化学纤维的分类

化学纤维的分类 化学纤维是用天然的或人工合成的高分子物质经化学、机械加工而制得的纤维。 　　化学纤维可按原料来源、加工、纤维性能等分类，但一般都按原料来源（化学组成）分类。 　　根据原料来源的不同，各类化学纤维的关系见下表。 　　由上表可见，人造维和合成纤维是化学纤维的两个主要分支。人造纤维是利用天然高分子化合物，如纤维素或蛋白质为原料，经过一系列化学处理和机械加工而制得的纤维。合成纤维是以石油、煤、石灰石、天然气、食盐、空气、水以及某些农副产品等不含天然纤维的物质作原料，经化学合成和加工制得的纤维。合成纤维比天然纤维有一些优异的性能，它的生产又摆脱自然条件的限制，因而合成纤维有广阔的发展前途。 　　化学纤维的命名 　　根据我国有关部门，人造纤维的短纤维一律叫“纤”（如粘纤、富纤），合成纤维的短纤维一律叫“纶”（如锦纶、涤纶）。如果是长纤维，就在名称末尾加“丝”或“长丝”（如粘胶丝、涤纶丝、腈纶长丝）。关于混纺或交织的织品，就按照组分的多少顺序来命名，组分多的排在前，组分少的排在后。如果组分相同，就按天然纤维、合成纤维、人造纤维的顺序排列。例如，65％的棉花、35％的涤纶混纺府稠叫棉涤府稠，65％的涤纶、35％的棉花混纺府稠叫涤棉府绸，1／3粘丝、1／3羊毛、1／3涤纶混纺华达呢叫毛涤粘华达呢。 　　常见化学纤维的性能和用途 　　不同的化学纤维，因化学组成不同，性能各异，所以在应用上也是扬长避短，充分发挥其优势。下面简单介绍几种常见化学纤维的性能和用途。 　　（1）粘胶纤维 它是人造纤维，在1891年发明，1905年投入工业生产。它吸湿性好，容易染色，干态时的强度接近棉纤维。它的缺点是湿态时强度较低，容易变形。它广泛用作棉、毛、丝绸厂的原料，常跟棉纤维、涤纶、锦纶等混纺。工业上用它作制造轮胎的帘子布。 　　（2）涤纶 它是最常见的合成纤维，在1941年发明，1953年投入工业生产。它的最大特点是弹性好，抗皱、保型，强度高，耐磨性比棉高1倍、比羊毛高3倍。热稳定性好，电绝缘性优良，不发霉，不怕虫蛀。缺点是吸湿性、染色性较差。它主要用于生产各种混纺或交织品，大量用作衣料。目前通过纺织加工，生产各种仿丝、仿毛、仿棉、仿麻织品。这类混纺织品的效果越来越近似于天然纤维织品，在工业上作绝缘材料，传送带、轮胎的帘子线等，在医疗上用于制造血管、角膜支架、心瓣膜、心血管等。最近，用针织涤纶和硅橡胶试制成人造头颅骨。 　　（3）锦纶 它在1935年发明，1939年投入工业生产。它的耐磨性比棉纤维高10倍，比羊毛高20倍。它强度高，弹性好，耐腐蚀，不霉、不蛀。缺点是耐光、耐热性较差。它主要用于生产长丝，是各种针织品和丝绸品的原料。短纤维主要跟羊毛或其他纤维混纺，增强织物的牢度。它在工业上制作渔网、降落伞，也是生产日用品牙刷、衣刷、绳索的材料。 　　（4）腈纶 它在1942年发明，1950年投入工业生产。腈纶质轻而柔软，弹性特别好，蓬松而保暖，性能胜过羊毛，还耐热、耐晒、耐酸腐蚀，不霉、不蛀。缺点是耐磨性差，吸湿、染色性能不够好。它主要用于生产短纤维，用以代替羊毛纯纺，或跟羊毛和其他化纤毛型产品混纺，如腈纶膨体纱、混纺毛线及各种混纺衣料。腈纶长丝能织成绸缎，还是生产工业用石墨纤维和碳纤维的原料。 　　（5）维纶 它在1939年发明，1950年投入工业生产。