第四章 高分子材料.ppt

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1、总 论一、高分子材料及其产品分类（重点）一、高分子材料及其产品分类（重点）高分子材料的分类高分子材料的分类化学纤维化学纤维塑料塑料橡胶橡胶二、高分子材料工业的发展（自学）二、高分子材料工业的发展（自学）三、高分子材料品质表征三、高分子材料品质表征四、高分子材料加工过程及方法概述四、高分子材料加工过程及方法概述纺纺织织纤纤维维分分类类塑料分类塑料分类橡胶分类橡胶分类高分子材料品质表征高分子材料品质表征l纤维纤维（1）物理性能指标）物理性能指标（2）机械（力学）性能指标）机械（力学）性能指标（3）稳定性能指标）稳定性能指标（4）加工性能指标）加工性能指标（5）其他）其他l塑料塑料（1）物理性能指标

2、（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过程及方法高分子材料加工过程及方法l化学纤维的加工化学纤维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纤维成型加工化学纤维成型加工涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、高技术纤维高技术纤维教学内容教学内容总总论论合成纤维概况合成纤维概况第一章第一章聚酯纤维（涤纶）聚酯纤维（涤纶）第二章第二章聚酰胺纤维（锦纶）聚酰胺纤维（锦纶）第三章第三章聚丙烯纤维（丙纶）聚丙烯纤维（丙纶）第四章第四章聚丙烯腈纤维（聚丙烯腈纤维（腈纶

3、腈纶）第八章第八章高技术纤维高技术纤维合成纤维的概况合成纤维的概况一、一、成纤高分子物条件成纤高分子物条件二、二、纺丝方法纺丝方法三、常用合成纤维三、常用合成纤维四、特种纤维四、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

4、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

5、、易起毛起球、不易染色、腊状手感不易染色、腊状手感纺丝方法纺丝方法 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熔融纺丝法熔融纺丝法l纺丝液是熔

6、体，纺出的丝在空气中固化。纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。l熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为10002000m/min，采用高速纺丝时，可达采用高速纺丝时，可达30006000m/min或更高。或更高。l熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截面多为圆形。面多为圆形。l涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法涤纶、锦纶、丙纶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湿法纺丝湿法纺丝湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化湿法纺丝纺出的丝在溶液中

7、固化这种方法纺丝速度低，一般速度为这种方法纺丝速度低，一般速度为18380m/min。湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。湿法纺丝工艺流程 3 3干法纺丝干法纺丝干法纺丝纺出的丝在空气中固化干法纺丝纺出的丝在空气中固化这这种种方方法法目目前前一一般般的的纺纺丝丝速速度度为为200500m/min，高高者者可可达达10001500m/min。干干法法纺纺丝丝溶溶剂剂挥挥发发易易污污染染环环境境，成成本本高，但丝

8、的质量好，高，但丝的质量好，此法多用于制作长丝。此法多用于制作长丝。干法纺丝工艺流程 干法纺丝常用合成纤维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 特种纤维特种纤维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

9、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。特种纤维（续）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

10、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。特种纤维特种纤维4 4、改性纤维：、改性纤维：近来，为了改善化学纤维近来，为了改善化学纤维容易起静电、起毛起球等容易起静电、起毛起球等缺点，为了改进染色性能缺点，为了改进染色性能和提高熔点等，已出现了和提高熔点等，已出现了抗静电纤维、低温可染涤抗静电纤维、低温可染涤纶、阳离子可染涤纶、变纶、阳离子可染涤纶、变性涤纶等改性纤维。性涤纶等改性纤维。3 3、超细纤维：、超细纤维：单丝纤度单丝纤度 0.10.025,0.06）2结晶度结晶度（一般为（一般为12%

11、）3断裂伸长率断裂伸长率（最好为（最好为100150%）4结构一体性参数结构一体性参数（表征适于拉伸变形的结构条件；（表征适于拉伸变形的结构条件；0.31.0）5摩擦系数与含油率摩擦系数与含油率（摩擦系数最好为（摩擦系数最好为0.20.34；含油率含油率0.30.4%）二二聚酯全拉伸丝的生产工艺聚酯全拉伸丝的生产工艺（一）生产生产工艺工艺流程流程（二）生产工艺控制（二）生产工艺控制1纺丝条件纺丝条件纺丝温度：纺丝温度：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 第一辊第一辊 第二辊第二辊3000m/min 52

