化纤分类简介及化学纤维的制造

化学纤维简称化纤，是以天然高分子或合成高分子为原材料，经过化学加工和机械加工制成的纺织纤维。制作化纤的原材料原本不是纤维，并且原本没有纺织利用价值。

化学纤维的制造主要包括三个步骤：第一步，制备适合于纺丝（由高分子材料制造化学纤维的过程）的高分子材料，并将其制成纺丝液；第二步，将纺丝液从喷丝头细孔中挤压出来形成黏液细丝流，并在空气中或特种液体中凝固成丝，见图2-43；最后将凝固的细丝再经过牵伸等一系列机械加工制成各种性能和规格的纺织纤维。

图2-43　熔纺长丝纺丝示意图

1.再生纤维与合成纤维 按制备纺丝液的高聚物来源，化学纤维可分为再生纤维和合成纤维两大类，见表2-12。

表2-12　化学纤维的分类与名称

（1）再生纤维，是以天然高分子材料为原料，经过化学加工与机械加工而再生制得的纤维。例如，再生纤维中的黏胶纤维、莱赛尔、铜氨纤维、醋酯纤维等是利用木材、竹子、棉短绒等自然界中存在的纤维素高聚物加工而成的纺织纤维，也叫作再生纤维素纤维；而大豆纤维、牛奶纤维、再生羊毛等是利用大豆、牛奶等自然界中存在的蛋白质类物质加工而成的纺织纤维，也称作再生蛋白质纤维。再生纤维与原高聚物的化学组成基本相同，最明显差别是形态结构，原高聚物往往不是纤维或者没有纺织利用价值。

再生纤维是诞生最早的化学纤维，19世纪末，人类就开始生产再生纤维素纤维，其中黏胶纤维发展最快，1950年世界黏胶纤维产量已达160万t，占世界纺织纤维总产量的17%以上。1979年，黏胶纤维的世界产量达367万t，此外，还有少量铜氨纤维、醋酯纤维、高湿模量纤维（莫代尔），三者是技术进步的产物。20世纪末开发出的莱赛尔（Lyocell或Tencell）纤维（天丝），不但生产过程对环境友好，而且克服了普通黏胶纤维湿强低、湿模量低等缺陷，使再生纤维素纤维跃升到一个新的发展阶段。同一类纤维的长丝、短纤维等不同规格产品的制造成本及价格也不同。

（2）合成纤维。以石油、煤、天然气、农副产品等低分子化合物（单体）为原料，先经人工合成高分子化合物，再经纺丝和机械加工制成纤维。国内外已经工业化生产的合成纤维品种类别主要有聚酯类纤维（涤纶）、聚酞胺类纤维（锦纶或尼龙）、聚丙烯腈类纤维（腈纶）、聚乙烯醇纤维（维纶）、聚氨酯纤维（氨纶）等。各类合成纤维因其大分子组成和结构截然不同，性能各具明显特色，极大地丰富和拓展了纺织纤维的品种、性能和应用空间。

人类在探索生命奥秘的历程中建立了高分子科学，高分子科学与纺织科学结合创造出合成纤维。最早问世的合成纤维是聚酞胺家族的尼龙66纤维，20世纪30年代由美国的W.H.卡罗瑟斯发明成功。当时，尼龙66的高强度、耐磨性和耐疲劳性等优良特性与天然纤维这些性能的不足形成明显对比，使一直被纺织品强伸度、耐久性困扰的产业界和消费者喜出望外，所以，尼龙66很快进入工业化生产，并被广泛用于服装、装饰、轮胎帘子线等领域。20世纪40年代，英国的温菲尔德（Whinfield）和迪克森（Dickson）发明了芳香族聚酯——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，简称聚酯）聚合物，并由英国帝国化学公司（ICI）首先在英国实现商业化生产，而后经专利转让由杜邦（DuPont）公司在美国实现商业化生产。随后，聚丙烯腈、聚乙烯醇等合成纤维都相继问世。20世纪60年代以来，上述化纤大类中的常规纤维改性和高性能纤维研发进入高速发展期。一方面，采用物理和化学方法研制出很多改性合纤，改性成果最多的是PET纤维，如蓬松、弹性、抗静电、抗污、热与光稳定性等；另一方面，具有耐高温、高强度、高模量、阻燃等特殊性能的纤维相继问世，使纺织品由传统的服装、装饰用拓展到航空、航天、军用等产业用途。

2.短纤维、长丝 改变加工工艺，可以将化学纤维制成短纤维或长丝两种不同形态。

所谓长丝是指经化学纤维加工得到的连续丝条，不经过切断工序。目前，化纤生产都是标准化生产，短纤维的长度和线密度、长丝的总纤度和复丝根数等都是标准化数据。化纤长丝又可分为单丝和复丝二类。单丝中只有一根长纤维，复丝中包括多根长丝。单丝用于加工细薄织物或特殊风格织物，如透明袜、面纱巾等。长丝的大多数为复丝，因为它强力高，可提高织造效率，方便后道加工。根据纤维空间形态或后加工方法，长丝可分为牵伸丝、弹力丝、空变丝等小类。

