合成纤维具有的强度高、耐磨、耐酸碱、耐高温、质轻、保暖、抗霉蛀、电绝缘性能好等特点,在纺织工业中得到广泛应用。合成纤维在民用上可用作服装面料、装饰,可混纺、纯纺及机织等,在工业上可用做轮胎帘子线、绳索、渔网、运输带、工业用织物、无纺布、土工布、电气绝缘材料等;此外,还可用作医疗用布,航空、航天工业用特殊复合材料等。随着产品性能的拓展,合成纤维在建筑工程、室内装饰、汽车用纺织材料、渔网、航空航天及医疗等方面还有更广阔的发展空间。合成纤维根据其化学组成,可分为涤纶、腈纶、锦纶、丙纶、维纶等。
用途极广的涤纶(的确良)。20世纪六七十年代我国纺织品市场上最受青睐的纺织品就是的确良,实际上它就是纯涤纶或涤纶与其他纤维混纺的制品。我国所称的涤纶,在国外有很多商品名称,如美国杜邦公司的商品名为达克纶,英国称为特丽纶。国际上比较统一地称之为聚酯纤维,或聚对苯二甲酸乙二酯纤维。涤纶纤维最早是在1941年由英国化学家试制成功的,但由于第二次世界大战等原因,直至1953年才建成第一个涤纶纤维厂。虽然涤纶纤维在合成纤维中是实现工业化较晚的产品,但由于涤纶纤维制成的纺织品坚牢、抗皱和保型性能特别好,做成的服装挺括不皱、外形美观、易洗快干,在工业上又有广泛用途,所以其发展非常迅速。1960年其世界产量已超过腈纶,1972年又超过了锦纶,跃居为合成纤维的第一大品种,直至目前世界上涤纶纤维产量仍稳居榜首。涤纶的原料是聚酯,聚酯是对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇经酯化或酯交换后再缩聚而生成的高聚物。涤纶纤维性能优良,但作为纺织材料使用也有缺点,主要是染色性较差,可使用的染料品种少,吸湿性低,易在纤维上积聚静电等。为克服上述缺点以适应后加工不同用途的需要,20世纪60年代涤纶纤维新品种的设计和新产品的研究开发工作得到广泛开展,到80年代获得了重大进展。国际上一些大公司的涤纶纤维品种均达到或超过上百种。
目前涤纶纤维品种的多样化令人惊叹,采用不同的工艺可生产出品种繁多的商业性产品,如外观与手感十分近似棉、毛、丝的产品,仿鹅绒填絮品,分散性染料、阳离子染料可染产品,抗静电、导电及阻燃纤维等。涤纶变形丝(主要是低弹丝)是我国近年来发展的主要品种,它的主要特性是高蓬松、大卷曲度、毛型感强,且具有高度的弹性伸长率(达400%),用其织造的织物,具有保暖性好、悬垂性优良、光泽柔和等特点,特别适宜于织造仿毛呢、哔叽等西服、外衣、外套面料以及各种装饰织物如窗帘、台布、沙发面料等。超细旦丝还可以作为高效过滤材料、气体分离材料,应用于尖端科学技术领域,如无菌室和工业中用作超净化除尘材料等。总之,涤纶纤维的用途极其广泛,涉及我们生活的各个领域,这是其它合成纤维无法比拟的。
“粗活细活”都胜任的锦纶(也称尼龙)。国内称为锦纶(或尼龙)的合成纤维实际是国际上统称的聚酰胺纤维,它是世界上最早实现工业化的合成纤维,是化学纤维的主要品种之一。聚酰胺最早是在1935年由美国化学家用己二酸和己二胺进行缩聚而制成,于1939年开始工业化生产的。由于这两种原料各有6个碳原子,故称之为聚酰胺66纤维(或称尼龙66)。几乎同时德国化学家又研究成功用己内酰胺为原料进行聚合,生产出性能与尼龙66非常相似的聚酰胺6(因己内酰胺含6个碳原子,故称聚酰胺6),并于1941年实现了工业化生产。