涤纶短纤维后加工工艺与质量控制-集束和拉伸

集束的目的和工艺计算后加工的目的和要求初生纤维虽已成型，但取向度和结晶度很低，且强度低，伸长率大，尺寸稳定性差，抱和性差。目的：预取向度小，分子排列不规则，结构呈无定形态，因此强度很低，伸长率高，无实用价值—拉伸（强度）拉伸产生内应力，会使纤维结构不稳定，热作用下产生收缩—定型（稳定纤维结构）卷曲（提高纤维抱合力）切断（工艺长度要求）（一）初生纤维的存放1.存放：恒温恒湿（含水率稳定）8～24h；消除或平衡丝束在纺丝冷却成形中冻结的内应力存放时间↑→减少或消除内应力→预取向度降低→直至最终趋于平衡→前纺油剂均匀扩散，改善纤维拉伸性能，纤维结构稳定；→细颈角分布均匀↓→后拉伸不匀↑→拉伸断头涤纶卷绕丝双折射与存放时间的关系

时间过长，纤维老化变脆，拉伸困难不超过7d存放间恒温恒湿，含油水率稳定，否则干燥发毛，拉伸时产生毛丝、断头、缠辊（二）集束1、作用：按后加工设备能力，把若干个盛丝桶中的初生纤维（卷绕丝）引出丝头，穿过集束架上的导丝器，集成一束扁平而又整齐的丝带，进入拉伸机进行拉伸。2、工艺控制1）集束纤维的总线密度：指成品纤维的总线密度，由拉伸机的生产能力和卷曲轮的宽度决定，0.44-0.67×104dtex/mm一般卷曲机加工能力30~150×104dtex，±5%2）集束张力：集束架上张力调节装置0.0044cN/dtex3）丝束的存放时间和条件：不宜超过7d4）集束桶数=卷取机加工线密度/（纺丝位数*单丝线密度*孔数）3.集束乱丝处理集束操作的要点是集束应规定的穿头经过各导丝器，使丝束张力均匀，及时清除硬头丝，生头和吊脚丝。要防止荡丝，扭丝和预牵仲现象，必须做到：3.1集束架光滑，丝束从集束架引出应避免受到过大的张力发生预牵伸，保证各段张力均匀。3.2保持恒温、恒湿，温度一般控制在21~25℃，湿度60％~70％。3.3各丝条桶卷绕丝的重量，也就是卷绕丝的定长数一定要严格掌握，否则会出现大量的桶脚丝，造成浪费。3.4由于未牵伸丝的喂入不良等，集束架下丝筒中的丝束在集束架上运行时，发生集束乱丝，应及时处理。3.5解开乱丝部分，解不开时就剪断丝束，跟随尾丝并通知牵伸工。拉伸的目的、方式和机理（一）拉伸目的和方式1.拉伸的目的（二次成型）提高初生纤维物理－机械性能，以符合纺织加工要求（断裂强度提高，延伸度下降）拉伸过程不仅是纤维几何形状改变的过程，而且是纤维结构重新组建和形成的过程2.拉伸的作用使纤维的低序区的大分子链沿纤维轴向的取向度提高，同时伴有一些结构方面的变化性能的变化3．拉伸方法（介质区分）：（1）干拉伸：拉伸时初生纤维处于空气包围之中，纤维与空气介质及加热器之间有热量传递，又分为：室温拉伸：Tg在室温附近的初生纤维热拉伸：Tg较高或拉伸应力较大的（长丝）纤维，热源：热盘、热板或热箱。（2）蒸汽浴拉伸：拉伸时初生纤维被包围在饱和蒸汽或过热蒸汽之中，由于加热和水分子的增塑作用，使纤维的拉伸应力显著下降。饱和蒸汽浴拉伸适合Tg高、拉伸应力大、拉伸倍数高的(短)纤维。（3）湿拉伸：拉伸时初生纤维被液体介质所包围，有液浴法、喷淋法。Driveroll