12、00m/min3000m/min 5200m/min6080 150195 6080 150195 3 3 网络度网络度 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、热定型、加捻、变形加工和成品包装包括拉伸、热定型、加捻、变形加工和成品包装l后加工作用后加工作用（1）将纤维拉伸，使大分子取向，并规整排列，提高强度，）将纤维拉伸，使大分子取向，并规整排列，提高强度，降低收缩率；降低收缩率；（2）将纤维热处理，消除内应力，提高纤维的结晶度）将纤维热处理，消除内应力，提高纤维的结晶度（3）对纤维进行特殊加工）对纤维进行特殊加工一一聚酯纤维后加工聚酯纤维后加工（一一）工工艺艺流

13、流程程（二）工艺及设备1初生纤维的存放及集束初生纤维的存放及集束2拉伸设备拉伸设备-三道七辊拉伸机三道七辊拉伸机3拉伸工艺条件拉伸工艺条件拉伸温度拉伸温度（一级（一级7090；二级二级150180）拉伸速度：喂入速度拉伸速度：喂入速度3045m/min;出丝出丝140180m/min拉伸倍数及分配拉伸倍数及分配总倍数：总倍数：4.04.4,第一级占第一级占85%。4卷曲卷曲棉型：棉型：57个个/cm毛型：毛型：35个个/cm5热定型热定型链板式、圆网式、九辊紧张热定型机链板式、圆网式、九辊紧张热定型机干燥温度：干燥温度：110115;松弛热定型温度：松弛热定型温度：120130；紧张热定型温度

14、：紧张热定型温度：170左右。左右。6切断、打包切断、打包二二聚酯长丝的后加工聚酯长丝的后加工（一一）工工艺艺过过程程（二）拉伸加捻工艺条件（二）拉伸加捻工艺条件1拉伸比拉伸比双区热拉伸，两段拉伸比分别为双区热拉伸，两段拉伸比分别为1.01和和1.6，总拉伸比，总拉伸比1.61.82拉伸温度拉伸温度热盘（第一拉伸盘）一般应控制在丝条玻璃化温度以上热盘（第一拉伸盘）一般应控制在丝条玻璃化温度以上1020范围内；范围内；第二段拉伸温度第二段拉伸温度140170三三加捻变形丝的加工加捻变形丝的加工（一一）生生产产原原理理-(DTY)涤涤纶纶长长丝丝拉拉伸伸加加捻捻机机示示意意图图（二）聚酯低弹丝的生

15、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变形丝的加工空气变形丝的加工第六节第六节聚酯纤维的性质和用途聚酯纤维的性质和用途一一聚酯纤维的性质聚酯纤维的性质（一）物理性质（一）物理性质（二）力学性能（二）力学性能（三）化学稳定性（三）化学稳定性（四）耐微生物性（四）耐微生物性二二聚酯纤维的用途聚酯纤维的用途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

16、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：涤纶的结构涤纶的结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：模型理论：折叠链折叠链-樱状原纤模型樱状原纤模型涤纶的性能涤纶的性能1、热性能、热性能2、机械性能、机械性能3、化学稳定性、化学稳定性4、吸湿、染色性能、吸湿、染色性能5、起球现象、起球现象6、静电现象、静电现象7、燃烧性能、燃烧性能1

17、、热性能热性能l玻璃化温度玻璃化温度Tg完全无定形完全无定形67部分结晶部分结晶81取向且结晶取向且结晶125软化点软化点230240定形温度定形温度1802201、热性能热性能l耐热性：最好。耐热性：最好。170以下短时间受热引起的强度损失，温度以下短时间受热引起的强度损失，温度降低后可恢复。腈纶为降低后可恢复。腈纶为150；锦纶；锦纶120；大；大部分碳链纤维为部分碳链纤维为8090下受热变形很难恢复。下受热变形很难恢复。l热稳定性：最好。热稳定性：最好。涤纶涤纶150受热受热168h，强力损失，强力损失3%，锦纶在，锦纶在150受热即变黄，纤维强度大幅度下降。受热即变黄，纤维强度大幅度下