随后,其他类型的聚酰胺纤维也相继问世。由于聚酰胺纤维具有优良的物理和纺织性能,它问世后发展速度很快,其产量长期居合成纤维的首位,直至1972年才被涤纶纤维超过而退居第二位。锦纶纤维也有许多品种,目前工业化生产及应用最广泛的仍以锦纶66和锦纶6为主,两者产量约占锦纶纤维的98%,其中锦纶66纤维约占锦纶纤维总产量的69%。由于历史原因和各国具体条件的不同,美国及西欧国家以生产锦纶66纤维为主,而日本、意大利及东欧各国以生产锦纶6纤维为主。一些发展中国家也大多数发展锦纶6纤维。锦纶纤维生产中长丝占绝大部分。短纤维比例近些年有些上升。
锦纶纤维的商品名称各国也不同,我国称为锦纶,美国称尼龙,原苏联称卡普隆,德国称贝纶,日本称阿米纶等。锦纶纤维具有一系列优良特性:耐磨性居纺织纤维之冠;回弹性和耐疲劳性优良,耐多次变形且疲劳性接近涤纶,比棉花高7~8倍;吸湿性虽低于天然纤维和黏胶纤维,但在合成纤维中其吸湿性仅次于维纶;染色性能好,可使用酸性染料、分散染料等染色。锦纶纤维的缺点是耐光性较差,长时间在日光和紫外光照射下,强度下降,颜色发黄,通常在纤维中加入耐光剂以改善其耐光性能。锦纶纤维的耐热性也较差,在150℃下,经过5小时即变黄,强度、延伸度明显下降,收缩率增加,另外锦纶纤维在使用中容易变形。为了克服锦纶纤维的不足,化纤工作者已经作了大量的工作,研究锦纶纤维的改性,开发锦纶纤维的新品种,目前已取得了很大进展。由于锦纶纤维具有诸多优良特性以及改性和新品种的不断涌现,使之得到广泛的应用,其主要用途可分为民用、装饰用、工业用三大领域。在民用方面,锦纶主要用于服装、袜子、内衣、衬衣、运动衫、床上用品及箱包、袋、伞、绳等。在装饰方面,锦纶主要用于窗帘布、家具装饰和地毯,还可制成阻燃、抗静电、抗菌等材料。在工业方面,锦纶主要用于轮胎帘子线、传送带、安全带、造纸用毛毯、工业用呢毯以及渔网、绳索等。
性能优良的腈纶。国际上通称为聚丙烯腈纤维而国内称之为腈纶的纤维,通常是指含丙烯腈在85%以上的丙烯腈共聚物或均聚物的纤维。丙烯腈含量在85%以下的丙烯腈共聚物或均聚物的纤维为改性聚丙烯腈纤维。腈纶具有许多优良性能,主要特性是质轻保暖,易染色,易洗快干,防蛀、防霉,故有“合成羊毛”的美称。其耐光性和耐辐射性很好,耐磨性和抗疲劳性较差,虽然其强度并不高,但比羊毛高1~2.5倍。随着合成纤维生产技术的不断发展,各种改性的腈纶纤维相继出现,如高收缩、抗起球、抗静电、阻燃等品种均有商品生产,使之应用领域不断扩大。
腈纶纤维自实现工业化以来,因其性能优良,原料充足,发展很快,尤其是在20世纪60年代实现了丙烯腈的生产原料由电石转向石油,并完成了多种溶剂的工业开发以及纤维性能的改进,纤维的产量年均增产高达22%左右,但此后世界总产量增长趋缓。我国由于需求旺盛,在此期间腈纶纤维得到迅速发展。腈纶纤维的特性及用途决定了腈纶纤维主要以生产短纤维为主。腈纶制品约90%为民用。民用制品中以腈纶短纤维为主,96%以上用于服饰。工业用途主要是制作帆布、过滤材料、保温材料、包装用布等。在军用方面主要是制作帐篷、防火服等。另外,腈纶还是碳纤维的主要原料。
