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化学纤维制造学

2019-08-21 08:25 来源: 震仪

  化学纤维制造学一、分类 化学纤维可分为长丝和短纤维 (一)长丝 在化学纤维制造过程中,纺丝流体(熔体或 溶液)经纺丝成形和后加工工序后,得到的长度 以千米计的纤维称为长丝。 长丝包括单丝、复丝和帘线丝。 (二)短纤维 化学纤维的产品被切成几厘米至十几厘米的长 度,这种长度的纤维称为短纤维。 根据切断长度的不同.短纤维可分为棉型、毛 型、中长型短纤维。 棉型短纤维:长度为33~38mm,线dtex, 纤维较细,类似棉花。主要用于与棉混纺,例如用棉型聚酯短 纤维(涤纶)与棉混纺,得到的织物称“涤棉”织物。纯纺 毛型短纤维:毛型短纤维有两种:用于粗梳毛纺的毛型化 纤,长度在64~76mm,线dtex;用于精梳毛纺 的毛型化纤,长度为76~114mm,线dtex。毛型 化纤适于在毛纺设备上加工,与羊毛混纺或纯纺织制毛型织物, 类似羊毛。主要用于与羊毛混纺,例如用涤纶毛型短纤维与羊 毛混纺,得到的织物称“毛涤”织物。 中长纤维:纤维的长度一般为51~76mm,线dtex,介于棉型和毛型之间。主要用于织造中长纤维织物。 二、化学纤维的生产方法概述 化学纤维的品种繁多,原料及生产方法各异, 其生产过程可概括为以下四个工序。 (1)原料制备:高分子化合物的合成(聚合)或天然 高分子化合物的化学处理和机械加工; (2)纺前准备:纺丝熔体或纺丝溶液的制备; (3)纺丝:纤维的成形; (4)后加工:纤维的后处理。 成纤高聚物的基本性质 用于化学纤维生产的高分子化合物,称为成纤高 聚物或成纤聚合物。成纤高聚物有两大类,一类为 天然高分子化合物,用于生产再生纤维;另一类为 合成高分子化合物,用于生产合成纤维。 作为化学纤维生产的原料,成纤高聚物的性质不 仅在一定程度上决定了纤维的性质,而且对纺丝、 后加工工艺也有重大影响。 对成纤高聚物一般要求如下: (1)成纤高聚物大分子必须是线型的、能伸直 的分子,支链尽可能少、没有庞大侧基; (2)高聚物分子之间有适当的相互作用力、 或具有一定规律性的化学结构和空间结构; (3)高聚物应具有适当高的分子量和较窄的 分子量分布; (4)高聚物应具有一定的热稳定性,其熔点 或软化点应比允许使用温度高得多。 化学纤维的成形普遍采用高聚物的熔体或浓溶液 进行纺丝, 前者称为熔体纺丝,后者称为溶液纺丝。 由于聚合方法和聚合物的性质不同,合成的高 聚物可能是熔体状态或溶液状态。将高聚物熔体 直接送去纺丝,这种方法称为直接纺丝; 也可将聚合得到的高聚物熔体经铸带、切粒等 工序制成“切片”,再以切片为原料,加热熔融 形成熔体进行纺丝,这种方法称为切片纺丝。直 接纺丝与切片纺丝在工业生产中都有应用。 对于溶液纺丝也有两种方法。将聚合后的高聚物 溶液直接送去纺丝,这种方法称一步法。 另一种方法是先将聚合得到的溶液分离制成颗粒 状或粉粉末状的成纤高聚物,然后再溶解制成纺丝 溶液,这种方法称为二步法。 (1)熔体纺丝 切片在螺杆挤出机中熔融后或由连续聚合制成 的熔体,送至纺丝箱体中的各纺丝部位,再经纺丝 泵定量压送到纺丝组件,过滤后从喷丝板的毛细孔 中压出而成为细流,并在纺丝甬道中冷却成形。初 生纤维被卷绕成一定形状的卷装(对于长丝)或均 匀落入盛丝桶中(对于短纤维)。 (2)湿法纺丝 纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备后, 送至纺机,通过纺丝泵计量,经烛形滤器、鹅颈管 进入喷丝头(帽),从喷丝头毛细孔中挤出的溶液 细流进入凝固浴,溶液细流中的溶剂向凝固浴扩散, 浴中的凝固剂向细流内部扩散,于是高聚物在凝固 浴中析出而形成初生纤维。 (3)干法纺丝 干法纺丝时,从喷丝头毛细孔中挤出的纺丝溶 液不进入凝固浴,而进入纺丝甬道。通过甬道中热 空气的作用,使溶液细流中的溶剂快速挥发,并被 热空气流带走。溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发 生浓缩和固化,并在卷绕张力的作用下伸长变细而 成为初生纤维。 (4)化学纤维的后加工 纺纱成形后得到的初生纤维其结构还不完善, 物理机械性能较差,如伸长大、强度低、尺寸稳定 性差,还不能直接用于纺织加工,必须经过一系列 的后加工。后加工随化纤品种、纺丝方法和产品要 求而异,其中主要的工序是拉伸和热定型。 拉伸的目的是使纤维的断裂强度提高,断裂 伸长率降低,耐磨性和对各种不同形变的疲劳强 度提高。拉伸的方式有多种,按拉伸次数分,有 一道拉伸和多道拉伸,按拉伸介质分,有干拉伸、 蒸汽拉伸和湿拉伸,拉伸介质分别是空气、水蒸 气和水浴、油浴或其它溶液;按拉伸温度又可分 为冷拉伸和热拉伸。总拉伸倍数是各道拉伸倍数 的乘积,一般熔纺纤维的总拉伸倍数为3.0-7.0 倍;湿纺纤维可达8-12倍;生产高强度纤维时, 拉伸倍数更高,甚至达数十倍。 热定型的目的是消除纤维的内应力,提高纤维 的尺寸稳定性,并且进一步改善其物理机械性能。 热定型可以在张力下进行,也可在无张力下进行, 前者称为紧张热定型,后者称为松弛热定型。热定 型的方式和工艺条件不同,所得纤维的结构和性能 也不同。 三、粘胶纤维的生产 粘胶纤维的生产必须经过下列四个过程: (1)粘胶的制备; (3)纤维成形;(4)纤维的后处理。 粘胶生产原料 1.木材纤维 木材纤维可分为针叶木和阔叶木两类。 阔叶木如桦木、白杨、栗木、山毛榉,针叶木如落叶松、 鱼鳞松、云南松、云杉、铁杉、马尾松等。针叶木是制 造粘胶纤维的优质原料,阔叶木也可以用于制造粘胶纤 2.棉纤维棉纤维属于种子纤维,附着在棉籽壳上的短 纤维为棉短绒,它不能直接作为纺织原料,而是制造粘 胶纤维的优质原料。 禾本科植物纤维禾本科植物纤维包括竹、芦苇、麦 杆、甘蔗渣、高梁秆、玉米秆、棉秆等,这些也可以作 为制造粘胶纤维的原料。目前我国只有甘蔗渣被用作粘 胶纤维原料。 其具体生产工艺流程为: 非粘胶法制造纤维素纤维 新溶剂法纺制纤维素纤维 从60年代未起.国外许多公司对新溶剂法生 产纤维素纤维进行了实用研究,并取得了较大进 展。其中研究较多的体系有:N DMSO、PF/DMSO和NMMO等。其中N—甲基吗啉氧化物(NMMO)已经在英国、美国、奥地利实现了工 业化土产,其工艺流程如图所示。 四、聚酯纤维的制备 对苯二甲酸乙二酯的制备 对苯二甲酸乙二酯的制备方法主要有三种:酯 交换法(间接法)、直接酯化法和直接加成法(直 接法)。 纺丝机的基本结构 我国熔体纺丝采用的螺杆挤出纺丝机有多种型 号,这是根据纺制纤维的类别来编制的。如VC型 为长丝纺丝机,VD型为短纤维纺丝机。现在使用 的长丝纺丝机主要是VC406型,短纤维纺丝机有 VD405型和VD406型。此外,近年来还从国外引进 各种类型、规格的螺杆挤出纺丝机,能适应多品 种熔纺合成纤维生产的要求,改变品种时,只需 将螺杆的操作工艺条件加以适当调整即可。 VC406纺丝机 纺丝机的种类及型号虽多种多样,但其基本结 构相似,均包括以下一些构成部分。 熔体输送、分配、纺丝及保温装置,包括弯管、熔体分配管、计量泵、纺丝头组件及纺丝 箱体部件; 丝条收集装置:卷绕机或受丝机构。纺丝头组件 纺丝机中的纺丝头组件是喷丝板、熔体分配板、 熔体过滤材料及组装套的结合件。其基本结构包括 两部分:一部分是喷丝板、熔体分配板和熔体过滤 材料等零件,第二部分是容纳和固定上述部件的组 海岛型长短丝复合纺丝组件及喷丝板裂片型长短丝复合纺丝组件及喷丝板 聚酯短纤维的生产 聚酯短纤维的生产,按其使用的原料状态不同。 可分为切片纺和直接纺丝两类,这也是熔体纺丝 法用于工业生产的两种实施方法。 切片纺丝工艺流程: 聚酯切片干燥 直接纺丝工艺流程:聚酯熔体纺丝后处理成品纤维 聚酯短纤维后加工 后加工的目的和要求:聚酯短纤维生产大多采用常 规纺丝法,纺丝速度较低,所得卷绕丝由于取向度 低,强度很低,仅为1dN/tex左右,而伸度高达百 分之几百,无实用价值。所以卷绕丝还必须进行拉 伸,提高分子排列的有序性,使纤维获得足够的强 度和合适的伸度,以符合各种使用要求。 聚酯短纤维后加工主要有集束、拉伸、定型、卷 曲、上油、切断和打包等工序组成。 聚酯长丝的生产 1.概述 聚酯长丝的发展概况:聚酯长丝包括普通长丝(复丝)、工业用长丝、弹力丝、空气变形 丝等品种。 聚酯长丝的生产工艺路线:聚酯长丝分类如下: 聚酯长丝的生产工艺发展很快,种类很多。按 纺丝速度可分为常规纺丝工艺、中速纺丝工艺和高 速纺丝工艺。