应用化学专业论文
大学生结课论文
题目： | 生活中的高分子材料——纤维 |
姓 名： 赵婉彤
学 号： 41319006
院 系： 理学与化学工程学院
专 业： 应用化学
指导教师： 舒士倡
二〇二二 年 六 月
生活中的高分子材料——纤维
摘要
文章简要介绍了高分子材料——纤维的定义、分类，几种性能优异蛋白质纤维、碳纤维、新型纺织纤维。具体阐述了羊绒蛋白纤维、牛奶蛋白纤维、蚕蛹蛋白纤维、柔丝蛋白纤维的应用，碳纤维在体育方面的应用以及新型纺织用纤维的应用。
关键词：纤维；蛋白质纤维；碳纤维；新型纺织纤维
Abstract
This paper briefly introduces the definition and classification of polymer materia fiber, some excellent protein fiber, carbon fiber and new textile fiber. The application of cashmere protein fiber, milk protein fiber, silkworm chrysalis protein fiber, silk protein fiber, the application of carbon fiber in sports and the application of new textile fiber are described in detail.
Key words：fiber;protein fiber;carbon fiber;new textile fiber
目录
I |
AbstractII |
第1章 概述
1.1 定义
纤维：是指由连续或不连续的细丝组成的物质。在动植物体内，纤维在维系组织方面起到重要作用。纤维用途广泛，可织成细线、线头和麻绳，造纸或织毡时还可以织成纤维层；同时也常用来制造其他物料，及与其他物料共同组成复合材料。
1.2 分类
1.2.1 天然纤维和化学纤维
天然纤维是自然界存在的，可以直接取得纤维，根据其来源分成植物纤维、动物纤维和矿物纤维三类。
植物纤维：由植物的种籽、果实、茎、叶等处得到的纤维，从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得到的纤维如剑麻、蕉麻等。植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤维。植物纤维包括：种子纤维、韧皮纤维、叶纤维、果实纤维。
动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。可从动物毛发、动物腺分泌物得到。其主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。动物纤维包括：毛发纤维和腺体纤维。毛发纤维是指动物毛囊生长具有多细胞结构由角蛋白组成的纤维。如：绵羊毛、山羊绒等。丝纤维是指由一些昆虫丝腺所分泌的，特别是由鳞翅目幼虫所分泌的物质形成的纤维，此外还有由一些软体动物的分泌物形成的纤维。如：蚕丝。
矿物纤维：是从纤维状结构的矿物岩石中获得的纤维，主要组成物质为各种氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化镁等，其主要来源为各类石棉，如温石棉，青石棉等。
图1.1：动物纤维、植物纤维、矿物纤维
化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。可分为人造纤维（再生纤维），合成纤维和无机纤维。
人造纤维也称再生纤维，是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。
合成纤维的化学组成和天然纤维完全不同，是从一些本身并不含有纤维素或蛋白质的物质如石油、煤、天然气、石灰石或农副产品，先合成单位，再用化学合成与机械加工的方法制成纤维。如聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇纤维（维纶）等。
无机纤维是以天然无机物或含碳高聚物纤维为原料，经人工抽丝或直接碳化制成。包括玻璃纤维，金属纤维和碳纤维。
图1.2：人造棉（人造纤维）、涤纶（合成纤维）、玻璃纤维（无机纤维）
1.2.2其他分类
按长度与细度有棉型（38~51mm）、毛型（64~114mm）、丝型（长丝）、中长型（51~76mm）、超细型（＜0.9dtex）之分。
