纤维成型工艺

1、纤维成型工艺一纤维的种类（一）根据生产条件区分天然纤维天然纤维是自然界存在的，可以直接取得的纤维。根据其来源分成植物纤维和 动物纤维两类：（1）植物纤维：植物纤维是由植物的种籽、果实、茎等处得到的纤维，是 天然纤维素纤维。从植物韧皮得到的纤维如亚麻、黄麻、罗布麻等；从植物叶上得 到的纤维如剑麻、蕉麻等。植物纤维的主要化学成分是纤维素，故也称纤维素纤 维。（2）动物纤维：动物纤维是由动物的毛或昆虫的腺分泌物中得到的纤维。 从动物毛发得到的纤维有羊毛、兔毛等；从动物腺分泌物得到的纤维有蚕丝等。动 物纤维的主要化学成分是蛋白质，故也称蛋白质纤维。2化学纤维化学纤维是经过化学处理加工而制成的纤维。可分

2、为人造纤维和合成纤维两 类。（1）人造纤维：人造纤维是用含有天然纤维或蛋白纤维的物质，如木材、甘蔗、芦苇、大豆蛋白质纤维等及其他失去纺织加工价值的纤维原料，经过化学加工后制成的纺织纤维。人造纤维也称再生纤维。主要的用于纺织的人造纤维有： 黏胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维。（2）合成纤维：合成纤维不是用含天然纤维素或含蛋白质的物质作原料， 而是用石油、天然气、煤等为原料，先合成单体，再聚合而制成的纺织纤维。常见 的合成纤维有聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙燃睛纤维、聚丙燃纤 维、聚氯乙烯纤维等。（二）根据纤维的用途区分民用纤维：使用于日常生活用品的纤维。比如，使用于服装、装饰布等的纤维。工业

3、纤维：使用于工业生产的纤维。如：轮胎帘子线、过滤布等。特种纤维：具有特种性能的纤维，此种纤维使用于生产特种的产品，如军用防弹 衣，航天用材料等。二成纤高聚物的特征大分子链必须是线性的，能伸直的分子，支链尽可能少，没有庞大的侧基。所 有的天然聚合物和大多数成纤聚合物的侧链都含有极性基团。 极性基团的存在对 于大分子链间的相互作用和纤维的溶解性、热性能、吸湿性、染色性等都有很大的 影响。聚合物应具有适当的相对分子质量和较窄的相对分子量分布，过高不易加工，过 低则性能不好。分子链间必须有足够的次价力，分子间次价力越大，纤维的强度越高。具有可溶性和焰融性，因为要将高聚物溶解或焰融成溶液或焰体，再经纺丝

4、、凝 固或冷却形成纤维。三纤维成型工艺（一）纤维的主要质量指标线密度：描述纤维的粗细程度特克斯：纤维长1000m时的质量克数，简称“特”。旦尼尔：纤维或纱线长 9000m时的质量克数，简称“旦”。支数：单位质量的长度指标。分为公制支数和英制支数。公制支数Nm是指质量为1g时的长度米数，简称为支。断裂强度：纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大负荷与纤维 的线密度之比，单位为牛/特。断裂强度高，纤维在加工过程中不易断头，绕辊，纱 线和织物的牢度高，但断裂强度太高，纤维刚性增加，手感变硬。断裂伸长率：纤维在伸长全断裂时的长度比原来长度增加的百分数。断裂伸长率是一种反映纤维韧性的指标。条

5、干不均匀率：对预取向丝和拉伸丝尤为重要。初始模量：初始模量表征纤维对小形变的抵抗能力。（二）纤维成型工艺纤维成型工艺的准备及后处理部分大致相同，关键在于纺丝工序，因而将成 型 工艺分为不同的类别。其主要工序有：原料准备：高分子化合物的制备和机械处理。前纺工序：纺丝焰体或纺丝溶液的制备。纺丝工序：纤维的成形。将纺丝焰体或溶液，用纺丝泵（或称计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝头的 喷丝孔中压出，呈液体细丝状，再在适当介质中固化成细丝，这一过程称为纺 丝， 这是化学纤维生产的核心工序。纺丝工序的分类：（1）焰体纺丝：凡能焰融或转变成粘流态而不发生显著分解的成纤聚合物都可采 用焰体纺丝。其优点是：不用溶

6、剂，工艺简单，成本低，特点是纺丝速度快，生产 能力大。焰体纺丝的适用范围：焰点低于分解温度、可焰融形成热稳定焰体的成纤聚 合物。焰体纺丝的分类：直接纺丝法：将合成得到的聚合物焰体直接送至纺丝机纺丝。切片纺丝法：将合成得到的聚合物焰体冷却制成切片，干燥后再在纺丝机中 重新焰融成焰体进行纺丝。焰体纺丝工艺过程：1）纺丝焰体的制备。2）焰体从喷丝孔挤出。3）焰体细流的拉伸和冷却固化。4）固化丝条的给湿上油和卷绕。焰体纺丝基本步骤：1）纺丝焰体在喷丝毛细孔中流动。2）挤出细流的内应力松弛和流动体系的流场转化，即从喷丝孔中的剪切流 动 向纺丝线上的拉伸流动转化。3）流体丝条的单轴拉伸流动。4）纤维的固化

