合成纤维第五章干法纺丝
合成纤维的纺丝方法
合成纤维的纺丝方法
合成纤维是一种人造纤维,通常由高分子聚合物制成。
纺丝方法是合成纤维生产中的重要步骤,该步骤将高分子聚合物转化为纤维。
以下是合成纤维的纺丝方法:
1. 熔融纺丝:这种方法将高分子聚合物加热至其熔点以上,使其成为熔融状态的液体。
然后将熔融状态的高分子聚合物通过喷嘴喷出,并迅速冷却形成纤维。
2. 干法纺丝:这种方法将高分子聚合物溶解在适当的溶剂中,形成粘度较高的溶液。
然后将溶液通过喷嘴喷出,并在干燥空气中迅速冷却形成纤维。
3. 湿法纺丝:这种方法将高分子聚合物溶解在适当的溶剂中,形成粘度较高的溶液。
然后将溶液通过喷嘴喷出,并在水中迅速冷却形成纤维。
4. 拉伸纺丝:这种方法将高分子聚合物加热至其熔点以上,使其成为熔融状态的液体。
然后将熔融状态的高分子聚合物通过喷嘴喷出,并迅速冷却形成纤维。
接下来,将纤维在拉伸机上进行拉伸,以提高其强度和柔韧性。
以上是合成纤维的四种纺丝方法,不同的纺丝方法会影响纤维的物理性能和化学性能。
在选择纺丝方法时,需要考虑纤维的应用场景和使用环境。
《纺织材料学》第五版网课题库附答案
第一章:纤维的结构1.大分子中的单基结构会影响纤维的哪些的性能(ABCD)A.耐酸性B.染色性C.吸湿性D.耐光性2.初生纤维的断裂强度可以通过拉伸工序提高,这是由于结晶度得到提高。
×(拉伸工序是取向度的提高。
)3.羊毛纤维是多细胞纤维,所以不存在原纤结构。
×(只要是纤维基本具备原纤结构,但具备完整的原纤结构的只有棉、毛纤维,合成纤维都不具有完整的原纤结构)4.(识记)纺织纤维的结晶度越高,纤维力学性能越好。
×(结晶度越高,纤维力学性能是越好,但是如果过高就会力学性能变差,就会成为脆性纤维,所以不是结晶度越高越好。
)第二章:纺织纤维的形态及基本性质5.其他条件不变,纤维越细,细纱强度()DA.没有规律B.越低C.不变D.越强6.纤维越长,纱线中的毛羽()CA.越多B.没有规律C.越少D.没有关系(在保证纺纱具有一定强度下,纤维越长,整齐度高,则可纺纱线性好,细纱条干均匀度好,纱面表面光洁,毛羽较少。
)7.纤维和纱线的特数越高,()AA.细度越粗B.长度越短C.细度越细D.长度越长(线密度、纤度是正相关,公制支数是负相关。
)8.纺纱工艺设计时使用主体长度。
×(纺纱工艺设计使用品质长度作为参考参数。
)第三章:植物纤维9.(1)棉纤维的长度仅取决于纤维品种。
×(纤维的化学组成、物理性质和长度大小主要取决于生长的部位和本身结构)(2)棉纤维长度较长,即使有较多短绒,也不影响纱线条干均匀度。
(只要短绒的存在就会影响条干均匀度)(3)棉纤维越细,所纺纱线越细,条干均匀度越好,但纱线强力不好。
(纤维越细,所纺纱线越细,条干均匀度越好,纱线强力也会越好,因为细纤维间抱合力大,增加纱线的断裂强力)(4)(识记)棉纤维的成熟系数大小仅与次生层厚度有关。
√(5)正常成熟时,长绒棉成熟度系数比细绒棉的成熟度系数低。
×(两种不同品种的纤维成熟度没有可比性)(6)棉纤维成熟度系数越高,纤维强力越高,有利于成纱条干均匀度。
合成纤维的纺丝成形工艺流程
冷却/凝固
对于熔融纺丝,熔体细流在较低温度和冷却吹风环境下冷却固化;对于湿法纺丝,细流通过凝固池双向扩散而凝固成丝。
6
拉伸
对初生纤维进行拉伸,以改善纤维的物理性能,如强度、弹性等。
7
热定型
在一定温度和张力下,对拉伸后的纤维进行热定型处理,以稳定纤维的结构和性能。
8
后处理
对纤维进行上油、网络等后处理,以提高纤维的润滑性、抱合性等。
合成纤维的纺丝成形工艺流程
步骤序号
工艺流程
描述
酰胺等,并进行预处理,如干燥、切割等。
2
熔融/溶解
将聚合物原料加热熔融或通过溶剂溶解成熔体或溶液。
3
纺丝熔体/溶液制备
通过连续聚合、预结晶、干燥等工艺,将原料加工成适合纺丝的熔体或溶液。
4
纺丝
将纺丝熔体或溶液通过喷丝头,以高压将熔体或溶液挤出成细丝。
9
卷绕
将处理后的纤维卷绕成筒,便于后续加工和使用。
10
检验与包装
对卷绕好的纤维进行质量检验,合格后进行包装,以备销售或进一步加工。
第五章合成纤维
为了改善涤纶的性能,必须从改变其 大分子链结构着手,一般方法有:
(1)引入有空间阻碍的基团,降低大分子的结晶度。 (2)引入第三单体,使涤纶分子结构的规整性下降,
改变其紧密堆砌的状况,使结构变得较疏松。 (3)引入可与染料分子结合的基团,以提高其对染料
的亲和力。 (4)引入一定的吸水性基团,改善其吸湿性。 (5)改变工艺条件,增加纤维中无定形区的含量。
图5-8 假捻法加工示意图
二、锦纶的结构
锦纶的形态结构与普通涤纶相似,在显微镜下观 察,纵向光滑,横截面接近圆形。
锦纶的聚集态结构也与涤纶相似,为褶叠链和伸 直链晶体共存的体系。
锦纶的大分子主链上含有酰胺键。 锦纶的结晶度为50%~60%,最高可达70%。 锦纶纤维具有皮芯结构,一般皮层较为紧密,取
合成纤维的原料来源广泛,生产不受自然条件限制,并具 有许多优良特性,如坚牢耐磨、质轻、易洗快干、不易皱 缩、不霉不蛀等,成为很好的衣着原料。
市场上销售的涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氨纶等都属于合 成纤维。
