纤维素纤维纺丝

1、第四节第四节 普通粘胶短纤维普通粘胶短纤维12一、粘胶短纤维的纺丝及拉伸一、粘胶短纤维的纺丝及拉伸工艺流程：工艺流程： 粘胶（液）粘胶（液）计量泵计量泵过滤器过滤器喷丝头喷丝头酸浴酸浴（凝固浴）（凝固浴）导丝机构导丝机构集束机集束机塑化浴拉伸塑化浴拉伸 粘胶短纤维纺丝拉伸示意图粘胶短纤维纺丝拉伸示意图1一粘胶管一粘胶管 2一计量泵一计量泵 3桥架桥架 4一曲管一曲管 5一烛形滤器一烛形滤器 6喷丝头组件喷丝头组件 7一凝固浴一凝固浴 8一进酸管一进酸管 9一回酸槽一回酸槽 10一导丝杆一导丝杆 11一纺丝盘一纺丝盘 12一前拉伸辊一前拉伸辊 13一塑化浴一塑化浴 14一罩盖一罩盖 15一后拉伸

2、辊一后拉伸辊3（一）、凝固浴的组成及作用（一）、凝固浴的组成及作用凝固浴是由凝固浴是由硫酸、硫酸钠、硫酸锌硫酸、硫酸钠、硫酸锌按一定比例按一定比例组成的溶液。组成的溶液。l 硫酸：硫酸： a.使纤维素黄酸钠分解，再生出纤维素；使纤维素黄酸钠分解，再生出纤维素； b.中和粘胶中的碱，使粘胶凝固；中和粘胶中的碱，使粘胶凝固； c.使黄化产生的副产物分解使黄化产生的副产物分解l硫酸钠：硫酸钠： a.抑制硫酸的离解抑制硫酸的离解 ，减缓纤维素的再生速度；，减缓纤维素的再生速度； b.促进粘胶盐析脱水而凝固促进粘胶盐析脱水而凝固 l硫酸锌：硫酸锌： a.与纤维素黄酸钠生成稳定的中间产物纤维素黄酸锌，在凝

3、固与纤维素黄酸钠生成稳定的中间产物纤维素黄酸锌，在凝固浴中的分解速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利于拉伸，纤维强度浴中的分解速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利于拉伸，纤维强度较高较高； b.纤维素黄酸锌具有交联结构纤维素黄酸锌具有交联结构,能形成结晶中心能形成结晶中心,生成均匀而细小生成均匀而细小的结晶，避免大块结晶体的形成的结晶，避免大块结晶体的形成.5( (二二) )、纺丝、纺丝1、化学变化：、化学变化：l主反应：主反应：黄原酸酯的分解与纤维素的再生黄原酸酯的分解与纤维素的再生:2C6H9O4OCS2Na+H2SO42C6H10O5+Na2SO4+CS2中和反应：中和反应： 2NaOH+H2SO4

4、Na2SO4+2H2Ol副反应：副反应： Na2CS3+H2SO4Na2SO4+CS2+H2SNa2S+H2SO4Na2SO4+H2SNa2Sx+H2SO4Na2SO4+H2S+(x-1)SNa2SO3+H2SO4Na2SO4+H2O+SO2Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO22 2、物理化学变化、物理化学变化l丝条凝固：粘胶溶液酸浴（凝固浴）化学变化，发生形态变化液态变成固态水分脱出固化的完成是以双扩散为关键步骤的。v双扩散是指凝固浴中各组分扩散到粘胶细流内部，而粘胶细流中的低分子组成则扩散到凝固浴中。v双扩散使粘胶细流产生凝固、中和、盐析、分解和再生等作用而形成固态纤维。8

