化學纖維制備

化學纖維的制備，通常是先把天然的或合成的高分子物質或無機物制成紡絲熔體或溶液，然后經(jīng)過過濾、計量，由噴絲頭(板)擠出成為液態(tài)細流，接著凝固而成纖維。此時的纖維稱為初生纖維，它的力學性能很差，必須經(jīng)過一系列后加工工序才能符合紡織加工和使用要求。后加工主要針對纖維進行拉伸和熱定形，以提高纖維的力學性能和尺寸穩(wěn)定性。拉伸是使初生纖維中大分子或結 構單元沿著纖維軸取向;熱定形主要是使纖維中內(nèi)應力松弛。濕紡纖維的后加工還包括水洗、上油、干燥等工序。紡制長絲時，經(jīng)上述工序即可卷繞成筒;紡制短纖維時還須增加卷曲、切斷和打包等工序。用來生產(chǎn)紡織品的原料中，以棉、麻、絲、毛(羊毛)的歷史最悠久。但是天然資源畢竟有限，棉花的產(chǎn)量約有50千克/公頃，養(yǎng)蠶吐絲也要種桑樹，增產(chǎn)羊毛則要發(fā)展畜牧業(yè)。因此，化學家開始研究，利用價格更便宜、來源更豐富的原料來紡紗織布，它們便是化學纖維。

人造纖維的短纖維一律叫"纖"(如粘纖、富纖)，合成纖維的短纖維一律叫"綸"(如錦綸、滌綸)。如果是長纖維，就在名稱末尾加"絲"或"長絲"(如粘膠絲、滌綸絲、腈綸長絲)。

色彩鮮艷、質地柔軟、懸垂挺括、滑爽舒適。

耐堿性、耐磨性、耐熱性、吸濕性、透氣性較差，遇熱容易變形，容易產(chǎn)生靜電。

(一)再生纖維

再生纖維的生產(chǎn)是受了蠶吐絲的啟發(fā)，用纖維素和蛋白質等天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學加工制成高分子濃溶液，再經(jīng)紡絲和后處理而制得的紡織纖維。

1.再生纖維素纖維 用天然纖維素為原料的再生纖維，由于它的化學組成和天然纖維素相同而物理結構已經(jīng)改變，所以稱再生纖維素纖維。

粘膠纖維是以天然棉短絨、木材為原料制成的，它具有以下幾個突出的優(yōu)點。

(1)手感柔軟光澤好，粘膠纖維像棉纖維一樣柔軟，絲纖維一樣光滑。

(2)吸濕性、透氣性良好，粘膠纖維的基本化學成份與棉纖維相同，因此，它的一些性能和棉纖維接近，不同的是它的吸濕性與透氣性比棉纖維好，可以說它是所有化學纖維中吸濕性與透氣性最好的一種。

(3)染色性能好，由于粘膠纖維吸濕性較強，所以粘膠纖維比棉纖維更容易上色，色彩純正、艷麗，色譜也最齊全。

粘膠纖維最大的缺點是濕牢度差，彈性也較差，織物易折皺且不易恢復;耐酸、耐堿性也不如棉纖維。

2.富強纖維 俗稱虎木棉、強力人造棉。它是變性的粘膠纖維。

富強纖維同普通粘膠纖維(即人造棉、人造毛、人造絲)比較起來，有以下幾個主要特點:

(1)強度大，也就是說富強纖維織物比粘膠纖維織物結實耐穿。

(2)縮水率小，富強纖維的縮水率是粘膠纖維的一半。

(3)彈性好，用富強纖維制做的衣服比較板整，耐折皺性比粘膠纖維好。

(4)耐堿性好，由于富強纖維的耐堿性比粘膠纖維好，因此富強纖維織物在洗滌中對肥皂等洗滌劑的選擇就不像粘膠纖維那樣嚴格。

(二)合成纖維

合成纖維是由合成的高分子化合物制成的，常用的合成纖維有滌綸、錦綸、腈綸、氯綸、維綸、氨綸、聚烯烴彈力絲等

1.滌綸 滌綸的學名叫聚對苯二甲酸乙二酯，簡稱聚酯纖維。滌綸是中國的商品名稱，國外有稱"大可綸"，"特利綸"，"帝特綸"等。

滌綸由于原料易得、性能優(yōu)異、用途廣泛、發(fā)展非常迅速，產(chǎn)量已居化學纖維的首位。 滌綸的最大特點是質量穩(wěn)定、強度和耐磨性較好，由它制造的面料挺括、不易變形，滌綸的耐熱性也是較強的;具有較好的化學穩(wěn)定性，在正常溫度下，都不會與弱酸、弱堿、氧化劑發(fā)生作用。

缺點是吸濕性極差，由它紡織的面料穿在身上發(fā)悶、不透氣。另外，由于纖維表面光滑，纖維之間的抱合力差，經(jīng)常摩擦之處易起毛、結球。

2.錦綸 錦綸是中國的商品名稱，它的學名叫聚酰胺纖維;有錦綸-66，錦綸-1010，錦綸-6等不同品種。錦綸在國外的商品名又稱"尼龍"，"耐綸"，"卡普綸"，"阿米綸"等。錦綸是世界上最早的合成纖維品種，由于性能優(yōu)良，原料資源豐富，因此一度是合成纖維產(chǎn)量最高的品種。直到1970年以后，由于聚酯纖維的迅速發(fā)展，才退居合成纖維的第二位。

