考研化学第十二章纤维成形原理及方法

1、第十二章 纤维成形原理及方法 纤维成形过程包括液体纺丝及液体细流的冷却固化过程。 纺丝成形的方法主要是熔法、干法和湿法。第一节 纤维纺丝成形方法的一般特性一、熔法纺丝 聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃类纤维设备：熔融纺丝机工艺过程：参数：粗细（纤度，特）、根数、纺丝速度（取决于冷去速度）二、干法纺丝 醋酸纤维、聚烯烃、聚氯乙烯、过氯乙烯等纤维。工艺过程：溶液、热空气参数：纺丝速度取决于溶剂的挥发速度。三、湿法纺丝 聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、粘胶纤维等。工艺过程：凝固浴（凝固剂与溶剂发生双扩散过程）参数：成形速度受沉淀速度影响。第二节 纺丝液体细流的形成一、纺丝液体在喷丝头孔道中的流动分为四个阶

2、段：入口段恒定流动段出口段受力变形段 喷丝头孔道的横断面形状也影响流动过程二、纺丝细流的形成过程细流有四种形状散流 流速小，难形成纤维有膨胀细流 中速，细流直径喷丝孔直径无膨胀细流 较大速度，细流直径喷丝孔直径扭曲状细流 纺丝速度很大 细流的形成除与流速有关外，还与表面张力有关。临界速度三、纺丝细流的稳定性1.细流稳定性的影响因素： 表面能；粘度；流变性能；横断面和半径；拉伸速度；内聚强度。vral 利用这些参数关系能估算聚合物液体的最低粘度值的范围，但在纤维成形时起很大作用的因素是液体粘度的上限范围。2.细流断裂细流的表面张力所引 起的毛细现象 v较小时拉应力超过内聚强度 v很大时 如超过粘

3、度上限，纫流易在有缺陷之处产生破裂或在变形时受到空气的强烈扰动，使纺丝困难。 影响纺丝细流断裂的因素：3.细流出口膨胀 细流的膨胀程度用孔径d和最大膨胀直径df的比表示。 影响因素：毛细管孔道长度；液体粘度；纤维成形区的速度；表面张力的大小；液体流速分布和断面的变化；未能松弛的应力等。第三节 纺丝细流的冷却及固化过程 本质是传热和传质的过程，但都是不稳定的。一、熔法纺丝的冷却固化过程 传热是强制对流过程 结晶聚合物温度下降慢 非结晶聚合物冷却快 熔纺中纤维的直径变化很大，表明成形时拉伸倍数很大。二、干法纺丝的传质过程 同时进行传热和传质的过程，可分为三段：开始蒸发段 以对流方式温度快速降到湿球

4、温度。温度分布变化大，溶剂浓度变化小。此段较短。蒸发恒速段 温度恒定，相当于湿球温度。纤维同周围介质间的热交换恒定，溶剂浓度下降很大。蒸发速度下降段 纤维开始成形，溶剂从中间层向表面扩散，溶剂蒸发速度减慢，温度上升接近介质温度。三、湿法纺丝的传质过程 凝固浴中，液体细流中的溶剂和盐类向外扩散，凝固剂向内扩散，从而形成固相纤维。 所以湿法成形的本质是双扩散的传质和传热过程，主要取决于扩散过程的条件。第四节 纺丝过程中纤维的拉伸作用一、初生纤维的形成 初生纤维：纺丝细流进行传热、传质、冷却、凝固的同时，受到拉力作用，使纺成的纤维具有一定的初步结构和性能。 拉伸过程使纤维中的分子链产生取向和结晶作用

5、。拉伸作用的产生是由于拉伸速度大于喷丝的速度，使初生纤维的直径小于喷丝孔的直径。%100vvv112k 丝线运行中的速度变化 根据受力情况和速度的变化，整个丝线的运动可分为四个阶段：纺丝孔中流动段细流膨胀段纤维结构成形段恒速段二、纤维拉伸成形的主要区段三、纺丝过程中纤维的受力分析 纤维成形时受到的作用力来自两方面：一是纺丝泵给的推动力使液体能通过喷丝孔流出。二是卷绕装置上给的拉伸力，使喷出的细流在拉力的作用下变形，最后形成初生纤维。 纺丝纫流和初生纤维上的变形主要与以下几个作用力有关：拉力(ft)、丝线重力(fg)，产生加速度的惯性力(fin)、摩擦力(ff)；表面张力(fs)；流变阻力(fr)。 拉力、重力是纤维拉伸变形的作用力，惯性力、摩擦力、表面张力、流变阻力是变形的阻力。 重力的影响与纤度和纺丝方法有关。纤度高时重力将增加。垂直向下纺丝时重力为作用力；垂直向上的纺丝时，变成阻力；水平纺丝时重力无影响。 卷取张力随纺丝速度的增大而增大，纤度随纺丝速度的上升而下降，重力的影响变得很小。纺丝速度上升，空气摩擦阻力、加速度力和流变阻力等都会增加。 在纺丝过程中丝线上所受各种作用力都随丝线离喷丝板的距离而发生变化。思考题：1.纤维