按截面形态有普通圆形、中空和异形纤维以及环状或皮芯纤维。
按卷曲有高卷曲、低卷曲、异卷曲、无卷曲之分。
差别化纤维；高性能纤维；功能或智能纤维。
按加工方式对天然纤维有不同初加工和改性的纤维。
按纺织方式有高速纺丝、牵伸丝（DTY）、预或全取向丝（POY或FDY）、变形丝（DTY）等。
按资源储备状态可分为大种纤维和特种纤维。
第2章 常见纤维材料的应用
2.1 蛋白质纤维在纺织中的应用
2.1.1 羊绒蛋白纤维的应用
羊绒纤维具有卷曲少、纤维之间抱合力差的缺点，因此须与大豆蛋白纤维进行混纺才能更好地被应用。同时，也可与棉花、羊毛、大麻、涤纶等进行混纺，制成不同规格的纱线，是制作T恤、内衣、家纺用品、袜品、无纺布及高档服装面料的最佳选择。用大豆蛋白纤维和羊绒纤维混纺而成的针织内衣具有轻盈、柔软、滑腻、保暖等性能，还可以降低产品的成本。用羊绒蛋白纤维制成的织物，具有视觉尊贵高雅、触觉柔美滑糯、抗菌、健康舒适等特点。
图2.1：羊绒蛋白纤维及制品
2.1.2 牛奶蛋白纤维的应用
牛奶蛋白纤维具有丝般的光泽，能给人一种洒脱的感觉。可以纯纺，也可以和羊绒、棉、毛、麻等纤维进行混纺，以牛奶蛋白纤维与其他纤维混纺的面料，质地细密轻盈，透气爽滑。牛奶纤维织物可用于制作高档内衣、家居服饰、家纺床上用品等，具有天然抑菌功能，而且具有很好的耐磨性和抗起球性。制成的内衣严冬时温暖如春，酷夏时则能感受到丝丝凉意。此外，牛奶纤维还含有多种氨基酸，具有一定的护肤效果。
图2.2：牛奶蛋白纤维及制品
2.1.3 柔丝蛋白纤维的应用
柔丝蛋白纤维作为一种绿色功能性纤维，服用性能良好，具有防紫外线、发射远红外线、散发负离子等功能。柔丝蛋白纤维可以与不同的纤维混纺，如棉花、涤纶，织成的面料十分透气、细腻光滑，可开发出中高端的面料。并且具有护肤功能，满足消费者对保健功能的需求。
图2.3：柔丝蛋白纤维及制品
2.1.4 蚕蛹蛋白纤维的应用
蚕蛹蛋白对细菌、病毒具有良好的杀伤作用，因此在生物医疗方面有很广泛的应用。蚕蛹蛋白纤维可以与天然纤维混合制作高档服装面料、功能性面料。蚕蛹蛋白纤维不但有蚕丝般的触感，而且具有良好的物理机械性能，还具有色泽亮丽、光泽柔和、吸湿透气、回弹性好等优点。用蚕蛹蛋白纤维制成的织物，克服了真丝织物娇嫩、色牢度差、易缩、易皱、易泛黄等缺陷。其与天丝的混纺纱有良好的强伸性，能满足针织用纱需求。
图2.4：蚕蛹蛋白纤维
2.2碳纤维复合材料在体育中的应用
碳纤维是一种富含很多碳元素的新型无机高分子材料，其最主要的特性是“外柔内刚”，虽然质量很轻，但却强度较髙。由碳纤维衍生而出的产品主要有以下四种类型：第一种是布料，它是以碳纤维为主要材料制作而成的织品；第二种是切短纤维，主要是指俗称的短丝；第三种是纤维；第四种是预浸料坯，该材料主要是指将碳纤维按照统一方向进行排列，进而在树脂的作用下转变为片状的材料。
碳纤维最初是为应对我国航空航天科学技术的发展需求而产生并不断发展，随后逐渐广泛应用于化学、机械、医疗及纺织等各个领域。根据相关的数据统计分析可知，世界上有近一半的碳纤维用来制作体育器材，比如乒乓球拍、网球拍、钓鱼竿、跳高撑杆、羽毛球拍、游艇结构等。
碳纤维复合材料应用于体育器材中的优势显著：一是该材料的质量比较轻，这对运动员减轻外部重量、发挥自身优势具有很大优势；二是疲劳强度较大，此特性对维持体育器材的稳定结构、保留其强度并延长器材寿命具有一定优势；三是设计空间较大，将复合材料应用于体育器材的设计中，设计者可根据运动员的身体特点和运动规律等不同情况进行设计，从而有效发挥体育运动器材的效果；四是热膨胀的系数几乎为零，也就是其变形量较小。
2.2.1 碳纤维在撑杆中的应用
早期的撑杆制作材料主要是木材，木材这一材质重量较重、质地结实且缺乏弹性，对体育运动员发挥自身动能造成一定的阻碍；随着碳纤维材料的诞生逐渐应用于撑杆的制作中可有效预防撑杆断裂、保证撑杆强度，同时也能使运动员灵活运用身体部位最大程度地发挥撑杆弹性，释放自身势能而飞跃横杆。
2.2.2 碳纤维在网球拍中的应用
最初网球拍的木材材质主要来源于枫树和桃树等，由于这些树木的生长周期较长，导致球拍制作原料十分缺乏；此后钢材、铝等金属铸件应用于球拍的制作中，但利用这些金属材料制作的球拍减震效果较差、对运动员的身体友好度也很低；使用碳纤维复合材料可以使得网球拍的重量轻、比模和比强较大，可保证运动员击球时球拍不变形、增强网线拉力并提升舒适感。
2.2.3 碳纤维在弓箭中的应用