錦綸的最大特點是強度高、耐磨性好。

錦綸的缺點與滌綸一樣，吸濕性和通透性都較差。在干燥環(huán)境下，錦綸易產(chǎn)生靜電，短纖維織物也易起毛、起球。錦綸的耐熱、耐光性都不夠好，熨燙承受溫度應控制在140℃以下。此外，錦綸的保形性差，用其做成的衣服不如滌綸挺括，易變形。但它可以隨身附體，是制做各種體形衫的好材料。

3.腈綸 腈綸是國內(nèi)的商品名稱，其學名為聚丙烯腈纖維。國外又稱"奧綸"，"考特爾"，"德拉綸"等。

腈綸的外觀呈白色、卷曲、蓬松、手感柔軟，酷似羊毛，多用來和羊毛混紡或作為羊毛的代用品，故又被稱為"合成羊毛"。 腈綸的吸濕性不夠好，但潤濕性卻比羊毛、絲纖維好。它的耐磨性是合成纖維中較差的，腈綸纖維的熨燙承受溫度在130℃以下。

4.維綸 維綸的學名為聚乙烯醇縮甲醛纖維。國外又稱"維尼綸"，"維納爾"等。

維綸潔白如雪，柔軟似棉，因而常被用作天然棉花的代用品，人稱"合成棉花"。維綸的吸濕性能是合成纖維中吸濕性能最好的。另外，維綸的耐磨性、耐光性、耐腐蝕性都較好。

5.氯綸 氯綸的學名為聚氯乙烯纖維。國外有"天美龍"，"羅維爾"之稱。

氯綸的優(yōu)點較多，耐化學腐蝕性強;導熱性能比羊毛還差，因此，保溫性強;電絕緣性較高，難燃。

氯綸的缺點也比較突出，即耐熱性極差。

6.氨綸 氨綸的學名為聚氨酯彈性纖維，國外又稱"萊克拉"，"斯潘齊爾"等。它是一種具有特別的彈性性能的化學纖維，已工業(yè)化生產(chǎn)，并成為發(fā)展最快的一種彈性纖維。

氨綸彈性優(yōu)異。而強度比乳膠絲高2~3倍，線密度也更細，并且更耐化學降解。氨綸的耐酸堿性、耐汗、耐海水性、耐干洗性、耐磨性均較好。

氨綸纖維一般不單獨使用，而是少量地摻入織物中，如與其它纖維合股或制成包芯紗，用于織制彈力織物。

7. 聚烯烴彈力纖維，聚烯烴彈力纖維是采用熱塑性彈性體經(jīng)熔融紡絲而成的，能耐220℃的高溫，具有耐氯漂及強酸強堿處理，具有極強的抗紫外線降解等特性的新型彈力絲。

(1)長絲:化學纖維加工中不切斷的纖維。長絲又分為單絲和復絲。

單絲:只有一根絲，透明、均勻、薄。

復絲:幾根單絲并合成絲條。

(2)短纖維:化學纖維在紡絲后加工中可以切斷成各種長度規(guī)格的纖維。

(3)異形纖維:改變噴絲頭形狀而制得的不同截面或空心的纖維。

①、改變纖維彈性，抱合性與覆蓋能力，增加表面積，對光線的反射性增強。

②、特殊光澤。如五葉形、三角形。

③、質輕、保暖、吸濕性好。如中空。

④、減少靜電。

⑤、改善起毛、起球性能，提高纖維摩擦系數(shù)，改善手感。

(4)復合纖維:將兩種或兩種以上的聚合體，以熔體或溶液的方式分別輸入同一噴絲頭，從同一紡絲孔中噴出而形成的纖維。又稱為雙組分或多組分纖維。復合纖維一般都具有三度空間的立體卷曲，體積高度蓬松，彈性好，抱合好，覆蓋能力好。特點是:

①、結構不均勻。

②、組分不均勻。

③、膨脹不均勻。

(5)變形絲:經(jīng)過變形加工的化纖紗或化纖絲。

①、高彈滌綸絲:利用合纖的熱塑性加工，50~300%的伸長率。

②、低彈滌綸絲:伸長率控制在35%以下。

③、腈綸膨體紗;利用腈綸的熱彈性。熱拉伸--高收縮，收縮可達45~53%，與低收縮纖維混合紡紗，經(jīng)蒸汽處理。

(1)普通纖維:再生纖維與合成纖維。

(2)特種纖維:耐高溫纖維、高強力纖維、高模量纖維、耐輻射纖維。

huɑxue xiɑnwei

化學纖維

chemical fiber

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化學纖維的種類

人造纖維

合成纖維

普通合成纖維

特種纖維

改性纖維

無機纖維

化學纖維的結構

大分子結構

織態(tài)結構

序態(tài)

結晶形態(tài)

側序分布

取向

表征化學纖維性質的參數(shù)

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用天然的或人工合成的高分子物質為原料制成的纖維。常見的紡織品，如粘膠布、 滌綸卡其、 錦綸絲襪、腈綸毛線以及丙綸地毯等，都是用化學纖維制成的。根據(jù)原料來源的不同化學纖維可以分為:①人造纖維，以天然高分子物質(如纖維素等)為原料，有粘膠纖維等;②合成纖維，以合成高分子物為原料，有滌綸等;③無機纖維，以無機物為原料，有玻璃纖維等。自從18世紀抽出第一根人工絲以來，化學纖維品種、成纖方法和紡絲工藝技術都有了很大的進展。