它的最大优点是吸湿性好，在条件下的吸湿率是4.5％～5％。它结实耐磨，比棉纤维高5倍多，还耐酸、耐腐蚀，不蛀。缺点是耐光、耐热性较差，不容易染色，织物不够挺括。它的短纤维主要跟棉纤维混纺，少量跟粘胶纤维混纺，制成隐条、隐格。工业上做帆布、过滤布、输送带、包装材料和劳动保护品，更宜做渔网、舰船绳缆等。 　　（6）丙纶 它在1954年研制成功，1957年投入工业化生产。丙纶强度高，耐磨性能仅次于锦纶，弹性好。它密度小，能浮在水面上，吸水率低，还耐酸、碱腐蚀，不霉不蛀。最大的缺点是难染色，容易老化。这一缺点限制它应用在服饰上。它主要用于生产不经传统的机织、针织或编织等加工制成的无经、无纬之别的纺织品，广泛用于建筑、水利、装潢、医疗和服装等各个行业。丙纶经改性后能制成抗老化、着色和吸水性好的特色纤维。 　　（7）氯纶 氯纶于1941年研制成功，1950年投入工业生产。它的主要特点是难燃，离火后自熄，能耐酸、碱、氧化剂和还原剂，稳定性极好，而且保暖性能好，耐晒、耐磨。利用氯纶的耐燃性，常作车厢中的座垫材料、沙发套、地毯、防火帘、消防队员和护林队员穿的工作服，氯纶在工业上作防腐蚀滤布和仓库用的复盖材料等。短纤维织品做内衣，对风湿性关节炎有一定的辅助疗效。 　　合成纤维的新品种 　　随着合成高分子聚合物的改性和加工技术的发展，化学纤维新品种日新月异，这对改善工业结构材料，丰富人们的衣着起很大的作用。下面简要介绍供纺织用的主要化纤新品种。 　　（1）异形纤维 异形纤维是相对于圆形纤维而言的。它是用有特殊几何形状的喷丝板孔挤压出来的，使截面呈一定几何形状的纤维。目前生产的异形纤维主要有三角形、丫形、五角形、三叶形、四叶形、五叶形、扇形、中空形等。异形纤维跟一般的纤维相比，有如下特点。第一是光学效应好，特别是三角形纤维，具有小棱镜般的分光作用，能使自然光分光后再度组合，给人以特殊的感觉。第二是表面积大，能增强复盖能力，减小织物的透明度。还能改善圆环纤维易起球的不足。第三是因截面呈特殊形状，能增强纤维间的抱合力，改善纤维的蓬松性和透气性。第四是抗抽丝性能优于圆形纤维。它大量用于机织、编织及地毯工业中。我国利用异形纤维主要生产纺织品和针织品，如生产仿细夏布、波纹绸、仿薄丝、仿绢和毛料花呢等。 　　（2）中空纤维 中空纤维的内部有孔穴结构。兼有异形截面和孔穴结构的纤维，叫做异形中空纤维。中空和异形中空纤维的最大特点是保暖性大大优于同类的一般纤维。中空纤维有光的反射效应，使织物有毛料的膘光感。圆形中空纤维跟毛纤维混纺，能制成高级毛料织物。星形中空短纤维跟各种纤维混纺，织成仿中厚花呢料，它质地轻柔，手感丰满。异形中空纤维广泛用于制地毯和毛毯，这些制品富有弹性和蓬松性，不易起球。据报道，钮扣状截面异形锦纶纤维用于生产地毯，有可能取得“霸主”地位。 　　（3）复合纤维 由两种或两种以上的成纤聚合物熔体或浓溶液，利用组分、配比、粘度等的差异，分别输入同一纺丝组件，并在组件的适当部位汇合，在同一喷丝孔喷出，就形成复合纤维。可以制成并列、包芯、海岛、天星型等不同品种的复合纤维。复合纤维含有性能不同的两种或两种以上的化学组分，在一定程度上能优劣互补、填平缺陷。例如，用锦纶和蛋白质人造纤维纺成的并列复合纤维，它的织物弹性好，手感能跟羊毛相比；它的永久卷曲性、尺寸稳定性、蓬松柔软性等方面超过羊毛。