第8章新型化学纤维

Modal纤维的结构 Modal纤维属于再生纤维素纤维，由纤维素大分子构成。Modal纤维采用高湿
模量粘胶纤维的制造工艺，从其性能看它属于变化型高湿模量纤维。 Modal纤维成形时，粘胶中有变性剂，凝固浴中ZnSO4含量较高，故Modal
纤维的截面为圆滑的皮芯结构，皮层厚度大于普通粘胶纤维。Modal纤维属于皮 芯纤维，具有与超强力粘胶纤维近似的皮层结构，而其芯的结构则与波里诺西克 纤维比较近似。皮层贡献了韧性，而芯层则贡献了刚性。
2．性能
机械性能 ——强度：较高（原因：纤维素不降解、结晶度高、取向度高）
湿强≥80%干强→生产高支轻薄纱线织物 ——伸长：较低，→→织物水洗后变形小 ——初始模量和湿模量：较高→织物尺寸稳定性↑、抗皱↑ ——勾结强度：较大 沸水收缩率
较小（Lyocell 2.68%；粘胶4.09%）——原因：Lyocell结晶度较大，晶粒较大 对碱溶液的稳定性
件下，有助于分子间相互作用，蛋白质中的疏基（－SH）和二硫键（－S－S） 的交换反应较易进行，有利于提高蛋白质的溶解度，增加纺丝液黏度。当溶液 pH＜4.6时（酸性增强），蛋白质溶解度随pH值的增加而减小；当 pH＞4.6时 （碱性增强），其溶解度明显增大。因此，从大豆分离蛋白质的溶液pH值控制 在蛋白质的等电点4.6～4.8较适宜。
形态结构 ——皮芯结构：共聚部分蛋白质在湿法纺丝中先凝固——纤维芯层
共混部分蛋白质在湿法纺丝中后凝固——纤维皮层 ——截面（哑铃形或不规则三角形）；纵向（表面光滑，凹凸沟槽，卷曲）
（二）性能
外观（视角效果） 光泽、悬垂性、织纹细腻
舒适性 手感柔软、滑爽、质地轻薄
染色性能 本色为淡黄色，酸性染料、活性染料染色，色牢度好
较高→丝光处理 吸湿膨润性
吸湿膨润的异向特点（径向40%，轴向0.03%） 纺丝牵伸诱导结晶→原纤的结晶化沿纤维轴向排列→轴向结合力↑；径向力↓→层 状排列→湿润下→分子进入无定形区→大分子链间的横向结合被切断→分子间距加 大→纤维变粗 较高的径向膨润率→织物湿加工困难 较低的纵向膨润率→在湿加工后尺寸稳定性好 舒适性 回潮率↑、保水率↑→人出汗时吸收汗液↑→热传导能力和汗湿汽传导能力↑→当人 体蒸发的汗液和热量被织物吸收后，又能很快从织物表面扩散出去→人体感到凉爽
喷丝孔的长经比 由于大豆蛋白质纤维可纺性较差，因而选择大的长径比有利于纤维成形，提高
可纺性。在蛋白质浓度、纺丝速度一定的情况下，喷丝孔长径比为60时，纤维 可纺性以及强度最好。
15%～18%，黏度700～750Pa·s） ——过滤脱泡 纺丝
干喷湿法纺丝，即通过空气夹层的湿法纺丝。
Lyocell纤维纺丝拉伸装置示意图
1—原液罐 2—计量泵 3—喷丝头组件 4—空气夹层 5—凝固浴 6—导丝辊 7—水洗浴 8—卷绕辊
——喷丝孔孔经及长径比：0.10～0.15mm， 长径比↑→纺丝流体在喷出前取向↑→拉伸↑
（四）Lyocell纤维生产工艺控制及主要设备
Lyocell纤维生产工艺流程
1．工艺控制 原料准备 ——浆粕：木浆或棉浆，纯度大（α纤维素96.5%～99%），聚合度小
（650～700：纤维素降解不明显） ——溶剂：NMMO（含水4.5%～19%） 纺丝液制备 ——纤维素的溶解：浆粕+NMMO+水→90～125℃，2h→黏稠溶液（纤维素
