1、第三节 纤维及其成型加工,第四章通用高分子材料,2,高分子材料,四大塑料“四烯”聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯合成纤维“六纶”涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶合成橡胶“四胶” 顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶 聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等都是经过聚合反应得到的高分子化合物。,天然纤维,合成纤维,凡能保持长度比本身直径大100倍以上的均匀、线条状或丝状的高分子材料都称为纤维(fiber)。,6.3 嘘寒问暖的纤维,涤纶,尼龙,腈纶,芳纶纤维织成的防弹衣,六大纶：涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶、氯纶,纤维名称,六大纶腈纶 聚丙烯腈纤维丙纶 聚丙烯纤维涤纶 聚对苯二甲酸乙 二醇纤维,
2、其他黏胶纤维：人造丝，改性纤维素醋酸纤维：二(三)醋酸纤维酯氨纶：聚酰胺氨纶纤维,氯纶 聚氯乙烯纤维 维纶 聚乙烯醇纤维 锦纶 聚酰胺纤维（尼龙）,1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维；1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；,纤维的发展,6.3.1 纤维的加工过程,纺丝过程使成纤聚合物溶液或熔体形成丝状物。纺丝方法 根据纤维纺丝方法不同，分为：湿法纺丝熔融（熔体）纺丝干法纺丝,一、熔融法纺丝,喷丝（使熔融状态下高聚物转变成纤维）,熔融（熔体）纺丝用于涤纶、锦纶和丙纶等的纺丝设备。特点熔体细流遇冷风凝固成纤维，冷风是经高效
3、过滤器、调节阀、导流装置后均匀地吹向细流的。纺丝速度较高，一般为6001500米/分。,加热切片漏斗螺杆挤压机纺丝箱喷丝头熔融丝窗甬道（冷却）卷绕,喷丝头,结构和流程,纺长丝纺丝机特点：多头纺丝 即每个纺丝部位装有2、3、4、6甚至更多的喷丝头，以提高机器的产量；高速纺丝 纺速为35004000米/分,甚至高达5000米/分以上；大卷装 每一个筒子的卷装量一般可达10公斤到数十公斤；连续化 纺丝和拉伸在一台纺丝机上同时完成，,二、干法纺丝,干法纺丝 聚合物溶液从喷丝孔流出的细流送入成型通道，在通道中吹入热空气使溶剂蒸发，细流流动转为固态制得丝线。干法成型纤维醋酸纤维、聚氯乙稀、聚烯烃等纤维；也
4、用于腈纶和维纶的长丝生产。,工艺流程纺丝原液由输液管经过滤器、计量泵和喷丝头进入甬道，形成的细流在甬道中遇到热空气，溶剂挥发，细流中高聚物固化成纤维，丝束被卷绕成一定的卷装。干法纺丝速度一般为200800米分。,三、湿法纺丝,湿法纺丝适用于黏胶纤维、腈纶、维纶等纺丝。主要特点 聚合物溶液从喷丝孔挤出，在凝固浴槽中凝固成初生纤维，纺丝速度较低，常在100米/分以下，高速纺丝的速度达200米/分左右。分短纤维和长纤维两种。,短纤维纺丝(1) 纺丝原液从输液管引入，由计量泵精确计量，经过滤器过滤进入喷丝头，(2) 从喷丝孔挤出细流进入凝固浴，凝固后初生纤维经过导丝盘汇集成束再经水洗或拉伸。,短纤维纺
5、丝特点：喷丝头中喷丝帽（板）孔数甚多，通常为3000至数万孔。,长丝纺丝与短纤维纺丝机不同的是增加了凝固后丝条的卷绕机构； 纺长丝用喷丝头一般在150孔以下，纺帘子线纤维的孔数多至3000孔。,高压静电纺丝是制造纳米纤维的基本方法纳米纤维主要包括两个概念：一是严格意义上的纳米纤维,是指纤维直径小于100 nm 的超微细纤维；二是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。,四、高压静电纺丝,纳米纤维制备方法 静电纺丝法（电纺）；海岛形双组分复合纺丝法；分子喷丝板纺丝法；聚合过程中直接制造直径纳米纤维；以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合，制备纳米纤维
