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化学纤维纺丝

2019-09-07 19:45 来源: 震仪

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  成纤聚合物在溶剂中溶解成溶液,或将成纤聚合物切片在螺杆挤出机中加热熔融成熔体,经纺前准备工序后入纺丝机,用纺丝泵(计量泵)将纺丝溶液或熔体定量、连续、均匀地从喷丝头的细孔压出,这种细流在水、凝固液或空气中固化,生成初生纤维,此过程即纤维成形。在纺丝过程中,成纤聚合物要发生几何形态和物理形态的变化,如聚合物的溶解或熔化,纺丝流体的流动和形变,丝条固化过程中的胶凝、结晶、二次转变和拉伸流动中的大分子取向,以及过程中的扩散、传热和传质等。纺制人造纤维(粘胶纤维、铜氨纤维)时,还发生化学结构的变化。这些变化彼此影响,故改变纺丝条件,可在一定范围内改变所得纤维的物理机械性能。

  有熔体纺丝和溶液纺丝两类。通常在熔融状态下不发生显著分解的成纤聚合物采用熔体纺丝,例如聚酯纤维、聚酰胺纤维等。熔体纺丝过程简单,纺丝速度高。溶液纺丝法适用于熔融时要分解的成纤聚合物,将成纤聚合物溶解在溶剂中制得粘稠的纺丝液,然后进行纺丝。按从喷丝孔挤出的纺丝液细流的凝固方式,溶液纺丝又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。溶液纺丝纺速较低,尤其是湿法纺丝。为提高纺丝能力,需采用孔数很多的喷丝头。干法纺丝的纺速高于湿法纺丝,但远低于熔体纺丝。

  在工业上应用的新型纺丝方法,主要有干喷湿纺法、乳液或悬浮液纺丝法、膜裂纺丝法。

  又称干湿法纺丝,是干法与湿法相结合,将纺丝液从喷丝头压出,先经过一段空间,然后进入凝固浴槽,从凝固浴槽导出初生纤维。 与一般湿法纺丝比较,干喷湿纺法的纺丝速度要高若干倍,还可采用孔径较大(0.5~0.3mm)的喷丝头,同时采用浓度较高、粘度较大的纺丝溶液,显著提高了纺丝机的生产能力。这种纺丝方法已在聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维等生产中得到应用。

  又称载体纺丝法,是将聚合物分散于某种可纺性较好的物质(作载体)中呈乳液状态,然后按载体常用的方法纺丝。载体常用粘胶或聚乙烯醇水溶液,所以乳液纺丝工艺类似于湿法纺丝。得到的初生纤维经拉伸后在高温下烧结,载体炭化,聚合物颗粒在接近粘流温度下被粘连形成纤维。适宜于乳液纺丝的成纤聚合物应具有高于分解温度的熔点,没有合适的溶剂使其溶解或塑化,因而无法制成熔体和纺丝溶液。该法在聚四氟乙烯纤维等的生产中已得到应用。

  是将聚合物先制成薄膜,然后经机械加工方式制得纤维。根据机械加工方式不同,所得纤维又分为割裂纤维和撕裂纤维两种。割裂纤维又称为扁丝,其加工方式是将薄膜切割成一定宽度的条带,再拉伸数倍,并卷绕在筒子上得到成品。撕裂纤维的加工方式是将薄膜沿纵向高度拉伸,使大分子沿轴向充分取向,同时产生结晶,再用化学和物理方法使结构松弛,并以机械作用撕裂成丝状,然后加捻和卷曲获得成品。前者纤维较粗,用于代替麻类作包装材料。后者纤维稍细,用于制作地毯和绳索。应用于聚丙烯纤维等生产。 此外,为纺制具有特殊性能纤维的需要,还发展了,若,干其他纺丝方法,例如:冻胶纺丝法(将浓聚合物溶液或塑化的冻胶从喷丝头细孔挤出到某气体介质中,细流冷却,伴随溶剂挥发,聚合物固化得到纤维,又称半熔体纺丝);相分离纺丝法(以聚合物溶液作为纺丝原液,通过改变温度使纺丝液细流固化);闪蒸纺丝法(聚合物在高温高压下溶解于特殊溶剂中,原液细流出喷丝头时溶剂闪蒸而形成纤维);喷雾凝固纺丝法(纺丝溶液被压入封闭室内,受喷入室内的雾状凝固剂作用形成纤维);静电纺丝法(聚合物熔体或其在挥发性溶剂中的溶液在静电场中形成纤维);液晶纺丝法(用处于液晶状态的溶液纺丝),等等。

