1、毕业设计 开题报告 纺织工程 聚乳酸纤维性能研究及产品开发 一、选题的背景、意义 1.聚乳酸纤维的生产现状 最早用玉米为原料的纤维生产于 1948年，产品名为“维卡拉”，为玉米蛋白质纤维，由美国维吉尼亚 卡里罗来纳化学公司于 1948年至 1957年批量生产。 聚乳酸的研究和开发历史则可以追溯到 20世纪 30年代，当时著名高分子化学家Carothers曾对聚乳酸的合成做过报道。 1944年 Fi lachiene在 Hovey、 Hodgins及 Begji研究的基础上，对聚乳酸的聚合方法进行了系统的研究。 1954年 DuPont公司采用新的聚合方法制备出了高分子量的聚乳酸。 1962年美
2、国 cyanamid公司用聚乳酸制成了性能优异的可吸收缝合线。 20世纪 70年代聚乳酸在人体内的易分解性和分解产物的高度安全性得到了确认，作为少数被美国食品及药物管理局 (FDA)批准的生物降解医用材料 【 1】 。 而目前，只有美国、日本及德国几家公司对聚乳酸的大规模生产技术进行了研究和开发。1997年，化学公司 Dowpolymers看好聚乳酸纤维的后期发展，与美国知名谷物公司 Cargll公司各出资 50合资组建 CDP公司， 1999年开始在美国内布拉斯加州 建造年产 14万吨 PLA聚合物树脂的新工厂，并于 2002年初正式投产，目前总产量已达 20万吨，营业额至少达 3亿美元，其
3、中 30输往日本。 1989年，日本钟纺公司与岛滓制作所合作开发玉米聚乳酸纤维，原料来源于岛津制作所和 CDP公司，并于 1994年开发出商品名为 Lactron的纤维， 1998年又开发出用此纤维制造的系列服饰产品，并于长野冬季奥林匹克运动会上进行了展示。 2000年 1月，钟纺公司与 CDP合作，联合生产聚乳酸纤维树脂。此外，日本的尤尼吉卡和仓敷公司也相继使用 CDP公司的 PLA聚合物纺制长丝、短纤或用纺 粘法生产非织造布产品。 2002年 4月在瑞士日内瓦举办的非织造布贸易展览会 Index02上，日本大阪的纤维生产商 Kanebo Gohsen有限公司作了有关 PLA纤维的报告。该公
4、司目前的生产能力为 700 t年，并可能根据发展的需求扩大生产规模。 德国 inventa fischerwc公司的年产 3000吨聚乳酸中试实验装置也已获得成功，并着手进行年产 1万吨的生产线的开发。 目前，聚乳酸纤维成本过高的问题亦因 cDP公司聚乳酸树脂工厂的投产而得到解决 【 2】 。现在，世界各工厂生产的聚乳酸纤维的原料绝大部分来自美国 CDP公司，而杜邦公司等也有建厂计划。迄今为止，全球已有 85个公司参与 Cargill一 Dow公司的 PLA的开发和纤维生产销售网，其中包括日本东丽、伊藤忠以及中国台湾的远纺集团和上海华源、世好公司等。华源公司的 PLA纤维加弹丝、拉伸丝及布样已
5、在 2003年 3月的上海国际面料展亮相 3。 2.聚乳酸纺织品的研究现状 聚乳酸纤维属于生物降解高分子产品。具备了环保型纺织品的特征，而且具有一些优良的性能特点，在服装面料及产业用纺织品领域有良好的发展前景，将成为新世纪纤维生产与应用中的主导型产品之一 【 4】 。但由于该纤维目 前只有美、日、德等国的少数公司生产，在面料生产尚未得到广泛的应用。 国内外对于聚乳酸纺织品的研究主要集中在以下几方面 【 5】 。 l、聚乳酸纤维性能的研究，包括与纺织加工与使用相关的纤维的物理、化学性能的研究、可降解性能的研究、及与其它各类纤维的性能进行比较。 2、聚乳酸纤维生产工艺的研究，主要研究该纤维的分子结