又如，用涤纶长丝作内芯、棉纤维作外层制得的复合纤维，具有棉纤维的良好吸湿性，能克服涤纶纤维织物穿着闷热、不吸汗的缺点，又有涤纶的牢度，因此叫“舒适的确良”。用这种复合纤维织成的布，如果在花纹处用酸烂掉外包的棉纤维，露出涤纶芯丝就构成透明的花纹，这就是“烂花的确良”。 　　（4）超细纤维 一般化学纤维的纤度（即粗细）多在1.11～15旦之间，直径大约10～50微米。超细纤维的纤度通常在0.1～0.5旦之间，直径一般小于5微米。有些特殊用途的超细纤维甚至细到0.001旦。用超细纤维织成的织物格外精细，特别柔软光滑，还有独特的光泽和颜色。因此，有用超细纤维制成的人造革、优质针织品和机织品。用超细纤维制作的仿麂皮，有茸毛致密、不易脱落、手感柔软的优点，质量常超过真麂皮。工业上可用它制作高效能过滤布，用在除尘设备中，使除尘效率提高到99％以上。超细纤维还可以制成有特种用途的合成纸，既用于过滤，又可在光学上作玻璃镜头的揩试纸。 　　（5）变形丝 利用合成纤维受热塑化变形的特点，在机械和热的作用下，使伸直的纤维变成卷曲的纤维，叫做变形丝（也叫变形纤维）。变形丝分为两类。一类是以蓬松性为主的，外观体积蓬松。以腈纶为主要原料的变形丝，叫做膨体纱，用于生产绒线和针织内外衣。另一类是以弹性为主的，叫做弹力丝。弹力丝分高弹和低弹两种。高弹丝以锦纶为主，多用于生产弹力衫裤、弹力袜等。低弹丝以涤纶为主，主要用于生产外衣和室内装饰布。丙纶低弹丝常用于制作地毯。 　　（6）空气变形丝 利用压缩空气，使化学纤维的长丝发生喷气变形，丝束外圈局部起小卷，再使它部分断裂，形成若干端头露在外面，看上去十分接近用短纤维、按常规方法纺织，就得到空气变形丝。 　　空气变形丝在生产时省略切短化纤长丝，再纺成长纱的生产过程。由它织成的织物，外观和手感接近用短纤维织成的织物，还有吸湿性。它可以用来生产仿绢丝、仿棉或仿毛形织物，分别用作衣料、家具布、毡毯或汽车用布。估计到本世纪末，空气变形丝将会有相当的发展。 　　（7）网络丝 根据需要，有时为了增加化纤织物的耐屈曲强度和改善织物的手感，常用15～100根很细的单丝合并成复丝使用。在复丝或喷丝时用压缩空气吹松丝条，并使它们相互旋转、扭合、形成许多网络点，这就是网络丝。网络丝因有网络结点，用它织成的织物厚实，表面有仿毛感。网络丝强度较高，织造时能省去加粘、上浆操作，所以网络丝又叫“免浆丝”。它是国外70年代生产的化纤新品种。 　　（8）高吸湿纤维 一般合成纤维的吸湿性比较差，用它做衣服，夏天穿着有潮湿闷热的感觉。为了克服这一缺点，人们研制出有良好吸湿性的合成纤维。吸湿纤维是由普通纤维高聚物经过化学改性或物理改性制得的。化学改性方法就是在普通纤维分子长链中接上羟基、磺酸基等亲水性基团或接上吸水性盐类，使纤维有吸湿性。物理改性的主要途径是使纤维具有无数直径小于3微米的多孔性中空结构，利用毛细管作用增强吸湿性，起输湿作用。也可以使纤维表面粗糙化、异型化或超细化来增强纤维的吸湿性。高吸湿纤维主要用来制作运动服和贴身内衣。 　　（9）高收缩纤维 高收缩纤维是受热后收缩率特别高的纤维。例如，普通涤纶受热后的收缩率只有10％，而高收缩涤纶受热后的收缩率高达50％。国产的人造麂皮所用涤纶的收缩率也能高到40％。它的织物经加热处理后，由于纤维收缩，织物显得特别致密丰满。如果织物的局部使用高收缩纤维，受热收缩后会出现类似泡泡纱或提花等立体感很强的花纹。