合成纤维的分类
聚酯类纤维——聚对苯二甲酸乙二酯纤维(涤纶)、各类 改性聚酯纤维等。
聚酰胺类纤维——聚酰胺6纤维(锦纶6)、聚酰胺66纤维 (锦纶66)、聚酰胺1010纤维(锦纶1010)、芳香族聚 酰胺纤维(芳纶)等。
目前合成纤维生产中以熔融法纺丝为主,其次 是湿法纺丝,干法纺丝使用较少。根据各种高 分子聚合物的不同性质,采用熔融法纺丝生产 的有锦纶、涤纶、丙纶等;采用湿法纺丝生产 的有腈纶短纤维;采用干法纺丝生产的有腈纶 长状有圆形、三角形、五叶形、扁 平形、中空形等各种形状。
回弹性好——锦纶大分子结构中具有大量的亚甲基—CH2—,在松 弛状态下,纤维大分子易处于无规则的卷曲状态,当受外力拉伸 时,分子链被拉直,长度明显增加。外力取消后,由于氢键的作 用,被拉直的分子链重新转变为卷曲状态,表现出高伸长率和良 好的回弹性。
第五章 化学纤维要点
第五章化学纤维一、名词解释:1、高聚物2、再生纤维3、人造纤维素纤维4、合成纤维5、毛型纤维6、中长纤维7、消光纤维8、着色纤维9、复合纤维10、双组分纤维11、异形纤维12、超长纤维13、倍长纤维14、异长纤维15、熔融法纺丝16、溶液纺丝17、湿法纺丝18、干法纺丝19、差别化纤维20、长丝21、中空纤维22、弹性纤维23、皮芯结构24、超细纤维25、膜列纤维26、化纤油剂27、芳纶1、熔体纺丝2、干法纺丝3、湿法纺丝4、合成纤维5、人造纤维6、着色纺丝7、卷曲率8、等长纤维9、异长纤维10、超长纤维11、长度偏差率12、纺丝二、填空题:1、最早工业化生产的合成纤维是_____。
2、采用熔体纺丝的合成纤维有_____、_____、_____。
3、采用溶液纺丝的合成纤维有_____、_____。
4、根据涤纶短纤维后加工时的拉伸与热定型的方式不同,可制成____、_____、_____。
5、锦纶6与锦纶66相比,前者熔点_____,耐酸性_____。
6、丙稀腈比例在85%以下的纤维称为_____。
7、粘胶纤维的原料一般选用_____、_____、_____等。
8、维纶的缩醛度一般在_____。
9、化学纤维的生产一般都需经过_____、_____、_____、_____四道工序。
10、合成纤维的主要原料来源有_____、_____、_____。
11、涤纶的学名为_____。
12、成纤高聚物必须具备的三个条件________、________、__________。
13、维纶的学名是_____________。
14、纺丝方法分为________和________。
15、溶液纺丝法分为________和________。
16、干法纺丝适用的纤维有_____和_____。
17、湿法纺丝适用的纤维有_____和_____。
18、双组分纤维的形式有_____、_____、_____。
19、异形截面的纤维有_____、_____、_____。
《纺织材料学》习题集
5、维纶缩醛化主要发生在()纺织材料学》习题集绪言1、 什么是纺织纤维?2、 试述纺织纤维的主要类别,并分别举例。
3、 纺织纤维应具备哪些基本条件?4、 分别举出纤维素纤维、蛋白质纤维、合成纤维的例子各三例。
5、 纺织纤维可分为 _________ 和 ________ 两大类。
6、 什么是纺织材料?7、 纺织品发展的三大支柱是什么?第一章 纤维结构的基本知识一、填空1、 纺织纤维的内部结构可分为 __________ 、 __________ 、 ___________ 三层。
2、 大分子的构型有 ___________ 、 ___________ 、 __________ 三种。
3、 纺织纤维中大分子间的结合力有 ________ 、 __________ 、 _______ 、 _______ 四种。
4、 形态结构包括 ___________ 和 __________ 两大类。
5、 单基的化学结构、官能团的种类决定了纤维的 ___________ 、 ___________ 、___________ 以及 __________ 等化学性能。
6、 大分子结构中, _________ 决定了纤维的耐酸、耐碱、耐光以及染色等化学性能。
7、 纤维素大分子的基本链节是 _____________ 。
8、天然纤维素纤维的晶胞属,粘胶及丝光棉的晶胞属9、蛋白质大分子的基本链节是 。
10、羊毛经过拉伸,可将大分子从 型变为型。
11、涤纶纤维刚性大,是由于分子上有 。
12、纤维的化学性质主要取决于 。
13、分子极性的强弱影响纤维的 性质。
14、大分子的聚合度影响纤维的 。
15、 当聚合度达到 __________ 时,纤维强力 ______________ 16、 当聚合度达到一定值后,纤维强力 _________ 。
、选择题2、 下列纤维中,结晶度最低的是(①粘胶3、 下列纤维中取向度最低的是(①麻1、纤维化学性质主要取决于(①单基性质)②超分子结构③大分子构象) ②涤纶 ③棉) ②粘胶 ③棉 )4、具有准晶态结构的纤维是(①涤纶②丙纶③腈纶①结晶区 ②无定形区 ③纤维表面6、羊毛纤维经拉伸后,大分子从 a 型变为B 型属于()①构型改变 ②构象改变 ③超分子结构改变7、下列纤维中结晶度最高的是()①涤纶 ②锦纶 ③丙纶8、下列纤维中吸湿性最好的是()①粘胶 ②棉 ③维纶9、维纶缩甲醛主要是为了提高纤维的()①耐热水性 ②强度 ③耐晒性四、问答1、 纤维内部结构一般分为哪几级?2、 试述纤维大分子结构对纤维性能的影响。