按工艺流程又分为三步法、二步法和 一步法。 (1)常规纺丝:常规纺丝又称低速纺丝, 纺丝速度1000-1500m/min,拉伸加捻速度 600-1100m/min,假捻变形速度120-160m/min。 可纺制33-167dtex的长丝。 (2)中速纺丝:纺丝速度为1800-2500m/min。 卷绕丝称半预取向丝(MOY)。 a.MOY—DY工艺;此工艺采用中速纺丝和低 速拉伸。拉伸加捻速度为800-1200m/min。可纺 制33-167dtex的拉伸丝。 b.MOY—DTY工艺:此工艺采用中速纺丝和高 速拉伸变形。MOY的剩余拉伸倍数为2.1-2.4倍, 拉伸变形的速度为400-500m/min。可纺制55- 88dtex的变形丝。 3500m/min。卷绕丝为预取向丝(POY)。在高速下,纤维产生一定的取向 度,结构比较稳定。 a.POY—DTY工艺:此工艺采用高速纺丝和高速拉伸变 形,是典型的二步法工艺路线。POY的后加工速度通常为 450-700m/min。可纺制50-167dtex的变形丝(DTY)。其 特点是工艺流程短,生产效率高.基建投资省,是变形丝 生产的发展方向, b.POY—DY工艺:此工艺采用高速纺丝和低速拉伸加 捻。可纺制55-110dtex的拉伸丝。拉伸比为1.3-1.7。 (4)全拉伸丝,全拉伸丝(FDY)生产工艺采用 低速纺丝、高速拉伸,且两道工序在一台纺丝 拉伸联合机上完成。纺丝速度为900m/min,拉 伸速度为3200m/min,拉伸比为3.5。可纺制 55-167dtex的拉伸丝。全拉伸丝质量较稳定, 毛丝断头较少。 (5)高取向丝:高取向丝(HOY)亦称全取向丝(FOY)。 纺丝速度为5500-6000m/min。由于大幅度提高了喷 丝头拉伸比,卷绕丝的取向度大大提高,但微晶尺 寸较大,非晶区取向度较低,目前尚处于研究阶段。 北京中丽制机化纤工程技术有限公司 涤纶细旦POY高速纺丝机 5DTY单丝纤度dpf1.0高技术附加值)产品用途: 本机主要用于纺制55-110dtex/96-192f (5DTY单丝纤度dpf1.0)的微细旦POY丝。可以 做仿真丝绸、桃皮绒;人造廘皮、男女流行外衣、 运动衫、内衣、防雨雪衣等高档衣料用丝。 复合纺 BKV463型复合纺BKV463型复合长丝纺丝机 产品用途: BKV463型复合纺丝机适用于生产涤纶、锦纶、 丙纶以及它们的改性聚合 并列型、皮芯型、裂片超细型,桔子瓣型POY复合长丝或异形、圆形单组份POY长丝。 静电纺丝 静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式,此时 雾化分裂出的物质不是微小液滴,而是聚合物微小射流, 可以运行相当长的距离,最终固化成纤维。 静电纺丝影响因素 1,聚合物的分子量,分子量分布和分子结构(分支, 线,溶液性质(浓度,粘度,电导率,表面张力,液 体流量等) 3,电动势大小 4,毛细管和收集屏幕之间的距离 5,环境参数(温度,湿度和室内空气流速) 6,收集装置的运动规律 7,喷丝口针头形状 纳米蜘蛛技术是一项新的发明 通过液体表面自由静电纺丝(free-liquid surface electrospinning 不使用针头实现电纺纳米纤维的工业化生产基本原理: 将纺丝电极置于聚合物 溶液内,通过电极的旋 转,聚合物溶液会在电 极表面覆盖一层薄的液 层,将该体系置于高压 电场下,当施加电压升 高到临界值后,在电极 表面的液层上将形成很 多突起,类似针头电纺 中的泰勒锥,然后被拉 伸成一束束的射流,落 在接收材料表面,形成 纳米纤维毡。 纳米蜘蛛实验+生产2合1设备(爱尔玛科) 静电纺丝技术的发展方向静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域已发挥 了非常重要的作用,应用静电纺丝技术已经成功的制备 出了结构多样的纳米纤维材料。通过不同的制备方法, 如改变喷头结构、控制实验条件等,可以获得实心、空 心、核-壳结构的超细纤维或是蜘蛛网状结构的二维纤 维膜;通过设计不同的收集装置,可以获得单根纤维、 纤维束、高度取向纤维或无规取向纤维膜等。

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