6、的方法,静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维，直径最小可至1 nm。,高压静电纺丝过程及原理,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电 利用纺丝溶液在静电力作用下加速运动并分裂成细流簇， 并在电场中拉伸； 溶剂挥发或冷却后细流凝结或固化为微丝； 以无纺布的形式沉积在收集板上，形成无纺布状的纳米纤维。,静电纺丝装置示意图,特点纤维直径很细；形成的无纺布具有纳米微孔的纳米材料，具有很大的比表面积，有很多潜在用途。发展状况无法获得长丝或短纤，只能得到无纺布；产量低；静电拉伸速率低，电纺纳米纤维的强度低。,纤维,天然纤维,化学纤维,合成纤维,6.3.2 纤维的种类,棉花、羊毛、蚕丝、麻等,再生人造纤维
7、,再生纤维素纤维和纤维素酯纤维等,用低分子化合物为原料，通过化学合成和机械加工而制得的均匀线条或丝状高聚物。,以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维。,合成纤维的强度高、弹性好、耐磨和耐化学腐蚀，但它的吸水性和透气性较差。因此，合成纤维常常与棉纤维或羊毛纤维混合纺织，使衣服穿起来既舒适又美观。,合成纤维,性能：显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会变黄。缺点是不吸汗，透气性差，易起毛，静电，需高温染色,结构式:,用途：是产量最大的合成纤维，大约90%作为衣料用（纺织品为75%，纺织物为15%）。用于工业生产
8、的只占总量的6%左右,(1) 聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶、的确凉),性能：强韧耐磨、弹性高、质量轻，染色性好，较不易起皱，抗疲劳性好。吸湿率为3.5%-5.0%，在合成纤维中是较大的，吸汗性适当，但容易走样,用途：约一半作衣料用，一半用于工业生产。在工业生产应用中，约1/3是做轮胎帘子线。尼龙66的耐热性比尼龙6高，做轮胎帘子线很受欢迎,结构式:,(2) 聚己二酰己二胺纤维（锦纶66，尼龙66）,性能：具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶,结构式:,用途：大约70%作衣料用（纺织物占6
9、0%左右），用于工业生产的只占5%左右,(3) 聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛),性能：亲水性好，吸湿率可达5%，和尼龙相等，与棉花（7%）相近。强度与聚酯或尼龙相近，拉伸弹性比羊毛差，比棉花好,结构式:,用途：70%用于工业生产，其中以布和绳索居多。可代替棉花作衣料用,(4) 聚乙烯醇纤维（维纶、维尼纶）,性能：它的抗张强度与蚕丝、棉花相当，润湿时也完全不变。最大的优点是难燃性和自熄性。缺点是耐热性低，染色不好,用途：几乎都不作衣料用，作过滤网等工业产品约占50%，室内装饰用占40%,结构式:,(5) 聚氯乙烯（氯纶）,化学纤维命名,根据我国有关部门规定：人造纤维的短纤维一律叫“纤”（如粘纤、
