合成纤维的纺丝

合成纤维的纺丝第一节:合成纤维的熔融纺丝第二节:合成纤维的溶液纺丝第三节:合成纤维的冻胶纺丝主要内容第一节合成纤维的熔融纺丝•一、概述•合成纤维的纺丝是将聚合物制成具有纤维基本结构及其综合性能的纺织纤维的过程。•合成纤维的纺丝方法主要有三种：•1、熔融纺丝：将聚合物加热熔融成熔体经加压通过喷丝头喷射细流冷凝成丝。•2、干法纺丝：将聚合物配制成溶液，经加压通过喷丝头喷射细流蒸发溶剂成丝。•3、湿法纺丝：将聚合物配制成溶液，经加压通过喷丝头喷射细流经凝固池双向扩散而凝固成丝。•干法和湿法因都用溶剂溶解聚合物故都称为溶液纺丝。P261~269;P359~365二、熔融纺丝•纤维一般分为短纤维、长纤维和中长纤维。它们的生产工艺基本相同。一般都用熔融法生产。•熔融纺丝有两种工艺方法：•1、熔体直接纺丝：•聚合后的聚合物熔体直接纺丝。此法省去了熔融过程，工艺过程及设备简单，生产周期短、生产效率高、成本低。但此法由于高温熔融态下的停留时间长，特别对于热稳定性差的聚合物容易分解，影响质量，所以目前只限于涤纶、绵纶的生产。•2、间接纺丝：•先将聚合物加工成小颗粒切片，然后熔融纺丝。故又称切片熔融纺丝。该法根据所用设备的不同，又分两种：•（1）熔融炉栅纺丝•将切片加入密闭的熔融炉栅内（用氮气或二氧化碳保护）利用联苯-联醚蒸汽加热炉栅使切片熔融，用压力泵将熔体送至计量泵压入喷丝头喷出，在空气中冷却成纤维。•此法也因生产能力小，且高温停留时间也较长，树脂易分解，又不适合高粘度树脂。所以此用得较少。•（2）螺杆挤出纺丝•先将树脂切片用挤出机熔融挤出，熔体用经计量泵压入喷丝头喷出细丝经空气冷却而成纤维。•此法的优点：设备简单、可分段加热、时间短、不易分解、生产效率高，适于任何粘度的树脂。•目前国内大都采用此法。三、螺杆挤出纺丝设备1、螺杆挤出机与塑料螺杆挤出机基本相同。一般采用渐变式螺杆。2、纺丝组件即喷丝头，结构见P264图7-583、纺丝泵用来将熔体输送至喷丝头。一般用两个齿轮泵。一个压力泵，一个计量泵。4、纺丝吹风窗及纺丝冷却套筒用来定量、定向、稳定输送冷却风（空气），并不受外界气流影响。5、后加工装置后加工装置包括：卷绕装置、加热拉伸装置、给油给湿装置、干燥定型装置、切断装置、开松收集装置等四、螺杆挤出纺丝工艺树脂切片集束卷曲二级拉伸拉伸预热拉伸上油加热卷绕挤出纺丝真空干燥成品打包气流开松干燥定型切断螺杆挤出纺丝工艺过程用方框图表示如下：挤出纺丝1、熔融挤出：树脂切片干燥后由料斗加入，进入螺杆挤出机熔融挤出。2、喷丝：挤出的熔体进入导管用压力泵加压后经计量泵送入喷丝头（导管、压力泵、计量泵、喷丝头都封闭在联苯加热装置的箱体内，以保证熔体在输送过程中的流动温度）喷出细丝。3、冷却成型：喷出的细丝进入恒温的吹风窗经冷却套筒冷却成纤维。4、卷绕：纤维经上油加湿卷绕成筒或盛丝桶中，供后加工用5、集束：将丝筒或丝桶中的纤维丝排列在集束架上合并成大股丝束然后进行拉伸6、拉伸：拉伸目的是提高纤维强度、减小伸长率、使细度符合要求。拉伸操作是使纤维绕经前后两组辊筒，后辊筒的线速度大于前辊筒，利用前后两组辊筒的速度差使纤维受到拉力而伸长。拉伸倍数4~5倍或更高，视具体材质和要求而定。通常采用三台五辊拉伸机以不同的转速进行两次拉伸。拉伸是用热拉，故拉伸前要加热到拉伸温度。拉伸时还要上油，以减少纤维与纤维、纤维与设备间的磨擦、消除静电、使纤维平滑柔软，便于加工。7、卷曲：赋予纤维类似天然纤维那样的表面卷曲，增加合成纤维与其它纤维的抱合力、改善手感、增加弹性。卷曲采用热空气、热水、蒸汽、化学药品和机械力等方法8、热定型：消除内应力提高尺寸稳定性。可用张紧热定型和松驰热定型。热定型在热风箱、水浴或油浴中进行。温度在热变形温度以下。涤纶通常在120~130℃，时间15~20分钟。9、切断：将纤维切成规定长度。长纤维与短纤维加工工序大致相同，后加工有所不同长纤维的后加工包括：初稔、拉伸-加稔、复稔、热定型、络丝、分级、包装等工序。五、螺杆挤出纺丝工艺条件的选择1、原料切片质量要好特性粘度值要求在0.63~0.68,波动值要小于0.01;含水量水率要低于0.005%(特别是高速纺丝)2、熔体温度熔体温度应控制在粘流转变温度以上，分解温度以下3、冷却温度（速度）30℃＜TC＜40℃4、喷丝速度和卷绕速度喷丝速度宜高有利卷绕速度要远大于喷丝速度，形成拉伸。