化學纖維的種類

人造纖維 中國不僅是飼蠶制絲的發(fā)源地，從歷史記載看也是人工制造纖維最早的國家(參見中國化學纖維生產(chǎn)史)。人造纖維的主要品種有:①粘膠纖維1848年J.默塞發(fā)現(xiàn)棉纖維素被濃堿液浸漬后，化學反應靈敏性增加。此后英國人C.克羅斯和E.貝文用二硫化碳與堿纖維作用獲得溶解性纖維素黃酸酯，從而制得粘膠纖維。后來出現(xiàn)了離心罐式繞絲器，使粘膠纖維有了工業(yè)化生產(chǎn)的條件。②硝酸酯纖維，又稱硝酸人造絲。1855年，英國人將纖維素硝化后溶解成膠液并擠壓成絲。1884年，脫硝方法研究成功，硝酸法制造人造絲正式投產(chǎn)。③醋酯纖維，將棉短絨在以冰醋酸為主的試劑中醋化形成纖維素醋酸酯，溶解在三氯甲烷的漿液中經(jīng)過紡絲獲得三醋酯纖維。如將纖維素醋酸酯局部皂化，則獲得溶于丙酮的纖維素醋酸酯，紡絲后所得纖維稱二醋酯纖維。④銅銨纖維，采用氫氧化四氨銅溶液作溶劑，將棉短絨溶解成漿液紡絲制得的人造絲。絲質精細優(yōu)美，但成本較高。⑤人造蛋白質纖維，英國人最早研究從動物膠中提取蛋白制造人造蛋白纖維。1935年意大利有人試驗從牛乳中提取乳酪素，制成人造羊毛。此后，一些國家相繼以大豆蛋白、花生蛋白制取人造纖維獲得成功。由于這類纖維的實用性能和制造成本存在問題，產(chǎn)量極少。

自從粘膠纖維工業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著科學技術的發(fā)展，人造纖維的產(chǎn)量不斷增加、質量不斷提高。到了40年代末，各種人造纖維的世界總年產(chǎn)量已超過60萬噸其中粘膠纖維占84%。此后，又發(fā)展出幾種有突出性能的新型粘膠纖維。其中有:

① 高濕模量纖維:結構接近于棉纖維，截面形狀接近于羊毛，濕態(tài)與干態(tài)的強度比達70%，吸水量小堿溶性低。50年代初，日本石川正之改進粘膠纖維制備工藝條件，并將初生的濕絲條進行高倍拉伸，獲得高強度的粘膠纖維，取名為"虎木棉"。此后，比利時、瑞士和法國等相繼生產(chǎn)，制得一系列高強度、低延伸度和高濕模量的粘膠纖維，統(tǒng)稱波里諾西克。這種纖維兼具棉和粘膠纖維的優(yōu)點。

② 超強粘膠纖維:是一系列具有高強度、高韌性和抗疲勞等性能的粘膠纖維。這種纖維晶粒小、橫截面上皮層結構占60%以上，有的甚至達100%。因此，纖維的強度和抗疲勞性能都很高，可用于制造汽車輪胎簾子線。

③ 永久卷曲粘膠纖維:利用粘膠纖維具有皮芯結構的特點，采用適當?shù)墓に嚄l件，使纖維橫截面形狀不對稱和皮層厚度分布不均勻，在橫截面上產(chǎn)生不同的內(nèi)應力，從而使纖維形成卷曲形態(tài)。

合成纖維 普通合成纖維 20世紀30年代中期合成纖維開始興起。聚氯乙烯纖維是最早的合成纖維(見含氯纖維)。以乙炔和鹽酸合成氯乙烯，然后經(jīng)過聚合、紡絲制成纖維。德國最早的產(chǎn)品稱配采烏(PCU)。纖維的斷裂強度和延伸度近似于棉，干態(tài)和濕態(tài)的強度幾乎相等，耐水，抗腐蝕而且不易霉爛，對各種化學藥品的反應很穩(wěn)定。耐燃燒是聚氯乙烯纖維的一個突出性質，但在75~80℃時易變形。聚氯乙烯纖維可以用作工業(yè)濾布、薄膜、包裝布、航海服以及游泳衣等。將聚氯乙烯繼續(xù)氯化，可使含氯量升至64%，這類高氯纖維商品名叫配采(PC)，中國稱過氯乙烯纖維。其軟化點高于純聚氯乙烯纖維，短纖維適用于制做飛行員和消防員的防火服裝。普通合成纖維的品種很多，重要的有:

① 聚酰胺纖維:中國稱錦綸，又稱尼龍。1939年美國人首先研制成功。由己二酸和己二胺縮水成鹽，再經(jīng)縮聚、熔紡而成纖維。根據(jù)單體分子上碳原子的數(shù)目，這種纖維稱為聚酰胺66。由氨基己酸縮水生成己內(nèi)酰胺，進一步開環(huán)聚合獲得的纖維稱聚酰胺6。這兩種纖維都具有優(yōu)異的耐磨性，回彈性和耐多次變形性能廣泛用于制做襪子、內(nèi)衣、運動衣、輪胎簾子線、工業(yè)帶材、漁網(wǎng)、軍用織物等。

② 聚丙烯腈纖維:中國稱腈綸。50年代初出現(xiàn)以來發(fā)展很快。1950年工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品為純聚丙烯腈長絲，因吸濕性差而染色困難，后經(jīng)改進與烯基衍生物形成2元或3元共聚物，其中90%左右為丙烯腈，染色性能大為改善。腈綸廣泛用于制做絨線、針織物和毛毯。腈綸紡織物輕、松、柔軟、美觀，能長期經(jīng)受較強紫外線集中照射和煙氣污染，是目前最耐氣候老化的一種合成纖維織物，適用于作船篷、賬篷、船艙和露天堆置物的蓋布等。