5、l丝条表皮和内层的差异： 普通粘胶横向形态普通粘胶横向形态普通粘胶纵向形态普通粘胶纵向形态不规则的锯齿形不规则的锯齿形平直有不连续的条纹平直有不连续的条纹9v结构特征：结构特征：皮芯结构皮芯结构（染色时表皮色浅，中心色深）（染色时表皮色浅，中心色深） 皮层（外层）和芯层（内层）的结晶度、取向度、晶粒大皮层（外层）和芯层（内层）的结晶度、取向度、晶粒大小、密度等不同。小、密度等不同。v产生皮芯结构和锯齿形截面的原因：产生皮芯结构和锯齿形截面的原因：溶液流体表层先凝固成纤维外层，溶液内层缓慢凝固成纤溶液流体表层先凝固成纤维外层，溶液内层缓慢凝固成纤维内层。拉伸时，皮层受拉伸大，取向度高，结晶时间短

6、，维内层。拉伸时，皮层受拉伸大，取向度高，结晶时间短，因此皮层和芯层取向和结晶不同；因此皮层和芯层取向和结晶不同；皮层先凝固芯层后凝固，内外层不同时收缩，形成锯齿形皮层先凝固芯层后凝固，内外层不同时收缩，形成锯齿形边缘。边缘。(三）、纺丝的影响因素及工艺控制三）、纺丝的影响因素及工艺控制1、粘胶的组成v粘度：3050 Pa.S。v熟成度：普通粘胶，可纺性随熟成度的提高而变好。NH4Cl值812时，可纺性最好。v粘胶中的粒子及气泡：2、凝固浴各组分浓度、凝固浴各组分浓度 3、凝固浴温度、凝固浴温度v凝固浴温黄酸酯分解速度凝固速度 纤维成型纤维品质纺丝操作困难v凝固浴温粘胶细流凝固不能正常纺丝4、

7、凝固浴的循环速度：凝固浴的循环速度： v纺丝过程中，凝固浴中的硫酸不断消耗，生成纺丝过程中，凝固浴中的硫酸不断消耗，生成 的硫酸钠不断增多，温度也不断变化。所以，的硫酸钠不断增多，温度也不断变化。所以，必须保持连续循环。必须保持连续循环。v速度取决于纺丝速度和纤维的总线密度。速度取决于纺丝速度和纤维的总线密度。135 5、浸浴长度、浸浴长度l 浸浴长度浸浴长度丝条成形均匀丝条成形均匀纤维强度和纤维强度和柔软性柔软性浸浴长度受设备限制，不能无限增加浸浴长度受设备限制，不能无限增加l 一般一般2070cm，时间，时间 0.10.2秒秒6 6、纺丝速度、纺丝速度普通长丝、短纤维：普通长丝、短纤维：8

8、0 m/min强力粘胶：强力粘胶：4060 m/min富强纤维：富强纤维：2030 m/min7 7、喷丝头的选用、喷丝头的选用: :v采用直径较大或组合式喷丝头采用直径较大或组合式喷丝头,单头孔数上千乃单头孔数上千乃至数万至数万,合并合并 后的丝束总线密度在百万分特以上后的丝束总线密度在百万分特以上,纺丝机的单台生产能力较大纺丝机的单台生产能力较大。8 8、双浴成形、双浴成形v经凝固成形后经凝固成形后,丝束还要在专门的塑化槽中进行丝束还要在专门的塑化槽中进行拉伸拉伸,纤维素在此完全再生纤维素在此完全再生, 即双浴成形。即双浴成形。v从一浴中纺出的丝束从一浴中纺出的丝束,合并成丝束后合并成丝束

9、后,在在95100的二浴中的二浴中,进进 行行60%100% 的拉伸。并的拉伸。并充分分解成为水化纤维素。充分分解成为水化纤维素。（四）拉伸（四）拉伸成型过程是在两个浴内完成，一般要经过喷丝关拉伸、导盘拉成型过程是在两个浴内完成，一般要经过喷丝关拉伸、导盘拉伸和塑化拉伸三个阶段组成。伸和塑化拉伸三个阶段组成。1 1、喷丝头拉伸、喷丝头拉伸l 定义：第一纺丝导盘的线速度与粘胶从喷丝头喷出速率之间定义：第一纺丝导盘的线速度与粘胶从喷丝头喷出速率之间的比率的比率l 表达式：表达式： -100%第一纺丝导丝盘的线速度 喷丝头喷出速度喷丝头拉伸喷丝头喷出速度喷丝头拉伸喷丝头拉伸v2、导盘拉伸（空气浴拉伸