Heater(Optional)DrawnyarntobobbinUndrawnpretwistedyarnControlrollsSnubbingpinSkewedidlerroll

1

2(

2>

1)Stretchingzone

拉伸装置示意图R=

2/

1（二）拉伸机理1.拉伸形变

=普弹形变

1+高弹形变

2+塑性形变

3（1）普弹形变

1

1=

e/E1

普弹形变是大分子主链的键角和键长受力后发生形变的反映普弹形变与应力同相位，瞬间发生和瞬间回复普弹形变的弹性模量E1很大，形变量

1很小总形变的1%，与时间无关（2）高弹形变

2高弹形变是大分子链在引力作用下，由卷曲构象转化为伸展构象的宏观表现高弹形变的特点是模量E2较小，形变量

2大，有明显的时间依赖性(形变滞后于应力，形变在外力除去后基本上能回复，但回复需要时间)松弛过程在实际生产中，应在拉伸应力较小的前提下（以避免毛丝的生成），采用适当措施使T（通过改变拉伸温度）、Up（通过调节纤维的增塑程度）以及t（通过改变拉伸速度、拉伸辊间纤维的长度，或通过采用多级拉伸）等因素互相配合，以保证拉伸时高弹形变得以顺利发展。

（3）塑性形变

3塑性形变是聚合物在外力作用下，大分子链间产生相对滑移的宏观反映（流动变形）。塑性形变实际上是一种流动变形，其分子运动机理虽与粘性流动相类似，但必须在屈服应力σ*之上才能发生。塑性形变的特点是外力去除后，形变完全不可回复。

3是拉伸总形变的有效部分，要设法发展塑性形变。2.拉伸过程中应力和应变性质的变化（1）应力－应变曲线（S－S曲线）的基本类型（张力与真实截面积之比）①a型（曲线呈凸形,Convex

）σa~ε曲线变化规律：随ε↑，σa↑至

σ＊（屈服应力）后↓随ε↑，E↓，σa升至σ＊时，纤维开始出现应力集中而迅速断裂（脆性断裂）：不可拉伸，塑料和金属材料的拉伸②b型（曲线呈凹形,Concave

）σa~ε曲线变化规律：随ε↑，σa↑

随ε↑，E↑，纤维在拉伸过程中发生自增强，不出现细化点（细颈），为均匀拉伸：可拉伸性好，硫化橡胶、湿纺冻胶体③c型（曲线呈先凸后凹反S形,

Convex+Concave

）σa~ε曲线变化规律：ε<ε1时，σa与ε基本成正比在小形变区，纤维拉伸形变为弹性形变，杨氏模量较大;ε2>ε≥ε1时，σa由σ＊（屈服应力）↓至平台区纤维出现细颈并不断发展，为不均匀拉伸拉伸点（区）：细颈产生的具体位置与d点对应的拉伸倍数εmax>ε≥ε2时，ε随σa↑而↑至εmax

纤维被均匀拉伸至断裂（de段应变硬化区）拉伸性：纤维的实际拉伸倍数R大于自然拉伸比而小于最大拉伸比时，可拉伸性好

（de段）R＜N时，细颈沿拉伸线下移，结果所的纤维包含未拉伸的粗节R＞N时，细颈沿拉伸线上移，向喂入辊方向拉伸点位置必须固定3.影响拉伸性能的因素（1）初生纤维结构的影响①结晶度和结晶变体的影响熔体卷绕丝的结晶度↑，拉伸曲线沿“b”→“c”→“a”型变化，屈服应力σ＊↑，且N↑结晶变体的相对含量也影响拉伸行为：γ型结晶变体﹥β型结晶变体﹥α型结晶变体②预取向度的影响熔纺卷绕丝预取向度↑，拉伸曲线沿“c”→“b”型变化，逐渐转变为均匀拉伸，屈服应力σ＊