碳纤维复合材料在弓箭中的应用可有效提升弓箭性能和弓箭比弹性。利用此碳纤维复合材料制成的弓箭，其弓臂的弯曲弹度较好，可有效提升弓箭的最远射程和初速度，同时增强弓箭的使用寿命。
2.2.4 碳纤维在高尔夫球杆中的应用
最初的高尔夫球杆主要利用柿木材料进行制作，与此相比，碳纤维复合材料在其中的应用对提升高尔夫球的初始速度具有较强优势，利用此材料制作的中空棒头更是质量稳定，进而使高尔夫球拍也具备了弹性好、密度轻且冲击耐力好的综合特性。
2.2.5 碳纤维在滑雪板中的应用
滑雪板材料的制作经历了木质材料、金属材料及纤维材料等多个阶段。木质材料的滑雪板抗变形能较差、金属材料的制作成本较高，碳纤维材料应用于其中的主要优势是质地轻、抗震效果好、耐疲劳型好等。
2.2.6 碳纤维在自行车中的应用
传统的钢、铝、钛等材料在自行车的制作中由于输出力太小而逐渐退出。而碳纤维复合材料在车轮、车轴及座驾等各个部位的使用，可以增强自行车的减震性能、提升美观度及增强刚性具有重要优势。
第3章 新型纺织用纤维的应用
3.1 新型合成纤维
3.1.1 蜂窝状竹炭纤维该种纤维材料把涤纶作为基本生产材料，同进行纺丝时添加粉末状竹炭物质颗粒，采用特制形状的纺丝装置形成喷丝。利用高温及惰性阻隔技术工艺，对竹炭进行加工时把温度控制在1800摄氏度。处过该种技术工艺处理之后的竹炭结晶度呈现出蜂窝形状，并具备更好的质量，具有防静电、防霉、生成负离子等多种性能。蜂窝状竹炭纤维具有很好的活化人体细胞等多种保健性能。因为纤维表面具备蜂窝微孔的结构方式，具备更好的吸附能力，可以对人体产生的气味、甲醛等有着很好的吸收和消臭能力。蜂窝竹炭纤维和色棉等加工成的产品用于内衣、床上用品、孕妇服装等多个领域。
图3.1：蜂窝状竹炭纤维
3.1.2 porel纤维（高亲水隔热聚酯短纤维）
porel纤维是改性聚酯纤维，可以让纤维集合体呈现出蓬松形式，具备很好的保暖性能，同时形成的服装面料更加的轻薄，提升了人体的舒适感。除此之外，该种纤维在大分子键内加入了柔性分子基团，让手感更加的柔软，还可以抵抗面料的起球现象。porel纤维还加入了亲水分子基团，可以自动调整面料的亲水情况，提升纤维具备的导湿性能，可以把人体皮肤中的水分较快的排走，使人体的体温产生调节，人体舒适程度明鲜提高。用该纤维材料和粘胶纤维做成的服装，可以具备很好的保暖功能。
图3.2：porel纤维
3.1.3咖啡炭纤维
该种材料是我国台湾一家公司研发的，把咖啡渣材料经过火炼以后形成晶体，再通过研磨处理形成纳米粉末，填加到涂纶材料当中生成咖啡炭纤维。具有很好的抵抗紫外线、抑止细菌和除臭的性能。江苏一家企业利用该纤维材料和粘胶纤维进行混纺，制作而成具备防紫外线、抑止细菌的纱线，广泛应用于制作T恤、袜子等行业。该种纤维材料具备的多孔可以让身体表面水分得到控制，起到抑制细菌的效果，还以释放出有益于健康的负离子，可以起到与公园散步的同样效果，由于该种纤维自身就是灰颜色，所以不再需要进行染色处理。
图3.3：咖啡炭纤维
3.2 新型人造纤维
3.2.1 白竹炭改性粘胶纤维
白竹炭改性粘胶纤维是把竹炭微粉表面利用特殊的加工技术工艺处理之后，均匀添加到粘胶纺丝溶液内，形成改性的粘胶纤维物质，具备的性能与黑竹炭纤维比较类似，具有很好的除臭、调湿性能，还可以产生负离子和红外线，染色处理比较容易，从而有效的解决了黑竹炭粘胶纤维难以进行有效染色的问题。白竹炭微粒在纤维材料的里面以及表面呈均匀分布状态，可以很好的吸收湿气。该种纤维材料和棉进行混纺，加工制成纱线和面料，已经用于运动类服装、防护用品等。因为此种纤维要比棉纤维长度要好，表面比较光洁，具备的抱合力不强。
图3.4：白竹炭改性粘胶纤维
3.2.2 柔丝蛋白纤维
柔丝蛋白纤维是可以进行降解处理的环保类型纤维材料，其具备很好的光泽，吸湿性能良好，染色效果明显等特点。除此之外，可以有效的抵抗紫外线照射，释放出负氧离子，可以替代羊绒，提高羊纺织品的价格低廉的材料。
图3.5：柔丝蛋白纤维
3.2.3 Taly纤维（新型木浆纤维）
该种纤维材料是由美国公司采用白松木浆作为生产原材料，加工而成的新型可以再生的纤维素材料，可以很好吸收湿气，染色性能比较好，手感轻柔滑爽，穿着起来比较凉爽和舒适。该种纤维材料还具备不沾油污的性能，只需要在清水中轻洗30-40秒，就可以很好的清除掉存在于材料表面的油渍。特别难洗的衣物也可以节省洗涤产品60-80%的使用量。利用该种材料进行生产出的纱线和织物可以广泛应用于多种领域，山东一家企业采种该材料研发出自动去污面料，得到了很多用户的喜爱。
图3.5：Taly纤维（新型木浆纤维）
