第一章 总论

第一节 化学纤维的发展概况

一、化学纤维的分类

纺织纤维可分为两大类：一类是天然纤维（属生物质原生纤维），指自然界存在和动植物生长过程中形成的纤维，如棉、麻、毛、丝及矿物纤维等；另一类是化学纤维（Chemical fibers，Manufactured fiber，Manmade fiber）是以天然或合成高分子化合物为原料经化学处理和机械加工制得的纤维。根据原料来源的不同，化学纤维又可分为生物质纤维和合成纤维。

1.生物质纤维

生物质是指利用大气、水、土壤等通过光合作用而产生的各种有机体，包括植物、动物和微生物等。生物质纤维是以生物质或其衍生物为原料制得的化学纤维的总称。除生物质原生纤维外，生物质纤维（Biofiber）还包括：生物质再生纤维和生物质合成纤维：（1）生物质再生纤维，指以生物质或其衍生物为原料制备的化学纤维，如再生纤维素及纤维素酯纤维（粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维等）、蛋白质纤维、海藻纤维、甲壳素纤维以及直接溶剂法纤维素纤维（如Lyocell莱赛尔纤维）等。（2）生物质合成纤维，指采用生物质材料并利用生物合成技术制备的化学纤维，如聚乳酸类纤维、聚丁二酸丁二醇酯纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维等。

2.合成纤维

以煤、石油、天然气等为原料，经反应制成合成高分子化合物（成纤高聚物），经化学处理和机械加工制得的纤维。

化学纤维的分类如下：

目前世界上生产的化学纤维品种很多，不下几十种，但得到重点发展的只有几大品种，如再生纤维中的粘胶纤维，合成纤维中的聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维以及聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯纤维、聚氨酯弹性纤维等。特种用途的纤维，如功能纤维、高性能纤维等，生产量虽然不大，但在越来越多的领域中发挥着重要作用。表1-1所示为化学纤维的主要品种。

表1-1 化学纤维的主要品种

续表

二、世界化学纤维工业的发展概况

早在17世纪就有人提出，人类可以模仿食桑蚕吐丝生产纺织纤维。经过二百多年的探索，1884年，法国人查尔德内特（H.B.Chardonnet）将硝酸纤维素溶解在乙醇或乙醚中制成黏稠液，再用细管冲到空气中凝固而形成细丝，制得最早的化学纤维——硝酸酯纤维，并于1891年在法国建厂进行工业生产。虽然因硝酸酯纤维易燃、生产中使用的溶剂易爆、纤维质量差而未能使之大量发展，但从此开始了化学纤维工业的历史。

1901年，人们采用纤维素的铜氨溶液为纺丝液，经化学处理和机械加工制得铜氨纤维并实现工业化生产。这种纤维手感柔软，富有光泽，可用于织造纺织品，但生产成本较高。1905年，采用二硫化碳与碱纤维素作用，得到溶解性纤维素黄原酸酯，再经纺丝及后加工制成粘胶纤维并实现工业化生产。由于粘胶纤维的原料来源丰富，辅助化工原料价廉，织物穿着性能优良，所以发展成生物质纤维中最主要的品种。继粘胶纤维之后，醋酯纤维、海藻纤维、甲壳素纤维和聚乳酸纤维以及蛋白质改性纤维等生物质纤维也相继实现了工业化生产。

此后，由于再生纤维原料受到自然条件的限制，人们试图以合成聚合物为原料，并试图制得性能更好的纤维。1935年，卡洛泽斯（Carothers）以己二胺、己二酸为原料合成聚酰胺66，再经熔融纺丝制成聚己二酰己二胺纤维，并在美国实现工业化生产。1941年，由德国人施莱克（Schlack）发明的聚己内酰胺纤维在德国实现了工业化生产。1946年，德国又开始了聚氯乙烯纤维的工业化生产。20世纪50年代初期，聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酯纤维等相继实现了工业化生产。1960年，聚烯烃纤维中的主要产品聚丙烯纤维在意大利实现了工业化生产。随后，因石油化学工业的迅猛发展促进了合成纤维工业的发展。世界合成纤维的产量于1962年超过了羊毛产量，1967年又超过了生物质纤维产量。2013年世界化纤总产量57615万吨，在全球纺织用纤维总量的8450万吨中占68%，化学纤维已成为主要纺织原料。我国和世界化学纤维的历年产量如表1-2所示。

表1-2 我国和世界化学纤维产量

随着科学技术的不断进步，人们开始利用化学改性和物理改性手段，通过分子设计，制成具有特定性能的第二代化学纤维，即“差别化纤维”。特别是进入20世纪70年代以后，随着化学纤维产量的迅速增长，市场竞争加剧，常规化学纤维的经济效益不断下降；同时人们对纺织纤维的需求范围越来越广，性能要求越来越高，特殊功能纤维的应用领域不断扩展，致使世界各大化学纤维制造厂商逐步开始注重差别化纤维的研究与开发，以使化学纤维的染色、光热稳定、抗静电、防污、阻燃、抗起球、蓬松手感和吸湿等性能都有较大改进。各种仿毛、仿丝、仿麻和仿棉的改性产品也在逐步开发，并投入生产。差别化纤维在化学纤维中的比例迅速增加，如日本差别化纤维的产量已占其全部合成纤维的50%以上。其中，原液着色、异形和复合纤维，在近年开发的高附加值织物中被大量采用。涤纶仿真丝产品由于外观、手感、悬垂性和穿着舒适性等大为改善，在国际市场上也受到青睐。