↑，E↑，N↓（卷绕丝预取向度↓，拉伸曲线从“b”→“c”）熔纺卷绕丝预取向度不太高时，可拉伸性好锦纶6初生纤维的拉伸特性1－v1=3800m/min，△n=332×10-42－v1=800m/min，△n=161×10-4③卷绕丝分子量的影响卷绕丝分子量↑，σ＊

↑初生纤维要避免a型拉伸，必须具备一定的初始模量和较高的断裂强度，才能经得起一定应力下的拉伸。分子量达不到一定值，是承受不起拉伸应力的。卷绕丝分子量合适，可拉伸性好。归纳：熔纺卷绕丝结晶度或取向度↑，E↑σ＊

↑ε断裂↓；熔纺卷绕丝分子量↑，断裂强度和断裂伸长↑聚合物结构对应力—应变行为的影响④熔纺卷绕丝其它结构因素的影响卷绕丝内含较大的气泡或固体粒子时，卷绕丝内出现裂缝或纤度波动时可拉伸性↓⑤湿纺冻胶体凝固丝网络结构的影响凝固丝网络骨架越细密最大拉伸比↑

凝固丝的溶胀度↑最大拉伸比↑可拉伸性先↑后↓（2）拉伸条件的影响①拉伸温度的影响未取向结晶高聚物的典型拉伸曲线：T拉伸≤Tg，拉伸曲线呈a型（曲线1、2、3）T拉伸≥Tg、T↑，拉伸曲线呈c型（曲线4、5、6）T拉伸>Tg、T↑↑，拉伸曲线近似b型（曲线7、8、9）T拉伸↓，拉伸曲线由b→c→a型同种纤维在不同温度下的拉伸特性②拉伸速度的影响VR↑，拉伸曲线由b→c→a型，σ＊

↑(c、a型)N↑(c型)VR↑，拉伸曲线的变化与降低T的影响类似VR达到一定值以上时，应考虑拉伸放热对拉伸应力的影响，VR↑等效于T↑

低分子物的影响加强低分子物的增塑作用对纤维拉伸行为的影响与提高温度类似

减小低分子物作用，拉伸曲线由b→c→a型

初生纤维线密度的影响线密度↓等效于T↑

线密度↑σ＊↑N↑，等效于T↓（三）拉伸过程中纤维结构与性能的变化1.拉伸过程中纤维超分子结构的变化（1）取向度的提高①不同取向结构单元非晶态高聚物的拉伸作用大尺寸取向小尺寸取向——拉伸温度较低时晶态高聚物的拉伸作用—球晶发生形变形成新的取向态的折叠链结构形成分子链沿拉伸方向取向的完全伸直链晶体②取向度的变化规律随着拉伸进行，取向度↑高度结晶的聚烯烃纤维，结晶取向fcr增加快,非晶取向fam的发展落后于fcr

通常fcr＞fam聚丙烯纤维拉伸后的结晶取向和非晶取向拉伸过程中fam对于强度有较大影响为了提高强度，应该进行高倍拉伸。

拉伸温度：1－175℃2－150℃3－125℃4－100℃PAN：1－105℃干拉伸2－80℃水浴拉伸（2）结晶的变化结晶过程：成核阶段和生长阶段拉伸过程中相态结构无变化，如：无规聚苯乙烯PS，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA

拉伸过程中进一步结晶而使结晶度↑，如：PET、PVA

拉伸过程中原结晶结构被部分破坏而重建结晶结构，导致结晶度↓或↑，如：PP、PA2.拉伸过程中纤维性能的变化（1）密度和熔化热初生纤维的密度和熔化热随拉伸温度而↑热诱导结晶非晶或低结晶度初生纤维的密度和熔化热随拉伸倍数而↑（取向诱导结晶）结晶度高的初生纤维的密度和熔化热随拉伸倍数而出现极小值原晶体破坏后再结晶聚丙烯纤维在60℃下拉伸时，密度ρ和熔融热Hc对拉伸比的关系A—经热处理的试样b—拉伸前骤冷的试样（2）强度、拉伸模量和屈服应力纤维的强度、拉伸模量和屈服应力随拉伸倍数而↑，增大速度不同各种纤维的强度对拉伸倍数R的依赖关系