③ 聚酯纖維:中國稱滌綸。1940年由英國人J.溫菲爾德和J.迪克遜用對苯二甲酸和乙二醇為原料，在實驗室內(nèi)研制成功，1941年正式生產(chǎn)。滌綸的拉伸性、回彈性和化學穩(wěn)定性都很好。滌綸織物具有挺刮和易洗快干的優(yōu)點。滌綸的耐曬強度比錦綸好，能抗微生物和霉爛，耐蟲蛀，但吸濕性不及錦綸且染色困難。滌綸采用熔體紡絲,紡絲速度在1300米/分以下。后來有一種高速紡滌綸長絲紡速在3500米/分以上，不僅產(chǎn)量增加，而且由于纖維中大分子部分取向而使結構比較穩(wěn)定，纖維便于運輸和貯藏。

④ 聚烯烴纖維:是50年代發(fā)展的纖維，其中重要品種聚乙烯纖維是用石油裂解所得的乙烯副氣為原料制成的，中國商品名乙綸。乙綸織物可用作汽車裝飾布、家具布、工廠濾布、船篷、繩索和漁網(wǎng)等。等規(guī)聚丙烯纖維是聚烯烴纖維中一個出色的品種簡稱聚丙烯纖維，中國商品名丙綸。意大利人G.納塔以三乙基鋁及四氯化鈦溶于四氫化萘中作為催化劑將丙烯進行聚合，使大分子具有立體規(guī)整性，由此獲得固體高結晶性的聚丙烯，可以制成性能優(yōu)越的纖維。聚丙烯纖維吸濕率低，不能用常規(guī)方法染色常在聚合物里摻入顏料,熔態(tài)時捏和紡制成有色纖維。丙綸耐老化性能很差，必須添加防老化劑以改善其耐日光性能。丙綸可用作地毯、大面積的人工草坪、工業(yè)用濾布、工作服以及家用織物如蚊帳等，還可與其他纖維混紡制成各種針織物和機織物。

⑤ 聚乙烯醇纖維:中國稱維綸。是以醋酸乙烯為原料進行聚合、醇解、紡絲，然后經(jīng)縮甲醛而制得。維綸性質接近于棉，吸濕性比其他合成纖維高。主要產(chǎn)品為短纖維，用于制做漁網(wǎng)、 濾布、帆布、輪胎簾子線、軟管織物、傳動帶以及工作服等。生產(chǎn)維綸的主要國家有日本、朝鮮和中國。維綸與聚氯乙烯纖維混紡的產(chǎn)品稱為維氯綸。

特種纖維 指具有耐腐蝕、耐高溫、難燃、高強度、高模量等一些特殊性能的新型合成纖維。特種纖維除作為紡織材料外，廣泛用于國防工業(yè)、航空航天、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋水產(chǎn)和通信等部門。主要品種有:

① 耐腐蝕纖維:是用四氟乙烯聚合制成的含氟纖維1954年在美國試制成功，商品名特氟綸(Teflon),中國稱氟綸。聚四氟乙烯熔點327℃極難溶解，化學穩(wěn)定性極好，在王水、酸液和濃堿液中沸煮而不分解，除在高溫下經(jīng)過高度氟化過的試劑外，幾乎不溶于任何溶劑。氟綸織物主要用作工業(yè)填料和濾布。

② 耐高溫纖維:有聚間苯二甲酰間苯二胺纖維、聚酰亞胺纖維等種類，其熔點和軟化點高，長期使用溫度在200℃以上能保持良好的性能。

③ 高強度高模量纖維:指強度大于10克/旦、模量大于200克/旦的合成纖維。如1968年美國研制的凱夫拉爾，是將聚對苯二甲酰對苯二胺制成液晶溶液，通過干-濕法紡絲制成的纖維，中國稱芳綸1414，可用作飛機輪胎簾子線和航天、航空器材的增強材料。以粘膠纖維、腈綸纖維、瀝青為原料經(jīng)高溫碳化、石墨化可以得到高強度、高模量碳纖維。用碳纖維制成的復合材料，是制造宇宙飛船、火箭、導彈、飛機的結構材料，在原子能、冶金、化工等工業(yè)部門和體育運動器材方面也有廣泛的應用。

④ 難燃纖維:如酚醛纖維、PTO纖維等在火焰中難燃，可用作防火耐熱簾子布、絕熱材料和濾材等。

⑤ 彈性體纖維:斷裂伸長率在400%以上，拉伸外力除去后能快速恢復原來長度。彈性纖維的代表品種是聚氨酯纖維，中國稱氨綸。彈性纖維是由硬鏈段和軟鏈段嵌段共聚物制成的。軟鏈段賦予纖維高的伸長率，硬鏈段不發(fā)生形變，阻止分子間的相對滑移，因而賦予纖維較高的回彈性。彈性纖維可制緊身衣、游泳衣、松緊帶、襪子羅口、外科手術用襪等。

⑥ 功能纖維:改變纖維形狀和結構使其具有某種特殊功能，例如將銅銨纖維或聚丙烯腈纖維制成中空形式，在醫(yī)療上可用作人工腎透析血液病毒的材料。聚酰胺66中空纖維用作海水淡化透析器，聚酯中空纖維用作濃縮、純化和分離各種氣體的反滲透器材等。