用高收缩纤维制作化纤平绒、灯芯绒的起绒底布。底布受热收缩时能使绒毛更加致密。试验用纯涤纶高收缩纤维和常规纯涤纶纤维混纺或交织，织物经加热定型后，可以得到各种式样的波纹纯涤纶织物。细支涤纶高收缩长丝，可以用来制作仿麂皮和花色丝绸。 　　（10）有色纤维 有些合成纤维染色十分困难，为了解决某些纤维不易染色的困难，人们成功地在喷丝以前的原液里加入各种着色剂，使极细的色粒均匀分散在原液里，用这种有色的原液能喷纺出各种颜色的纤维。这种方法着色效果好。在生产高聚物中，在聚合时添加着色剂或给聚体涂复着色剂，同样能达到着色的目的。我国已生产有色纤维。 　　（11）高强度模量纤维 强度大于8.8CN／dkex①，模量大于176CN／dkex的合成纤维，叫做高强度模量纤维。例如，美国研制成功的凯夫拉尔（我国叫芳纶——1414）纤维，强度是同质量钢丝的5倍。它密度小，只有钢丝的1／6，还能透过微波。它可以做航空器材的增强材料。以粘胶纤维、腈纶、沥青纤维为原料，经高温炭化、石墨化，得到的高强度、高模量炭纤维，在原子能、冶金、化工方面有广泛的应用。 　　（12）仿真纤维 仿真纤维是指合成纤维通过改性和纺织加工，使它的结构和使用性能接近天然纤维，这种纤维叫做仿真纤维。它包括仿棉、仿丝、仿毛和仿麻纤维。下面以涤纶为例介绍仿真纤维的一般常识。 　　仿真丝涤纶织物既保持涤纶的优点，又改善它的不足之处，使它的产品具有真丝的特色。市售的各种涤纶乔其纱、双绉、绢纺、锦缎等就是仿真丝涤纶织物。它们手感柔软、穿着舒适，比天然真丝织物轻、软、挺、耐洗和耐穿。 　　仿毛型涤纶织物，一般是通过选用纤维的适当纤度、卷曲度、纤维截面的形状及混纺比例来达到其织物的刚柔性、蓬松性。 　　天然麻是截面呈五角形或六角形的中空异形纤维。早期的仿麻型涤纶产品主要有豆形和哑铃形截面两种。近年来国际市场上具有麻型手感的涤纶产品很多，不仅形态逼真，而且色泽鲜艳，穿着舒服。 　　部分特种合成纤维 　　特种合成纤维是指有特殊性能和在特殊领域应用的纤维。下面分别介绍几种特种合成纤维的性能和用途。 　　（1）阻燃纤维 根据纤维燃烧性能的不同，可分为不燃纤维（如石棉、玻璃纤维）、耐热纤维（聚四氟乙烯、酚醛纤维）、阻燃纤维（偏氯纶、氯纶）和可燃纤维（如涤纶、锦纶、腈纶、丙纶）。在中、小型火源点燃下产生小火焰燃烧，当撤走火焰时，火焰能较快地自行熄灭，这一类纤维，叫做阻燃纤维。为了防止易燃物质燃烧，大约在200年前，法国化学家盖·吕萨克研究过阻燃织物。随着城市现代化建设的发展，研究阻燃纤维对防止火灾有十分重要的意义。因此，近20年来，开发阻燃合成纤维受到各国的普遍重视。 　　生产阻燃纤维比较多的是用阻燃剂对纤维进行阻燃整理，使纤维有阻燃性能。阻燃剂大多数是卤素、磷及其化合物为主要成分的化学药品。例如，偏氯纶（聚偏二氯乙烯）是改性后的氯乙烯-偏二氯乙烯的共聚物。其中含氯乙烯30～10％，偏氯乙烯70～90％。偏氯纶聚合物在仿丝时，加入少量液态卤化苯等软化剂和热稳定剂，用熔纺法纺入空气中，然后进入冷水（10℃）槽，再经过拉伸卷绕即得成品。偏氯纶除具有较好的阻燃性、耐热性和回弹性外，还具有耐磨性和耐浓酸的腐蚀性（仅次于氟纶）。 　　（2）耐腐蚀纤维 这是一类耐化学试剂腐蚀的纤维。聚四氟乙烯（简称氟纶）是耐腐蚀纤维的杰出代表。它在浓硝酸、浓硫酸、王水和浓碱中丝毫不受损，在各种有机溶剂中几乎不膨润。