10、）、导盘拉伸（空气浴拉伸）v定义：导盘与第一集束辊之间的拉伸v此时丝束上附着有一部分凝固浴液，纤维素黄酸酯继续凝固并分解，大分子活动能力降低。经拉伸的纤维素大分子可以沿轴向达到一定程度的排列。但这一阶段的拉伸率较小。 3 3、塑化拉伸、塑化拉伸l 定义：塑化拉伸在第一集束辊和第二集束辊之间进行。l 纤维丝束在高温 酸性塑化浴中a、丝条处于可塑状态,大分子链有较大 的活动余地,加以强烈的拉伸,就能使大分子和缔合体沿拉伸方向取向。b、在拉伸的同时,纤维素基本全部再生,使拉伸效果得到巩固。塑化拉伸是拉伸中最有效的部分；l 塑化浴温度9598，硫酸浓度1030 g/L18 二、粘胶短纤维的后加工二、粘

11、胶短纤维的后加工 （一）工艺流程：（一）工艺流程：1散状纤维后加工：散状纤维后加工： 精练（水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油）精练（水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油）切断切断干燥干燥打包打包2丝束状后加工丝束状后加工 切断切断精练（水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油）精练（水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油）干燥干燥打包打包粘胶后处理流程示意图19（二）工艺控制：（二）工艺控制：1、水洗：、水洗：l目的：除去纤维从凝固浴带来的硫酸及硫酸盐，以及附在丝条表面的目的：除去纤维从凝固浴带来的硫酸及硫酸盐，以及附在丝条表面的硫磺；硫磺； 每经脱硫、漂白、酸洗等化学处理后均需水洗，除去生成的水溶每经脱硫、漂白、酸洗等化学处

12、理后均需水洗，除去生成的水溶性杂质性杂质 l用水要求：纯净的用水要求：纯净的软水软水 水硬度水硬度纤维表面粘着沉淀的纤维表面粘着沉淀的CaO和和MgO上油时生成不溶性上油时生成不溶性 钙、镁皂钙、镁皂纤维表面皂斑纤维表面皂斑 水中铁盐水中铁盐脱硫时生成黑褐色脱硫时生成黑褐色FeS沉淀而粘污纤维沉淀而粘污纤维 水中锰盐水中锰盐纤维漂白时，锰的催化作用加速大分子降解纤维漂白时，锰的催化作用加速大分子降解 水中碱度水中碱度铁盐转化成铁盐转化成Fe(OH)3沉淀沉淀粘着纤维表面粘着纤维表面短纤维网带式后处理机示意图短纤维网带式后处理机示意图11不锈钢网带不锈钢网带 22喷淋筛喷淋筛 33压榨辊压榨辊

13、44传动辊传动辊 55张力辊张力辊 66接受浴槽接受浴槽 77托辊托辊 l工艺：工艺： 温度：温度：7080 温度温度 杂质在水中溶解度杂质在水中溶解度 溶解的杂质从纤维内溶解的杂质从纤维内部扩散到洗液中扩散速度部扩散到洗液中扩散速度 能耗能耗车间充满蒸汽车间充满蒸汽劳动条件差劳动条件差 水循环量：水循环量水循环量：水循环量洗涤效果洗涤效果 水、电、汽消耗量水、电、汽消耗量（第一次水洗和脱硫后的第一次水洗水排出，其余回收（第一次水洗和脱硫后的第一次水洗水排出，其余回收利用）利用）212、脱硫：、脱硫：l 纤维含硫情况：纤维含硫情况： 精练前：含硫量精练前：含硫量=11.5%（占纤维重）（占纤维