改性纖維 合成纖維雖然有良好的物理機械性質，但是由于表面光滑，吸水性、染色性差，織物的服用性能不及天然纖維織物。為使合成纖維具有天然纖維特色，50年代開展合成纖維改性研究，主要是用物理方法或化學方法改善合成纖維的吸濕、染色、抗靜電、抗燃、抗污、抗起球等性質，同時還增加了化學纖維的品種。

① 化學改性:主要有接枝變性、共聚變性以及將原纖維經(jīng)過化學處理變性等三種方法。

② 物理改性:主要有通過改變噴絲孔形狀紡制的異形纖維;利用合成纖維的熱塑性，將伸直的纖維變?yōu)榫砬淖冃卫w維(如膨體紗和彈力絲);將兩類性質不同的高聚物流體從同一噴絲孔擠出而制成的復合纖維。

無機纖維 近代工業(yè)的發(fā)展需要耐高溫、高強度、電絕緣、耐腐蝕的特種材料，為此人們試制出一系列無機物纖維，如玻璃纖維、硅酸鋁纖維、硼纖維、鈦酸鉀纖維、陶瓷纖維、石英纖維、硅氧纖維等。玻璃纖維可用作防火焰、防腐蝕、防輻射以及塑料增強材料，也是優(yōu)良的電絕緣材料。鈦酸鉀、硅酸鋁纖維是1200℃高溫下的絕緣材料。

化學纖維的結構

大分子結構 化學纖維大多由分子量很高的高聚物制成，許多分子量不大、化學結構相同或不同的小分子稱為單體，經(jīng)過縮聚或聚合反應串連成線形高聚物，就象一根有許多環(huán)節(jié)的鏈條，即為高分子:

A′-A-A……-A-A-A-A……-A-A-A″鏈中A為單體，A′及A″為末端基團。由A、B兩種或A、B、C三種化學組成不同的單體構成的高聚物稱作二元或三元共聚物。用二元或三元共聚物制成的纖維又稱做二元或三元共聚纖維。高分子的特征是分子量很高，但其分子量W是一系列不同分子量的平均值。大分子中重復單元稱為鏈節(jié)，可以由一個或一個以上單體組成。構成分子鏈的鏈節(jié)的重復數(shù)目稱聚合度DP。纖維的平均分子量是鏈節(jié)的分子量A與聚合度的乘積，即W=A×DP。

由化學結構不同的高聚物制備的化學纖維，其分子量也不相同。如聚酰胺 6分子量為16000~22000，是由130~180多個己內(nèi)酰胺單體組成的，DP=130~180。丙綸的分子量為180000~300000，是由4000個以上丙烯單體組成的DP=4000~7000?；瘜W纖維中大分子伸展的平均長度為200~400毫微米。分子量越高，纖維的強度也越高。

制造化學纖維的大分子的一般要求是:線形能伸直，支鏈盡可能少，沒有龐大的側基，大分子間無化學鍵具有一定規(guī)律的化學結構和空間結構。大分子的化學結構對纖維性能有一定的影響。例如:大分子中含有共軛體系的纖維，其熔點高;含有鹵素的纖維難燃;含有親水基團的纖維吸濕性好。

織態(tài)結構 纖維是高分子物質，在空間構型上常是一個方向的長度大于其他兩向長度好多倍。集合幾個這樣的大分子構成一個組織單元，既可能成為晶體，也可能是無定形區(qū)。大分子長度可以貫穿一個或數(shù)個晶體組織和無定形區(qū)。連接多個分子的單元組織的集合體，稱做超分子，又名織態(tài)結構。纖維的各種性質和特征，既和大分子的化學結構有聯(lián)系，也在較大程度上和它的超分子結構有關。表征纖維織態(tài)結構的因素有多種，重要的有:序態(tài)、結晶形態(tài)、側序分布和取向。

序態(tài) 纖維中相鄰大分子的聚集狀態(tài)稱為序態(tài)。這種序態(tài)可以由紊亂的無定形態(tài)直到三維有序的結晶態(tài)，兩者在纖維中常同時存在。晶區(qū)由許多更小的微晶體構成，微晶體中最小的重復單位為晶胞。晶體的存在和它的特征可以從 X射線的衍射圖譜中得到證實和說明。纖維中結晶與無定形的分布形態(tài)及其對纖維宏觀性質的影響，是一個復雜而且尚不能十分肯定的問題，較有重要影響的學說有:

① 兩相結構:它的基本概念是一些大分子的長度可以遠超過晶區(qū)或無定形區(qū)各自的長度，足夠把若干個晶區(qū)和無定形區(qū)串連起來形成網(wǎng)絡結構。粘膠人造纖維在溶液中的溶脹行為支持了這種論點，它是屬于分散的晶相和連續(xù)的無定形相所組成的例子。其他纖維如棉及苧麻等則屬于連續(xù)晶相和分散的無定形相的兩相結構。圖1 表示兩相結構的兩種模型，纓狀微胞模型中大分子可以穿過若干晶區(qū)和無定形區(qū)，而折疊鏈纓狀微胞模型中大分子可以折疊在一個晶區(qū)內(nèi)，也可以穿過無定形區(qū)進入另一晶區(qū)折疊。連結二個晶區(qū)的分子稱為縛結分子，它們的數(shù)量和形態(tài)對纖維的物理機械性質有重要的影響。

② 單相結構:認為實際上有一些纖維的結晶不夠規(guī)整，不能視作真正的結晶，屬于過渡態(tài)的蘊晶(準晶)，它們與以島嶼形式分散在無定形基質中的兩相結構不同，兩相不能截然分開，故稱單相結構。它們的實際結晶度和密度都低于理想結晶性纖維的結晶度和密度。染料和水的吸附作用都發(fā)生在無定形區(qū)內(nèi)。