5、给湿及油剂处理在喷丝后的卷绕及拉伸过程中都必须加湿和上油。减少磨擦、消除静电、防粘附、使纤维平滑柔软，便于加工。油剂是用油脂与表面活性剂配制而成。6、拉伸温度与拉伸倍数拉伸温度应控制在聚合物的软化点以上熔点以下。拉伸倍数要高，所以要多次拉伸，一般为4~6倍。高的可达10倍以上，根据材料而定。7、热定型温度与时间热定型温度应在软化点以下进行，时间根据材料性质和温度高低有不同，涤纶在120~130℃，时间15~20分钟。第二节合成纤维的溶液纺丝•某些聚合物(如PAN聚丙烯腈)在加热条件下既不软化也不熔融，只是在280~300℃时才进行分解。所以不能用熔融法（干法）来纺丝，只能溶液法（湿法）纺丝。•一、腈纶短纤维的纺丝工艺•1、溶液配制选用能完全溶解PAN的溶剂，常见的有二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸乙烯酯等，也可用无机溶剂如硫氰酸钠、硝酸等。在溶解釜中加入溶剂和树脂，在一定工艺条件下进行溶解得到PAN溶液，然后经过脱单体、混合、脱泡、过滤得到纺丝溶液。P385~3932、喷丝将PAN纺丝液用计量泵定量压经过滤器入喷丝头喷出成细流3、纤维成型经喷丝口出来的细流进入凝固浴后，细流中的溶剂不断向凝固浴中扩散，使纺丝细流中的溶剂逐步失去溶解能力而使细流逐步从液态变成固态纤维。成型后的纤维经水洗和干燥后进入后加工工序。后加工工序与挤出纺丝基本相同，不再讲述。二、影响溶液纺丝的因素1、纺丝溶液（1）纺丝液的粘度是影响可纺性的主要因素。纺丝液的粘度由原料的相对分子质量和溶液的浓度决定。一般PAN的相对分子质量在6~8万，溶液浓度在12.2%~13.5%(2)纺丝溶液的均匀性溶液不均匀容易引起喷丝头堵塞和断丝影响可纺性.(3)脱泡程度脱泡不净,容易引起单丝断裂和毛丝2、凝固液的浓度凝固浴中凝固液的浓度影响凝固速度和纤维质量.凝固液的浓度对于于NaSCN浓度在10~12%为宜3、凝固液的温度通溃控制在10~12℃为宜。过高反应剧烈，会造成纤维结构疏松、强度下降等，温度太低，反应过慢，效率低，且易产生并丝和断头。4、凝固浴的浸长以1米左右为宜。太短，凝固不充分，易毛丝；太长凝固过头，对拉伸不利。5、纺丝速度使纤维丝条在浴中处于松驰状前进。不能有拉伸且拉伸为负值。6、纤维的拉伸分两次拉伸，第一次在3%~4%NaSCN预热浴中进行，浴温50~55℃，拉伸倍数2.5~3.5；第二次拉伸在蒸汽拉伸器中拉伸，蒸汽压力0.2MPa，拉伸倍数4.5~6.5。总拉伸倍数7~10。7、纤维的后处理用水洗除去拉伸后还残存在丝中的溶剂。残存量应控制在0.1%以下。水洗温度宜40~45℃。水洗后再上油处理，而后进行干燥，干燥后再热定型、卷曲处理，最后切断、打包。三、溶液干法纺丝P389•干法纺丝主要用来制造长纤维。•溶液干法纺丝是将高聚物配制成溶液，然后在空气中（或惰性气体中）蒸发去除溶剂而成丝。•纺丝溶液的制备与湿法相同，但浓度比湿法要高，湿纺一般为15~20%，而干纺为26~30%；同时要用相对分子质量较低的聚合物。•干法纺丝工艺流程P390图11-13•用方框图表示如下：原料准备水洗热拉伸上油加稔喷丝蒸发加压计量过滤溶液配制卷绕热定型第三节合成纤维的冻胶纺丝冻胶纺丝是先制备2%~15%(质量分数)浓度的高聚物溶液，然后将该溶液经喷丝头挤入温度不高于室温的气体或液体介质中冷却，生成冻胶状初生纤维；初生纤维先经萃取再进行高倍热拉伸，或者不经萃取而直接进行高倍拉伸，最终得到含有伸直链晶体结构的超高强纤维。溶液制备与湿法干纺基本相同，不同的是要用超高分子量的聚合物，溶液浓度较低（2~15%）溶剂的作用是为减少大分子链之间的缠结作用，所以浓度不宜太高。冻胶纺丝工艺也与干湿法纺丝基本相同，不同的是挤出的丝条在冷却介质中只发生热量交换，而不象湿纺时那样发生质量交换；纤维中的溶剂主要是通过萃取和热拉伸过程除去而不是在纺丝过程中除去。拉伸过程的拉伸倍数远高于前两种方法，至少10倍以上，最大可达30倍以上。冻胶纺丝工艺参见P392图11-16简介，自学为主作业