（皮肤保健）；紫外线透过率几乎为零 ——较好的吸湿性、透气性：羟基、横截面的高度中空 ——较好的染色均匀性：羟基 ——生物降解性：微生物（二氧化碳+水） ——其它良好性能：良好的悬垂性，耐磨性，光泽亮丽，不易褪色，丝质感觉，
手感柔和、光滑。
生产工艺
竹纤维的生产类似于粘胶纤维等再生纤维的生产，即先将竹子制成浆粕，再纺丝 而成。 ——浆粕的生产：竹子（纤维素40%～50％，木质素20%～30%）→预水解—碱煮 法或二次蒸煮法→竹浆粕（纤维素81.5%，木质素10%）
Modal纤维的性能
——物理机械性能：干强较大，湿强略低于棉，大于粘胶纤维，柔软顺滑，丝 质感觉；湿态伸长较小，纤维的干态伸长介于棉和粘胶之间。
——化学性质：耐碱性较好，但不耐酸。 ——染色性：染色性能较好且经过多次洗涤仍保持鲜艳如新，色牢度好。 ——耐热性、耐目光性： 在150℃左右强力开始下降，180－200℃分解。 ——微生物降解性： 可以自然降解。 ——耐洗性：与棉织物一起经过25次洗涤后，柔软度、亮洁度都比好。 ——其它性能： 柔软、光洁，色泽艳丽，织物手感特别滑爽，光泽亮丽。
大豆蛋白纤维生产工艺流程图
原料 从大豆豆粕中提取，该豆粕是农副产品大豆榨过油的饼粕
纺丝溶液黏度 在黏度小于410MPa·s范围内，黏度越大，可纺性越好。蛋白质浓度大于14%
时，纺丝溶液黏度过大，无法纺丝；低于12.5%时，纺丝溶液黏度太低，纺不出 理想纤维。
蛋白质溶液pH值 大豆蛋白纺丝液是将高纯度大豆蛋白质在碱的作用下，调制而成。在碱性条
（二）Lyocell纤维结构及性能
1．Lyocell纤维结构 分子结构
纤维素，聚合度400～700（生产过程物理过程，木浆纤维 素结构没有被破坏，聚合度较高→纤维强度较高） 形态结构 皮芯层结构；截面（椭圆形或圆形）；纵向（光滑均一） 聚集态结构 高结晶（Lyocell 63.9%，粘胶40%）且晶粒较大（使纤维 弹性模量、刚性、脆性及织物尺寸稳定性提高）、高取向 （Lyocell双折射率0.05～0.07；粘胶0.02）
——纺丝、后处理及后加工：与普通粘胶纤维基本相似 浆板→浸渍→压榨→粉碎→老成→磺化→研磨→溶解→过滤→脱泡→过滤→纺丝
→牵伸→切断→后处理→干燥→打包
三、Modal纤维
Modal 纤维是奥地利兰精公司生产的，它是由木浆粕制造而成的新一代再生 纤维素纤维，具有环保性，使用后可生物降解处理。其轻柔、滑糯，有丝的光泽 且吸湿透气性好，染色均匀，色牢度好。其干强、湿强优于传统的纤维素纤维， 可纺细号纱。
二、竹纤维
（一）概述 定义
以大自然的速生常青植物竹子为原料生产的纤维。 分类
原生竹纤维和再生竹纤维。 ——原生竹纤维：竹原纤维、天然竹纤维——常采用竹子碾平、扭转、梳理，而 后再对竹纤维脱胶、去除糖分、脂肪、消毒、晾干而成，它保留了竹子抗菌、除 螨、清热、解毒的特性和天然清香——机械、物理过程 ——再生竹纤维：竹浆纤维、竹粘胶纤维——竹子→竹浆粕→化学变化→纺丝→ 后加工
保健功能性 大豆蛋白纤维（氨基酸）与人体皮肤亲和性好→保健中草药（纺丝时加入）
与蛋白质链以化学键相结合→药效持久
