第一章 總論

第一節(jié) 化學纖維的發(fā)展概況

一、化學纖維的分類

紡織纖維可分為兩大類：一類是天然纖維（屬生物質原生纖維），指自然界存在和動植物生長過程中形成的纖維，如棉、麻、毛、絲及礦物纖維等；另一類是化學纖維（Chemical fibers，Manufactured fiber，Manmade fiber）是以天然或合成高分子化合物為原料經(jīng)化學處理和機械加工制得的纖維。根據(jù)原料來源的不同，化學纖維又可分為生物質纖維和合成纖維。

1.生物質纖維

生物質是指利用大氣、水、土壤等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機體，包括植物、動物和微生物等。生物質纖維是以生物質或其衍生物為原料制得的化學纖維的總稱。除生物質原生纖維外，生物質纖維（Biofiber）還包括：生物質再生纖維和生物質合成纖維：（1）生物質再生纖維，指以生物質或其衍生物為原料制備的化學纖維，如再生纖維素及纖維素酯纖維（粘膠纖維、銅氨纖維、醋酸纖維等）、蛋白質纖維、海藻纖維、甲殼素纖維以及直接溶劑法纖維素纖維（如Lyocell萊賽爾纖維）等。（2）生物質合成纖維，指采用生物質材料并利用生物合成技術制備的化學纖維，如聚乳酸類纖維、聚丁二酸丁二醇酯纖維、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維等。

2.合成纖維

以煤、石油、天然氣等為原料，經(jīng)反應制成合成高分子化合物（成纖高聚物），經(jīng)化學處理和機械加工制得的纖維。

化學纖維的分類如下：

目前世界上生產(chǎn)的化學纖維品種很多，不下幾十種，但得到重點發(fā)展的只有幾大品種，如再生纖維中的粘膠纖維，合成纖維中的聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯腈纖維、聚丙烯纖維以及聚乙烯醇纖維、聚氯乙烯纖維、聚氨酯彈性纖維等。特種用途的纖維，如功能纖維、高性能纖維等，生產(chǎn)量雖然不大，但在越來越多的領域中發(fā)揮著重要作用。表1-1所示為化學纖維的主要品種。

表1-1 化學纖維的主要品種

續(xù)表

二、世界化學纖維工業(yè)的發(fā)展概況

早在17世紀就有人提出，人類可以模仿食桑蠶吐絲生產(chǎn)紡織纖維。經(jīng)過二百多年的探索，1884年，法國人查爾德內(nèi)特（H.B.Chardonnet）將硝酸纖維素溶解在乙醇或乙醚中制成黏稠液，再用細管沖到空氣中凝固而形成細絲，制得最早的化學纖維——硝酸酯纖維，并于1891年在法國建廠進行工業(yè)生產(chǎn)。雖然因硝酸酯纖維易燃、生產(chǎn)中使用的溶劑易爆、纖維質量差而未能使之大量發(fā)展，但從此開始了化學纖維工業(yè)的歷史。

1901年，人們采用纖維素的銅氨溶液為紡絲液，經(jīng)化學處理和機械加工制得銅氨纖維并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。這種纖維手感柔軟，富有光澤，可用于織造紡織品，但生產(chǎn)成本較高。1905年，采用二硫化碳與堿纖維素作用，得到溶解性纖維素黃原酸酯，再經(jīng)紡絲及后加工制成粘膠纖維并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于粘膠纖維的原料來源豐富，輔助化工原料價廉，織物穿著性能優(yōu)良，所以發(fā)展成生物質纖維中最主要的品種。繼粘膠纖維之后，醋酯纖維、海藻纖維、甲殼素纖維和聚乳酸纖維以及蛋白質改性纖維等生物質纖維也相繼實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。