合成纤维第五章干法纺丝
大量的研究表明:干纺和湿纺纤维的结 构有很大差异,干纺制得的纤维宏观结 构较均匀,没有明显的芯层和皮层,纤 维的超分子结构尺寸大,同时纤维的微 纤结构也不明显。
合成纤维第五章干法纺丝
二. 干纺成形条件与纤维的性能
相同的 成纤聚合物
湿法纺丝
干法纺丝
具有均一而致密的结 构,而且力学性能更
合成纤维第五章干法纺丝
干纺过程中,溶剂存在于整个丝条中,溶剂 从丝条表面蒸发的速度E和溶剂从丝条中心扩 散到表面的速度V的相对大小可以用来表征干 纺成形过程和初生纤维截面形态结构的表征。
E/V≤1,成纤干燥固化过程十分缓和均匀,纤 维截面趋近于圆形,几乎没有皮层;
随着E/V的增加,纤维截面不同程度的变化
为优良
成形方法及成形条件
如:干纺腈纶由于纺丝成形条件比湿法缓和,所以纤维截 面结构均匀、致密,表面光滑。染色后色泽鲜艳。同时纤 维更富有弹性,织物尺寸稳定性也较好。
合成纤维第五章干法纺丝
(1)浓度过高,难于得到溶解完全而均匀的溶液,并且使 过滤脱泡困难;
(2)浓度高,粘度就大,会使纺丝溶液的输送压力增加; (3)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。
合成纤维第五章干法纺丝
在实际生产中纺丝溶液浓度一般在18%~45% 之间
干法纺丝的纺丝溶液浓度
合成纤维第五章干法纺丝
2. 溶解
A:溶解机理(1)溶剂向聚合物内部扩散;(2)粒状聚合物表面生 成的膨润层剥离脱落,向溶剂相分散。
B:遇到的问题:聚合物细粉料在溶解过程中经常聚集成块,而难以 得到完全溶解的均匀的纺丝溶液; 解决办法:采用将聚合物加入到常温的溶剂中溶胀,避免上述的 不良影响备和纺前准备
纺织材料学 5 化学纤维
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第五章 化学纤维
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二、新型化学纤维
新型化学纤维概述
开发目的
新型再生纤维
新型再生蛋白质纤维
■ 新型再生纤维素纤维
新型合纤
差别化新纤维
细旦、超细旦纤维
■ 复合纤维
纳米技术
■ 高分子物改性纤维
纤维表面处理
■ 环保性新合纤
三异纤维(异截面、异收缩纤、异纤度 ) ■ 其他
细旦——0.55 ~ 1.4dtex 超细旦 ——0.33~0.55dtex 极细旦——0.11~0.33dtex 超极细旦——0.11dtex以下
橘瓣纤维
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第五章 化学纤维
海岛型纤维
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2.三异纤维
异纤度、异收缩和异截面纤维。 异纤度——较粗的作为芯丝可提供足够强力、刚度、弹性及挺
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第五章 化学纤维
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异截面纤维:采用异型喷丝板纺丝制得
涤纶凉爽丝 :有良好的 导汗、快干、凉爽、 舒适的功能 ,例 Coolmax纤维
圆中空纤维
其内部具有空穴结构, 由于内部有空腔,与 普通圆形截面相比, 比重轻,蓬松;纤维 的保暖性好
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第五章 化学纤维
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第五章 化学纤维
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第二节 常规化学纤维 的制造概述
一、高聚物的提纯与聚合 二、纺丝熔体或纺丝液的制备 三、化学纤维的纺丝成形 四、化学纤维的后加工
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一、高聚物的提纯与聚合
1、高聚物的提纯
再生纤维
2、高聚物的聚合
合成纤维。
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第五章 化学纤维
抽样数根据批量大小按标准规定进行。
化学纤维(再生纤维及半合成纤维)教材
3.复合纤维 在纤维的横截面上有两种或两种以上的不
相混合的组分或成分的纤维。常用的为双组分 复合纤维,有并列型、皮芯型和海岛型等。
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复合纤维
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复合纤维