1—粘胶纤维2—聚乙烯醇纤维3—聚甲醛纤维4—PVA与乙烯基己内酰胺

5—聚酰胺和聚酯纤维6—聚丙烯腈纤维7—乙烯醇与N-乙烯基吡咯烷酮8—三醋酯纤维9——聚四氟乙烯纤维（3）断裂伸长和总变形功拉伸倍数R↑，纤维的断裂伸长和总变形功↓弹性变形功有一极大值几种锦纶的变形弹性功对拉伸比的关系（曲线旁数字表示总纤度tex/复丝中单纤维根数）

（4）结构的均匀性T提高，热拉伸时间越长，松弛过程进行完全，纤维的结构均匀性提高拉伸工艺计算及质量控制（一）工艺计算拉伸倍数名义拉伸倍数DR1=V2／V1

DR2=V3／V2

DR=DR1×DR2=V3／V1实际拉伸倍数=原丝纤度/成品丝纤度×（1-K）

k为拉伸打滑率牵伸辊线速度=热辊直径×3.14×c×频率，c根据电机型号确定（二）拉伸质量控制1.第二牵伸机自紧压辊经常出现断丝、缠辊1.1当前的丝质量不好，弱丝多。1.2丝束干燥，易起毛。1.3刚开始生头时，桶与桶之间丝条平衡时间差别大，丝条内部性质不一样。1.4牵伸浴槽内温度过高或过低。1.5第二牵伸机压辊表面磨损起毛1.6油剂浓度偏低1.7浴槽内分丝棒或导流板刮丝2.动力电中断处理方法2.1立即通知电仪人员查找故障原因。2.2关闭控制驱动部分（包括牵伸、卷曲、干燥、风机、油剂泵、水循环泵与润滑油电机）2.3及时处理机台上的未牵伸丝，将分丝架上的丝束剪断，挂好等待开车。2.4清理牵伸岗位卫生。2.5将故障排除后重新开车。3.丝束往边上跑偏3.1下导丝架眼睛导丝孔位置未调节好。3.2浸油槽和牵伸浴槽中导丝杆位置未调节好。3.3叠丝机导丝辊未调整好4.第三牵伸机加热辊经常缠辊

4.1未牵伸丝被带入第三牵伸机。4.2原丝质量不太好，经第一段拉伸后丝束中含断丝、毛丝较多。4.3第三牵伸机蒸汽压力达不到设定要求，加热辊表面温度低。4.4个别加热辊疏水器堵塞或冷凝水虹吸管损坏，辊内积水较多，辊表面温度低。4.5蒸汽加热箱蒸汽量不足。4.6第三牵伸机牵伸辊变形或表面起毛。5.牵伸浴槽温度异常5.1油剂循环状态不好，油剂泵有故障。5.2蒸汽总管压力波动。5.3蒸汽调节阀工作状态不佳，泄漏或调节不及时，旁通阀泄漏。5.4疏水器堵塞，加热效果不好。5.5工艺设定有错误。5.6人为操作因素，冷油剂加得太多。6.拉伸丝中末牵伸丝含量多6.1拉伸点位置不太稳定。6.2一、二段拉伸倍数及其分配比不符合工艺要求。6.3丝束所经过的各导丝器有磨损或毛疵。6.4原丝中有断丝、毛丝、并丝以及丝束缠结。6.5原丝的预取向度、断面不匀率和含油水率不符合要求。7.缠辊的处理方法