此后，由于再生纖維原料受到自然條件的限制，人們試圖以合成聚合物為原料，并試圖制得性能更好的纖維。1935年，卡洛澤斯（Carothers）以己二胺、己二酸為原料合成聚酰胺66，再經(jīng)熔融紡絲制成聚己二酰己二胺纖維，并在美國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。1941年，由德國人施萊克（Schlack）發(fā)明的聚己內(nèi)酰胺纖維在德國實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1946年，德國又開始了聚氯乙烯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。20世紀50年代初期，聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇縮甲醛纖維、聚酯纖維等相繼實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。1960年，聚烯烴纖維中的主要產(chǎn)品聚丙烯纖維在意大利實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。隨后，因石油化學工業(yè)的迅猛發(fā)展促進了合成纖維工業(yè)的發(fā)展。世界合成纖維的產(chǎn)量于1962年超過了羊毛產(chǎn)量，1967年又超過了生物質纖維產(chǎn)量。2013年世界化纖總產(chǎn)量57615萬噸，在全球紡織用纖維總量的8450萬噸中占68%，化學纖維已成為主要紡織原料。我國和世界化學纖維的歷年產(chǎn)量如表1-2所示。

表1-2 我國和世界化學纖維產(chǎn)量

隨著科學技術的不斷進步，人們開始利用化學改性和物理改性手段，通過分子設計，制成具有特定性能的第二代化學纖維，即“差別化纖維”。特別是進入20世紀70年代以后，隨著化學纖維產(chǎn)量的迅速增長，市場競爭加劇，常規(guī)化學纖維的經(jīng)濟效益不斷下降；同時人們對紡織纖維的需求范圍越來越廣，性能要求越來越高，特殊功能纖維的應用領域不斷擴展，致使世界各大化學纖維制造廠商逐步開始注重差別化纖維的研究與開發(fā)，以使化學纖維的染色、光熱穩(wěn)定、抗靜電、防污、阻燃、抗起球、蓬松手感和吸濕等性能都有較大改進。各種仿毛、仿絲、仿麻和仿棉的改性產(chǎn)品也在逐步開發(fā)，并投入生產(chǎn)。差別化纖維在化學纖維中的比例迅速增加，如日本差別化纖維的產(chǎn)量已占其全部合成纖維的50%以上。其中，原液著色、異形和復合纖維，在近年開發(fā)的高附加值織物中被大量采用。滌綸仿真絲產(chǎn)品由于外觀、手感、懸垂性和穿著舒適性等大為改善，在國際市場上也受到青睞。

隨著化學纖維應用領域的不斷擴大，一些具有特殊性能的第三代化學纖維不斷問世。例如，強度為19～22dN/tex、模量為460～850dN/tex的高強度、高模量纖維——聚對苯二甲酰對苯二胺纖維；在304℃下連續(xù)加熱1000h強度仍保持64%、在火焰中難燃、具有自熄性的耐高溫纖維——聚間苯二甲酰間苯二胺纖維；伸長率為500%～600%時，彈性回復率為97%～98%的彈性纖維——聚氨酯彈性纖維；在纖維中化學穩(wěn)定性最優(yōu)異的高溫耐腐蝕纖維——聚四氟乙烯纖維；在175℃熱空氣中穩(wěn)定、耐超高電壓500kV以上的電絕緣纖維——聚2，6-二苯基對苯醚纖維；水溶溫度為10～95℃、不同規(guī)格的水溶性纖維等。另外，還有在大分子中引入磺酸基、羧基和氨基等活性基團，使纖維具有離子交換、捕捉重金屬離子功能的離子交換纖維；采用折射率不同的兩種透明高分子材料，通過特殊復合技術制成的光導纖維；具有多微孔結構，表面有很強吸附特性的活性碳纖維；具有微孔結構，在壓力差、濃度差或電位差的推動下，進行反滲透、超濾和透析用中空纖維膜等。