6、构、聚合方法、生产工艺等。 3、聚乳酸纤维染色工艺的研究，主要研究该纤维染色所用染料、染色工艺条件、染色对于纤维性能的影响等。 3.意义 在当今的纺织行业中，新产品层出不穷，新原料的织物也不断涌现。虽然 聚乳酸纤维具有良好的环保性，但要想在竞争激烈的市场中拥有一席之地，产品必须独具特色，才能赢得市场的青睐。聚乳酸纤维由于具有优良的性能特点，在服装面料及产业用纺织品领域有良好的发展前景。但对于聚乳酸纺织品的研究，特别是对于其面料的服用性能特点，以及面料的设计与生产的研究还有待深入。 正是在这种背景下，我们确立了“聚乳酸纤维性能研究及产品开发”这一课题，希望通过研究，来促进聚乳酸纤维的开发与应用
7、【 6】 . 二、相关研究的最新成果及动态 聚乳酸纤维可制成单丝、复丝、变形丝。由于聚乳酸纤维具有良好的强度与较高的断裂伸长率，纤维柔软，并且有较大的表面粘性，抱合力强，因而具有良好的纺纱性能，可以制成短纤维，用于纯纺各种纱支的短纤单纱或股线，也可与其它各类纤维混纺 【 7】 。聚乳酸纱线还可以与各类纤维的纱线进行交并、交织，获得各种新颖独特的织物风格。聚乳酸纱线可以制成机织物、针织物、非织造布等，在服装、产业、装饰等领域均有较好的应用前景 【 8】 。 服装用织物 聚乳酸纤维可以通过改变长度、细度与表面形态，或与其它纤维混纺或交织，铡成棉型、毛型、麻型、长丝型织物。而纤维之间的复合应用，便各
8、种纤维的性能相互融合，相互补充，提升织物 的性能，正是当前纺织产品设计开发的一种重要潮流 【 9】 。如聚乳酸纤维有很好的导湿、透湿性能，悬垂性也很好，缺点是吸湿性较低，而这方面正好与棉纤维存在互补性，因此可与棉混纺，改善棉的强度、手感与导湿透湿性能；又如与粘胶纤维混纺，使产品具有十分柔软的质地与手感，穿着舒适，具有丝绸的风格；聚乳酸纤维不仅有较好的手感，而且抗皱性也较强，如果将其制成毛型纤维，可与羊毛混纺，使混纺产品手感活络，光泽美观，而且不易变型 【 10】 。加上其可纺性也较好，与羊毛混纺可获得较细的纱线，提高织物品质与档次；聚乳酸纤维还可与苎麻或亚麻混 纺，使织物既有麻的挺爽，又有聚乳
9、酸的柔软，并且两者都是很好的导湿透湿材料，加上麻纤维改善了聚乳酸吸湿性不足的缺点，使面料十分适合夏季穿着。 对于服用织物而言，聚乳酸纤维模量较低，手感柔软，悬垂性好，光泽较强，且具有较好的弹性回复能力与抗皱性，适用于制造各种类型的服装面料 11。聚乳酸纤维虽然吸湿性不高，但却有很好的芯吸效果，导湿能力较强，而且透湿性、散湿性也较好，再加上具有较好的弹性变形能力与抗紫外光性能，十分适合用于制造运动服装面料，也可用于衬衫、外衣、女裙等服装的面料 12-13。此外，由于聚乳酸纤 维表面具有较大粘性，使聚乳酸织物在相互摩擦时易产生丝鸣现象。纤维表面较大的粘性可以增加纤维之间的摩擦力，提高短纤纱的强力，
10、并可以防止纤维之间的滑移，从而提高织物的抗变形能力和防纰裂的能力。 产业用织物 聚乳酸织物也有独特的优势。聚乳酸纤维具有较好的尺寸稳定性和较好的耐光性，而且安全无毒，可以制成非织造产品，用于食品包装、医疗卫生、农业园艺、人造皮革等多个领域 14。而且该纤维具有较好的环保性能，相信随着价格成本的降低，该纤维在用即弃产品中也将具有广阔的应用前景。 装饰用织物 聚乳酸属于难燃纤维， 但相对于其它可燃或易燃纤维，它在燃烧时只释放出很少的可见烟雾，且烟雾的毒性较低，燃烧时释放的热量低，加上其良好的悬垂性、抗变形能力、耐紫外线性能，使其成为制造窗帘等家纺产品的合适材料，或与棉或粘胶纤维混纺，用于生产床上用