所谓短纤维是指在化纤后加工中将化纤长丝切断成为一定长度规格的纤维。化学纤维的短纤维一般制成类似棉形态的棉型纤维、类似毛纤维形态的毛型纤维、中长型纤维三种类型。所谓中长型纤维是指长度和粗细介于棉型纤维和毛型纤维之间的纤维。长度基本相等的称为等长纤维，长度不等形成一个分布的称为不等长纤维。一般棉型化纤都是等长纤维，一部分毛型化纤采用牵切法加工成不等长纤维，使加工得到的产品更具有毛型纤维的风格特征。常用化纤短纤维的规格见表2-13。

表2-13　常用化纤短纤维的规格

3.异形纤维、复合纤维、超细纤维 近30年，化纤制造技术发展很快，除了用前面提及的一些新型高聚物和新型纺丝工艺制造新纤维以外，还通过改变纤维的形态结构制造出很多颇具特色的纤维产品，如复合纤维、超细纤维、异形纤维等。

（1）异形纤维。采用非圆形喷丝孔纺制的具有特殊截面形状的化学纤维称为异形纤维。用圆形喷丝孔经过湿法纺丝有时也能得到非圆形截面纤维，例如，黏胶纤维、醋酯纤维、维纶等，但这些纤维通常不叫作异形纤维。

异形纤维通常被用于仿真丝、仿毛和赋予某些特殊的光泽、手感、导湿排汗等性能。一些常见异形纤维如图2-44所示，异形纤维截面与喷丝孔形态的关系见图2-45。

图2-44　常见的异形纤维(www.xing528.com)

（2）复合纤维。见图2-46，纤维截面上具有两种或两种以上的组分的纤维称作复合纤维，最常见的是双组分复合纤维。模仿细羊毛的正偏皮质的双侧分布，让两种组分并列分布的纤维叫并列型或双侧型复合纤维，它具有持久的卷曲形态，可改善纺织品蓬松性、手感、光泽等。两种组分呈皮芯分布的纤维叫皮芯型复合纤维，可改善纤维染色性、耐磨性、黏附性等多种性能。

图2-45　异形纤维与喷丝孔　

图2-46　复合纤维

图2-47　复合超细纤维

（3）超细纤维。一般将单纤维线密度小于0.44dtex的纤维称作超细纤维，线密度在0.44～1.11dtex的纤维称作细特纤维或细旦纤维。有直纺式超细纤维和复合超细纤维二类。直纺式超细纤维的制造方法类似于普通纤维，只是直接纺出纤维的线密度较细而已。由于细纤维强度低、加工难度大，直纺式超细纤维的线密度一般在0.3dtex以上。采用复合纤维的制作方法制得的超细纤维叫作复合超细纤维，见图2-47，图2-47（c）为橘瓣型复合超细纤维，其余为海岛型复合超细纤维。复合超细纤维的线密度在纺丝和纺织加工过程中与常规纤维相当，织物后整理加工时通过碱处理等方法让一根纤维分裂成数根或数十根纤维，形成超细纤维，获得常规纤维没有的手感、视觉风格等性能。复合超细纤维可以做得比直纺式超细纤维更细。

4.有光纤维、全消光纤维、半消光纤维 成纤高聚物一般都是半透明物质，采用纯净的高聚物纺制的化学纤维的透光性很好，光泽很强，称为有光纤维，有一定应用领域。但很多情况下不希望纤维的光泽太强，往往在纺丝液中加入少量消光剂（低分子微细粉末），让进入纤维的光线发生散射，减小直接反射和折射的光的强度，使纤维表现出柔和的光泽。根据加入消光剂的多少，化学纤维有全消光纤维和半消光纤维之分。

（1）荧光纤维。将荧光化合物添加到成纤高聚物中然后制成的纤维。在紫外光的照射下，纤维内的荧光化合物会闪烁光彩。有采用涤纶、丙纶、锦纶、维纶、腈纶等制得的荧光纤维。根据需要，可制得高功能化、高技术化、高附加值化和高审美化的荧光纤维。目前，荧光纤维主要有光致变色纤维和荧光防伪纤维。

（2）夜光纤维。是经过特种纺丝工艺制成的夜光型或蓄光型功能性纺织纤维。该纤维在受光时捕集激发电子，在停止光照后进行持续的发光跃迁。它只要吸收任何可见光10min，便能将光能储蓄在纤维中，在黑暗中持续发光10h以上，而且可无限次循环使用。夜光纤维不仅色泽绚丽多彩，而且最终产品无须染色，不仅避免了染料对纤维发光性能的影响，同时也避免了染整工序产生的废水对环境的严重污染。

下面介绍一些常见化学纤维的组成物质、主要性能与结构特征。