此外，氟纶的耐热稳定性较好，在200℃加热四天，强度保持率是97％。它在室外放置15年而无老化现象。它的导电、导热率低。它还有优良的电绝缘性能，阻燃性也是合成纤维家族中的冠军。氟纶在工业上主要作耐腐蚀泵和阀门的填料，如作输送发烟硫酸的离心泵填料，使用寿命可达100天，如果用石棉作填料，只能用20天。用氟纶编织布制成的滤袋或滤垫，能在高温和化学腐蚀环境中使用。据目前已知，氟纶在飞船舱的富氧环境中是最好的阻燃纤维，可制成太空衫和防火服。人类第一次登月的太阳神——11号太空衫就是用氟纶纤维制作的。在生物医学工程中，氟纶的应用也日益扩大，可以用它制作人工血管、心脏瓣膜、人造膀胱等脏器，使用十分安全。 　　（3）耐辐射纤维 耐各种射线辐照的纤维，如聚酰亚胺纤维是60年代才开发的功能纤维，它的突出性能是耐辐射。用高能量的γ射线照射8000次，它仍能保持原有的机械性能和电气性能。聚酰亚胺纤维主要用于宇航、电气绝缘以及原子能等工业上，如制作宇宙飞船、人造卫星和核动力站所需的各种织物、层压制品、涂层织物和耐辐射降落伞等。 　　（4）高强度、高模量碳纤维 碳纤维是有机纤维在1000℃以上碳化，使含碳量在85％以上的纤维。根据性能不同，碳纤维分为高强度、高模量碳纤维、活性炭碳纤维以及离子交换碳纤维。目前碳纤维已发展成为用途广泛、性能优异的工业用高性能纤维。聚丙烯腈基和纤维素基碳纤维是目前用量最大的两种高强度、高模量的碳纤维。它的化学性能类似于块状碳，温度高于400℃时会出现明显的氧化。它有良好的耐低温性能，还有耐油、耐辐射、吸收气体和减速中子的特性。它们本身的用途不大，通常作为负荷传递的一种媒介加入到树脂、金属、陶瓷中，或用化学气相沉积法把碳沉积在纤维织物中，制成复合碳纤维，才能使它成为有用的工业材料。 　　目前碳纤维的应用已深入到人类活动的各个领域，特别是宇航工业、飞机制造业、汽车工业和运动器械等方面的应用令人瞩目。例如，哥伦比亚号航天飞机的两只控制火箭喷口都使用碳纤维复合材料。用碳复合材料制成的飞机比铝制飞机减重15％～30％，成本下降20％。汽车上有20％～60％的部件可用碳纤维增强塑料制造。碳纤维增强塑料可用于制造运动器械，如网球拍、高尔夫球棒、赛艇、赛车等。 　　（5）离子交换纤维 离子交换纤维跟电解质溶液接触时，纤维上的离子能跟溶液里的离子作有选择性的交换。它分阳离子交换纤维、阴离子交换纤维和两性离子交换纤维。此外，离子交换纤维还有一定的强度、耐化学腐蚀等性能。它多用于钢铁、化工、轻工业生产过程中对废酸、废碱、废液和废气的回收、净化处理。它广泛用于海水淡化、工业用软水的制备、无离子纯水的生产以及制盐工业。 　　化学纤维的鉴别方法 　　鉴别化学纤维的方法很多，归纳起来可分成两类。一类是感观鉴别法，就是通过人的感觉器官（不需要任何药品和仪器）凭经验来鉴别。这种方法简单易行，但准确度不高，只能作出大体上的判断（或和其他方法组合使用），可供广大读者在选用衣料或需要识别织物的组成时参考。另一类方法是利用纤维的各种不同物理、化学性质，通过试验来鉴别。这类鉴别的常用方法有燃烧鉴别法、溶剂溶解鉴别法、试剂显色鉴别法、显微镜鉴别法等。这类鉴别法比感官鉴别法准确、可靠。混纺织品，一般需要几种方法配合使用，进行综合分析，才能得到确切的结论。下面介绍简易的感官鉴别法和燃烧鉴别法。 　　