第四節　有機合成纖維

合成纖維是由低分子物質經化學合成高分子聚合物，再經紡絲加工而成的纖維。

按合成纖維的縱向形態，可分為長絲和短纖維兩大類；按照化學纖維的截面形態和結構，可分為異形纖維和復合纖維。按照化學纖維的加工及性能特點又可分為普通纖維、差別化纖維及功能性纖維。按照聚合物的官能團，又可分為聚酯、聚酰胺、聚烯烴類等纖維。

一、聚酯纖維

聚酯纖維通常是指以二元酸和二元醇縮聚得到的高分子化合物。聚酯纖維的品種主要有聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）。

1.聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維（PET）我國將聚對苯二甲酸乙二醇酯含量大于85%的纖維稱為聚酯纖維，又稱滌綸，熔點267℃，相對分子質量為18000～25000。滌綸具有圓形實心的橫截面，縱向均勻無條痕。

滌綸具有較高的結晶度，為40%～60%。此外，吸濕性差，標準狀態下的回潮率只有0.4%，因而導電性差，易產生靜電，且染色困難。高密滌綸織物穿著時易感覺氣悶，但有易洗快干的特性。

（1）化學穩定性。滌綸的耐酸性較好，對無機酸或有機酸都有良好的穩定性。將滌綸在60℃以下用70%硫酸處理72h，其強度基本上沒有變化；處理溫度提高后，纖維強度迅速降低，利用這一特點用酸侵蝕滌棉包芯紗織物可制成爛花產品。

滌綸在堿的作用下發生水解。水解作用由表面逐漸深入，當表面的分子水解到一定程度，便溶解在堿液中，使纖維表面一層層地剝落下來，造成纖維的失重和強度的下降，而對纖維的芯層則無太大影響，其相對分子質量也沒有什么變化，這種現象稱為“剝皮現象”或“堿減量處理”工藝。此工藝可使纖維變細，從而增加纖維在紗中的活動性，這就是滌綸織物用堿處理后可獲得仿真絲綢效果的原因。

（2）染色性能。滌綸染色比較困難，須采用載體染色法、高溫高壓染色法和熱熔染色法進行染色。目前還開展了滌綸分散染料超臨界CO2染色研究。

（3）起毛起球現象。滌綸織物表面容易起毛起球。這是因為其纖維截面呈圓形，表面光滑，纖維之間抱合力差，纖維末端容易浮出織物表面形成絨毛，經摩擦后，纖維糾纏在一起形成小球，且纖維強度高、彈性好、小球難于脫落，因而滌綸織物起球現象比較顯著。

（4）靜電現象。滌綸吸濕性低，所以摩擦時易產生靜電，給紡織染整加工帶來困難，而且穿著不舒服。

2.聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維（PTT）PTT纖維兼具滌綸和錦綸的特點。它像滌綸一樣易洗快干，具有較好的彈性回復性、抗皺性、耐污性、抗日光性和手感。PTT比滌綸的染色性好，可進行常壓染色。在相同條件下，染料對PTT纖維的滲透力高于PET，且染色均勻，色牢度好。與錦綸一樣，PTT纖維具有較好的耐磨性和拉伸回復性，彈性大、蓬松性好，更適合制作地毯等材料。

3.聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維（PBT）與滌綸一樣，PBT纖維也具有強度好、易洗快干、尺寸穩定、保形性好等特點，最主要的是其大分子鏈上柔性部分較長，因而斷裂伸長大、彈性好，受熱后彈性變化不大，手感柔軟。此外，PBT纖維的染色性比滌綸好。PBT織物在常壓沸染條件下用分散染料染色便可得到滿意的染色效果。此外，PBT纖維還具有較好的抗老化性、耐化學反應性和耐熱性。

PBT纖維在工程塑料、家用電器外殼、機器零件上有廣泛的用途。

4.聚萘二甲酸乙二醇酯纖維（PEN）PEN纖維是半結晶狀的熱塑性聚酯材料。與常規滌綸相比，PEN纖維具有較好的力學性能和熱性能，比強度高，比模量大，抗拉伸性能好，剛性大；耐熱性好，尺寸穩定，不易變形，有較好的阻燃性；耐化學性和抗水解性好；抗紫外線，耐老化。

二、聚酰胺纖維（PA）

聚酰胺纖維是指其分子主鏈由酰胺鍵（—CO—NH—）連接的一類合成纖維，我國稱聚酰胺纖維為錦綸。聚酰胺纖維是世界上最早實現工業化生產的合成纖維。脂肪族聚酰胺纖維有錦綸6、錦綸66、錦綸610等；芳香族聚酰胺包括聚對苯二甲酰對苯二胺（芳綸1414，Kevlar）和聚間苯二甲酰間苯二胺（芳綸1313，Nomex）；混合型的聚酰胺包括聚己二酰間苯二胺（MXD6）和聚對苯二甲酰己二胺（聚酰胺6T）等。