結晶形態(tài) 晶區(qū)在整個纖維中的百分含量為結晶度，結晶度的大小與纖維性質有直接關系，對纖維的物理機械和熱學性質影響尤大。纖維中結晶有多種不同形態(tài)。例如在聚酰胺、聚烯烴纖維的初生纖維中常出現(xiàn)球狀晶。這種初生纖維經(jīng)過拉伸以后，球狀晶常被破壞變成其他晶型。纖維中晶型可能是單晶，例如在聚乙烯中以折疊鏈狀組成的單晶型;也可能是由條帶狀折疊鏈盤旋成的串晶;還可能是柱狀晶。

纖維中的晶區(qū)大小并不均衡一致，常呈一定的分布。長度可由數(shù)十至一、二百埃，寬度則甚小。檢測晶體的X射線衍射譜上的衍射點的寬度直接與晶區(qū)的寬度相關。

側序分布 分子聚集成序垂直于大分子軸向的形狀稱為側序。側序最高的部分是微晶體，最低的部分是無定形。各種纖維的側序分布都不相同。有些纖維的晶相和無定形相不能截然分離，應看作是由無定形到結晶同時存在的連續(xù)相。用這樣的側序分布圖譜闡述它們的性質很容易理解。

通常測定側序分布的方法是將試樣置于逐漸增加濃度或溫度的溶劑內(nèi)，依次測定各物理量，如溶脹、溶解、收縮、吸附或吸收等性質的變化。凡側序較低的部分首先受到溶劑的影響而發(fā)生相應的變化。圖3 是纖維側序分布的例子。

取向 以特定方向(如纖維軸向)為基準的纖維大分子作有序的排列狀態(tài)，稱為取向。纖維在成形拉伸過程中所形成的平行于軸向的取向稱單軸取向，纖維的性質在平行和垂直于軸向的兩個方向呈各向異性，例如偏振光在纖維上的折射率、用直接染料染色的纖維的光吸收率和聲波傳播速度都呈各向異性。根據(jù)光折射原理所測定的平行于纖維軸的折射率與垂直于纖維軸的折射率之差(即雙折射)，是表示纖維取向度的一個重要指標。薄膜則可以兼有平行和垂直于軸的雙取向。

表征化學纖維性質的參數(shù) 屬于形態(tài)方面的有:纖度(見支數(shù))、截面形狀、長度、卷曲和折皺、光澤;屬于機械性質方面的有:斷裂強度和繼裂伸長度、彈性模量、耐疲勞性、耐磨性;屬于物理方面的有:耐熱性、耐光性、導電性、難燃或抗燃性、比重;屬于化學方面的有:纖維和水、酸、堿、有機溶劑以及微生物等的作用性能。各種化學纖維分子結構和織態(tài)結構不同，反映化學纖維各方面性質的參數(shù)也不相同。

按制備方法分

化學纖維又分為兩大類:

①人造纖維，以天然高分子化合物(如纖維素)為原料制成的化學纖維，如粘膠纖維、醋酯纖維。

②合成纖維，以人工合成的高分子化合物為原料制成的化學纖維，如聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維?；瘜W纖維具有強度高、耐磨、密度小、彈性好、不發(fā)霉、不怕蟲蛀、易洗快干等優(yōu)點，但其缺點是染色性較差、靜電大、耐光和耐候性差、吸水性差。

以天然高分 子化合物(如纖維素)為原料制成的化學纖維，如粘膠纖維、醋酯纖維。人造纖維主要有粘膠纖維、硝酸酯纖維、醋酯纖維、銅銨纖維和人造蛋白纖維等，其中粘膠纖維又分普通粘膠纖維和有突出性能的新型粘膠纖維(如高濕模量纖維、超強粘膠纖維和永久卷曲粘膠纖維等)。

合成纖維主要有聚酰胺6纖維(中國稱錦綸或尼龍6)，聚丙烯腈纖維(中國稱腈綸)，聚酯纖維(中國稱滌綸)，聚丙烯纖維(中國稱丙綸)，聚乙烯醇縮甲醛纖維(中國稱維綸)以及特種纖維(包括用四氟乙烯聚合制成的耐腐蝕纖維，耐200℃以上溫度的耐高溫纖維，強度大于10克/旦、模量大于200克/旦的高強度、高模量纖維，以及難燃纖維、彈性體纖維、功能纖維等)。20世紀50年代開展合成纖維的改性研究，主要是用物理或化學方法改善合成纖維的吸濕、染色、抗靜電、抗燃、抗污、抗起球等性質，同時還增加了化學纖維的品種。

國內(nèi)滌絲市場行情走勢偏弱，市場報價跌幅在100-300元/噸左右。"'金九銀十'其他紡織行業(yè)紛紛進入旺季，但滌絲市場卻一片低迷。"中國輕紡城錢清原料城的諸多經(jīng)營戶感嘆，10月以來，成交氛圍平淡，成交量與國慶節(jié)前后相比仍有下降，化纖形勢不好已成定局。

受國際國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境影響，國內(nèi)紡織化纖形勢不容樂觀，作為紹興縣化纖行業(yè)"風向標"的錢清原料市場，成交量持續(xù)下降。來自縣統(tǒng)計部門顯示，前三季度，全縣化學纖維類銷售產(chǎn)值395億元，同比僅增長1.3%，遠遠低于全縣工業(yè)銷售同比增長7.2%的平均水平。