（1）感官鉴别法主要是用眼看织物的颜色和光泽，用手摸织物所得到的感觉，紧攥织物放松后看形成的折痕恢复的难易情况，然后综合分析这些感官现象，作出初步判断。 　　①化纤棉织品目前化学纤维棉织品的主要品种有涤棉布、富纤棉布、粘棉布和维棉布等几种。 　　②化纤毛织品化纤毛织品跟纯毛织品比较，一般有下表所列特征。 　　③化纤丝绸织品较常见的化纤丝绸品主要有人造丝、锦纶长丝和涤丝长丝几种。除人造丝外，其余的单一织品不多，大多是和蚕丝交织的混纺品。 　　（2）燃烧鉴别法燃烧鉴别法根据纤维燃烧的难易、火焰的颜色、散发出的气味以及留下灰烬的状态、颜色特征等，大体判断纤维的种类。先在织物上抽出几根经纱和纬纱，分别用火柴点燃，仔细观察纤维在燃烧时发生的各种变化，再根据下表（682页）判断。下表介绍几种主要纤维燃烧时的特征。 　　化学纤维的洗涤 　　洗涤化学纤维要科学合理，否则易引起纤维变形、变质、老化以至破损。本书只从化学角度说明洗涤化学纤维织物时应注意的问题。 　　（1）洗涤剂的选择商店出售的肥皂和合成洗衣粉有普通的和中性的两种。普通肥皂和洗衣粉碱性较强，去污效果比较好。洗涤化学纤维织物，上述两类洗涤剂一般都可以使用。有些品种，如粘胶纤维、腈纶纤维、合成纤维和羊毛的混纺织品等，它们耐碱性较差，不宜用碱性较强的洗涤剂来洗，最好选用碱性较弱或中性洗衣粉洗。 　　洗涤剂选好后，一般都应严格按照使用上的用量和用法去做。洗液浓度大致可以这样掌握：在普通洗脸盆里放大半盆清水（约两升），加入满满一汤匙（约5～6g）洗衣粉，这时溶液的浓度大约是0.32～0.5％。洗液的量一般以能把衣物浸没为度。 　　洗液的温度要根据化学纤维品种的不同而恰当掌握。合成纤维都是热塑性的，在高温下容易收缩、起皱或软化，不易恢复原状。因此，洗液的温度应比天然纤维低，不能用开水泡。 　　合成纤维织物，除腈纶外，一般都怕日光照射。它们受日光中的紫外线照射后容易变色，还会使纤维变脆，降低牢度。所以合成纤维织物一般要放在通风的地方阴干。 　　（2）特殊污迹的去除方法在洗涤化学纤维织物时，常会碰到用一般的洗涤剂难以清洗的污迹，这时要配合使用乳化、还原、氧化和溶解等化学方法才能清除。 　　化学纤维织物的熨烫 　　衣服洗涤后，一般要熨烫。化学纤维纺织品通常耐热性能比较差，特别是合成纤维在高温下熨烫容易使颜色变黄、收缩、变形，甚至粘结发硬。所以熨烫温度一定要严格控制在纤维的软化温度以下。化学纤维混纺织品的熨烫温度，应该以耐热性最差的一种 　　纤维为标准。例如，腈纶和涤纶的混纺织品，腈纶耐热性比涤纶差，所以这种混纺织品的熨烫温度不能高于腈纶所能承受的温度。 　　怎样掌握熨烫的温度呢？如果使用的是恒温熨斗，只要把熨斗的温度调节到所需要控制的温度范围内就可以。一般使用的是普通熨斗，温度不容易控制，这里介绍一种简易辨别普通熨斗温度高低的：把水滴在熨斗的底面上，观察水滴的变化情况和听它发出的声音，即可粗略辨别熨斗温度的高低。 　　化学纤维一般以半干熨烫为最好，干的可喷适量水。个别纤维品种因在水中软化点较低，熨烫时不能喷水，只能于烫，维纶就属于这种。 　　合成化学纤维从问世到发展至今，只不过经历了30～40年的历史。但它发展之快令人震惊，目前全世界大约以每年增加15％的速度向前发展。预计到本世纪末，化学纤维和天然纤维的比约为3∶1，人类的衣着原料将进入化学纤维的时代