1.分子結構　聚酰胺的分子是由許多重復結構單元通過酰胺鍵連接起來的線型長鏈分子，在晶體中為完全伸展的平面曲折形結構。成纖聚幾內酰胺的相對分子質量為14000～20000，成纖聚己二酰己二胺的相對分子質量為20000～30000。

2.形態結構和聚集態結構　錦綸通過熔體紡絲制成，纖維截面近似圓形，縱向無特殊結構。

錦綸的聚集態結構是折疊鏈和伸直鏈晶體共存的體系。聚酰胺分子鏈間相鄰酰胺基可以定向形成氫鍵，這導致聚酰胺傾向于形成結晶。紡絲冷卻成形時由于內外溫度不一致，一般纖維的皮層取向度較高，結晶度較低，而芯層則結晶度較高，取向度較低。錦綸的結晶度為50%～60%，甚至高達70%。

3.化學性質　錦綸因含有酰胺鍵，易發生水解。在溫度100℃以下水解不明顯，100℃以上水解反應逐漸劇烈。

錦綸對酸不穩定，對濃的強無機酸特別敏感。在常溫下，濃硝酸、鹽酸、硫酸都能使錦綸迅速水解，如在10%的硝酸中浸漬24h，錦綸強度下降30%。

錦綸對堿的穩定性較高，在溫度為100℃、濃度為10%的氫氧化鈉溶液中浸漬100h，纖維強度下降不多，對其他堿及氨水的作用也很穩定。

錦綸對氧化劑的穩定性較差。次氯酸鈉、雙氧水能使聚酰胺大分子降解，亞氯酸鈉、過氧乙酸能使錦綸獲得良好的漂白效果。

4.應用　聚酰胺纖維具有優異的力學性能及染色性能，在服裝產業和裝飾地毯等領域應用廣泛。在服用方面，可制成襪子、內衣、襯衣、運動衫等，并可和棉、毛、黏膠纖維等混紡，使混紡織物具有很好的耐磨性，還可用作寢具、室外飾物及家具用布等。在產業方面，可用作輪胎簾子線、傳送帶、運輸帶、漁網、繩纜等。

三、聚丙烯纖維（PP）

聚丙烯纖維又稱丙綸，是以丙烯聚合得到的等規聚丙稀為原料紡制而成的合成纖維，主要的產品有普通長絲、短纖維、膜裂纖維、膨體長絲、工業用絲、紡粘和熔噴非織造布等。丙綸由熔體紡絲法制得，纖維截面呈圓形，縱向光滑無條紋。

丙綸含有85%～97%等規聚丙稀、3%～15%無規聚丙烯。等規聚丙稀具有較高的立體規整性，較易結晶。晶體呈規則的螺旋鏈狀結構。

丙綸的密度只有0.90～0.92g/cm3，是所有化學纖維中最輕的。

丙綸大分子中不含有極性基團，對酸、堿及氧化劑的穩定性很高，耐化學穩定性優于一般化學纖維。此外，丙綸還具有良好的電絕緣性和保暖性，抗微生物，不霉不蛀。

“芯吸效應”是細線密度丙綸織物所特有的性能，其單絲線密度愈小，芯吸透濕效應愈明顯，且手感愈柔軟。因此，細線密度丙綸織物導汗透氣，穿著時可保持皮膚干爽，出汗后無棉織物的涼感，也沒有其他合成纖維的悶熱感，從而提高了織物的舒適性和衛生性。在紡絲過程中添加陶瓷粉、防紫外線物質或抗菌物質，可開發出各種功能性丙綸產品。

四、聚丙烯腈纖維（PAN）

聚丙烯腈纖維又稱腈綸，指含丙烯腈85%以上的聚丙烯腈共聚物或均聚物。丙烯腈含量在35%～85%以上的共聚物纖維，稱為改性聚丙烯腈纖維或改性腈綸。腈綸柔軟，保暖性好，密度比羊毛小，有“合成羊毛”之稱，可代替羊毛制成膨體絨線、腈綸毛毯、腈綸地毯。