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4.混合纤维:在纤维的横截面上有两种及两种 以上的相混合的组分或成分的纤维。 5.异形纤维
指经一定几何形状(非圆形)喷丝孔纺制 的具有特殊截面形状的化学纤维。
长丝后加工路线:
拉伸——加捻——定型——上油——络丝,湿法 纺丝的还需进行后处理和漂白。
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四、化纤消光和上油
1、化纤消光 减少或消除化纤中的强光泽,添加消光剂如
二氧化钛,根据消光剂的数量可生产有光、无光 和半无光纤维。
2、化纤上油 化纤上油一方面是纺丝工艺本身的要求,一
方面是化纤纺织加工的需要,上油后可提高柔软、 润滑性和抗静电性。
第五章 化学纤维
(chemical fiber)
1
内容提要:成纤高聚物特征和化学纤维制造概述。 化学纤维的分类、性质及检测; 常用化纤的特性; 纤维鉴别的方法简介。
重点难点:本章是纤维部分特性介绍的最后一章, 在性能介绍中注意与前面章节的对比,突出特点 的介绍,难点在于综合性。
2
概述
1891年,在英国有人将纤维素黄酸酯溶于 稀碱中制成很粘的液体纺丝,因其很粘,称 为粘胶,制成的纤维称为粘胶纤维 ,1905年 实现工业化生产。从此以后人造纤维开始走 上了成功之路,发展到目前这种现状。
将纺丝液从喷丝孔中压出后射入凝固浴中凝固成丝 条。根据凝固浴的不同分为湿法与干法两种。
湿法纺丝(Wet spinning):液体凝固剂固化。 纺出丝的截面多为非圆形,有皮芯结构。腈纶、
维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。
干法纺丝及其他纺丝方法原理及工艺
(H2)28wt%, 40kV
(H3)39wt%, 40kV
SEM photographs of electrospun SF fibers
3.4.7喷射纺丝法
采用高压和高速气流来分散高聚物溶液或熔体进行 纺丝的方法。 纺丝流体经过一个窄缝型模口挤出,而后通过文丘 里管或高速气流喷嘴进行喷吹拉伸,形成极细的纤 维。 与静电纺丝法可结合使用。
在纤维制造过程中,各向异性溶液或熔体的液晶区在 剪切和拉伸流动下易于取向,同时各向异性聚合物在冷 却过程中会发生相变形成高结晶性的固体,从而可以得 到高取向度和高结晶度的高强纤维。
溶致性聚合物的液晶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺。 热致性聚合物的液晶纺丝可采用熔融纺丝工艺。
3.4.4相分离纺丝法
与冻胶纺丝法类似,采用一种聚合物溶液作为纺丝原液, 纺丝线的固化是改变温度的结果,而不是改变溶液的组成。
I区(起始蒸发区) (近喷孔处): 溶剂大量挥发 T↓↓至Tm附近,且T中心>T表面
II区(恒速蒸发区) : 溶剂恒速挥发
T≈Tm III区(降速蒸发区):溶剂降速挥发
T表↑至T热风
干纺成形时沿纺程温度和溶剂的 浓度分布图
1-纤维表面温度 2-纤维中心温度 3-纤维内溶剂的平均浓度 CP-纤维周围的介质 P-纺丝溶液 X (t)-纺程(时间) Tm-湿球温度
3.4.6静电纺丝法
静电纺丝法是一种对高分 子溶液或熔体施加高电压进行 纺丝的方法。
静电纺丝的装置包括定量 供给溶液或熔体的装置(计量 泵)形成细流的装置(喷丝模 口)以及纤维接受装置。
例:再生蚕丝蛋白水溶液的静电纺丝
regenerated silk fibroin aqueous solution
生产纤维的方法
生产纤维的三种不同方法一.干法纺丝化学纤维主要纺丝方法之一,简称干纺。
干法纺丝和湿法纺丝都是采用成纤高聚物的浓溶液来形成纤维。
与湿纺不同的是,干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流不是进入凝固浴,而是进入纺丝甬道中。
通过甬道中热空气流的作用,使原液细流中的溶剂快速挥发,挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走。
原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化,并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。
干法纺丝与熔体纺丝有某些相似之处,二者都是在纺丝甬道中使高聚物流体(溶液或熔体)的粘度达到某一临界值而实现凝固。
不同的是,熔纺时凝固过程是借纺丝行程中细流温度下降而实现的,而干纺则通过原液细流中溶剂挥发,高聚物浓度不断增大而凝固。
在干纺的纺丝行程中,原液细流中溶剂的脱除通过下列三步实现:1.原液一出喷丝孔立即快速挥发──闪蒸;2.溶剂从原液细流内部向外扩散;3.从细流表面向周围气体介质作对流传质。
在靠近喷丝头的一段纺程上,传质的机理包括闪蒸、对流和扩散的综合作用,随后纯扩散就逐渐变成控制传质过程速率的因素。
干纺时,纺丝原液与周围气体介质之间只有传热和传质过程,不发生任何化学变化。
干纺的纺丝速度主要取决于溶剂挥发的速度,通常在聚合物的溶解度和纺丝液粘度许可的条件下原液浓度应尽可能高,并选择沸点较低和蒸发潜热较小的溶剂,借以减少纺丝原液转化为纤维所需挥发的溶剂量,降低热能消耗并提高纺丝速度。