随着化学纤维应用领域的不断扩大，一些具有特殊性能的第三代化学纤维不断问世。例如，强度为19～22dN/tex、模量为460～850dN/tex的高强度、高模量纤维——聚对苯二甲酰对苯二胺纤维；在304℃下连续加热1000h强度仍保持64%、在火焰中难燃、具有自熄性的耐高温纤维——聚间苯二甲酰间苯二胺纤维；伸长率为500%～600%时，弹性回复率为97%～98%的弹性纤维——聚氨酯弹性纤维；在纤维中化学稳定性最优异的高温耐腐蚀纤维——聚四氟乙烯纤维；在175℃热空气中稳定、耐超高电压500kV以上的电绝缘纤维——聚2，6-二苯基对苯醚纤维；水溶温度为10～95℃、不同规格的水溶性纤维等。另外，还有在大分子中引入磺酸基、羧基和氨基等活性基团，使纤维具有离子交换、捕捉重金属离子功能的离子交换纤维；采用折射率不同的两种透明高分子材料，通过特殊复合技术制成的光导纤维；具有多微孔结构，表面有很强吸附特性的活性碳纤维；具有微孔结构，在压力差、浓度差或电位差的推动下，进行反渗透、超滤和透析用中空纤维膜等。

在化学纤维中，粘胶纤维是生物质纤维的主要产品，在20世纪70年代以前，曾是化学纤维的第一大品种。后来，随着合成纤维工业技术的高速发展，它不仅在化学纤维中的相对比例减少，而且绝对产量也有所下降。但是近两年来，由于市场需求量大，而且工业污染较小的新型“生物质纤维”的研制和投产不断取得成功，粘胶纤维的产量出现了新的增长势头。在合成纤维中，占主导地位的是聚酯纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯腈纤维等三大品种，尤其是作为后起之秀的聚酯纤维在化学纤维中居于遥遥领先的地位。聚丙烯纤维由于原料成本低，在纤维改性和应用研究方面不断取得进展，产量不断增加。

三、我国化学纤维工业的发展概况

我国的化学纤维工业是新中国成立后发展起来的，发展历程可以大致分为四个阶段。

第一阶段，即起步阶段（1956～1965年）。从粘胶纤维起步，引进东欧国家的技术和设备，同时通过消化和吸收建设了一批粘胶纤维生产厂，并为发展化学纤维工业打下了基础。20世纪60年代初，又从日本、英国分别引进了聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）和聚丙烯腈纤维（腈纶）的成套生产设备。

第二阶段，即奠基阶段（1966～1980年）。随着我国石油工业的发展，化学纤维原料开始转向石油化工路线。我国相继建成了一批维纶厂，特别是在上海、辽阳、天津和四川引进四套大型石油化纤联合企业的成套设备，相应配套发展了一批合成纤维纺丝厂，为我国化学纤维工业的更大发展奠定了基础。

第三阶段，即发展阶段（1981～1995年）。20世纪80年代，我国建设了特大型化纤企业——江苏仪征化纤；完成了上海石化公司的二期工程，并在广东新会、佛山和河南平顶山以及辽宁抚顺等地建成多个技术先进的涤纶、锦纶和腈纶厂；90年代又完成了仪征化纤三期工程和辽化二期工程。

第四阶段，即持续增长阶段（1996年至今）。自20世纪90年代中期以来，我国化学纤维产量持续大幅度增长，特别是近年来我国化纤发展更是突飞猛进，产量已占世界化学纤维产量的60%以上，远远高于其他主要化纤生产国，成为世界上化学纤维第一生产大国。我国化学纤维产量持续增长的主要原因是：第一，国内对衣着、装饰、产业用纺织品的消费增长推动了化纤工业的持续发展；第二，化纤下游纺织品及服装出口的不断扩大，为国内化纤工业的持续发展提供了有利的支撑；第三，国外投资的不断增加，先进技术的积极引进，大大提高了我国化纤产品的竞争力。

目前，我国化纤工业的生产规模和产品质量及生产成本具有越来越强的竞争能力，化纤的出口量已远大于进口量，在世界化纤工业领域中的地位越来越重要。

为适应我国纺织工业发展的需要，在化纤工业迅速发展的同时，我国也十分重视差别化纤维的研究与开发，化纤新品种不断出现。例如，有色纤维、网络丝、低线密度丝、高强低伸缝纫线等；还有高收缩纤维、异形纤维、涤纶阳离子可染改性纤维、三维立体卷曲涤纶、空气变形丝、远红外纤维、中空仿羽绒纤维、超细纤维、抗静电纤维等；以及高强高模维纶、高吸水涤纶、PBT弹性聚酯纤维、PTT新型聚酯纤维、阻燃纤维、复合腈纶、导电纤维、水溶性纤维、低熔点纤维、抗起毛起球纤维、莱赛尔（Lyocell）纤维、大豆蛋白改性纤维、甲壳素纤维等。总之，今后我国化纤工业将不断由产量快速增长向高技术、高质量和多品种方向转化，进一步提高集约化程度，迈向国际先进水平。