14、重） 热水洗后：含硫量热水洗后：含硫量=0.250.40% （占纤维重）（占纤维重） 粘胶帘子线：不需要专门脱硫粘胶帘子线：不需要专门脱硫 民用纤维：脱硫后，含硫量民用纤维：脱硫后，含硫量0.050.10% （占纤维（占纤维重）重） 。v脱硫目的：脱硫目的： 影响：硫影响：硫纤维带暗灰或淡黄的颜色纤维带暗灰或淡黄的颜色纤维粗糙纤维粗糙纺纺织加工引起灰尘织加工引起灰尘恶化车间内环境恶化车间内环境v脱硫用试剂：脱硫用试剂：NaOH、NaSO3 223、漂白：、漂白：l目的：增加纤维白度目的：增加纤维白度4、酸洗：、酸洗：l目的：除去纤维在漂白、水洗后含残目的：除去纤维在漂白、水洗后含残余的氯和纤维

15、上所带有的氢氧化铁及余的氯和纤维上所带有的氢氧化铁及其它重金属。其它重金属。235、上油：、上油：l目的：调节纤维表面摩擦力，使纤维具有柔软平滑的手感，目的：调节纤维表面摩擦力，使纤维具有柔软平滑的手感，又能适当增加纤维的抱合力又能适当增加纤维的抱合力l上油原理：上油率控制在上油原理：上油率控制在0.15%0.3%为宜为宜 油剂（大分子两端分别由极性基团和非极性链组成）的油剂（大分子两端分别由极性基团和非极性链组成）的极性基团与纤维素大分子的游离羟基结合极性基团与纤维素大分子的游离羟基结合纤维外表面被纤维外表面被油剂的非极性链所覆盖油剂的非极性链所覆盖纤维与金属表面的摩擦力纤维与金属表面的摩擦

16、力，纤，纤维柔软维柔软、平滑、平滑246、切断、切断7、干燥：先脱水使含水率降至、干燥：先脱水使含水率降至130150%，再烘至，再烘至68%8、打包、打包普通粘胶短纤维生产工艺流程普通粘胶短纤维生产工艺流程 第五节第五节 普通粘胶长丝普通粘胶长丝一、粘胶的制备特点一、粘胶的制备特点a. 对原料的要求高对原料的要求高v长丝用浆粕的-纤维素含量、粘度均高于粘胶短纤维浆粕，对树脂、灰分、白度、含铁等指标的要求也高于粘胶短纤维浆粕。生产粘胶长丝浆粕质量： 纤维素含量高，国内厂不低于89；国外厂高达9596的优质木浆用于制造粘胶长丝。半纤维素含量低。聚合度及其分布要适中，波动范围尽量小。杂质含量低。浆

17、粕中的树脂、蜡质含量高，尤其是浆粕中的Ca、Mg、Fe、Si等灰分含量高，会增加粘胶过滤和纺丝的困难并降低长丝的白度。b.粘胶长丝工艺特点粘胶长丝工艺特点v在粘胶制备过程中，工艺条件缓和而严格。v长丝系统浸液中半纤维素含量应比普通短纤维系统中的含量低。v长丝系统的老成温度不宜过高，适宜低温或中温老成，温度应严格控制，不允许有较大波动。v长丝系统的粘胶过滤次数一般不低于三道，也有采用四道的，同时过滤介质要密，出口压力应较低二、粘胶长丝的成型工艺二、粘胶长丝的成型工艺成型速度成型速度成型速度首先决定于所采用的纺丝机类型。成型速度首先决定于所采用的纺丝机类型。筒管式纺丝机：筒管式纺丝机：6590m/

18、min。某些特殊构造的筒管式纺丝机：某些特殊构造的筒管式纺丝机：125130m/min。离心式纺丝机：离心式纺丝机： 60100m/min。连续式纺丝机：连续式纺丝机： 5080m/min。凝固条件凝固条件v酸浴的温度一般为酸浴的温度一般为4055。v温度过高，黄酸酯分解过快，易产生毛丝，温度过高，黄酸酯分解过快，易产生毛丝，发生绕辊等现象；温度过低，则丝条凝固发生绕辊等现象；温度过低，则丝条凝固慢，成品中的胶块多。慢，成品中的胶块多。v凝固浴的组成应根据喷丝头的规格、拉伸凝固浴的组成应根据喷丝头的规格、拉伸方式、及其分配、纺丝速度、粘胶组成等方式、及其分配、纺丝速度、粘胶组成等确定。确定。浸

