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粘胶纤维

粘胶纤维(Viscose),是粘纤的全称,以“木”作为原材料,从天然木纤维素中提取并重塑纤维分子而得到的纤维素纤维。
粘胶纤维的吸湿性符合人体皮肤的生理要求,具有光滑凉爽、透气、抗静电、防紫外线,色彩绚丽,染色牢度较好等特点 。其具有棉的本质,丝的品质。是地道的植物纤维,源于天然而优于天然。目前广泛运用于各类内衣、纺织、服装、无纺等领域。

历史
粘纤是古老的纤维品种之一。在1891年,克罗斯(Cross)、贝文(Bevan)和比德尔(Beadle)等首先以棉为原料制成了纤维素磺酸钠溶液,由于这种溶液的粘度很大,因而命名为“粘胶”。粘胶遇酸后,纤维素又重新析出。根据这一原理,1893年发展成为一种制造纤维素纤维的方法,这种纤维就叫做“粘胶纤维”。到1905年,米勒尔(Muller)等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴,实现了粘胶纤维的工业化生产。因此,粘胶纤维的名称是其工艺过程中间产物的状态,其实粘胶纤维是一种由天然木纤维提取出来的纤维素纤维。
分类
粘胶纤维属纤维素纤维。它是以天然纤维(木纤维,棉短绒)为原料,经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素黄原酸酯,再溶于稀碱液制成粘胶,经湿法纺丝而制成。采用不同的原料和纺丝工艺,可以分别得到普通粘胶纤维,高湿模量粘胶纤维和高强力粘胶纤维等。普通粘胶纤维具有一般的物理机械性能和化学性能,又分棉型、毛型和长丝型,俗称人造棉、人造毛和人造丝。高湿模量粘胶纤维具有较高的聚合度、强力和湿模量。这种纤维在湿态下单位线密度每特可承受22.0cN的负荷,且在此负荷下的湿伸长率不超过15%,主要有富强纤维。高强力粘胶纤维具有较高的强力和耐疲劳性能。
粘胶纤维可分为普通粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维,强力粘胶纤维和改性粘胶纤维。强力型粘胶纤维中,干态强度超过30.0cN/tex的长丝称强力丝;超过38.0cN/tex的称超强力丝;超过44.1cN/tex的称二超强力丝;超过48.5cN/tex的称三超强力丝;超过53.0cN/tex的称四超强力丝。高性能粘胶纤维中,在湿态下弹性模量较高的纤维,称波里诺西克纤维,也称高湿模量纤维,中国称富强纤维,简称富纤。湿模量介于普通型纤维和波里诺西克纤维之间,但具有较高勾结强度、脆性较小的纤维,称改良型高湿模量纤维。
特点
粘胶纤维的基本组成是纤维素(C6H10O5)n普通粘胶纤维的截面呈锯齿形皮芯结构,纵向平直有沟横。而富纤无皮芯结构,截面呈圆形。
粘胶纤维具有良好的吸湿性,在一般大气条件下,回潮率在13%左右。吸湿后显著膨胀,直径增加可达50%,所以织物下水后手感发硬,收缩率大。
普通粘胶纤维的断裂强度比棉小,约为1.6~2.7cN/dtex;断裂伸长率大于棉,为16%~22%;湿强下降多,约为干强的50%,湿态伸长增加约50%。其模量比棉低,在小负荷下容易变形,而弹性回复性能差,因此织物容易伸长,尺寸稳定性差。富纤的强度特别是湿强比普通粘胶高,断裂伸长率较小,尺寸稳定性良好。普通粘胶的耐磨性较差,而富纤则有所改善。
粘胶纤维的化学组成与棉相似,所以较耐碱而不耐酸,但耐碱耐酸性均较棉差。富纤则具有良好的耐碱耐酸性。同样粘胶纤维的染色性与棉相似,染色色谱全,染色性能良好。此外粘胶纤维的热学性质也与棉相似,密度接近棉为1.50~1.52g/cm3。