可与棉花媲美的维纶。聚乙烯醇缩甲醛纤维,国内简称维纶(维尼纶),是合成纤维的重要品种之一。生产维纶的主要原料是聚乙烯醇(PVA)。由于维纶纤维染色性差,弹性低等缺点不易克服,近年来在服装领域中不断萎缩,世界维纶总产量有所下降,但是它在工农业、渔业等方面的应用却有所增加,在装饰用、产业用纤维和功能性纤维的比例也在逐步增加。维纶短纤维外观形状接近棉花,但强度和耐磨性都优于棉花。50/50的棉/维混纺织物的强度比纯棉织物高60%,耐磨性可提高50%~100%,维纶密度约比棉花轻20%。维纶的吸湿率在几大合成纤维中名列前茅,并具有良好的保暖性。此外,维纶还具有很好的耐腐蚀和耐日光性。维纶的主要缺点是染色性差,色泽也不鲜艳。维纶的耐热水性较差,易发生明显的收缩和变形,在沸水中甚至会发生部分溶解。维纶的弹性也不如其它合成纤维,其织物不够挺括,在穿着过程中易发生褶皱。维纶纤维主要为短纤维,由于其形状很像棉,所以大量用于与棉混纺织物。也可与其他纤维混纺或纯纺,织造各类机织或针织物。
近年来,随着维纶生产技术的发展,它在工业、农业、渔业、运输和医用等方面的应用有所扩大。利用维纶强度高,抗冲击性好,成型加工过程中分散性好等特点,可以作为塑料、陶瓷、造纸等增强材料,特别是作为致癌物质——石棉的代用品,制成的石棉板受到建筑业的极大重视。利用维纶断裂强度大、耐冲击和耐海水腐蚀等长处,可用其制造各种类型的渔网、渔具、鱼线。维纶绳缆质轻、耐磨、不易扭结,具有良好的冲击强度、耐气候性,并耐海水腐蚀,在水产、车辆和船舶运输等方面有较多应用。维纶帆布强度大、质轻、耐摩擦和耐气候性好,它在运输、仓储、船舶、建筑、农林等方面有较多应用。另外,维纶还可制作包装材料、非织造布滤材、土工布等。
“轻功”最好的丙纶。聚丙烯(PP)纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维,我国简称为丙纶。我国丙纶纤维的产量也相当可观。其产品主要有普通长丝、短纤维、膨体长丝、烟用丝束、工业用丝、非织造布等。丙纶纤维具有许多优异的性能:质轻,其密度为0.9~0.92克/立方厘米,在所有合成纤维中是最轻的;强度高(干态与湿态下相同),耐磨性和回弹性好;抗微生物,不霉不蛀;耐化学性也优于一般合成纤维。此外,与其他合成纤维相比,丙纶纤维的电绝缘性和保暖性最好,它的电阻率很高(7×1019欧姆?厘米),导热系数很小。但是,丙纶纤维的熔点低(165~173℃),对光、热稳定性差,所以丙纶纤维耐热性、耐老化性能差,通常采取加入热稳定剂和防老化剂来改善其性能。它的吸湿性和染色性是合成纤维中最差的,回潮率小于0.03%,普通染料均不能使其着色,因而在纺丝时多采用在原料聚丙烯中加入一定量的着色母粒使纤维着色。
值得注意的是由于丙纶纤维生产成本低,价格相对便宜,质轻(即同重量的纤维,用丙纶纤维织成的布的面积比其他化学纤维大20%~40%),因而市场上有的不法商贩将丙纶弹力丝衣裤说成是锦纶弹力丝衣裤,有的在腈纶产品中掺入丙纶,购买时要注意识别。用丙纶纤维制成的地毯、沙发布、贴墙布等装饰织物和絮棉等,不仅价格低廉,而且具有抗沾污、抗虫蛀、易洗涤、回弹性好等优点。丙纶纤维具有高强度、高韧度、良好的耐化学性和抗微生物性以及低廉的价格等优点,故广泛用于绳索、渔网、安全带、安全网、箱包带、过滤布、电缆包皮、造纸用毡和纸的增强材料,还可制成土工布用于土建和水利工程。此外,丙纶烟用丝束可作香烟过滤嘴,丙纶纤维非织造布可做一次性卫生用品,如卫生巾、手术衣、帽子、口罩、床上用品、尿片面料等。