7.1如果缠辊时，一定要降速或停车处理，有缠丝检测器的设备会自动停车，无缠丝检测器的要手动停车。7.2低速运转时，用长柄钩刀钩丝，精神要集中，在出口处钩丝。7.3停车时，用长柄钩刀钩丝，在丝束入口处钩丝，防止设备倒车时缠丝不易处理；有缠丝检测器的各辊缠辊时，要在缠丝检测器处将丝钩断，以便开车时将丝带出。7.4将缠丝钩断后，拽下缠丝，剪去乱丝，将得头掖到相邻的丝片中。7.5低速启动设备，运行出紧张热定型机后，将毛丝剪净，当缠辊丝过卷曲后，升速正常开车。8.过尾丝的处理方法8.1牵伸工看到尾丝出集束后，要跟着尾丝行进，并示意卷曲过尾丝。8.2防止尾丝刮缠到缠丝检测器上，让尾上顺利通过牵伸。8.3辅助尾丝通过卷曲。拉伸工艺条件及其影响因素（一）拉伸设备导丝架上每个孔都镶嵌着一个氧化陶瓷圈。陶瓷圈既光滑又耐磨，以保证丝束在导丝过程中不损伤或挂断。导丝架上共有20个导丝孔，其中2个备用，18个分成三组，以形成后面拉伸过程中的三片丝。上油槽：补充油剂（存放过程部分油剂蒸发）八辊导丝机：分丝架（把纤维分成片状）、导丝辊（给纤维一定张力，均匀喂入拉伸辊），一道七辊与导丝机的速比约1.03七辊拉伸机：第一道有冷却辊；第二道第一辊有毛刷（清理废丝）；第三道有导丝板减少丝束打滑，辊的直径递增0.25mm，318.20mm-319.20mm在第一、第二牵伸机上均设有橡胶压辊，其作用如下：挤出经过油槽的丝束中多余的水分，保持稳定的含油率，便于丝束在第三牵机上升温快、定型效果好。增加拉伸辊与丝束间的摩擦力，减少丝束打滑，确保拉伸倍数稳定，有效地控制拉伸点，提高拉伸质量。增加丝片宽度，促进纤维间的密合，使丝片厚薄均匀，有利于拉伸定型和卷曲。油水浴槽：拉伸时，丝束与金属之间或丝束内各纤维之间的摩擦可能产生大规模静电，从而妨碍拉伸工艺正常进行。同时集束期间盛丝桶上部丝束也比较干燥，容易产生毛丝。油剂浴槽的作用是使丝束得到适量的拉伸油剂，以保证丝束的拉伸加工性能。此外，丝束经过油剂浴槽时，在水流作用下逐渐被扩宽成为薄而均匀的丝片，有利于下一步均匀升温。为了防止丝束在油浴中互相缠结，浴槽中还设有导丝杆，将18根丝束分为三片，三片丝在拉伸辊上分别进行拉伸。卷曲时再将三片丝重叠。过热蒸汽箱：进一步加热（二）拉伸工艺条件1.拉伸温度：提高，丝条屈服应力和拉伸应力降低Tf﹥T﹥Tg二级拉伸工艺第一级拉伸：Tg以上，即在70~90℃Ⅰ、Ⅱ段→拉伸应力较小→要求的加热温度较低→热水（含油剂）浴加热，70~90℃第二级拉伸：拉伸应力较大→要求的加热温度较高→过热蒸汽或沸水加热，150（棉型）~180℃（毛型）

，使丝束表面温度接近95-100℃2.拉伸速度：提高，生产能力提高，拉伸应力增加；可适当提高拉伸温度，拉伸发热丝束喂入速度υ1=30~45m/min出丝速度υ3=140~180m/min（毛型短纤维应低）→2803.拉伸倍数及其分配：N和最大拉伸倍数之间与成品纤维强度、原丝质量以及纺丝速度等有关；倍数增加，强力提高。民用丝：3.5~4.0倍；帘线丝不低于5倍总拉伸