11、品的面料 【 15】 。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 3.1 本课题研究主要内容如下： 1.根据聚乳酸的工艺特性，确定实验中捻度、预加张力和牵伸倍数等工艺条件。 2.利用实验设备进行实验数据的测试 . 3.对于测定的数据进行分析。 3 2 研究方法 查 阅中外文献获得相关的聚乳酸产品的市场发展现状，技术发展现状。 测定聚乳酸的各项性能 . 将测试后的数据进行处理 . 3 3 研究技术路线 本课题开展技术路线大体上分为三个部分：课题准备、实验、数据处理。 3 4 研究难点 本课题的研究难点是在于对大量单一变量的工艺参数进行试生产实验，必须掌握各力学参
12、数 四、论文详细工作进度和安排 2010 年 10 月 27 日 2010 年 12 月 07 日 调研、收集资料与撰写开题报告。 2010 年 12 月 08 日 2010 年 12 月 20 日 熟悉相关资料，确定实验方案，准备原材料。 2010 年 12 月 21 日 2011 年 02 月 20 日 完成实验、测试工作，并做好记录。 2011 年 02 月 21 日 2011 年 03 月 08 日 撰写毕业论文，完成论文初稿。 2011 年 03 月 09 日 2011 年 05 月 11 日 毕业论文修改和定稿上交 2011 年 05 月 12 日 2011 年 05 月 18 日
13、 指导老师 毕业论文评阅 2011 年 05 月 19 日 2011 年 06 月 04 日 毕业答辩及成绩评定 五、主要参考文献 1赵庆福 .玉米纤维与 Modal纤维混纺纱的生产实践 J . 棉纺织技术， 2004，（ 9）： 40-41. 2李淑华聚乳酸纤维的开发 染色及发展前景 J南通纺织职业技术学院学报， 2002，(09)： 29 32 3张国拣，杨纪元，冯德新浆乳酸的研究进展。 2000， 12(1)： 89-91； 4周美华，徐静波乳酸和聚乳酸的研究进展中国纺织大学学报， 2000， 26(5)： 11I-114 5金立国，倪如青聚乳酸及其纤维研究开发现状合成纤维 2003，
14、2： 26 6刘森玉米纤维性能与用途的探讨产业用纺织品 2002， 4： 39 41 7王竹林环保型聚乳酸纤维的开发和应用针织工业 ， 2003， 1 O： 62 64 8宁宝莲 .玉米纤维在家纺中的应用 A.2005年中国国际家用纺织品发展论坛会会议论文C.2005.244-247. 9http： www technica net NF NFl lactron htm 10A w亚当森著，顾惕人译，表面的物理化学 (上 )北京：科学出版社。 1984， 1-14 11姚穆，等 .纺织材料学 M.北京 :中国纺织出版社 ,1980. 12李春友，常红梅，任进和聚乳酸纤维练染性能探讨 J印染， 2004， (09)： 9 13 13刘茜从服装热湿舒适性的测试看主客观评判的关系 J中国纤检， 2004(10)： 23-33 14李毅服装舒适性与产品开发 M北京：中国纺织出版社， 2002： 1-3， 47-49 15管海清织物层热湿传递机理研究与模拟分析 D山东：青岛大学， 2002
