熔体复合纺丝试验

熔体复合纺丝综合实验
一、实验目的
通过本实验应达到以下目的：
1、了解熔体复合纺丝法生产化学纤维的工艺过程；
2、掌握聚丙烯/改性聚丙烯皮芯复合纤维（POY）熔体纺丝的基本原理和主要工艺参数的控制；
3、初步掌握熔体复合纺丝的基本操作技能。

二、实验原理
在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物，这种化学纤维称为复合纤维。

复合纤维的品种有并列型、皮芯型、海岛型和裂离型等，纤维横截面形状如图1所示。

根据不同聚合物的性能及其在纤维横截面上的分配位置，可以得到许多性质和用途的复合纤维，尤其是可以将两种聚合物的优点结合起来，优势互补，是生产高性能、差别化纤维的重要形式。

图1 复合纤维的几种主要型式
（a）（b）并列型（c）（d）皮芯型（e）（h）海岛型（f）（g）裂离型
聚丙烯（PP）是常见的高分子聚合物，其纤维称为丙纶，用熔体纺丝法纺丝成形。

常规熔体纺丝是将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）或均匀落入盛丝桶中（对于短纤维）。

图2为熔体纺丝示意图。

熔体纺丝法纺制复合纤维和常规熔体纺丝的主要区别之一就是前者要用特殊的复合纺丝组件，本实验所用的皮芯复合组件的基本结构如图3所示。

复合纺丝组件的关键为分配板与喷丝板。

分配板的作用是保证两组分的熔体在复合前绝对分开，并把芯组分的熔体以一定的分布形式分配到皮组分熔体中。

另外，分配
板与喷丝板间的狭缝高度，对复合比的变化及复合状态有一定的影响。

图2 熔体纺丝示意图
1-螺杆挤出机2-喷丝板 3-吹风窗 4一纺丝甬道 5一给油盘 6一导丝盘 7一卷绕装置
图3 皮芯复合纺丝组件
三、实验原料与设备
1、原料：纤维级聚丙烯切片，重均分子量
M=300000；纳米碳酸钙；丙纶
W
油剂；
2、设备：高混机，双螺杆挤出机，切粒机，金纬牌复合纺丝机，JW35型卷绕机，吸枪。

四、实验步骤
1、改性聚丙烯的制备
⑴在真空烘箱中将纳米碳酸钙干燥，时间为8-10h；
⑵将干燥的纳米碳酸钙与聚丙烯切片用高混机混合均匀；
⑶将双螺杆挤出机按预定条件预热；
⑷将纳米碳酸钙与聚丙烯切片混合物加入双螺杆挤出机，挤出熔体细流经水浴冷却、切粒，得到改性聚丙烯；
⑸将改性聚丙烯切片放入真空转鼓干燥机中进行干燥，使含水率低于0.01%。

2、纺丝前的准备工作
⑴用真空转鼓干燥机干燥PP，保证含水率低于0.01%；
⑵升温加热系统，使纺丝机箱体各部件达到预定温度并保持温度稳定；
⑶将螺杆升温到预定温度进行预热；
⑷安装好皮芯复合纺丝组件，并放入加热炉预热，加热过程中分三次拧紧螺栓保证纺丝过程中不出现露料；
⑸启动纺丝机计量泵及螺杆，用适量切片冲刷整个管路系统，直至最后流出的熔体中没有任何杂质；
⑹将预热过的复合纺丝组件安装到纺丝机箱体中，拧紧螺栓并保温约10min；
⑺启动卷绕系统，保证卷绕机正常运转并能达到预定卷绕速度；
⑻将筒管装到卷绕轴上，开启吸枪，保证其工作正常；
⑼启动油泵，将纺丝油剂装入油泵中。

3、纺丝操作
⑴先启动计量泵，再启动螺杆，将干燥好的PP切片和改性PP切片分别加入两个加料斗，保证PP为皮层，改性PP为芯层；
⑵启动侧吹风系统，使风的温度、湿度和速度在合适的范围内；
⑶观察喷丝板表面，当熔体细流从喷丝孔挤出时，要使其不粘板，不堵孔，此时要控制好计量泵转速和螺杆转速，使熔体压力值保持稳定；
⑷开启吸枪，将沿着纺丝甬道而下的复合纤维用吸枪吸住集束，并保持1min 左右，确保没有断丝，所有丝条均被吸入吸枪内；
⑸开启卷绕机，使丝束经导丝钩后被卷绕到筒管上，得到预取向丝（POY）；
⑹筒管满卷后，用顶出装置将其顶出，继续下一筒管的卷绕。

五、纤维结构表征与性能测试
1、纤维纤度测试；
2、纤维断裂强度、断裂伸长率等力学性能指标测试；
3、纤维表面和断面的光学显微镜测试；
4、纤维断面的扫描电子显微镜（SEM）测试；
5、纤维热性能测试（DSC）。

六、思考题
1、纺丝温度对纤维成形有何影响？
2、拉伸和热定型等后处理步骤有什么作用？
3、影响复合纤维力学性能的因素有哪些？
参考文献：
[1] 肖长发，尹翠玉，张华等.化学纤维概论（第二版）.中国纺织出版社，2005
[2]陈日藻，丁协安，华伟杰.复合纤维.中国石化出版社，1995。