醋酸纤维的性质与应用领域

醋酸纤维的理化性质直接决定了醋酸纤维的加工方式与应用领域，主要性质包括：过滤吸附性质、热力学性质和化学性质。

（一）过滤吸附性质

1.纤维过滤吸附机制

醋酸纤维用于过滤材料时，对颗粒物的捕集，主要有以下五种机理。

（1）直接拦截：当粒子直径大于网眼、孔隙直径或沉积在滤料间的粒子间空隙时，粒子即被阻留下来。

（2）惯性碰撞：滤材中的纤维排列复杂，空气在通过滤材时，气流流线会遇障转折，气体中的微粒在自身惯性力的作用下，会脱离原来运动的气流流线撞击到滤材纤维表面而沉积下来，微粒越大，惯性力就越大，被滤料纤维阻碍的可能性就越大。

（3）扩散沉积：小颗粒粉尘在空气中做无规则布朗运动，且颗粒越小布朗运动越明显。常温下，0.1μm的颗粒每秒钟扩散距离达到171μm，这个距离比纤维间距大几倍到十几倍，促使微粒有更大的机会沉积下来。小于0.1μm的颗粒，主要做布朗运动，越小越容易被除去。

（4）重力效应：微粒通过纤维层时，在重力作用下微粒脱离气流流线而沉积下来。一般来说对小于0.5μm的颗粒，重力作用可以忽略不计。

（5）静电效应：通过静电作用使微粒能牢固地吸附在滤料纤维表面或使微粒改变流线轨迹而沉积下来，静电作用能在不增加过滤阻力的情况下提高滤料的过滤效率。

在一个纤维集合体过滤器内，微粒被捕集可能由于所有机理的作用，也可能由于一种或某几种机理的作用，这要根据微粒的尺寸、密度、纤维粗细、纤维层的填充率、气流速度等条件决定。

2.选择性过滤吸附性能

醋酸纤维除了具备常规纤维的过滤吸附性能外，还表现出对卷烟焦油的选择性过滤吸附能力。醋酸纤维滤嘴和聚丙烯纤维滤嘴对烟气的截留情况对比见表5-5和表5-6，可以看出，醋酸纤维滤嘴对总粒相物和焦油的截留效率比聚丙烯纤维高，尤其对烟气中的苯酚、吡啶等物质具有更好的亲和性，表现出的截滤量明显优于聚丙烯滤嘴。醋酸纤维对烟碱的保留量较多，以保留更好的香烟口味。

表5-5　醋酸纤维和聚丙烯纤维滤嘴的过滤效率[7]

表5-6　醋酸纤维与聚丙烯纤维滤嘴对烟气中苯酚等物质的截留量[8]

3.主要影响因素

在过滤介质与流速不变的情况下，影响单根醋酸纤维过滤吸附性能的主要因素包括纤维细度、截面形状和表面特征。当纤维细度减小时，纤维的表面能和比表面积增加，这直接提高了杂质颗粒与纤维的接触概率及纤维的吸附能力，从而改善纤维的过滤效率和截滤容量。从纤维集合体的角度来分析，纤维直径的下降，可以增加单位空间内的纤维根数，提高直接拦截效率。但是纤维不可过于密集堆砌，这样反而影响较小微粒的布朗运动从而影响沉积过滤机制的效应；另外也会增加过滤阻力，不利于过滤的流畅性。在单丝线密度一定时，异形截面（如Y形截面）和粗糙或多孔的纤维表面同样有利于增大比表面积，提高纤维的过滤吸附能力。

（二）热力学性质

1.热学性质

（1）热转变。醋酸纤维作为非晶态高聚物，受热作用或者在不同温度条件下，纤维的形状和力学性质会发生转变，具有“三态两转变”的特性。醋酸纤维的差示扫描量热仪（DSC）曲线如图5-16所示，70℃左右的吸热峰是纤维样品中水分蒸发的结果，并非材料的特征峰；在200℃左右不尖锐的峰是醋酸纤维的玻璃化转变温度，230℃左右的吸热峰归结为结晶熔融峰。从曲线可以看出，醋酸纤维的玻璃化转变不够明显，且结晶熔融峰峰形也较小，主要是因为醋酸纤维素中结晶不完善，晶粒较小，结晶区分子链和链段可较自由地活动。

图5-16　醋酸纤维的DSC曲线[9](www.xing528.com)

