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人造纤维及其种类简介

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:人造纤维是指人们利用天然高分子化合物为原料,经过化学处理和机械加工合成的。人造纤维包括粘胶纤维、醋酸纤维和大豆蛋白质纤维等多种。其中粘胶纤维是人造纤维中的一个最主要品种,约占人造纤维总产量的90%以上。另外,粘胶纤维缩水率较大,高达10%。

人造纤维及其种类简介

人造纤维是指人们利用天然高分子化合物为原料,经过化学处理和机械加工合成的。其中用含有纤维素为原料而制成的纤维,叫人造纤维素纤维;用含有蛋白质为原料而制成的纤维,叫人造蛋白质纤维。

人造纤维包括粘胶纤维、醋酸纤维和大豆蛋白质纤维等多种。其中粘胶纤维是人造纤维中的一个最主要品种,约占人造纤维总产量的90%以上。此外,玻璃纤维也是人造纤维中的一种,我们后面加以讨论。

1.粘胶纤维

(1)概述 粘胶纤维(Viscose fibre)是以天然纤维素为基本原料,经纤维素黄酸酯溶液纺制而成,是再生纤维素纤维(Regenerated cellulose fibre)系的一个品种。这类纤维也可称为纤维素或水化纤维素纤维。根据生产工艺不同,该系列产品中还有铜氨纤维(Cuprene fibre)、醋酯纤维(Acetate fibre)和再生蛋白质纤维(Regenerated protein fibre)等。目前世界范围内,纤维素纤维产品中90%以上是粘胶纤维。

粘胶纤维主要原料是木材芦苇、甘蔗渣等,具有吸湿性、透气性和染色性较好、成本低廉等优点,在化学纤维中占有不可忽视的地位。粘胶纤维与合成纤维按一定比例混纺或交织,可以相互取长补短,提高织物的性能。通过各种方法对粘胶纤维的改性,可以制得性能优良或具有特殊功能的纤维。

(2)性能与应用

1)强度:粘胶纤维在干燥时的强度,相当于同支数棉纱强度的85%~90%;若吸湿后其强度会降低40%左右(但干燥后仍可恢复其原强度),所以其织品牢度较棉织品差些。

2)吸湿性:在一般情况下,粘胶纤维的含水量为12%~14%,最高可达30%。所以其织品在吸水性和染色鲜艳等方面都优于棉织品。粘纤织品最宜做服装衬里或夏令服装用料等。

3)延伸性:粘胶纤维在干燥时延伸为20%~24%,浸水后迅速膨胀,长度收缩,变厚发硬,但干燥后(收缩除外)又恢复其软薄状态。所以其织品在穿用时易变形、出皱纹并产生下垂现象。粘胶纤维的缩水率较大,一般为6%~10%。其织品如果用尿素甲醛等树脂处理,使缩水率和水洗时强度下降等性能均有改善。

4)耐磨性:粘胶纤维的耐磨性和弹性要比羊毛及棉纤维差,特别是在水洗后更为明显。所以其织品在穿用时易起毛或破裂。

5)化学稳定性:粘纤的耐酸性比棉纤维差,遇强碱后能迅速膨胀,强度降低,并易被氧化剂氧化脆裂。

综上所述,由于粘胶纤维的基本原料是天然纤维素,它的基本组成与棉纤维相同,因此某些性质与棉极为相似,如吸湿、透气、易染色、抗静电和易于纺织加工等。制成的织物花色鲜艳,穿着舒适。而且它的纤度和长度可按应用要求调节,这一点又优于棉纤维。很明显,粘胶纤维的这些特性也正是合成纤维的不足。但由于粘胶纤维的大分子链聚合度较棉纤维低,分子取向度较小,分子链间排列也不如棉纤维紧密,因此某些性能较棉纤维差,如干态强度比较接近于棉纤维,而湿态强度远低于棉纤维。棉纤维的湿态强度往往大于干态强度,约增加2%~10%;而粘胶纤维湿态强度大大低于干态强度,通常只有干态强度的60%左右。另外,粘胶纤维缩水率较大,高达10%。同时由于粘胶纤维吸水后膨化,使粘胶纤维织物在水中变硬。此外,粘胶纤维的弹性、耐磨性、耐碱性较差。

粘胶纤维可以纯纺,也可以与天然纤维和其他化学纤维混纺。粘胶纤维应用广泛,粘胶纤维长丝又称人造丝,可织成各种平滑柔软的丝织品。毛型短纤维俗称人造毛,是毛纺厂不可缺少的原料。棉型粘胶短纤维俗称人造棉,可以织成各种色彩绚丽的人造棉布,适用于做内衣、外衣以及各种装饰织物。

高湿模量粘胶纤维,我国称之为富强纤维,其大分子取向度高,结构均匀,在坚牢度、耐水洗性、抗皱性和形状稳定性方面更接近优质棉。俗称“虎木棉”,国家统一名称叫“富纤”。

2.玻璃纤维(www.xing528.com)

玻璃纤维也是人造纤维中的一种,属于无机纤维。它是由熔融的玻璃拉成或吹成极细的纤维状材料。任何质地再好的玻璃,如果遭到碰撞后也要碎的。但是,如果把熔融的玻璃拉成横截面只有毛发1/4的细丝以后,则玻璃分子便有秩序地排列起来,形成表面光润、性能独特的玻璃纤维。其抗拉强度骤然增大,为丝、麻的3倍,加之它具有抗高温、耐腐蚀、电绝缘性能好和加工成型容易等优点。玻璃纤维作为增强材料,能获得性能较许多传统材料更为优良的复合材料,具有轻质、高强等特性,它是很有发展前景的新兴材料之一。因此,它不仅在民用方面,而且在国防、石油、化工、航空造船建筑等工业部门均被广泛采用。

