合成纤维的发展、分类及其应用

合成纤维是以石油、天然气为原料，通过人工合成的高分子聚合物，经纺丝、后加工而制得的纤维。合成纤维除了具有化学纤维的一般优越性能，如强度高、质轻、易洗快干、弹性好、不怕霉蛀等外，不同品种的合成纤维各具有某些独特性能。

合成纤维起始于煤化工、电石工业。在20世纪50-60年代，世界石化工业的发展，给合成纤维发展带来了新的生机，为合成纤维提供了充足的基本原料，使之从单一的品种发展成为不同用途的多个品种。在短短的几十年间，世界合成纤维的产量已接近天然纤维，成为纺织工业的重要原料。目前世界合成纤维产量已超过4100万吨，远远高于天然纤维的数量。

我国合成纤维工业起步于20世纪50年代中期，开始是小规模生产锦纶，60年代分别从日本、英国引进了生产维纶、腈纶的技术和设备。

70年代，随着我国石油工业的发展，合成纤维工业的基本原料开始由石油原料所代替。此时引进技术和设备分别在上海、辽阳、天津、四川建设了四个大型石油化纤联合企业，成为我国发展合成纤维的坚实基础。80年代，又在江苏仪征建成了大型聚酯及涤纶工程，与此同时也在上海建设了二期聚酯工程。

“九五”期间，在辽化、天津、洛阳建设了20万吨/年聚酯装置。从而形成了我国合成纤维工业较为完整的体系。“十五”、“十一五”期间，是我国合成纤维工业快速发展的时期，产量和消费量均呈现高速增长的态势。新增产能主要集中在华东地区，特别是江、浙、沪等省市，以民营企业为主。由于近些年合成纤维产量的增长速度高于国内市场消费的增幅，从2007年开始，我国已成为合成纤维的净出口国。2009年我国合成纤维产量达2494万吨，消费量为2444万吨，净出口量为50万吨。

经过长期持续高速发展，我国合成纤维产业结构性矛盾已经显现，今后一段时期，我国合纤工业将处于调整产业结构和加快产业升级的发展时期，力争使我国从生产大国转向技术强国。

合成纤维根据其性能及生产方法，又可分为常规纤维、差别化纤维、高性能纤维、功能纤维等。

1、常规纤维

合成纤维大品种具有物理性能、力学性能、稳定性能、加工性能和使用性能，称为常规纤维，但常规纤维不同程度存在一些缺点，如染色性、吸湿性和抗静电性较差等。

2、差别化纤维

差别化纤维是经过物理机械或化学改性后的常规纤维品种，在性能和用途方面得到改善的纤维，统称之为差别化纤维。这类纤维目前主要用于服装、装饰织物。

改变纤维的物理性能：是通过聚合与纺丝条件的变化，合成纤维截面的变化，合成纤维品种的变化(如复合、共混等)等，达到物理改性的目的，从而改善合成纤维的性能。

改变纤维的化学性能：是通过共聚、接枝、交联等方法，改善合成纤维的性能。共聚是采用两种或两种以上单体在一定条件下进行聚合;接枝是通过一种化学或物理方法，使合成纤维的大分子链上能够接上所需要的基团;交联是指控制一定条件，使合成纤维大分子链间发生化学键接。

改变纤维生产工艺条件及工艺过程：是通过采用新的聚合方法及特殊控制，采用新的纤维成形方法;改进纺丝成形和后力工艺，完善纺丝工艺过程同后续工艺(下游)过程的联合，来达到改善合成纤维性能的目的。

差别化纤维的主要品种有：

(1)异形纤维：采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形截面的纤维或中空纤维统称之为异形纤维。异形纤维具有特殊的光泽性、蓬松性、保暖性、耐污性、抗起球性、回弹性、覆盖性等。

(2)复合纤维：剖析纤维截面，存在两种或两种以上不相混合的高分子聚合物，经特殊熔融纺丝溶液纺丝生成的纤维，称之为复合纤维或多组分纤维。

不同高聚物根据性能、纤维截面分配的位置或纤维内部组分间的几何特征，可以生成许多不同性能、不同用途的复合纤维。

复合纤维品种中，还有一种称为共混纤维。它是一种高聚物组分以原纤状或细条状高度分散于另一种组分中而制得的纤维，如海岛型等。

(3)超细纤维：线密度在0.11～0.55分特的称为超细纤维。主要用于人造皮革、防水透气织物、仿桃皮绒织物等。

线密度在0.55～1.3分特称为细旦纤维。主要用于仿真丝类织物。

3、高性能纤维

高性能纤维是指具有高强度、高模量、耐高温、耐化学品、耐气候等性能特别优异的一类新型合成纤维。如芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、高强高模聚乙烯纤维、聚苯并咪唑纤维、聚四氟乙烯纤维等。高性能纤维主要应用于航空航天、海洋开发、能源交通、信息工程、土木建筑、军事工程和高科技产业等领域。