19、没长度浸没长度丝条在酸浴中的浸没长度一般为丝条在酸浴中的浸没长度一般为2038cm，浸没时间为，浸没时间为0.10.2s。凝固浴循环速度凝固浴循环速度凝固浴的循环量应每锭不少于凝固浴的循环量应每锭不少于40L/h或或每千克丝每千克丝900950L，控制凝固浴中的硫，控制凝固浴中的硫酸浓度落差不大于酸浓度落差不大于23g/L三、粘胶长丝的后处理及加工三、粘胶长丝的后处理及加工v粘胶长丝的后处理工艺过程和短纤维的基本相同，粘胶长丝的后处理工艺过程和短纤维的基本相同，只是设备和后处理方式有所不同。只是设备和后处理方式有所不同。v但粘胶长丝后处理完成后还需进行加捻、络筒、但粘胶长丝后处理完成后还需进行

20、加捻、络筒、分级和包装等工序，也称之为后加工。分级和包装等工序，也称之为后加工。络筒络筒络筒是把后处理好的丝饼打成筒子或成络筒是把后处理好的丝饼打成筒子或成丝绞，以便丝绸厂使用。丝绞，以便丝绸厂使用。分级和包装分级和包装粘胶长丝在出厂前需进行检验分级，确粘胶长丝在出厂前需进行检验分级，确定等级，以便用户使用。丝筒经分级后进定等级，以便用户使用。丝筒经分级后进行必要的包装。行必要的包装。33第六节第六节 其他类型再生纤维素纤维其他类型再生纤维素纤维1、粘胶强力纤维、粘胶强力纤维 全皮层，强度高，耐疲劳性好，比强度全皮层，强度高，耐疲劳性好，比强度3.6-3.6-5.0cN/dtex5.0cN/d

21、tex（普通粘胶（普通粘胶1.6-2.71.6-2.7；1.9-3.01.9-3.0棉），棉），湿强为干强的湿强为干强的6565-70-70。可作轮胎帘子线。可作轮胎帘子线。a.强力纤维生产的工艺特点强力纤维生产的工艺特点v(1)浆粕浆粕：采用-纤维素含量高的浆粕，要求纤维素的平均聚合度高而分子量分布均匀。v(2)粘胶制备工艺粘胶制备工艺：碱纤维素必须进行较强的压榨，以降低游离碱的含量。碱纤维素的老成要缓慢而均匀，黄化时CS2用量比普通粘胶纤维稍多。要求纤维素黄酸酯的酯化度较高，分布较均匀。v(3)粘胶变性剂：粘胶变性剂：在粘胶中加入变性剂以延缓纤维素黄酸酯的再生速度，同时加入表面活性剂，以提

22、高可纺性并防止喷丝头的堵塞。v(4)成形条件：成形条件：凝固浴中ZnSO4含量与普通粘纤相比，含量明显提高，H2SO4和Na2SO4含量较低。粘胶细流在一浴中凝固，在二浴中分解并进行高度拉伸，以提高纤维的断裂强度。纺丝速度较低。v(5)后处理：后处理：强力纤维的后处理不需漂白和脱硫，但需进行加捻。油剂品种的选用与普通粘胶纤维亦不同。36 2 2、富强纤维富强纤维 波里诺西克纤维我国称为富强纤维，起源于日本，称为虎木波里诺西克纤维我国称为富强纤维，起源于日本，称为虎木棉。棉。 国际波里诺西克协会(AIP)规定了凡符合下列指标的纤维才能称为波里诺西克纤维。 未处理纤维润湿时，于0.44dN/dte