"滌絲科"跳不歡

"化纖行業(yè)成了紹興縣工業(yè)銷售發(fā)展中'拖后腿'的產(chǎn)業(yè)。"紹興縣經(jīng)信局有關負責人分析，上游的PTA、化纖業(yè)受行業(yè)周期性因素影響和產(chǎn)能相對過剩，導致行情低迷，其中感覺最為明顯的是化纖企業(yè)集中的錢清、濱海工業(yè)區(qū)。

記者了解到，不少化纖企業(yè)產(chǎn)銷率趨于下降形勢，而企業(yè)庫存量仍在增加。減產(chǎn)成了一些化纖企業(yè)應急的舉措，有的企業(yè)10月份已提前進入機器檢修期。

化纖產(chǎn)能過剩顯著

"產(chǎn)品積壓賣不掉。"這是錢清原料市場經(jīng)營戶普遍感到的困惑。來自福建某化纖企業(yè)代理商張宏偉告訴記者，化纖產(chǎn)能過剩格外明顯。"人工、原材料等都在上漲，同樣的產(chǎn)品價格雖與去年持平，銷路卻減少了30%。"張宏偉說。

中國紡織化纖行業(yè)發(fā)展快，產(chǎn)量已經(jīng)占世界百分之六七十的份額，蕭紹地區(qū)更是全國紡織化纖的集聚區(qū)。業(yè)內(nèi)人士分析，行業(yè)的高速發(fā)展，卻產(chǎn)生了同質化嚴重、過度競爭、產(chǎn)能過剩等問題。"雖然我們有大批量生產(chǎn)的規(guī)模優(yōu)勢，但關鍵是缺乏新產(chǎn)品、新工藝來保持價格優(yōu)勢。"該業(yè)內(nèi)人士說。

化纖行業(yè)展望"十二五":科技創(chuàng)新驅動產(chǎn)業(yè)升級

在第十七屆中國國際化纖會議上，來自各界的代表達成共識，在"十二五"期間，中國化纖工業(yè)將通過以下重點方向的科技創(chuàng)新以驅動產(chǎn)業(yè)升級。

一是促進常規(guī)產(chǎn)品優(yōu)質化、提升產(chǎn)品附加值。采用先進適用技術改造和提升傳統(tǒng)化纖工藝、裝備及生產(chǎn)自動化控制水平，重點解決生產(chǎn)裝備的柔性化、常規(guī)產(chǎn)品的優(yōu)質化，實現(xiàn)滌綸、粘膠等大型成套裝備的多樣化、高效化生產(chǎn)。積極推廣纖維紡絲液著色技術、加強化纖與下游應用的聯(lián)合開發(fā)，加快發(fā)展高仿真、功能性、多功能復合等差別化纖維，提高產(chǎn)品附加值。

二是努力提升高性能纖維產(chǎn)業(yè)化水平。注重高性能纖維行業(yè)創(chuàng)新能力建設和人才培養(yǎng)，通過整合基礎研究、工程化配套、應用研究等資源，建設產(chǎn)學研用創(chuàng)新平臺、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟平臺，提升產(chǎn)業(yè)化水平，增強行業(yè)創(chuàng)新實力。組織實施高性能纖維產(chǎn)業(yè)化專項工程，以低成本、系列化、高質量為目標，加速實現(xiàn)高性能纖維及其復合材料的產(chǎn)業(yè)化，提高原輔材料和裝備配套能力，全面增強化纖工業(yè)對國民經(jīng)濟和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的支撐作用。

三是推進生物質纖維的開發(fā)。充分利用農(nóng)作物廢棄物，竹、麻、速生林及海洋生物資源等，開發(fā)替代石油資源的新型生物質纖維材料，突破纖維材料綠色加工新工藝和裝備集成技術，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。加強生物質纖維原料的生化轉化機理、熔融紡制纖維素衍生物纖維工程技術、可再生高分子纖維材料成型機理及制備新技術、生物聚酯的熔融紡絲關鍵技術、離子液體溶劑法再生纖維素纖維關鍵技術與工程、海洋生物高分子材料高效紡絲技術及其高性能化等的研究。

四是積極推動節(jié)能減排和資源循環(huán)利用。加強行業(yè)"低碳經(jīng)濟"技術研究。加快節(jié)能減排新技術、新裝備的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)和推廣，推廣棉漿粕黑液治理技術、廢舊瓶片清洗廢水回用及粘膠廢水和廢氣治理、回收等國產(chǎn)化工程與技術的應用。強化由終端治理向過程監(jiān)控、清潔生產(chǎn)技術的轉變，推動粘膠、再利用纖維的清潔生產(chǎn)。適時修訂粘膠纖維行業(yè)準入條件。加快淘汰高能耗、高污染、低效率的落后生產(chǎn)工藝和設備，優(yōu)化調整產(chǎn)業(yè)結構。積極推動行業(yè)能源合同管理、清潔生產(chǎn)審核、企業(yè)碳足跡認證等工作。大力推動資源的循環(huán)利用，鼓勵和規(guī)范再利用纖維行業(yè)發(fā)展，重點強化廢舊聚酯、廢絲等的回用技術、產(chǎn)品和成套裝備的集成升級及推廣使用。組織制定紡織制品回收再利用的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和技術路線圖，推動化纖尤其是純滌綸面料、服裝回收利用技術產(chǎn)業(yè)化，引導社會綠色消費。