18、降。2、机械性能机械性能l强度和延伸度：强度和延伸度：与工艺条件有关。与工艺条件有关。一般涤纶，生产中拉伸倍数为一般涤纶，生产中拉伸倍数为45倍倍强度为强度为3.54.4cN/dtex(4.05.0g/旦旦)干、湿强度基本相等干、湿强度基本相等在合成纤维中强力较高在合成纤维中强力较高延伸度为延伸度为18%36%，略低于锦纶。，略低于锦纶。2、机械性能机械性能l弹性和耐磨性弹性和耐磨性l具有良好的弹性，穿着挺括，形状稳定性好，表具有良好的弹性，穿着挺括，形状稳定性好，表现在两个方面：现在两个方面：不易变形（弹性模量较大）不易变形（弹性模量较大）原因：结晶度高，取向度高原因：结晶度高，取向度高从形

19、变中回复能力较强从形变中回复能力较强原因：亚甲基有较大的柔性；大分子间的联结点（结原因：亚甲基有较大的柔性；大分子间的联结点（结晶）稳定，成为恢复原状的基点晶）稳定，成为恢复原状的基点l耐磨性不及锦纶，但比其它合成纤维高出几倍，耐磨性不及锦纶，但比其它合成纤维高出几倍，与天然纤维或粘胶纤维混纺，可显著提高耐用磨与天然纤维或粘胶纤维混纺，可显著提高耐用磨性。性。3、化学性能化学性能l涤纶的耐酸性较好涤纶的耐酸性较好弱酸：煮沸也无显著损伤弱酸：煮沸也无显著损伤强酸：强酸：u低温下稳定低温下稳定u高温下有损伤，纤维强度迅速降低高温下有损伤，纤维强度迅速降低l涤纶耐酸的意义涤纶耐酸的意义染整加工尽量在

20、酸性条件下进行染整加工尽量在酸性条件下进行可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用酸侵蚀涤棉包芯纱织物生产涤棉烂花织物。可用酸侵蚀涤棉包芯纱织物生产涤棉烂花织物。3、化学性能化学性能l涤纶的耐碱性差涤纶的耐碱性差碱使聚酯发生水解，水解程度随碱种类、浓度、温度及碱使聚酯发生水解，水解程度随碱种类、浓度、温度及时间不同而不同。时间不同而不同。碱处理涤纶的碱处理涤纶的剥皮现象剥皮现象：热稀碱能使表面的大分子水：热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，使纤维表面解。表面的分子水解到一定程度溶在碱中，使纤维表面一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，

21、而对一层层地剥落下来，造成纤维的失重和强度降低，而对纤维的芯层则无多大影响，分子量也没有什么变化，这纤维的芯层则无多大影响，分子量也没有什么变化，这种现象称为种现象称为剥皮现象剥皮现象。使纤维变细、变轻，纤维表面。使纤维变细、变轻，纤维表面出现刻蚀出现刻蚀-变得凹凸不平，增加了纤维在纱中活动性。变得凹凸不平，增加了纤维在纱中活动性。l意义：碱减量处理意义：碱减量处理提高纤维细度、提高纤维吸湿性，提高纤维细度、提高纤维吸湿性，获得仿真丝绸整理效果获得仿真丝绸整理效果3、化学性能化学性能3、化学性能化学性能l对氧化剂和还原剂的稳定性对氧化剂和还原剂的稳定性涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高，因此，染

22、整涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高，因此，染整加工中漂白剂（次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水）、加工中漂白剂（次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水）、还原剂（保险粉、二氧化硫脲）都可使用。还原剂（保险粉、二氧化硫脲）都可使用。l耐溶剂性耐溶剂性涤纶可溶解在一些有机溶剂中，如：丙酮、苯、涤纶可溶解在一些有机溶剂中，如：丙酮、苯、苯苯酚酚-四氯乙烷（四氯乙烷（6:4）涤纶可在一些有机物的水溶液中溶胀，如酚类涤纶可在一些有机物的水溶液中溶胀，如酚类酚类化合物可作涤纶染色的载体酚类化合物可作涤纶染色的载体4、吸湿、染色性能、吸湿、染色性能l吸湿性较差吸湿性较差标准状态下回潮率：涤纶为标准状态下回潮率：涤纶为0.4%棉