在化學纖維中，粘膠纖維是生物質纖維的主要產(chǎn)品，在20世紀70年代以前，曾是化學纖維的第一大品種。后來，隨著合成纖維工業(yè)技術的高速發(fā)展，它不僅在化學纖維中的相對比例減少，而且絕對產(chǎn)量也有所下降。但是近兩年來，由于市場需求量大，而且工業(yè)污染較小的新型“生物質纖維”的研制和投產(chǎn)不斷取得成功，粘膠纖維的產(chǎn)量出現(xiàn)了新的增長勢頭。在合成纖維中，占主導地位的是聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯腈纖維等三大品種，尤其是作為后起之秀的聚酯纖維在化學纖維中居于遙遙領先的地位。聚丙烯纖維由于原料成本低，在纖維改性和應用研究方面不斷取得進展，產(chǎn)量不斷增加。

三、我國化學纖維工業(yè)的發(fā)展概況

我國的化學纖維工業(yè)是新中國成立后發(fā)展起來的，發(fā)展歷程可以大致分為四個階段。

第一階段，即起步階段（1956～1965年）。從粘膠纖維起步，引進東歐國家的技術和設備，同時通過消化和吸收建設了一批粘膠纖維生產(chǎn)廠，并為發(fā)展化學纖維工業(yè)打下了基礎。20世紀60年代初，又從日本、英國分別引進了聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）和聚丙烯腈纖維（腈綸）的成套生產(chǎn)設備。

第二階段，即奠基階段（1966～1980年）。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，化學纖維原料開始轉向石油化工路線。我國相繼建成了一批維綸廠，特別是在上海、遼陽、天津和四川引進四套大型石油化纖聯(lián)合企業(yè)的成套設備，相應配套發(fā)展了一批合成纖維紡絲廠，為我國化學纖維工業(yè)的更大發(fā)展奠定了基礎。

第三階段，即發(fā)展階段（1981～1995年）。20世紀80年代，我國建設了特大型化纖企業(yè)——江蘇儀征化纖；完成了上海石化公司的二期工程，并在廣東新會、佛山和河南平頂山以及遼寧撫順等地建成多個技術先進的滌綸、錦綸和腈綸廠；90年代又完成了儀征化纖三期工程和遼化二期工程。

第四階段，即持續(xù)增長階段（1996年至今）。自20世紀90年代中期以來，我國化學纖維產(chǎn)量持續(xù)大幅度增長，特別是近年來我國化纖發(fā)展更是突飛猛進，產(chǎn)量已占世界化學纖維產(chǎn)量的60%以上，遠遠高于其他主要化纖生產(chǎn)國，成為世界上化學纖維第一生產(chǎn)大國。我國化學纖維產(chǎn)量持續(xù)增長的主要原因是：第一，國內(nèi)對衣著、裝飾、產(chǎn)業(yè)用紡織品的消費增長推動了化纖工業(yè)的持續(xù)發(fā)展；第二，化纖下游紡織品及服裝出口的不斷擴大，為國內(nèi)化纖工業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了有利的支撐；第三，國外投資的不斷增加，先進技術的積極引進，大大提高了我國化纖產(chǎn)品的競爭力。

目前，我國化纖工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品質量及生產(chǎn)成本具有越來越強的競爭能力，化纖的出口量已遠大于進口量，在世界化纖工業(yè)領域中的地位越來越重要。

為適應我國紡織工業(yè)發(fā)展的需要，在化纖工業(yè)迅速發(fā)展的同時，我國也十分重視差別化纖維的研究與開發(fā)，化纖新品種不斷出現(xiàn)。例如，有色纖維、網(wǎng)絡絲、低線密度絲、高強低伸縫紉線等；還有高收縮纖維、異形纖維、滌綸陽離子可染改性纖維、三維立體卷曲滌綸、空氣變形絲、遠紅外纖維、中空仿羽絨纖維、超細纖維、抗靜電纖維等；以及高強高模維綸、高吸水滌綸、PBT彈性聚酯纖維、PTT新型聚酯纖維、阻燃纖維、復合腈綸、導電纖維、水溶性纖維、低熔點纖維、抗起毛起球纖維、萊賽爾（Lyocell）纖維、大豆蛋白改性纖維、甲殼素纖維等?？傊?，今后我國化纖工業(yè)將不斷由產(chǎn)量快速增長向高技術、高質量和多品種方向轉化，進一步提高集約化程度，邁向國際先進水平。