10、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）。,认识服装的标签,服装标签一般包括服装的型号、面料的纤维种类及含量、洗涤熨烫说明等内容。,如果服装面料是由一种纤维材料制成的，则用“纯X”或“100X”来表示。如“纯棉”“纯毛”或“100棉”“100毛”；如果服装是由两种或两种以上的纤维制成的，标签上应注明每种纤维种类的含量，如“涤纶20棉80”等。,6.4 胶黏剂及涂料基础,1、胶黏剂（adhesive）：又称黏合剂、黏接剂，简称胶。它是一种能够把两种同类或不同类材料紧密地结合在一起的物质。,采用胶黏剂将各种材料或部
11、件连接起来的技术称为胶接技术。,两千年前的秦朝用糯米浆与石灰作砂浆粘合长城的基石，使万里长城成为中华民族伟大文明的象征之一。,秦俑博物馆中出土的大型彩绘铜车马的制造中，用了磷酸盐无机胶黏剂。,胶黏剂的发展,公元前200年东汉时期用糯米浆糊制成棺木密封胶，配以防腐剂，使马王堆古尸出土时肌肉及关节仍有弹性,足见中国胶接技术之高超。 到上世纪初，合成酚醛树脂的发明，开创了胶黏剂的现代发展史。目前，与三大合成高分子材料的产量比较，胶黏剂只占第五位，但年增长速度则居第一位。,胶黏剂通常是以聚合物为基料，配以一种或多种辅料的多组分体系。,聚合物胶黏剂组成,环氧树脂胶黏剂,1927年问世，1950年商品化。
12、粘合强度高，收缩率小，尺寸较稳定，电性能优良，耐介质性好，易于改性，几乎能粘合各种材料，俗称“万能胶”。环氧树脂是热塑性线型结构，不能直接使用，必须加入固化剂，固化交联之后，才能发挥其优良的粘合性。固化剂种类也很多，分脂肪胺、芳香胺、改性胺、低分子聚酰胺、咪唑及其衍生物、酸酐及潜伏性固化剂等类。,酚醛树脂,由酚类和醛类缩聚而成。有线型及可溶性酚醛树脂两大类。酚醛树脂有极性大、粘合力强、耐热性好、耐老化、耐水、耐油、耐化学介质、耐霉菌、电绝缘性优良、等特点。但脆性大，剥离强度不高，需加热加压固化，收缩率较大，颜色深，有酚类气味等不足之处。酚醛-丁腈、酚醛-环氧、酚醛-聚乙烯醇缩醛类都是优良的结构
13、粘合剂。,36,2、涂料基础,涂料是一种流动态物质，通过简单施工方法，并经干燥或固化，在物体表面牢固覆盖一层均匀的薄膜，这样的流动态物质称为涂料。涂料可以是液态或粉末状态。简单施工方法主要指刷涂、淋涂、浸涂、喷涂等，形成的薄膜又叫涂层。用来对被涂物体表面起装饰与保护作用。,涂料的作用,（1） 保护作用 金属材料，尤其是钢铁，容易受到环境中腐蚀性介质、水分和空气中氧的侵蚀和腐蚀；木材易受潮气、微生物的作用而腐烂；塑料会受光和热的作用而降解；混凝土易风化或受化学品的侵蚀，因此材料需要用涂层来保护。,（2） 装饰作用 由于涂料很容易配出成千上百种颜色，色彩丰富可用来装饰我们的环境,（3） 标志作用,
14、（4） 特殊作用,利用色彩的明度和反差强烈的特性,耐磨涂料、阻燃涂料、导电涂料等,涂料为多组分体系，由成膜物质（亦称黏料）和颜料、溶剂、催干剂、增塑剂等组分构成,涂料的组成,树脂,桐 油亚麻油豆 油,天然树脂：虫胶、松香人造树脂：硝化棉、松香衍生物合成树脂：醇酸、酚醛、聚酯、 聚氨酯等,油脂,成膜物质,涂料按成膜物质分类,共分成18类，其中第18类为涂料用辅助材料,醇酸树脂漆,醇酸树脂漆是以多元醇、多元酸和干性植物油制成的醇酸树脂为主要成膜物质的一类涂料。,醇酸树脂中残留较多-OH、-COOH基团，涂膜耐水性差，树脂分子链上的酯基也使涂膜不耐酸、碱水解作用。采用相容性硬树脂改性，能提高漆膜硬度及耐水、耐化学性，也进一步提高了涂膜的附着力和防腐蚀性能。,附着力强，光亮，力学性能好，耐候性较好，并以中油度醇酸树脂漆综合性最佳。,作业,1、针对自己感兴趣的一种或者一类高分子材料展开论述，写一篇2000字以上的学习报告，要系统体现材料的四要素及其之间的关系。,2、在论文的后面写出你学习这门课的心得体会或想法、建议等，不少于200字。,报告要有规范的科技论文的格式，由题目、摘要、关键词、前言、正文、参考文献（不少于5篇）等部分组成,