聚丙烯腈均聚物結晶度極高，不易染色，手感及彈性都較差，呈現脆性，不能滿足紡織加工和服用的要求。

1.形態結構　腈綸采用濕法紡絲制備。以硫氰酸鈉為溶劑的腈綸，其截面是圓形；以二甲基甲酰胺為溶劑的腈綸，截面是花生果形。腈綸的縱向一般較為粗糙，似樹皮狀。

濕紡腈綸的結構中存在微孔，微孔的大小與共聚物的組成、紡絲成形條件有關，并影響纖維的力學及染色性能。

2.聚集態結構　聚丙烯腈大分子呈螺旋狀空間立體構象。在聚丙烯腈均聚物中引入第二單體、第三單體后，大分子側基有很大變化，增加了其結構和構象的不規則性。腈綸大分子沿著纖維軸向排列有序，而在垂直于纖維軸的方向上無序排列。

3.化學穩定性　聚丙烯腈大分子主鏈對酸堿比較穩定，然而側基氰基在酸堿的催化下會發生水解生成酰胺基，進一步水解成羧基，從而使聚丙烯腈轉化為可溶性的聚丙烯酸而溶解，造成纖維失重，比強度降低，甚至完全溶解。

腈綸在具有氧化性漂白劑如亞氯酸鈉、過氧化氫和還原劑如亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、保險粉存在下，呈現良好的穩定性。

腈綸不被蟲蛀，這是優于羊毛的一個重要性能，對醇、有機酸（甲酸除外）、碳氫化合物、油、酮、酯及其他物質都比較穩定，但可溶于濃硫酸、酰胺和亞砜類溶劑中。

五、聚乙烯醇縮甲醛纖維（PVA）

聚乙烯醇縮甲醛纖維，又稱維綸、維尼綸，其基本組成是聚乙烯醇。由于乙烯醇很不穩定，所以聚乙烯醇不能由乙烯醇直接聚合形成。它是先由醋酯乙烯聚合成聚醋酸乙烯，然后在甲醇溶液中以燒堿催化醋酸乙烯進行醇解，脫去醋酸根，制得聚乙烯醇。聚乙烯醇無明顯熔點，不能被加熱成熔融狀態，但它的分子上有許多羥基，易溶于水，故紡絲成形后還要再用甲醛作縮醛化處理。縮醛反應只在纖維的無定形區進行，由甲醛與纖維中的羥基作用生成聚乙烯醇縮甲醛，即維綸。

維綸常用濕法紡絲制備，相對分子質量為60000～80000。縮醛化的程度以縮醛度表示，是指聚乙烯醇中羥基參與縮醛化反應的克分子百分數，一般縮醛度為30%。縮醛度太小，纖維的耐熱性和耐水性變差；縮醛度過高，纖維的染色性變差，強度下降。正常縮醛化后的維綸應耐115℃的熱水處理。

濕法紡絲得到的維綸截面呈圓腰形，有明顯的皮芯結構，皮層結構緊密，芯層有很多空隙。熱處理后，維綸的結晶度為60%～70%。

維綸的耐酸性良好，能經受濃度為20%的20℃硫酸或濃度為5%的60℃硫酸作用。在濃度為50%的燒堿和濃氨水中，維綸僅發黃，強度變化不明顯。

維綸不溶于一般的有機溶劑，如乙醇、醚、苯、丙酮、汽油、四氯乙烯等。在熱的吡啶、酚、甲酸中溶脹或溶解。

水溶性聚乙烯醇纖維屬無縮醛化的聚乙烯醇纖維，可溶于溫水，又稱為可溶性維綸，是天然纖維紡制超細線密度紗線的重要原料。目前，我國的聚乙烯醇紡絲廠主要生產可溶性維綸。將水溶性維綸與棉、麻、毛等天然纖維混紡可改變紗線內部結構，增大紗線內部纖維間縫隙和毛細孔隙，從而改變織物的透氣性，降低捻度，使紗線松軟、蓬松，織物手感更柔和，懸垂性進一步提高，面料更輕薄，吸濕排汗，衣著更舒適。采用這種方式紡細特紗，改變了傳統精梳紡紗工藝，縮短了工藝流程。

此外，水溶性維綸還可用于生產超細纖維、繡花基布、非織造布、無捻織物和無緯毛毯，加工花透織物、假縫紉線。

六、聚氯乙烯纖維（PVC）

聚氯乙烯是最早的合成纖維，又稱氯綸。氯綸耐熱性差，對有機溶劑的穩定性和染色性差，特別是游離氯離子和含氯分子會析出形成致癌物質，這一缺點限制并影響其生產發展。

氯綸產品主要有長絲、短纖維及鬃絲等，以短纖維和鬃絲為主。氯綸主要用于民用，可制作成各種針織內衣、毛線、毯子和家用裝飾織物等。由氯綸制成的針織服裝，保暖性好，同時具有阻燃作用；另外，由于靜電作用，對關節炎有一定的輔助療效。在工業上，氯綸可制成常溫下使用的濾布、工作服、絕緣布、覆蓋材料等。鬃絲主要用于編織窗紗、篩網、繩索等。