五是加快提高重點技術與裝備自主化和工程化水平。加強集成創(chuàng)新，發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權的先進實用技術，突破重大技術裝備研制、重點工程設計、關鍵裝備技術國產(chǎn)化，提高工程公司研發(fā)能力和工程化建設能力，注重節(jié)能、高效和環(huán)保型化纖及其原料裝備的開發(fā)與應用。著重加快高新技術纖維核心技術、配套裝備和關鍵部件的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，強化工藝軟件和裝備的一體化研究，促進高新技術纖維及其原料等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

對化學纖維紡絲成形后的初生纖維進行一系列后處理加工，使其適應紡織加工和使用的要求。依化學纖維品種和紡絲工藝的不同，后處理工序也不相同。濕法紡絲的后處理工序較長，例如粘膠纖維采取濕法成形，后處理工序有水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油、脫水及干燥等；醋酯纖維采取干法成形,后處理工序比較簡單,只有卷繞和加拈；至于大多數(shù)以熔體紡絲成形的合成纖維，則有卷繞、拉伸、熱松弛、熱定形、卷繞及加拈等，制造短纖維時還增加切段工序。以上品種所采用的后處理設備也牽伸，是指初生態(tài)纖維在它的微觀結構尚未完全固定以前，在特定的張力下使卷曲而無序的大分子沿軸向整列和伸展的過程。在這一過程中，無序的大分子朝有序方向發(fā)展，大分子之間的接觸點增加，分子間力增強，聚集區(qū)域擴大，為纖維的結晶提供條件。這時纖維的密度增加，抗張強度上升；纖維變細，抗張延伸度下降；光學性和導熱性則呈現(xiàn)各向導性。總之，纖維經(jīng)拉伸后綜合性的物理-機械性能得到改善，實用價值提高。

化學纖維的拉伸工序是在有兩組或三組不同轉速的導輥或導盤的拉伸裝置上進行的。被拉伸的纖維或束絲從導輥或導盤的縫隙之間通過，兩端導輥或導盤的速差使纖維伸長。這種拉伸也常和加拈工序結合,在拉伸-加拈設備上同時進行。

纖維的拉伸必須在一定的介質中和一定的溫度下進行，一般有三種方法：①干熱拉伸：在空氣中加熱狀態(tài)下（如滌綸和維綸長絲）或在室溫條件下（如錦綸和丙綸長絲）拉伸。②蒸汽拉伸：在飽和蒸汽中（如腈綸短纖維）或在天然纖維混紡，也可以純紡。一般的化學纖維表面平滑無卷曲(永久卷曲的復合纖維除外)，抱合力小，不易互相拈合或與其他纖維拈合，即可紡性能差。卷曲加工能使化學短纖維獲得與天然纖維相類似的卷曲，可紡性能會大大改善。

卷曲的方法有：機械法和化學法兩類。機械卷曲法是先將纖維束在熱水或蒸汽中預熱,而后通過卷曲機,借卷曲輪和卷曲箱的作用產(chǎn)生鋸齒形平面卷曲效應。用化學法獲得的卷曲,則是空間立體狀的永久性卷曲波紋(見復合纖維)。最常用的卷曲機主要由卷曲輪、卷曲箱和加壓機構組成。

切段化學纖維長絲一般只能象蠶絲那樣制成織物或者與蠶絲交織。如切成短段使其長度與棉或羊毛相近，則可以象棉或羊毛那樣供作純紡或者混紡后制成織物。這樣的織物用途遠較長絲織物為廣。短纖維的紡絲工藝與長絲基本相同，區(qū)別在于長絲常在孔數(shù)有限（50孔以下）的噴絲頭上紡絲成形，而制造短纖維的噴絲頭孔數(shù)常達數(shù)千甚至數(shù)萬。短纖維在后處理工藝上除增加切段和卷曲外，設備結構也與長絲不同，容量較大。切成的短纖維常成簇，必須進一步開松、混和，而后用與棉或羊毛相同方式紡紗和織造。

切段有濕切、干切、牽切三種形式。用前兩種切斷法可獲得段狀纖維簇，再送入開松和混和機。后一種加工方式的短纖維仍具有連續(xù)粗束絲外形，許多纖維段間歇地分布在粗束絲內(nèi)部，圍繞束絲軸平行定向（見紡絲直接成條）。非連續(xù)式切段裝置是由兩個迅速旋轉的刀輪組合而成，其中一個刀輪沿周邊等距滿布割刀，另一輪則在與割刀對應處刻有溝槽。當束絲以垂直方向從刀輪的縫隙中經(jīng)過時，即被切成預定長度的纖維段，落入收集器內(nèi)送出機外。

濕法成形絲精制濕法成形的初生絲大都需要經(jīng)過高度的精制處理才有實用價值。精制的工序隨不同的品種而異，有的品種甚至在后處理過程中還有重大的化學變化，如在維綸的制造中對聚乙烯醇纖維進行縮甲醛化處理。粘膠絲是濕法成形纖維中精制過程最繁復的品種之一（見粘膠纖維）。粘膠簾子線的后處理較普通粘膠纖維簡單得多,只須經(jīng)過洗滌、半脫硫和再洗滌即可,常在連續(xù)后處理機上進行。粘膠簾子線纖維表面光滑，在制造輪胎中不易與橡膠抱合，因此，必須先在樹脂和橡膠溶液內(nèi)對纖維進行熱處理。此外，由于簾子線是條干粗而單絲根數(shù)多的束纖維，宜采用特殊條件的高效干燥法，以縮短處理時間。