合成纤维 (2)精.ppt
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1、合成纤维(2)第1页,本讲稿共47页(2)人造纤维:以天然纤维素(木质纤维素或棉纤维短绒)为原料经化学加工制成的再生纤维素纤维,工业称粘胶纤维。(1)天然纤维:如棉花、羊毛、蚕丝、麻等。棉短绒NaOH液纤维素黄酸钠CS2湿法纺丝酸性液人造纤维胶黏纤维铜氨纤维醋酸纤维纤维素纤维蛋白质纤维(如乳酪素纤维)1.纤维分类第2页,本讲稿共47页合成纤维锦纶系列纤维涤纶系列纤维腈纶系列纤维聚乙烯醇系列纤维聚烯烃纤维含氯纤维耐高温纤维其他纤维(3)合成纤维:线型结构的高分子量合成树脂,经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。第3页,本讲稿共47页2.纤维的性能(1)细度a.支数:单位重量的纤维在公定回潮率时
2、的长度表示。公制支数以1g重的纤维所具有的长度(米)表示。b.纤度:一定长度的纤维所具有的重量来表示。常用的纤度单位有“特克斯”(tex),1tex表示在公定回潮率时1000m长的纤维重lg。(2)长度棉型短纤维:纤度10.8-13.5 tex,长度33-38mm。毛型短纤维:纤度27-45 tex,长度64-114mm。中长型纤维:纤度18-27 tex,长度为51-76mm。第4页,本讲稿共47页(3)卷曲度:1cm长度纤维上所具有的卷曲数叫做卷曲度,卷曲度在12-14之间较好。(4)吸湿性:一般较差。聚乙烯醇缩甲醛纤维较好。(5)断裂强度:一般高于天然或人造纤维。(6)回弹性:纺织材料在
3、外力作用时产生形变,外力除去后,恢复原来状态的能力。涤纶的回弹性较好。(7)耐磨性:衡量纤维表面的耐磨擦性质,聚酰胺纤维耐磨性好。第5页,本讲稿共47页(8)光照牢度:纤维在日光照射下所能维持原有性质不变的能力。腈纶较好,锦纶较差。(9)染色性:合成纤维不易染色。聚酰胺纤维和聚乙烯醇缩甲醛纤维相对易染色。(10)耐霉性和防蛀性合成纤维的特点:优点是强度高、弹性好、保暖性好、耐摩擦、耐酸碱、耐腐蚀、防虫蛀;缺点是未经处理不易着色、易产生静电、吸湿性差、透气性差。第6页,本讲稿共47页2.成纤高聚物的特征(1)成纤高聚物均为线型高分子:用这类高分子纺制的纤维能沿纤维纵轴方向拉伸而有序排列。当纤维受
4、到拉力时,大分子能同时承受作用力,使纤维具有较高的拉伸强度和适宜的延伸度及其他物理-力学性能。(2)成纤维高聚物具有适宜的相对分子量,分子量分布要窄:线型高聚物分子链的长度对纤维的物理-力学性能影响很大,尤其是对纤维的机械强度、耐热性和溶解性的影响更大。相对分子质量高或低均不好,高者不易加工,低者性能不好。主要成纤高聚物的相对分子质量主要成纤高聚物的相对分子质量高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量聚酰胺聚酰胺-6或或-66聚酯聚酯聚丙烯腈聚丙烯腈16000-2200016000-2000050000-80000聚乙烯醇聚乙烯醇全同聚丙烯全同聚丙烯60000-
5、80000180000-300000第7页,本讲稿共47页(3)成纤高聚物的分子链间必须有足够强的作用力:高聚物的物理-力学性能与分子间作用力,如离子键、色散力、范德华力等有密切关系。分子间作用力越大,纤维的强度越高。(4)成纤高聚物应具有可溶性和熔融性:只有这样才能将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体,再经纺丝、凝固或冷却形成纤维,否则就不能进行纺丝。(5)分子结构要规整,最好具有适当结晶度,拉伸取向后成为不可逆状态。(6)结晶性聚合物熔点和软化点应比使用温度高得多;非结晶性聚合物,Tg应比使用温度高。第8页,本讲稿共47页12.2 聚酰胺纤维聚酰胺纤维(尼龙、锦纶)是最早工业化的合成纤维,是具有
6、强度高、耐磨和坚韧的纤维。也是制造薄膜及工程塑料的原料。聚酰胺由饱和二元酸与二元胺通过缩聚反应制得的线性缩聚物,共同特点是其大分子链节间都是以酰胺基“CONH”相联。常见的有聚酰胺-6、聚酰胺-66、聚酰胺-12、聚酰胺-610、聚酰胺-1010等,以聚酰胺-6和聚酰胺-66的产量最大(约占90%)。1.概述概述-氨基酸缩聚(或内酰胺开环)二元氨-二元酸缩聚结构分类第9页,本讲稿共47页聚酰胺的平面锯齿型结构2.聚酰胺的结构与成纤性能第10页,本讲稿共47页(1)侧链基团对聚酰胺成纤的影响-NH-上的氢原子被其他原子或基团所取代,破坏了氢键结构,使熔点下降并丧失成纤能力。第11页,本讲稿共47