一般方法生產的氯綸屬無規立構體，很少有結晶性，但有時在某些很小的區段上能形成結晶區。聚合溫度降低，所獲得的聚氯乙烯立體規整性提高，纖維的結晶度也隨之提高。

氯綸的獨特性質是具有阻燃性，極限氧指數LOI為37.1，在明火中發生收縮并炭化，離開火源便自行熄滅，其產品特別適用于易燃場所。

氯綸和腈綸混紡的纖維，又稱腈氯綸，兼具二者的性質，在阻燃產品中使用。

氯綸對各種無機試劑的穩定性很好，對酸、堿、還原劑或氧化劑都具有良好的穩定性。

氯綸的耐有機溶劑性差，它與有機溶劑間不發生化學反應而發生溶脹。

七、聚四氟乙烯纖維

聚四氟乙烯纖維又稱氟綸，是迄今為止最耐腐蝕的纖維，它的摩擦系數低，不吸水，不粘連。

在所有的天然纖維和合成纖維中，氟綸的化學穩定性最強，耐強酸和強氧化劑。氟綸的極限氧指數為95，是目前化學纖維中最難燃的纖維。

氟綸本身沒有毒性，但在200℃以上使用時，有少量有毒氣體氟化氫釋出，因此在高溫條件下使用時應采取相應措施。

八、聚氨酯纖維（PU）

聚氨酯纖維是以聚氨基甲酸酯為主要成分的前端共聚物制成的纖維，又稱氨綸，國外的商品名如美國的“萊卡（Lycra）”。

聚氨酯彈性纖維鏈結構中軟鏈段是由具有結晶性的低分子量聚酯（1000～5000）或聚醚（1500～3500）鏈組成，其玻璃化溫度只有-50～-70℃，且在常溫下處于高彈態，在應力作用下很容易發生形變，從而賦予纖維容易拉長變形的特征。硬鏈鍛是由具有結晶性并能形成橫向交聯、剛性較大的鏈段（如芳香族二異氰酸酯鏈段）組成，這種鏈段在應力作用下基本不產生變形，從而防止分子間滑移，并賦予纖維足夠的回彈性。在外力作用下，軟鏈段為纖維提供大形變，使纖維容易被拉伸，而硬鏈段則用于防止長鏈分子在外力作用下發生相對滑移，并在外力去除后迅速回彈，起到物理交聯的作用。

用化學反應紡絲法制造的氨綸只有一種軟鏈段，但交錯的軟鏈段之間有由化學交聯形成的結合點，它與軟鏈段配合，共同賦予纖維高伸長、高回彈的特點。

氨綸對次氯酸鈉漂白劑的穩定性較差，推薦使用過硼酸鈉、過硫酸鈉等含氧型漂白劑。根據軟鏈段部分是聚酯還是聚醚，聚氨酯分為聚酯型和聚醚型兩種。聚酯或聚醚與芳香二異氰酸酯反應，生成異氰酸酯端基的預聚物，這種預聚物再和擴鏈劑——低相對分子量的含有活潑氫原子的雙官能團化合物（如二元胺或二元醇）反應獲得嵌段共聚物。合成的嵌段共聚物可通過溶液紡絲或熔融紡絲制成氨綸。

聚醚型氨綸的耐水解性好；聚酯型氨綸的耐堿、耐水解性稍差。

九、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）

超高分子量聚乙烯，又稱乙綸，是目前世界上強度最高的纖維之一。成纖的超高分子量聚乙烯粉料要求相對分子質量分布窄、顆粒粒度小且分布均勻。采用凝膠紡絲工藝生產的長絲纖維，其斷裂比強度達2.7～3.8cN/dtex。這種纖維的密度低，只有0.96g/cm3，用它加工的纜繩及制品輕，可漂在水面上。其能量吸收性強，可制作防彈、防切割和耐沖擊品的材料。

超高分子量聚乙烯具有良好的疏水性、耐化學腐蝕、抗老化性、耐磨性、耐疲勞性、柔性和彎曲性，同時又耐水、耐濕、耐海水、抗震。超高分子量聚乙烯在極低溫度下的電絕緣性和耐磨性均優良，是理想的低溫材料。這種纖維的主要缺點是耐熱性差，使用溫度為100～110℃，在125℃左右即可熔化，其斷裂比強度和比模量隨溫度的升高而降低，因此要避免在高溫下使用。