目前生产中干纺的纺丝速度一般为200~500米/分,增加甬道长度或纺制细纤维时,纺速可提高至700~1500米/分。
干纺时,纺丝原液的浓度和粘度都比相应的湿法纺丝原液为高。
通常干纺溶剂的沸点不超过80℃,但沸点高达153℃的二甲基甲酰胺(DMF)也可用作聚丙烯腈纤维和某些高弹性纤维干纺的溶剂。
与熔纺相比,干纺适合于加工分解温度低于熔点或加热时易变色、但能溶解在适当溶剂中的成纤高聚物。
对于既能用干纺又能用湿纺成形的纤维,干纺一般更适于纺制长丝。
合成纤维的三种纺丝方法
合成纤维的三种纺丝方法宝子们,今天咱们来唠唠合成纤维的纺丝方法,可有趣啦。
一、熔融纺丝法。
这熔融纺丝啊,就像是把合成纤维的原料变成了“小岩浆”。
把那些合成纤维的聚合物加热到熔点以上,让它变成黏黏的、流动的熔体。
然后呢,通过一个喷丝头,这个喷丝头就像个魔法喷头一样,把熔体从一个个小小的孔里挤出来。
刚挤出来的时候,那丝还是软软的、热热的呢,就像刚出锅的面条,不过可细多啦。
接着,在周围冷空气或者冷却装置的作用下,丝很快就冷却凝固了,变成了我们看到的纤维。
这种方法可适合那些加热后容易变成熔体,而且在高温下比较稳定的聚合物哦。
就像有些聚酯纤维之类的,用熔融纺丝法做出来可顺溜啦。
二、溶液纺丝法。
溶液纺丝又分湿法和干法呢。
先说湿法吧,就像是给聚合物洗个特别的“澡”。
把聚合物溶解在一种溶剂里,变成黏黏的溶液。
然后把这个溶液通过喷丝头挤到一种凝固浴里,这个凝固浴就像是个神奇的变身池。
溶液里的聚合物一进去,就像被施了魔法一样,从溶液状态变成了固态的纤维。
这个过程中,溶剂和凝固剂之间就像在玩一场交换游戏,溶剂跑出去,凝固剂把聚合物抓住,就形成纤维啦。
干法纺丝呢,和湿法有点像又不太一样。
也是把聚合物先变成溶液,但是这个溶液通过喷丝头挤出来之后,不是进入凝固浴,而是在热空气里。
热空气就像个热情的小助手,把溶液里的溶剂给吹跑,让聚合物变成纤维。
干法纺丝做出来的纤维有时候会比较蓬松柔软呢,就像小云朵一样。
三、干喷湿纺法。
这个干喷湿纺法呀,是个很特别的“混血儿”。
它结合了干法和湿法的一些特点。
聚合物溶液先从喷丝头喷出来,先经过一小段空气层,就像小纤维先在空气中做个短暂的旅行。
然后再进入凝固浴。
这样做出来的纤维呢,既有干法纺丝那种可能会有的较好的物理性能,又有湿法纺丝带来的一些结构上的优点。
就像是把两者的优点都给占全了,超级厉害呢。
化学纤维成型原理—干法纺丝成型原理
闪蒸
纺丝线内部的扩散
从纺丝线表面 向周围介质的
对流传质
纤维溶剂含量的变化及其温度的分布
1-纤维表面温度 2-纤维中心温度 3-纤维内溶剂的平均浓度 Ⅰ-起始蒸发区 Ⅱ-恒速蒸发区 Ⅲ-降速蒸发区
干法成型时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图
纤维溶剂含量的变化及其温度的分布
干法成型时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图
在Ⅲ区内,溶剂的蒸发速度变小, 以致聚合体与溶剂间的相互作用加强, 而且受内部扩散控制。Ⅲ区丝条的固化 过程基本上完成,此时溶剂含量约为 30%~50%。从甬道出来的纤维溶剂 含量为5%~25%。
纤维溶剂含量的变化及其温度的分布
干球温度:
湿球温度是相对干球温度而言的,干球温度是空 气的真实温度,可直接用普通温度计测出,称这种真 实的温度为干球温度,简称温度。
纤维溶剂含量的变化及其温度的分布
干法成型时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图
Ⅲ区:纤维传质传热形成纤维结构的 主要区域。纤维开始成形,溶剂从纤维 中间层向表面扩散,溶剂蒸发的速度更 慢,浓度分布变得更大,随着蒸发强度 的急剧降低,丝条表面温度上升并接近 热风温度。此时,纤维中的分子扩散速 度又小,在此阶段开始除去使聚合物分 子溶剂化的那部分溶剂。
纤维溶剂含量的变化及其温度的分布
干法成型时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图
Ⅱ区:由于热风的传热与丝条溶剂蒸 发达到平衡,这一阶段丝条的温度实际 上保持不变,且等于湿球温度。沿纤维 截面的温度同样是相同的,纤维同周围 介质之间的热交换也恒定。
在该区内丝条内部温度保持较低, 溶剂缓慢扩散,质量交换速度变化很小, 可以近似地认为不变。这时聚合物细流 中溶剂的浓度会大一些,所以蒸发过程 不是由内部扩散控制,它主要取决于外 部的(对流的)热、质交换速度和与此 相对应的表面温度。这个阶段的热、质 交换大致相同,纤维表面温度不变。
干法纺丝时
由聚合釜引出的淤浆含有一定量未参加反应 的单体,故需不断向淤浆槽加入足够量的终止 剂(乙二胺四乙酸四钠盐)使聚合反应停止。
淤浆由泵送至旋转真空过滤机分离出聚合 物.用无离子水彻底水洗,以除去未反应的单 体和盐,滤液被送到单体回收工段,将未反应 单体回收重新使用。离开过滤机的聚合物大约 含有5%的水分,加入中和剂(NaOH)调节pH值, 然后用无离子水再制成含量约为25%的浆料, 送到湿混合系统。
4. 5.聚合助剂:硫脲、乙丙醇等。
(一)均相溶液聚合