23、x负荷下延伸度在4以下；在20下，经质量分数为5的NaOH溶液处理后，纤维润湿时，于0.44dNdtex负荷下的延伸度在8以下； 用质量分数为5的NaOH溶液处理后，纤维润湿时的断裂强度在1.76dN/dtex以上； 打结强度在0.40dN/dtex以上； 纤维的聚合度在450以上b.富强纤维的生产工艺特点富强纤维的生产工艺特点 (1)原液制备特点：富强纤维在原液制备中要求保持较高的聚合度，并尽量保持天然纤维中的原纤结构。为此要求： 采用聚合度在650以上、纯度较高的浆粕，取消老成工序，以获得高聚合度的粘胶。 为使聚合度高的纤维素溶解良好，黄化时二硫化碳用量一般控制在4555，黄酸酯的酯化度在

24、70以上，所得粘胶的熟成度较低(NH4Cl值较高)，即粘胶较嫩。 为尽量保持纤维素分子间的天然原纤结构，防止纤维素分子间羟基结合被破坏，粘胶中NaOH的含量要低，粘胶熟成时间尽量短。 由于粘胶的落球粘度高达300s左右故需采用快速脱泡装置，同时需要相应增加过滤面积。v(2)纺丝成型工艺特点：v 采用低酸、低盐、低速的纺丝工艺。v 采用较大的喷丝头负拉伸，然后采用多级拉伸。40主要特点主要特点(1)强度大，也就是说富强纤维织物比粘胶纤维织物结实耐穿。(2)缩水率小，富强纤维的缩水率比粘胶纤维小1倍。(3)弹性好，用富强纤维制做的衣服比较板整，耐折皱性比粘胶纤维好。(4)耐碱性好，由于富强纤维的耐

25、碱性比粘胶纤维好，因此富强纤维织物在洗涤中对肥皂等洗涤剂的选择就不像粘胶纤维那样严格。 粘胶短纤维的湿模量低，富强纤维克服了这一不足，但纤维的钩接强度较低，脆性较大，工艺也比较复杂。为了克服富强纤维的上述缺点，在参照粘胶强力纤维生产工艺特点的基础上，生产出另一类湿模量可与棉相当、钩接强度优良的改性型高湿模量纤维，即高湿模量纤维(HWM)。 高湿模量纤维生产中所用粘胶是采用加入多种改性剂的高碱化粘胶，在高锌凝固浴内纺丝成形。 424、莱赛尔（莱赛尔（Lyocell）纤维）纤维 俗称俗称“天丝天丝”,以天然植物纤维为原料，于以天然植物纤维为原料，于20世纪世纪90年代中期问世，被誉为近半个世纪以来

26、人年代中期问世，被誉为近半个世纪以来人造纤维史上最具价值的产品。造纤维史上最具价值的产品。 vLyocell纤维是由植物纤维素制造而成，通常可选用木材或其他植物为原料，使用较多的是速生木材。首先将木材刨成片，经蒸煮漂洗制得一种纤维素含量大于96.5、聚合度大于600的较高纯度的木浆粕，然后以 N甲基吗啉氧化物(NMMO)为溶剂，将木浆粕溶解，再经纺丝而制成。vNMMO在制造工程中可以回收再利用，目前其回收率约在98.5左右。 将维素完全溶解在有机溶剂NMMO中，在溶解过程中不会产生任何衍生物和化学作用，经除杂而直接纺丝，在纺丝过程中溶剂可以回收循环使用。 生产中所使用的氧化胺溶剂对人体完全无害

27、，几乎完全能回收，可反复使用，生产中原料浆粕所含的纤维素分子不起化学变化，无副产物，无废弃物排出厂外，是环保或绿色纤维。v该纤维织物具有良好的吸湿性、舒适性、悬垂性和硬挺度且染色性好，加之又能与棉、毛、麻、腈、涤等混纺，可以环锭纺、气流纺、包芯纺，纺成各种棉型和毛型纱、包芯纱等。 因此该纤维不仅能运用于内衣的面料生产中，对于外衣成衣的面料运用也挺广泛。Lyocell纤维与其他纤维物理性能的比较 项 目 单 位 Lyodell纤维粘胶纤维棉纤维聚酯纤维线密度 dtex17171717干态断裂强度 cN/dtex3.84.222.622.446.6干态断裂伸长 14162025792530湿态断裂强 cN/