7、。焰体纺丝的影响因素：1）冷却时的冷空气风速、风温需要均匀恒定，以保证焰体细流在纺丝过程 中的温度分布、速度分布和固化点的位置恒定，纤维所受的轴向拉力恒定才能制得粗细和结构均匀的纤维。2）焰体本身的不均匀性或含有异物，通常产生短区域性的局部不规则丝结， 工艺中表现为硬头丝或气泡丝。另外，焰体粘度的局部不匀也产生丝结。3）焰体温度过高时，丝条出现毛细断裂，致使纺丝中断。温度过低时，可 能 出现“焰体破裂”现象，使丝条产生严重畸形和表面粗糙。4）泵供量和卷绕速度的变化将导致丝条直径的变化。聚酯纤维的生产就采用焰体纺丝工艺。（2）溶液纺丝聚丙烯睛纤维就采用溶液纺丝工艺。溶液纺丝的分类：湿法纺丝：工艺

8、过程：1）将聚合物溶解于合适的溶剂中，制成纺丝液。2）纺丝液由喷丝孔喷出细流，进入凝固浴。3）细流中的溶剂向凝固液扩散，而凝固浴中的凝固剂向细流扩散。4）聚合物在凝固浴中析出，形成纤维。影响因素：1）凝固浴浓度，浓度增大，双扩散速率下降，成形速度降低。2 ）凝固浴温度，T增大，扩散系数增大，凝固过程加速，纤维结构疏松； 随凝固浴温度降低，凝聚速度下降，凝固过程均匀，初生纤维结构紧密，成品的强 度上升。3）凝固浴循环量，在纤维成形过程中，纺丝原液中的溶剂不断地进入凝固 浴，使凝固浴中溶剂浓度逐渐增浓，同时由于原液温度和室温都比凝固浴温度高， 所以浴温也会有所升高。而凝固浴的浓度和温度又直接影响纤

9、维的品质，因此必须 不断地使凝固浴循环，以保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动从而 得到 高质量的纤维。干法纺丝适用范围1）成纤聚合物的焰点在其分解温度之上，焰融时要分解，不能形成一定粘度 的热稳定焰体。2）成纤聚合物在挥发性的溶剂中能溶解形成浓溶液。3）氨纶纺丝采用该法。工艺过程1）纺丝液由计量泵输送到喷丝头。2）从喷丝头挤压出来的纺丝细流导入纺丝甬道与热气流接触。3）在热气流中随着溶剂的挥发，丝中聚合物浓度升高，丝条固化。4）丝条以一定速度卷取，使丝条拉伸细化而形成初生纤维。影响因素1）纺丝液浓度：浓度过高，难得到溶解完全而均匀的溶液，并且使过滤脱泡 困难，粘度变大，使纺丝溶液的输送

10、压力增加。超过一定的浓度，纺丝溶液的流变 性变差，可纺性降低，容易造成纺丝断头现象的产生。2）溶解时，聚合物细粉料经常聚集成块，而难以得到完全溶解均匀的纺丝 溶 液。因此，将聚合物加入到常温的溶剂中溶胀，避免上述的不良影响，然后进一步 加热溶解。还有就是将含水量控制在稍微超过聚合物和溶剂正常含水量的程度。此 外还有添加剂的加入如颜料、消光剂TiO2、过滤助剂硅藻土等。3）为了防止喷丝头堵塞，纺丝溶液必须均匀，不含任何未溶物、溶胀聚合 物以 及任何外来杂质。（3）冻胶纺丝：冻胶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺，使挤出细流先通过气隙， 然后进入凝固浴。因此与普通干湿法纺丝的区别，主要不在于纺丝工艺，而在

11、于 挤 出细流在凝固浴中的状态不同。与干法、湿法相比：采用超高分子量原料、半稀溶液（2%10）固化过程主要是 冷却过程，溶剂基本不扩散；拉伸比大（大于20）；产 品高强高模。（4）相分离纺丝法：由聚合物在溶剂中不同温度下溶解度不同的原理，使聚合物 溶液极速降温，从而导致聚合物与溶剂发生相分离而固化。临界相分离温度高于室 温而低于挤出温度。优点：纺丝速度高，生产能力大；溶液浓度可较低，而形成细旦纤维；可纺制填充物粒径高于纤维直径的 纤维。缺点：需选择较合适的溶剂，且不易回收。（5）乳液纺丝法：将成纤高聚物分散在分散介质中，构成乳液或悬浊液进行纺丝 的方法。适用与一些焰点高于分解温度，且无合适的溶剂的聚合物进行纺丝。如聚 四氟乙烯纤维、陶瓷纤维、碳化硅纤维、氧化硅纤维、维氯纶（氯乙烯在PVA水溶液 中进行乳液聚合后进行纺丝）等。工艺原理：将粉末状的聚合物颗粒分散在某种成纤载体中，配置成乳液，载 体通常是另一种聚合物的溶液，且这种聚合物溶液易被纺制成纤维，并能在高温下 破坏分解掉。在进行高温处理时，载体分解，而高焰点的聚合物粒子被烧结或焰融 而连续化形成纤维。为了提高纤维强度，在进行烧结时通常进行一定的拉伸。后处理：水洗：热的无离子水与丝束逆向流动，洗涤后含有溶剂的洗涤水溢流而出， 导入回收车间回收溶剂。丝束