单体与聚合物都能溶于溶剂之中的聚合体系称之为
均向溶液聚合。硫氰酸钠法均相溶液聚合的流程如图 4—1所示。
原料丙烯腈(AN)、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、第三
单体衣康酸(IPA)及硫氰酸纳溶剂分别经由计量捅计量 后放人调配桶, 引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和浅色 剂二氧化硫脲(TUD)计量之后,经由加料斗加入调配 桶。然后送试剂混合桶,再送聚合釜聚合成原液。通 常转化率为55%~70%之间。完成聚合后的浆液由釜顶 出料,通往脱单体塔,末反应的单体在脱单体塔中分 离逸出,被抽到单体冷凝器,在这里把未反应的单体 冷凝下来,而后被一· 起带回试剂混合桶,脱单体后的 浆液被送入原液准备正序。
经一步法制得的纺丝原液还需经过脱单体、混合、 脱泡、调温和过滤等环节,才能得到符合纺丝工艺要 求的纺丝原液。 由水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小的固体颗粒, 必须将其溶解在有机或无机溶剂中,并经混合,脱泡 和过滤等工序。 (一)一步法制备纺丝原液 图5—6为NaSCN一步法原液准备流程图。由聚合 工段送来的原液经管道混合器而进入原液混合槽,使 原液充分混合后用齿轮泵送住真空脱泡塔,脱除原液 中混入的气泡,脱泡后的浆液送入多级混合器。
合成纤维纱的纺丝机理分析
合成纤维纱的纺丝机理分析合成纤维纱是一种通过化学方法制得的纤维纱,它具有优异的性能和广泛的应用领域。
在纤维纱的生产过程中,纺丝是一个至关重要的步骤。
本文将对合成纤维纱的纺丝机理进行分析,以加深我们对这个过程的理解。
纺丝是将纤维从溶液中拉伸成纤维的工艺过程。
合成纤维纱的纺丝机理可以分为五个主要步骤:溶解、过滤、凝固、牵伸和固化。
在纺丝的第一步中,原料合成纤维通过化学反应转化为可溶的溶液。
这个过程需要控制反应条件和原料的比例,以确保产生高质量的合成纤维。
如果反应条件不正确,可能会导致纤维溶液的质量变差,从而影响后续的纺丝过程。
经过溶解后,纤维溶液会被输送到过滤系统中,以去除其中的杂质和残留物。
过滤可以提高纤维纱的质量和稳定性,避免纤维纱中出现颗粒或不纯物质。
过滤后的纤维溶液变得更加纯净,有利于后续的纺丝过程。
凝固是纺丝的关键步骤之一。
在这一步骤中,纤维溶液通过某种方式接触到凝固剂,从而使纤维溶液中的聚合物发生聚合并产生固态结构。
凝固剂的选择和处理方式对纤维纱的性能和结构有很大的影响。
通过合理选择凝固剂和控制凝固过程中的温度和速度等因素,可以获得理想的纤维纱形态。
牵伸是纺丝过程中的另一个关键步骤。
在牵伸过程中,纤维纱从凝固后的固态结构中拉伸出来,使其形成细长的纤维。
牵伸可以提高纤维纱的强度和延伸性。
通过控制牵伸的速度和温度,可以对纤维纱的性能进行调控。
最后一步是固化,通过固化过程中加热和冷却等操作,使纤维纱固化成为可供使用的最终产品。
固化过程中的温度和时间等因素要根据纤维纱的种类和要求进行调整,以确保产品的质量和性能。
综上所述,合成纤维纱的纺丝机理是一个复杂的过程,涉及多个步骤和参数的控制。
通过理解每个步骤的作用和影响因素,可以优化纺丝过程,提高合成纤维纱的质量和性能。
同时,纺丝过程中的每一步骤都需要严格的控制,以确保产品的一致性和稳定性。
随着科学技术的不断发展,合成纤维纱的纺丝机理将进一步得到深入研究和改进,为纺织行业带来更多的发展机遇和技术进步。
干法纺丝制超高分子量聚乙烯纤维工艺流程
干法纺丝制超高分子量聚乙烯纤维工艺流程下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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有机化学中的聚合物的纤维与纺丝技术
有机化学中的聚合物的纤维与纺丝技术聚合物是由许多单体分子通过化学键连接而成的高分子化合物。
在有机化学中,聚合物的纤维与纺丝技术扮演着至关重要的角色。
本文将探讨聚合物纤维的制备过程、纺丝技术的应用以及其在材料科学、纺织业等领域的重要性。
1. 聚合物纤维的制备过程聚合物纤维的制备可以通过两种方法:湿法纺丝和干法纺丝。
1.1 湿法纺丝湿法纺丝是将聚合物通过加热或化学反应转变为溶液或熔体,然后将其注入纺丝器中,再通过牵引或挤出等方法形成细长的纤维。
此方法常用于合成纤维的制备中。
1.2 干法纺丝干法纺丝是将聚合物通过加热转化为高分子膜,再通过拉伸、延伸等方法将其拉成纤维。
干法纺丝可以用于天然纤维和合成纤维的制备。
2. 纺丝技术的应用纺丝技术在有机化学中有广泛的应用,尤其在纤维材料的制备和加工过程中。
2.1 纺丝技术在材料科学中的应用聚合物纤维的特殊性能使其在材料科学中得到广泛应用。
例如聚醚酮纤维因其高强度、高温抗性和耐化学腐蚀性能,在航天航空、汽车制造等领域中被广泛使用。
聚乙烯纤维则因其柔软度、耐磨性和低吸水性而常用于纺织业。
2.2 纺丝技术在纺织业中的应用纺丝技术是纺织业中最重要的工艺之一。
通过纺丝技术,可以将聚合物转变为纤维,并进一步制成纺织品。
纺织品可以用于衣物、家居用品、工业用品等领域。