导湿性 纤维表面沟槽→导湿性优于棉→避免织物由于汗湿而紧贴在身体上
第二节 新型再生蛋白质纤维
一、大豆蛋白纤维
以榨油后的的大豆废粕为原料，利用高新技术，将豆粕中的球蛋白分离提纯， 并通过助剂、药物分子处理，使提纯的球蛋白改变空间结构，再添加羟基和氨基等 高聚物改性剂，制成一定浓度的的大豆蛋白质纺丝液，经湿法纺丝工艺和后加工处 理而成大豆分离蛋白质和聚乙烯醇高分子共聚共混纺丝而成。 （蛋白质：23%～55%，聚乙烯醇：45%～77%）
（二）再生竹纤维
结构 ——化学成分：纤维素81.5%、木质素10.1%、半纤维素、脂蜡质、杂质 ——形态：纵向（光滑、均一，多条浅的沟槽）
截面（圆形，边缘为不规则锯齿形，多孔隙） ——超分子：结晶度31.6%、聚合度280、取向度0.023
性能 ——强度较低、伸长度较大：结晶度↓、取向度↓、吸湿↑→强度↓、伸长度↑ ——卷曲性能好、可纺性好 ——抗菌、抑菌、防紫外线性和保健功能：竹醌（抗菌、抑菌）；竹蜜和果胶
形态结构 ——皮芯结构：共聚部分蛋白质在湿法纺丝中先凝固——纤维芯层
共混部分蛋白质在湿法纺丝中后凝固——纤维皮层 ——截面（哑铃（二）性能
外观（视角效果） 光泽、悬垂性、织纹细腻
舒适性 手感柔软、滑爽、质地轻薄
染色性能 本色为淡黄色，酸性染料、活性染料染色，色牢度好
第八章 新型化学纤维的性能及生产
第一节 新型再生纤维素纤维
一、Lyocell纤维
（一）概述 莱塞尔（Lyocell）纤维是目前已实现工业化生产的使用有机溶剂法的再生纤
维素纤维，它是以季铵类氧化物N－甲基吗啉－N－氧化物（简称NMMO）为溶 剂，将纤维素浆泊溶解后进行纺丝而成。 工艺流程简单，生产周期短：粘胶纤维和Modal纤维：40h；Lyocell：3h 生产中不污染环境：溶剂回收率99.9% 原材料消耗少： 粘胶纤维：1.73～2.50t烧碱等化工料/t纤维 Lyocell纤维：0.05～0.08tNMMO/t纤维 原料丰富：木材、棉短绒、甘蔗渣 产品：棉的舒适性、涤纶的强度、粘胶纤维的悬垂性、蚕丝般的手感
纤维轴向有排列规则的微孔（直径15～30nm）→水溶胀↑ 纤维较高的结晶度和取向度，而微纤间的横向结合力较弱→湿润下→非晶态或 无定形态的纤维素吸收相当于自身重量几倍的水而膨胀伸长→部分氢键被破坏→结 合力减弱→由于连续摩擦及振动→原纤从纤维表面分离出来→原纤化 原纤化控制 ——纤维制造阶段：纺丝中加入交联剂+调整纺丝工艺参数+对纤维进行处理 ——染整阶段：机械控制+纤维素酶处理+交联处理 ——染色交联：选用多官能团的染料（活性染料） 原纤化应用 仿桃皮+仿麂皮
——气体夹层高度：拉伸和轴向变形主要区段。30mm； 高度↑↑→纺丝线的液流段太长→断裂
——凝固条件：凝固浴浓度：50%NMMO（浓度↑↑→双扩散速度↓↓→凝固速 度↓↓；浓度↓↓→表层凝固↑↑→阻碍双扩散→内层凝固速度↓↓） 凝固浴温度：15℃
——拉伸倍数：7～12，主要在气体夹层区， 拉伸倍数↑↑→纤维双折射率↑↑→断裂强度↑↑
（三）Lyocell纤维原纤化
原纤化定义 湿态下纤维与纤维或与金属等物体发生湿磨损时，原纤沿纤维主体剥离成为直
径小于1～4μm的巨原纤以及进而裂为更加细小的微原纤的过程 原纤化结果