纤维素的大分子的羟基易于发生多种化学反应,因此,可通过接枝等方法,对粘胶纤维进行改性,提高粘胶纤维性能,并生产出各种特殊用途的纤维。
普通粘胶纤维吸湿性好,易于染色,不易起静电,有较好的可纺性能。短纤维可以纯纺,也可以与其他纺织纤维混纺,织物柔软、光滑、透气性好,穿着舒适,染色后色泽鲜艳、色牢度好。适宜于制做内衣、外衣和各种装饰用品。长丝织物质地轻薄,除适用作衣料外还可织制被面和装饰织物。这类粘胶纤维的缺点是牢度较差,湿模量较低,缩水率较高而且容易变形,弹性和耐磨性较差。
主要品种
普通粘胶纤维
(1)粘胶棉型短纤维切断长度35~40mm,纤度1.1~2.8dtex(1.0~2.5旦)与棉混纺可做细布、凡立丁、华达呢等。
(2)粘胶毛型短纤维,切断长度51~76mm,纤度3.3~6.6dtex(3.0~6.0旦),可纯纺,也可与羊毛混纺,可做花呢,大衣呢等。
富强纤维
(1)是粘胶纤维的改良品种。
(2)纯纺可做细布、府绸等。
(3)与棉、涤等混纺,生产各种服装。
(4)耐碱性好,织成织物挺括,洗涤后不会收缩和变形,较为耐穿耐用。
粘胶丝
(1)可做服装、被面、床上用品和装饰品。
(2)粘胶丝与棉纱交织,可做羽纱,线绨被面。
(3)粘胶丝与蚕丝交织,可做乔其纱,织锦缎等。
(4)粘胶线与涤、锦长丝交织,可做晶彩缎、古香缎等。
粘胶强力丝
(1)强力比普通粘胶丝高一倍。
(2)加捻织成帘子布,用于汽车、拖拉机、马车轮胎。
高卷曲高湿模量粘胶纤维
高卷曲高湿模量粘胶纤维(以HR表示)是新一代粘胶纤维,它具有较高的强度和湿模量、适中的伸长和良好的卷曲性能,加上粘胶纤维本身又具备优良的吸湿性、透气性、不产生静电、染色性能好、纤度和长度可灵活调整等特点,是一种性能较为全面的纺织纤维原料,可根据不同的需要用它来纯。粘纤的吸湿性能与染色性能和纤维本身含有大量羟基(-OH)有着密切关系,羟基(-OH)基团大量吸附水分子或其它分子,吸湿性越好的纤维染色性就越好。粘胶纤维由于它在制造过程中经历过多次物理和化学反应造成纤维素大分子团裂解,使其大分子变短,分子间隙较大,排列也疏松零乱,分子中的羟基(-OH)可极性也好,在这些方面要比棉花更胜一筹。所以粘胶纤维的染色性比棉花要好一些,不仅适用染料多、色谱广,染色的色彩也鲜艳。
而同属纤维素再生纤维的醋酯纤维(包括二醋酯纤维和三醋酯纤维),它们的染色性能却显著逊色于粘胶纤维。这是由于醋酯纤维的分子中大部分羟基(-OH)被乙酰化而成了疏水基团。所以粘胶纤维和棉花能用的染料它却不一定能用。可见在纤维素纤维中,粘胶纤维的染色性也是最好的,也易于染色,而且印和染的成本也较低。粘胶纤维在印染方面也有不足之处,如它和棉花等纤维素纤维一样可广泛应用活性染料。活性染料虽然能代替一些有害化学染料,但它在印染过程中形成的带色污水比较多。另外粘胶纤维在某些印染的色牢度和耐晒性能方面不及某些合成纤维。这虽然和染料性能及工艺过程有关,但粘胶纤维的易染性、色谱全、色泽鲜艳、成本低等仍不失为一大优点。
生产方法
由纤维素原料提取出纯净的α-纤维素(称为浆粕),用烧碱、二硫化碳处理,得到橙黄色的纤维素黄原酸钠,再溶解在稀氢氧化钠溶液中,成为粘稠的纺丝原液,称为粘胶。粘胶经过滤、熟成(在一定温度下放置约 18~30h,以降低纤维素黄原酸酯的酯化度)、脱泡后,进行湿法纺丝,凝固浴由硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成。粘胶中的纤维素黄原酸钠与凝固浴中的硫酸作用而分解,纤维素再生而析出,所得纤维素纤维经水洗、脱硫、漂白、干燥后成为粘胶纤维。
工艺流程