(1)玻璃纤维分类 通常可按碱量分为无碱玻璃纤维(含碱1%~2%)、中碱玻璃纤维(含碱约12%)、高碱玻璃纤维(含碱>14%)和特种玻璃纤维;按形态分为连续玻璃纤维、定长玻璃纤维及玻璃棉;按特殊性能分为光导纤维、高弹模量纤维、高强度玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维、耐碱玻璃纤维及耐高温玻璃纤维;按单纤维直径分为初级玻璃纤维(直径>10μm)、高级玻璃纤维(直径3~7μm)及超细玻璃纤维(直径<1μm)等。

(2)玻璃纤维的性质

1)细度:玻璃原丝或纱线一般采用定长制的线密度和定质制的支数等间接指标表示。如定长制的线密度(单位长度的质量)是用1000米长度的原丝或纱线的克数表示;定质制的支数是每克质量纱线的米数表示。同种纤维才能用线密度或支数比较其粗细。

2)吸湿性:玻璃纤维在潮湿环境中能吸收空气中的水分。因玻璃结构中不存在亲水基团,只是在表面吸附少量水分,但少量的吸附水却对纤维的抗拉、疲劳、耐磨及静电等产生不良影响。玻璃纤维的吸湿性与其化学成分有关,含碱量越多、吸湿性越强。

3)强度高:当玻璃纤维的单丝直径为几个微米时,其抗拉强度可达4000~5000MPa,约为普通钢的10~12倍,超细玻璃纤维的抗拉强度高达10000MPa,纤维越细,含碱量越低,表面缺陷越少,其强度越高。纤维强度还与制造条件特别是随分子定向的程度而变化,分子定向增加,使强度、弹性模量增大,但延长率急剧减少。玻璃纤维的高强特性使其成为新型的工程材料和结构材料。

4)电绝缘性好:玻璃纤维具有优良的电绝缘性能,在电气工业上作为各种电气绝缘材料。玻璃的化学组成是影响电性能的主要因素,此外还与纤维表面状态、含水率等有关,例如无碱纤维在常温下的体积电阻率大于1015Ω·m,石英纤维和高硅氧纤维达1014~1015Ω·m。采用无碱纤维做电机绝缘材料可提高电机绝缘等级。

5)耐热材料:玻璃纤维的耐热性较有机纤维好得多,即使是耐热性好的聚酯纤维软化点也只有260℃,使用温度则在230℃以下,但玻璃纤维加热至200℃,其强度不降低,性能也无明显变化。中碱纤维的软化点为770℃,无碱纤维的软化点为840℃,因此,含碱纤维在450℃,无碱纤维在600℃时失去实用强度。玻璃纤维的耐热性与化学组成有关,如化学组成中高熔点组分(SiO2、Al2O3、ZrO2、Cr2O3)含量增多,纤维的耐热性将提高。

6)化学稳定性:玻璃纤维的耐水性与其含碱量有关。通常无碱纤维耐水性最好,中碱纤维次之,高碱纤维最差。玻璃纤维长期置于潮湿环境中,水能溶出纤维组分中的碱,溶出的碱进一步和纤维组分中的SiO2发生化学反应,破坏了玻璃纤维的硅氧结构,使其逐渐变成粉末。玻璃纤维的耐酸性与其含碱量也有关,通常无碱纤维在酸作用下,除SiO2组分外,其他各组分都可被酸溶出,严重时溶出量可达48%,从而使无碱纤维遭到侵蚀。含碱纤维与酸作用时可生成一层坚固的硅胶薄膜,阻止进一步与酸作用,因此含碱纤维耐酸性较好。玻璃纤维的耐碱性却很差,无论是中碱纤维还是无碱纤维,在碱侵蚀下都很快腐蚀而失去强度,即使在普通水泥中的氧化钙也能使纤维遭到破坏,其原因是碱能与玻璃纤维中的主要氧化物(SiO2)发生化学反应,使硅氧骨架遭到破坏,因此,用于水泥或混凝土中的纤维可采用氧化锆或氧化钛含量高的钠钙硅酸盐玻璃制成的抗碱玻璃纤维,也可对玻璃纤维进行表面技术处理等。

(3)玻璃纤维的应用 玻璃纤维化学稳定性好,不论是石油、化工、有色或黑色冶金等工业部门,都需大量滤布。若采用棉、毛织品,由于强度和耐蚀性差,几天之后就得更换。如使用玻璃丝滤布,使用寿命可提高30多倍,这既可节约大量棉、毛织品,又能提高生产效率

过去制造高功率电动机使用玻璃纤维织物做绝缘体,可耐130℃以上的高温,隔热保温效果非常好,既安全又可靠。

由于玻璃纤维的导热系数低,再加上空隙中充有大量空气。所以既耐热隔音,又可抗冻抗震,并且施工方便,价格便宜。因此,它大量用作工业保温材料,是一种质轻、高效、耐久、经济的材料。

玻璃纤维可以与各种有机或无机材料制成复合材料,如玻璃纤维增强塑料、玻璃纤维增强橡胶以及玻璃纤维增加石膏、水泥制品等。还可采用有机被覆处理提高其柔性,组成各种软制品,如包装布、窗纱、贴墙布、蓬盖布及特种防护服等。由于玻璃纤维具有一些其他材料不具备的优异特性,因而在国防、尖端工业中也成为不可缺少的材料。

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