  在纺丝工序得到的未经拉伸的丝条,统称初生纤维。其结构尚不完善和稳定,物理-机械性能也差,尚不宜于纺织加工。因此,必须经过后处理工序,其流程随纤维品种和类型(长丝、短纤维等)而异。拉伸和热定形直接影响成品纤维结构和性能,是后处理各种流程中不可缺少的主要工序。用湿法纺丝得到的纤维还要经过水洗,以除去附着的凝固浴液和溶剂;生产短纤维时需要进行卷曲和切断;生产长纤维则需要进行加捻、络筒等。这些工序对纤维超分子结构的改变不大,因而对性能的影响较小。为赋予纤维以某些特殊的性能,如抗皱、耐热水、蓬松、回弹等性能,还需在后处理过程中进行一些特殊加工。

  又称纤维二次成形。后处理过程中最重要的工序。纺丝后得到的卷绕丝或经集束后的大股丝束在拉伸机上进行拉伸,使大分子沿纤维轴向取向排列,同时发生结晶,以进一步提高初生纤维的结晶度,或改变晶型结构,形成一定的超分子结构,从而显著提高纤维强度。

  生产短纤维时,拉伸在几台速度不同的拉伸机之间进行。随纤维品种不同,拉伸方式有:一道拉伸和多道拉伸、冷拉伸和热拉伸、湿热拉伸和干热拉伸等。拉伸介质可用空气、蒸汽、水浴、油浴或其他浴液。拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度和多级拉伸配比等工艺条件对所得纤维的结构和性能有很大影响,常需正确选择。另外,为了得到纤度和其他物理-机械性能均匀的纤维,拉伸点(丝条上细颈开始出现的位置)必须固定。否则会形成拉伸不足或未拉伸纤维,所得纤维粗细不一,染色不匀。

  生产长丝时,卷绕丝经存放平衡后,在拉伸-加捻机上进行拉伸。根据不同品种的要求,拉伸-加捻机有单区拉伸和双区拉伸两类。如生产涤纶、高强力锦纶,采用双区拉伸(图1),头道拉伸发生在喂入辊与上拉伸盘之间,称为常温拉伸;二道拉伸则发生在上下拉伸盘之间,称为热拉伸。上拉伸盘也称热盘,上下拉伸盘之间有加热板或缝式加热器,拉伸后丝条穿过导丝钩、钢领圈而卷绕于插在钢领板的双锥筒子上。

  是合成纤维生产中特有的工序。热定形的目的:一是提高纤维的形状稳定性(用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量);二是进一步改善纤维的物理-机械性能,以及固定卷曲度(对短纤维)或捻度(对长丝);三是改善纤维的染色性能。在某些情况下,通过热定形可使纤维发生热交联(如聚乙烯醇缩甲醛纤维),或借以制取高收缩性和高蓬松性的纤维,赋予纤维及其纺织制品以波纹、褶襞或高回弹性等效果。 热定形可在张力或无张力下进行。前者称紧张热定形(包括定张力热定形和定长热定形);后者称松弛热定形。两者的工艺条件以及所得纤维的结构、性能均不同。

  此外,合成纤维长丝(特别是聚酯纤维和聚酰胺纤维)可用于制造弹力丝(见化学纤维)。弹力丝的加工方法很多,有假捻法、填塞箱法、赋形法、空气喷射法等,其中假捻法应用最广泛,它可一次完成丝条的加捻、定形和退捻(图2)。此法工艺简单,所得丝条具有三维的螺旋形卷曲,质量好。

  有一种新的纺丝- 后处理加工方法,是纺丝直接成条法。该法将纺丝、拉伸和热定形后的丝束,经过直接成条机(牵切机)做成条子,(可省去常规纺织加工的梳理、并条和精梳工序),然后与羊毛等天然纤维或其他化学纤维混纺成纱,适用于聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇缩甲醛纤维等合成纤维品种。

  化学纤维后加工是指对化学纤维纺丝成形后的初生纤维进行一系列后处理加工,使其适应纺织加工和使用的要求。如果经过一系列的后处理加工,就有可能使最终的成品纤维的结构和性能得到完善和提高;反过来,比较完善的初生态纤维如采取的后处理工艺不合理,最终成品的质量也会大大降低。

  张明成, 陈立军, 姜军,等. 一种喷雾加湿器及化学纤维纺丝机:, CN204874860U[P]. 2015.

  А.Б.帕克什维尔. 化学纤维性能和加工特点[M]. 纺织工业出版社, 1981.

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