① 粘胶的制备:包括浸渍、压榨、粉碎、老化、黄化、溶解、熟成、过滤、脱泡等工序。浆粕经浓度为18%左右的氢氧化钠水溶液浸渍,使纤维素转化成碱纤维素,半纤维素溶出,聚合度部分下降;再经压榨除去多余的碱液。块状的碱纤维素在粉碎机上粉碎后变为疏松的絮状体,由于表面积增大使以后的化学反应均匀性提高。碱纤维素在氧的作用下发生氧化裂解使平均聚合度下降,这个过程称为老化。聚合度下降的程度与温度、时间有关。老化后将碱纤维素与二硫化碳反应生成纤维素黄酸酯称黄化,使大分子间的氢键进一步削弱,由于黄酸基团的亲水性,使纤维素黄酸酯在稀碱液中的溶解性能大为提高。把固体纤维素黄酸酯溶解在稀碱液中,即是粘胶。刚制成的粘胶因粘度和盐值较高不易成形,必须在一定温度下放置一定时间称为熟成,使粘胶中纤维素黄酸钠逐渐水解和皂化,酯化度降低,粘度和对电解质作用的稳定性也随着改变。在熟成的同时应进行脱泡和过滤,以除去气泡和杂质。 制备粘胶的设备主要有古典法、连续浸渍压榨、粉碎和五合机等三种形式。
  ② 纺丝成形:采用湿法纺丝。粘胶通过喷丝孔形成细流进入含酸凝固浴,粘胶中碱被中和,细流凝固成丝条,纤维素黄酸酯分解再生成水化纤维素。凝固和分解可同时发生,也可先后进行。在同一浴中完成凝固和分解的方法称单浴法纺丝。粘胶长丝用单浴法纺丝。在一浴内凝固而在另一浴中分解再生的方法称二浴法纺丝。强力丝或短纤维一般用二浴法纺丝。为改善纤维的某些性能,也有采用三浴法、四浴法甚至五浴法的。凝固浴是硫酸和硫酸锌的水溶液,各组分的含量因纤维品种而不同。
  ③ 后处理:成形后纤维需经过水洗、脱硫、酸洗、上油和干燥等后处理加工。水洗是除去附在纤维表面的硫酸及其盐类和部分硫。脱硫可在氢氧化钠、亚硫酸钠或硫化钠的水溶液中进行。金属离子可用盐酸处理去除。上油可降低纤维的摩擦系数,减少静电效应,改善纤维手感,提高纤维的可纺性能。上油后的丝条经过干燥即可包装出厂。粘胶短纤维的切段工序通常在后处理以前进行。强力丝主要作为轮胎或运输带的帘子布,对纤维的外观无特殊要求,只需用热水洗去纤维上硫酸及其盐类,经上油、干燥后即可,后处理可在纺丝机上进行。[2]
应用范围
粘胶纤维是最早投入工业化生产的纤维素纤维之一。由于吸湿性好,穿着舒适,可纺性优良,常与棉、毛或各种合成纤维混纺、交织、用于各类服装及装饰用纺织品。高强力粘胶纤维还可用于轮胎帘子线、运输带等工业用品。粘胶纤维是一种应用较广泛的纤维素纤维。[1]
20世纪50年代发展的高湿模量粘胶纤维具有强度高、延伸度低、湿模量高和耐碱性等特点,基本上克服了普通粘胶纤维的缺陷。其织物牢度、耐水洗性、形态稳定性均接近于优质棉。波里诺西克纤维就是高强高湿模量粘胶纤维的一种,又称富强纤维或富纤,它在水中的溶胀度低,弹性回复率高,因此织物的尺寸稳定性较好。
  强力粘胶纤维的强度高,抗多次变形性好,可用作轮胎帘子线、传送带、三角皮带、绳索和各种工业用织物,如帆布、塑料涂层织物等。
  改性粘胶纤维具有多种用途,如与聚丙烯腈或聚乙烯醇复合的粘胶纤维具有毛型感和膨松性,适于制做西装、毛毯和装饰织物。有扁平形状和粗糙手感的“稻草丝”(即扁丝)和空心粘胶纤维比重小,覆盖能力大并有膨体特性,适用于编制女帽、提包和各种装饰用具。用丙烯酸接枝的粘胶纤维有很高的离子交换能力,可用以从废液中回收金、银、汞等贵重金属。含有各种阻燃剂的粘胶纤维,可用在高温和防火的工业部门。粘胶纤维经处理后还可制成止血纤维,中空粘胶纤维有透析作用可用作人工肾脏,含钡的粘胶长丝适宜做医用缝线。此外,粘胶纤维经处理而制得的碳纤维和石墨纤维具有高强度和高模量,与环氧树脂等制成复合材料可用作空间技术的烧蚀材料;由粘胶和硅酸钠混纺的原丝,经处理后制成的陶瓷纤维作为耐高温酚醛树脂的增强材料,可用于液体火箭发动机、喷气发动机的喷咀和空间重返大气层装置的防热罩。[2]

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