛛丝等。

第二节第二节 各类常用纤维简介各类常用纤维简介 一、天然纤维素纤维 1．棉纤维 (1) 棉纤维的组成与特性 截面呈腰圆形，带中腔结构;纵向呈 扁平带状，有天然转曲 棉纤维长于棉籽上，是由棉籽表皮 细胞先伸长后加厚而成的，一个细胞 长成一根纤维 （a）棉纤维的组成 表皮初生层：果胶和蜡质，含量随纤维产地和品种而不同 ； 主体层（次生层）：基本成分为纤维素94％-95％和其他 物质5％-6％； 中腔内层：微量的色素、灰分和蛋白质 （b）棉纤维的特性 优点：细长柔软，吸湿性好，耐强碱，耐有机溶剂，耐 漂白剂以及隔热耐热； 缺点：弹性和弹性恢复性较差，不耐强无机酸、易发霉 、易燃 ① 按品种分：细绒棉 、长绒棉 、粗绒棉 (陆地棉) (海岛棉) (亚洲棉) (2) 棉纤维的分类 长绒棉细绒棉粗绒棉 图1-1 不同来源（品种）棉纤维的截面示意图 ② 按棉纤维的成熟度分：成熟棉、未成熟棉、完全 未成熟棉、过成熟棉、完全成熟棉 棉纤维的成熟度：即棉纤维胞壁的增厚程度 （除纤维长度外，棉纤维的强度、模量、色泽、抗弯和弹 性、转曲程度都与成熟度有关） 未成熟 成熟 过成熟 实际形状 图1-2 棉纤维成熟度的理论几何图示 成熟度系数： 纤维种类成熟度系数 细绒棉1.5-2.0 长绒棉1.7-2.5 一般纺纱用棉1.7-1.8 理想的纺纱用棉2.0左右 未成熟棉2.0 死纤维600℃）无机物 定义：主要是指高强、高模、耐高温和耐化学作 用的纤维，是高承载能力和高耐久性的功能纤维 。

1．对位芳纶（芳纶1414）和间位芳纶（芳纶1313） 芳纶1414强度高、模量高、密度小、柔性好，化 学稳定性好，除无机强酸、强碱外，能耐多种酸 、碱及有机溶剂的侵蚀； 芳纶1313耐热性能好，阻燃性好，能耐大多数酸 的作用，除不能与强碱长期接触外，对碱的稳定 性也很好；还具有良好的抗辐射性能 表1-10 几种高性能纤维的物理指标 纤维纤维 名称 密度 g/cm3 强度 cN/dtex 模量 cN/dtex GPa 伸长长率 ％ Tm oC Tg oC Ts oC Td oC LOI ％ 回潮率 ％ Kevlar291.4420.34903.6--250550303.9 Kevlar491.4520.87802.4--250550304.5 Kevlar1291.4423.97003.3--250550303.9 Nomex1.464.857535--22041528-324.5 Twaron 10001.4419.84953.6--250550294.5 Twaron 20001.4423.06403.3--250550294.5 Technora1.39225004.4---500253.9 Terlon1.4623.07732.8-35022047027-302~3 PBO AS1.544213003.5--360650682.0 PBO HM1.564220002.5---650680.6 PBI1.42.42828.5--2505504115 Dyneema SK600.97289103.5144-80-<200 Dyneema SK650.97319703.6--<200 Dyneema SK750.973511003.8～-～-<200 Spectra 10000.973211003.3155-100-<200 Spectra 20000.973412002.9--<200 高模碳纤维纤维1.8312.325600.8--6003700-- 高强碳纤维纤维1.7819.113401.4--5003700-- E玻纤纤2.587.82804.8--350825-- S玻纤纤2.518.53405.2--300800-- 钢丝钢丝7.854.026511.2---1600-- 图1- 8芳纶纤维的应用领域示意图 2．PBO纤维 PBO是聚－P－亚苯丙二噁唑，简称聚苯丙噁唑。

耐燃性好；热稳定性比芳纶1313更高；抗蠕变、 耐化学和耐磨性能非常好；耐压缩破坏性能好； 耐光或耐光热复合作用的性能较差 3．PEEK纤维 PEEK统称为聚醚酮醚，是半结晶的芳香族热塑 性聚合物，属聚醚酮类 温度（℃） PEEK芳纶1313涤纶 10010010090 1501001000 200100900 2509500 30080降解降解 表1-11 PEEK纤维的强度保持率及比较 表1-12 不同物质对PEEK的化学作用 化合物 23℃100℃200℃ 醋酸（10%）－－ 碳酸－－ 柠檬酸－－ 甲酸△△ 盐酸（10%）－－ 硝酸－－ 磷酸（50%）－－－ 硫酸（<40%）△△△ 乙醇－－－ 乙二醇－－△ 丙酮－－ 甲醛－－ 氨水－－－ 氢氧化钠（50%）－－－ CO（气）－－－ 氯化铁△△ 硫化氢（气）－－－ 碘△ 臭氧－△ 二甲基甲酸胺－△ 吡啶－－ 二甲基亚砜（DMSO）△△ 二苯砜（DPS）△ 4．聚四氟乙烯纤维 表1-13 聚四氟乙烯纤维的基本特征值 纤维 TeflonPTFEPTFE 制造商DupontLenzingAlbany 强度/cNdtex-11.40.8～1.31.3 断裂伸长率/%202550 熔融温度/℃347327375 软化温度/℃17720093 最高使用温度/℃290280260 极限氧指数/％O2989898 是已知的最为稳定的耐化学作用和耐热的纤维材料 。

5．碳纤维 图1-9 常用碳纤维的力学特征值范围 是指纤维化学组成中碳元素占总质量90％以上的纤维 第三节第三节 纤维的加工纤维的加工 一、天然纤维。