23、为棉为78%原因：极性基团太少，缺少吸湿中心，结晶度高，结原因：极性基团太少，缺少吸湿中心，结晶度高，结构紧密，孔隙小构紧密，孔隙小表现：吸湿排汗性差，静电大，易沾污，湿度对机械表现：吸湿排汗性差，静电大，易沾污，湿度对机械性能影响小，溶胀小，染色困难，但具有易洗快干的性能影响小，溶胀小，染色困难，但具有易洗快干的特性。特性。l涤纶的染色较困难，易染性较差：涤纶的染色较困难，易染性较差：分子链紧密，染料难进入纤维内部。分子链紧密，染料难进入纤维内部。无特定染色基团，缺乏亲水性，在水中膨化程度低，无特定染色基团，缺乏亲水性，在水中膨化程度低，不易与水溶性染料结合。不易与水溶性染料结合。极性小，染

24、料无法与纤维发生共价键结合。极性小，染料无法与纤维发生共价键结合。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：分子较小，结构简单，水溶性很分散染料：分子较小，结构简单，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：高温高压染色法：染色温度在高温高压染色法：染色温度在120140，制，制成分散液。成分散液。载体染色法：染色温度为载体染色法：染色温度为100，添加有机溶，添加有机溶剂的液体剂的液体热溶法染色：染色温度在热溶法染色：染色温度在180210之间，利之间，利用热空气染色。用热空气染色。5、起球现象、起球现象l最大缺点之一。最大缺点之一。l截面为圆形，表面

25、光滑，抱合力差，纤维截面为圆形，表面光滑，抱合力差，纤维末端容易浮出织物表面，形成绒毛，经摩末端容易浮出织物表面，形成绒毛，经摩擦，纤维纠缠在一起结成小球。擦，纤维纠缠在一起结成小球。l由于强度高，弹性好，小球难于脱落，产由于强度高，弹性好，小球难于脱落，产生起球现象。生起球现象。l抗起球整理抗起球整理6、静电现象、静电现象l涤纶吸湿性低，表面具有较高的涤纶吸湿性低，表面具有较高的比电阻，当两物体接触、摩擦又比电阻，当两物体接触、摩擦又立即分开后，涤纶表面易积聚大立即分开后，涤纶表面易积聚大量电荷而不易逸散，产生静电量电荷而不易逸散，产生静电l静电的危害：染整加工困难，设静电的危害：染整加工困

26、难，设备要加静电消除器；穿着不舒服、备要加静电消除器；穿着不舒服、电击、火灾电击、火灾l克服静电的方法：克服静电的方法：两种纤维混纺两种纤维混纺生产抗静电纤维生产抗静电纤维进行抗静电整理进行抗静电整理7、燃烧性能、燃烧性能l燃烧性燃烧性涤纶与火焰接触时能燃烧，伴随着纤维发生卷涤纶与火焰接触时能燃烧，伴随着纤维发生卷缩并熔融成珠而滴落。缩并熔融成珠而滴落。燃烧时产生黑烟且有芳香味，但火焰移去后燃燃烧时产生黑烟且有芳香味，但火焰移去后燃烧很快终止。烧很快终止。紧密的涤纶织物较易燃烧，尤其是涤纶与其它紧密的涤纶织物较易燃烧，尤其是涤纶与其它易燃纤维混纺的织物更是如此。易燃纤维混纺的织物更是如此。四、改性涤纶四、改性涤纶l改性原理改性原理引入有空间阻碍的基团，降低结晶度引入有空间阻碍的基团，降低结晶度引入第三单休，使规整性下降引入第三单休，使规整性下降引入可与染料分子结合的基团，提高亲合力引入可与染料分子结合的基团，提高亲合力引入一定吸水性基团，改善吸湿性引入一定吸水性基团，改善吸湿性改变工艺条件，增加纤维中无定形区的含量改变工艺条件，增加纤维中无定形区的含量四、改性涤纶四、改性涤纶l改性涤纶品种改性涤纶品种易染改性：阳离子可染聚酯纤维（易染改性：阳离子可染聚酯纤维（CDP）抗静电改性涤纶抗静电改性涤纶抗起球涤纶抗起球涤纶吸水吸湿性涤纶吸水吸湿性涤纶超细纤维超细纤维