第2节化学纤维制造学2

1、 第2节 化学纤维制造学一、分类 化学纤维可分为长丝和短纤维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3338mm，线密度为1.31.8dtex，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，

2、长度在6476mm，线密度为3.35.5dtex；用于精梳毛纺的毛型化纤，长度为76114mm，线密度为3.35.5dtex。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。 纯纺 中长纤维：纤维的长度一般为5176mm，线密度为2.23.3dtex，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

3、备纺前准备：纺丝熔体或纺丝溶液的制备；（3）纺丝纺丝：纤维的成形；（4）后加工后加工：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 1）成纤高聚物大分子必须是线型的、能伸）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；直的分子，支链尽可能少、没有庞大侧基； （2 2）高聚

4、物分子之间有适当的相互作用力、）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；或具有一定规律性的化学结构和空间结构； （3 3）高聚物应具有适当高的分子量和较窄的）高聚物应具有适当高的分子量和较窄的分子量分布；分子量分布； （4 4）高聚物应具有一定的热稳定性，其熔点）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。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

5、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

6、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

7、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

8、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； （2）纺前谁备； （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维。2棉纤维 棉纤维属于种子纤维，附着在棉籽壳上

9、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。3. 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：N2O4/DMF、 N2O4 DMSO、PFDMSO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

10、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 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。 (1) 高聚物熔融装置：螺杠挤出机

11、； (2) 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； (3) 丝条冷却装置：包括纺丝窗及冷却套筒； (4) 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装套。海岛型长短丝复合纺丝组件及喷丝板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

12、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 熔融 纺丝 后处理 成品纤维。 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1dNtex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 (1) 聚酯长丝的发展概况：聚酯长丝包括普通长丝（复丝）、工

13、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1000-1500mmin，拉伸加捻速度600-1100mmin，假捻变形速度120-160mmin。可纺制33-167dtex的长丝。 （2）中速纺丝：纺丝速度为1800-2500mmin。卷绕丝称半预取向丝（MOY）。 aMOYDY工艺；此工艺采用中速纺丝和低速拉伸。拉伸加捻速度为800-1200mmin。可纺制33-167dte

14、x的拉伸丝。 bMOYDTY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400-500mmin。可纺制55-88dtex的变形丝。(3) 高速纺丝：高速纺丝的纺丝速度为3000 - 3500mmin。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。 aPOYDTY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450-700mmin。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， bPOYDY工艺：此工艺采用高速

15、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900mmin，拉伸速度为3200mmin，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5500-6000mmin。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涤纶细旦POYPOY高速纺丝机高

16、速纺丝机 (0. 5DTY单丝纤度dpf1.0高技术附加值)产品用途：产品用途：本机主要用于纺制55110dtex/96192f（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BKV463BKV463型复合纺型复合纺BKV463BKV463型复合长丝纺丝机型复合长丝纺丝机产品用途：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 物的双组份，共纺型、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 静电纺丝就是高分子流体静

17、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，线性等） 2，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 纳米蜘蛛纳米蜘蛛技术是一项新的发明技术是一项新的发明 通过液体表面自由静电纺丝（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

18、米纤维的工业化生产不使用针头实现电纺纳米纤维的工业化生产 基本原理：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。纳米蜘蛛纳米蜘蛛实验实验+生产生产2合合1设备（爱尔玛科设备（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，可以获得实法，如改变喷头结构、控制实验条件等，可以获得实心、空心、核心、空心、核- -壳结构的