纺丝技术的发展不仅提高了纺织品的品质和效率,还极大地推动了纺织业的发展。
3. 聚合物纤维与纺丝技术的重要性聚合物纤维与纺丝技术在许多领域都具有重要的应用价值。
3.1 降低能源消耗和减少环境污染相比传统纺织品,聚合物纤维的制备过程中能源消耗较低,并且减少了对环境的污染。
纺丝技术的发展使得生产过程更加高效、环保,有助于推动可持续发展。
3.2 提高产品性能和创新纺丝技术的不断创新可以提高聚合物纤维的性能和品质。
通过改变纺丝条件和工艺参数,可以调整纤维的力学性能、耐热性和耐化学性等特性,从而满足不同领域对纤维材料的需求。
3.3 推动材料科学和纺织工业的发展聚合物纤维与纺丝技术的发展推动了材料科学和纺织工业的进步。
合成纤维的核心工艺
合成纤维的核心工艺
合成纤维的核心工艺可以分为以下几个步骤:
1. 聚合物合成:合成纤维的第一步是制备聚合物,通常使用化学反应将单体聚合成高分子聚合物。
常见的合成纤维聚合物包括聚酯、聚酰胺和聚丙烯等。
2. 聚合物溶解:将合成的聚合物溶解于适当的溶剂中,形成高分子聚合物溶液。
溶解过程中需要控制溶解度和粘度,以便后续工艺处理。
3. 流变加工:将聚合物溶液通过纺丝机进行流变加工,将高分子溶液从筛孔或喷嘴中挤出并拉伸,形成纤维状的连续物。
这个过程即为纺丝,可以通过湿法或干法进行。
4. 凝固固化:通过改变纺丝过程中的物理条件,比如改变温度、溶剂浓度等,使高分子溶液中的溶剂逸出或凝固,形成固态的纤维。
这个过程也称为凝固固化或固化。
5. 牵伸拉伸:对固化的纤维进行充分的牵伸拉伸,以增加纤维的强度和拉伸性能。
牵伸拉伸的过程可以通过机械牵伸或热牵伸等方式实现。
6. 修整整理:将得到的纤维进行整理,包括清洁、剪切、拉伸等,以使纤维具有统一的长度和形状。
修整整理的目的是消除纤维中的不均匀性和瑕疵,提高纤
维的质量。
7. 热定型:将修整整理后的纤维在适当的温度和时间下进行热定型处理,使纤维的形状和结构固定下来,并增加纤维的强度和耐久性。
以上是合成纤维的核心工艺步骤,不同类型的合成纤维可能会有一些差异,但整体过程大致相似。
合成纤维湿法纺丝
T′
T″ Td
d: Tg,Tf>Td, 可成纤 不能熔融纺丝—— 纤维素纤维
文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。
e: T′>Tb, T″<Tg<Td, Tf>Td, 能够成形,难调。
Td
f: T′>Tb, T′~T″处于 Tb~Tg之间,Tf<Td, 聚合物能够进行熔体 切丝,如PET
最有价值
品种主要有并列型、皮芯型、海岛型。
文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。
并列型:两个组分在纤维截面上分别构成半月形。
自卷曲性好、复合百分比较稳定、易剥离 利用两组分热性能不同,可生产高螺旋卷曲状旳纤
维、导电纤维、阻燃纤维
皮-芯型:一种组分包围另一种组分,
形成“皮”和“芯”。 芯层具有纤维旳主体性能 皮层提供特殊旳表面性能
杂链纤维
聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维 等……
碳链纤维
聚丙烯睛纤维
聚乙烯醇缩醛纤维
聚丙烯纤维 等……
杂链纤维 大分子主链除碳原子外,还具有其他元素(N,O)
碳链纤维 大分子主链全部由C-C构成
文档仅供参考,如有不当之处,请联系改正。
(2)按性能功用分 耐高温纤维, 如聚苯并咪唑纤维(PBI); 耐高温腐蚀纤维,如聚四氟乙烯(PTFE); 高强度纤维, 如聚对苯二甲酰对苯二胺; 耐辐射纤维, 如聚酰亚胺纤维; 阻燃纤维、高分子光导纤维等。
第一节 概述
一 熔体纺丝旳定义及合用范围
将高分子聚合物加热熔融成为一定粘度旳纺丝 熔体,利用纺丝泵连续均匀地挤压到喷丝头,经过 喷丝头旳细孔压出成为细丝流,然后在空气或水中 使其降温凝固,经过牵伸成丝。
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合成纤维的纺丝
三、螺杆挤出纺丝设备
1、螺杆挤出机 与塑料螺杆挤出机基本相同。一般采用渐变式螺杆。 2、纺丝组件 即喷丝头,结构见P264图7-58 3、纺丝泵 用来将熔体输送至喷丝头。一般用两个齿轮泵。一个压 力泵,一个计量泵。 4 、纺丝吹风窗及纺丝冷却套筒 用来定量、定向、稳定输送冷却风(空气),并不受外 界气流影响。 5、后加工装置 后加工装置包括:卷绕装置、加热拉伸装置、给油给湿装 置、干燥定型装置、切断装置、开松收集装置等
2、喷丝 将PAN纺丝液用计量泵定量压经过滤器入喷丝头喷出 成细流 3、纤维成型
经喷丝口出来的细流进入凝固浴后,细流中的溶剂不 断向凝固浴中扩散,使纺丝细流中的溶剂逐步失去溶解能 力而使细流逐步从液态变成固态纤维。 成型后的纤维经水洗和干燥后进入 后加工工序。后 加工工序与挤出纺丝基本相同,不再讲述。
6、纤维的拉伸
分两次拉伸,第一次在3%~4% NaSCN预热浴中进 行,浴温50~55 ℃,拉伸倍数2.5~3.5;第二次拉伸在蒸 汽拉伸器中拉伸,蒸汽压力0.2MPa,拉伸倍数4.5~6.5。 总拉伸倍数7~10。 7、纤维的后处理 用水洗除去拉伸后还残存在丝中的溶剂 。残存量应 控制在0.1%以下。水洗温度宜40~45 ℃。水洗后再上油 处理,而后进行干燥,干燥后再热定型、卷曲处理,最后 切断、打包。