4、功能纤维

合成纤维都具有一定性能，但未必具有所谓功能。功能是指当从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生如导电、传递、储存及生物相容性等方面的能力。如高吸水纤维、导电纤维、抗菌纤维、抗紫外线纤维等。

1、芳纶聚酰胺纤维(芳纶纤维)

芳香族聚酰胺是指至少含有的85%的酰胺键直接与两个芳环连接成线型聚合物，其分子内旋位能很高，使其具有相当高的拉伸强度(仅次于石墨纤维、玻璃纤维以及PBI纤维)，由这种聚合物制成的合成纤维即为芳香族聚酰胺纤维(芳纶)。

芳纶纤维具有独特的物理化学性能，已广泛用于国防、航天、航空、造船、汽车、建筑等工业。目前，我国自行研制的对位芳纶纸基材料性能差、强度低，只能满足一些低档次的性能要求，中高档次的芳纶纸基材料完全靠进口。芳纶纤维不同于传统的植物纤维，其纤维表面惰性，纤维与纤维间的结合力较低，成纸力学性能较差，需要改性增强。

芳纶纤维是一种高度取向结晶微区组成的材料，具有一些缺陷和空隙，没有无定形区。分子链中苯环的空间位阻大，使得酰胺基团较难发生反应，因而芳纶同树脂基体的黏合性很差，必须进行表面改性。芳纶纤维的压缩性能、剪切性能和耐磨性能都较差。

2、芳香族杂环类纤维(PBO纤维)

PBO纤维的大分子链、晶体和微原纤均沿纤维轴向呈现几乎完全取向的排列，形成高度取向的有序结构，是目前芳香族高性能纤维中强度和模量最高、耐热性能最好的合成纤维。

PBO纤维具有高强度、高模量、耐热性和阻燃性，其强度高于钢丝强度的10倍，大大优于碳纤维，其强度、模量为对位芳纶的2倍，并有间位芳纶耐热阻燃性能，一根1mm的PBO细丝可承受450kg的重物。

PBO纤维具有很好的耐化学性质，除能溶解于100%浓硫酸、氯磺酸、多磷酸、甲基磺酸外，在绝大多数碱和有机溶剂中都是稳定的。此外，PBO在次氯酸中也是很稳定的，在漂白剂中300h后仍保持90%以上的强度，而芳纶在漂白剂中几十小时就完全分解。因此洗涤时即使采用漂白剂也不会损伤PBO的性能。

3、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维也称UHMWPE纤维，与芳纶、碳纤维一起被称为世界三大高性能纤维。由于UHMWPE纤维具有低密度、高比模量、高比强度、良好的能量吸收性能等特点，UHMWPE纤维的出现打破了芳纶纤维在一些材料领域的垄断地位。

UHMWPE纤维有超高的相对分子质量、沿轴向高度取向，其大分子链高度取向、高度结晶，纤维内晶区和非晶区的大分子充分伸展，形成部分伸直链结构;折叠链、伸直链共存，具有典型的串晶结构。

4、芳砜纶合成纤维

聚砜基酰胺纤维和聚苯砜对苯二甲酰胺纤维，又名芳砜纶合成纤维，是我国具有自主知识产权并已实现产业化的有机耐高温纤维。我国科技人员创造性地引入了对苯结构和砜基，使酰胺基和砜基相互连接对位苯基和间位苯基构成线型大分子。

芳砜纶合成纤维在国防军工和现代工业上有重要的用途，是我国急需的高科技纤维品种。分子链上的强吸电子砜基基团通过苯环的双键共轭作用，降低分子链中胺基的电子云密度，使芳砜纶的分子结构比芳纶具有更优异的热稳定性、耐腐蚀性和抗热氧化性。

此外，芳砜纶合成纤维还具有突出的耐热、耐燃性能、优异的电绝缘性、抗辐射性和耐化学腐蚀能力，常被应用于军事等特殊领域，尤其是在结构复合材料中充当增强体的基础原料。

5、聚苯硫醚纤维

聚苯硫醚(PPS)是一种高刚性、高洁净度的新型高性能热塑性树脂，有较高的模量和良好的尺寸稳定性。PPS分子主键上有极其密集的苯环和硫原子，蠕变小、电绝缘、阻燃、耐高温，与玻璃、陶瓷、钢材铝、镍等金属的粘结性好;且在生产过程中不排放废气、无有害物质污染、无气味、安全性高，生产中的原材料易得，目前PPS在电子电器、航空航天、汽车运输等领域获得成功应用。