7、页(2)分子量和分子量分散指数(3)聚酰胺的晶态结构:聚酰胺大分子链受到分子间氢键的强烈作用联结成氢键面,易于结晶(一般结晶度在50以下)。(4)聚酰胺的熔点(Tm)及玻璃化温度(Tg)尼龙-66的Tm比尼龙-6高40,由于链间氢键的影响。第12页,本讲稿共47页3.聚酰胺-6(尼龙-6)的生产己内酰胺开环聚合-氨基己酸缩聚尼龙-6已内酰胺在室温下为白色结晶体,熔点为68-70,沸点为292.5,手触有润滑感,易溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和苯等。(1)主要原料(2)反应原理总的聚合平衡反应第13页,本讲稿共47页(3)聚酰胺-6尼龙-6纤维的生产工艺a.直形VK管为不锈钢的直形圆筒体,外层有加热
8、夹套,一段分三至五段,可分别加热。用来生产短纤维。b.U型VK管较复杂,由两根在底部相连的直管所组成,中间有一阀门可控制。用来生产要求较高的长丝。主要设备为聚合管(常称为VK管)已内酰胺在水、醇、酸存在下引发的聚合反应称水解聚合反应。可以分为单体开环,缩聚,加成三个主要反应。反应条件:温度250270,时间为几十小时,为防止产物氧化而在惰性气体保护。一般采用常压连续聚合熔融纺丝工艺。第14页,本讲稿共47页聚酰胺-6常压连续聚合法生产工艺流程第15页,本讲稿共47页影响聚合及工艺控制的各种因素a.原料纯度:可能残留的酸性或碱性杂质,或还原性、氧化性杂质,皆不利于聚合,必须提纯。b.引发剂(活化
9、剂):水解聚合所用的引发剂水,一般用量为己内酰胺量的13。c.聚合温度:己内酰胺水解聚合是一个平衡反应,随聚合温度上升,平衡向生成低分子物的方向移动。第16页,本讲稿共47页温度高,起始时聚合速度快反应达平衡时,温度越高,聚合物生成量越低,而低分子物含量上升第一段230-240oC,使己内酰胺开环。第二段260-265oC,使反应加速。第三段240-250oC,使低分子物的含量降低。聚合温度分段控制第17页,本讲稿共47页d.分子量调节剂(稳定剂):最常用为醋酸或己二酸。反应转化率一般为85-90%,尼龙-6中含有单体及环状低聚物,其含量与聚合温度有关,这些水溶性低分子化合物存在下会影响纺丝过
10、程及成品纤维的强度等性能。e.尼龙-6树脂中单体及低聚物的处理低分子化合物一般在纤维纺丝过程中或高聚物成粒后用水洗除去。第18页,本讲稿共47页4.聚酰胺-66(尼龙-66)的合成工艺聚酰胺-66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,也是产量最大的聚酰胺。(1)主要原料已二酸相对分子量146.14,常温常压下为白色晶体。熔点153,沸点337。溶于甲醇、乙醇、丙酮,微溶于环已烷,不溶于苯和石油醚,易溶于热水。已二胺相对分子量116.21,常温常压下为白色片状结晶。熔点为40,沸点为196。具有吡啶气味,在空气中存放易吸收水和CO2,易溶于水,能溶于乙醇和苯。第19页,本讲稿
11、共47页(2)聚合原理nHOOC(CH2)4COOHnH2N(CH2)6NH2HOOC(CH2)4CO HN(CH2)6NHH(2n1)H2On理论上已二酸与已二胺的缩聚反应为:但反应需要严格控制两单体原料的摩尔比才能得到高分子量产物。因此在缩聚反应前先将单体制成已二胺-已二酸盐(简称66盐)后,再进行缩聚反应。nOOC(CH2)4CO HN(CH2)6NH3+nHOOC(CH2)4COOHnH2N(CH2)6NH2nOOC(CH2)4CO HN(CH2)6NH3+HOOC(CH2)4CO HN(CH2)6NHH(2n1)H2On66盐第20页,本讲稿共47页b.反应压力控制:66盐中己二胺在
12、反应温度下易挥发影响摩尔比,因此前期需要加压。反应后期则减压真空下进行以利于除水。(3)聚酰胺-66缩聚反应的影响因素及控制条件a.等摩尔比,单体制成66盐。c.反应温度控制:尼龙-66盐的缩聚反应是吸热和可逆平衡反应,反应初期需供给热量保证反应和进行水分蒸发除水。d.分子量稳定剂:最常用为醋酸或己二酸。加入少量己内酰胺可改变尼龙-66纤维的性能。第21页,本讲稿共47页e.尼龙-66熔体的热稳定性:在熔融缩聚过程中,尼龙-66比尼龙-6易于热分解,并能产生交联物。f.尼龙-66中低分子物含量:含量一般小于1%,后处理不需要进行水洗和萃取过程来脱除低分子产物。间歇法工艺连续法工艺工艺路线第22
13、页,本讲稿共47页尼龙-66的生产流程第23页,本讲稿共47页直接纺丝法即为熔体直接纺丝,该法具有省去铸带、切片、萃取、熔融等工序和设备,缩短生产周期,提高劳动生产率,成本低等优点。(4)聚酰胺的纺丝间接熔融纺丝法是将聚酰胺切成片状颗粒,再进行纺丝,即切片熔融纺丝。普遍采用的设备是螺杆挤出机。第24页,本讲稿共47页4.聚酰胺纤维的性能a.高强度、高熔点、耐冲击性好、弹性和耐疲劳好。耐磨性很好。b.对化学试剂稳定,有耐碱能力,但不耐酸和氧化剂。c.无臭无味,不霉,防虫蛀。d.相对密度小,是最轻的纤维之一。(1)聚酰胺纤维的优点a.弹性模数小,容易变形,用作纺织品时尺寸不稳定。b.耐热性差;耐光
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