（2）热稳定性。醋酸纤维的热稳定性可通过热重分析法（TG）测量醋酸纤维随温度升高时的质量损失情况。图5-17为醋酸纤维的热重分析曲线，醋酸纤维的热分解过程有三个阶段。第一阶段的失重非常缓慢，主要是由于试样中的吸附水以及残留化学试剂。大约从260℃开始，试样的分解速度逐渐加快，并在温度为350℃时，纤维失重速度达到峰值，并持续快速失重直至温度为440℃左右，此阶段为醋酸纤维失重第二阶段，失重率达85%。随着温度的继续升高，试样重量继续减少，但失重速度逐渐变慢，即进入醋酸纤维热分解的第三阶段。结合DSC测试结果，当受热温度达到熔点后，醋酸纤维即进入热分解阶段，故不可直接进行熔融加工，所以目前工业上采用溶液干法纺丝法生产。

图5-17　醋酸纤维的TG曲线

图5-18　醋酸纤维的应力—应变曲线

2.力学性质

纤维受到的外力主要是拉伸作用，通常通过应力-应变曲线的基本形态来分析纤维的拉伸断裂的特征。某规格烟用醋酸纤维的应力-应变曲线如图5-18所示，醋酸纤维的拉伸过程可分为三个阶段：O—A段呈直线，A点为屈服点，应力与应变之间的关系服从胡克定律，曲线斜率值即为初始模量值，一般为350～550kg/mm2，此阶段醋酸纤维大分子的键长、键角伸长，而分子链和链段都没有运动，所以应变量较小，显示出一定的抗拉伸阻力。A—B段纤维大分子的空间结构开始改变，卷曲的大分子逐渐伸展，链段产生错位滑移；B—C段表示错位滑移的大分子基本伸直平行，而相邻大分子相互靠拢，使大分子间的横向结合力有所增加，并可能形成新的结合键，因此，纤维的应力再次上扬，直至达到C点发生断裂。

醋酸纤维与黏胶纤维、聚酯纤维的力学性能比较如表5-7所示，醋酸纤维的密度比黏胶纤维的要小，和聚酯纤维较为接近。醋酸纤维的干强比黏胶和涤纶都要小，这是由于醋酸纤维大分子的对称性、规整性和结晶度均比较低。湿态下和黏胶类似，强度损失较大，剩余强度约为干强的70%，纤维干湿态的断裂伸长变化也较大，因此醋酸纤维在拉伸和湿加工的过程中应采用温和的方式，其织物不适宜用于对强度有特殊要求的领域。

表5-7　醋酸纤维与黏胶纤维、聚酯纤维的力学性能比较

此外，有研究发现，醋酸纤维伸长3%以下时其弹性回复率在35%以上，伸长3%～5%时回复率降至10%以上，而黏胶纤维在伸长3%以下时只有18%的回复率。所以醋酸纤维的弹性和回弹性都比黏胶纤维要好，这也是醋酸纤维类似真丝的主要原因之一[10]。

（三）化学性质

1.染色性质

醋酸纤维因纤维素基中的羟基（—OH）被乙酰化，亲水性基团减少，纤维在水中膨胀性能减弱。另外，羟基的大幅减少，直接减弱了醋酸纤维与直接染料的氢键结合、与活性染料共价键结合的能力，所以醋酸纤维采用直接和活性染料染色效果不佳。而醋酸纤维和涤纶纤维相似，都属于聚酯类的纤维，因此多采用分散染料，借助分散剂的作用，以染料颗粒或微集聚体的形式存在染液中，通过吸附或扩散对醋酸纤维进行染色加工。

由于醋酸纤维在碱性和高温条件下发生皂化反应而失去应有的光泽，且强力下降、手感变差，因此在染整加工中，醋酸纤维染色条件控制在中温（染色温度不宜超过85℃）、弱酸条件（pH为5～7）。另外，醋酸纤维湿态下强度低、伸长率大、回弹性差，所以醋酸纤维纯纺织物最好用宽幅卷染机或常压经轴染色机染色，以减少织物折痕和擦伤的形成。混纺织物则适宜在染缸或常压喷射染色机上进行染色，并且浴比达30∶1[7]。

2.化学稳定性

醋酸纤维分子中存在部分醇羟基、酯键和醚键，具有一定的耐酸能力，通常在纺织印染加工过程中酸对醋酸纤维的影响不太大，但是在浓酸条件下醋酸纤维会发生水解。在低温弱碱性条件下，醋酸纤维失重率较小；在强碱性溶液中，醋酸纤维皂化反应加剧，水解程度高，致使醋酸纤维的结合酸含量降低，重量损失严重。所以醋酸纤维处理溶液应偏弱酸性，在纤维外层有浆料等包覆时，处理溶液pH不宜超过9。还原剂及低浓度氧化剂对醋酸纤维影响较小，而高浓度氧化剂则会将醋酸纤维氧化，因此四氟乙烯干洗溶液对醋酸纤维几乎没有损伤，在标准浓度洗涤时，醋酸纤维能够表现出良好的抗氯漂白性能。