3、凝固液的温度
通溃控制在10~12℃为宜。过高反应剧烈,会造成纤 维结构疏松、强度下降等,温度太低,反应过慢,效率低, 且易产生并丝和断头 。 4、凝固浴的浸长 以1米左右为宜。太短,凝固不充分,易毛丝;太长凝 固过头,对拉伸不利。 5、纺丝速度
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一. 溶剂的选择
溶剂的选择是制备干纺溶液的首要问题,溶剂的
性质对于干纺工艺起着决定性的影响。
实际选择溶剂是根据溶剂的溶解度和所制成的溶
液的性质。
一般认为等浓度溶液的粘度越小,或者等粘度溶 液的浓度越大,该溶剂就越好,这样制得的溶液 具有良好的可纺性。
干法纺丝所用溶剂
干纺时,纺丝原液与周围气体介质之间只有 传热和传质过程,不发生任何化学变化。干 纺的纺丝速度主要取决于溶剂挥发的速度, 通常在聚合物的溶解度和纺丝液粘度许可的 条件下原液浓度应尽可能高,并选择沸点较 低和蒸发潜热较小的溶剂,借以减少纺丝原 液转化为纤维所需挥发的溶剂量,降低热能 消耗并提高纺丝速度。
在干纺的纺丝行程中,原液细流中溶剂的脱 除通过下列三步实现:①原液一出喷丝孔立 即快速挥发──闪蒸;②溶剂从原液细流内 部向外扩散;③从细流表面向周围气体介质 作对流传质。在靠近喷丝头的一段纺程上, 传质的机理包括闪蒸、对流和扩散的综合作
用,随后纯扩散就逐渐变成控制传质过程速
率的因素。
四、溶剂的回收 工业回收溶剂的方法:冷凝法、液体吸收法和固 体吸附法
干纺过程中,溶剂存在于整个丝条中,溶剂
从丝条表面蒸发的速度E和溶剂从丝条中心扩
散到表面的速度V的相对大小可以用来表征干
纺成形过程和初生纤维截面形态结构的表征。
E/V≤1,成纤干燥固化过程十分缓和均匀,纤
维截面趋近于圆形,几乎没有皮层;
随着E/V的增加,纤维截面不同程度的变化
E/V略>1
纤维的截面呈扁平状,近于大豆形或哑铃形
纺速比湿纺高,一般可达300~600m/min,但由于
受到溶剂挥发速度的限制,干纺速度比熔纺低。
(3)喷丝头孔数远比湿纺少,这是因为干法固化
慢,固化前丝条容易粘连。一般干纺短纤维的喷丝
头孔数在1200孔左右,而湿纺短纤维的孔数高达
数万孔,因此干法单个纺丝位的生产能力远低于湿
纺,干纺一般适于生产长丝。
经喷丝孔挤出的纺丝 细流进入垂直甬道与 热气流接触
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,
纺丝液由计量泵输送到 喷丝头
丝条以一定的速度卷取, 使丝条拉伸细化而形成初 生纤维
干法纺丝
哪类POLYMER适合干纺?
(1)成纤聚合物的熔点在其分解温度之上,
熔融时要分解,不能形成一定粘度的热稳定
面结构均匀、致密,表面光滑。染色后色泽鲜艳。同时纤 维更富有弹性,织物尺寸稳定性也较好。
重点 1)干法纺丝的过程和特点 2)干纺纤维在结构的形成上有什么特点
思考题: 纺制腈纶的干法与湿法相比,成形过程有何区别?你认为哪 种方法成形条件更剧烈?对纤维品质有何影响?
第五章 干法纺丝 (dry spinning)工艺原理
第一节 概述
溶液干法纺丝是历史上最早制备化学纤维的成形方法。 1884年世界上第一根人造丝—纤维素硝酸酯纤维就是 用干法成形的。 目前世界上干纺的主要产品是
首先以DMF为溶剂生产的聚丙烯腈长纤维;
其次以丙酮为溶剂的醋酯纤维——香烟滤嘴丝束。
干法纺丝工艺流程
二. 纺丝溶液的制备和纺前准备
纺丝溶液的制备是干纺工艺的一个重 要环节。成纤聚合物溶解的好坏,直接影
响到纺丝液的稳定性和可纺性,同时还影
响到成品纤维的性质。
1. 纺丝液浓度:在纺丝过程中,挥发除去的溶剂要回收使
用,因此总希望采用高浓度的纺丝溶液,尽可能减少溶剂 的用量,尽可能增加溶剂的回收量。但是,浓度要受多方 面的制约:
干法纺丝具有连续生产、纺丝速度高、产量
大、销售收入高、污染少等优点;纤维质量
及耐化学性和染色性比湿法纤维好。但干法
纤维耐氯性较差,技术难度较大,需溶剂回
收,生产成本相对较高。
25
第二节 溶剂的选择与干法纺丝工艺
干纺工艺的工序如下:
溶解→过滤→脱泡→纺丝→拉伸,拉伸以后的
工序,根据产品的形态——长丝、短纤维、丝
(1)浓度过高,难于得到溶解完全而均匀的溶液,并且使
过滤脱泡困难;
(2)浓度高,粘度就大,会使纺丝溶液的输送压力增加;
(3)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。
在实际生产中纺丝溶液浓度一般在18%~45% 之间
干法纺丝的纺丝溶液浓度
2. 溶解
成的膨润层剥离脱落,向溶剂相分散。
吸收法:含丙酮的空气经过洗涤塔进行水洗,丙 酮被水吸收成为10%左右的水溶液,然后送往精 馏。回收率夏季:90~93%,冬季:92~95%。 吸附法:一般采用活性炭作为吸附剂,活性炭粒度 4~8目,实际操作时,当通过活性碳槽的排出气体 能检验出丙酮应立即中止吸附。 回收的方式:吸附—脱吸附;吸附—脱吸附—冷却
第三节 干纺纤维结构的形成和性能
一.干纺时纤维结构的形成 干纺过程中,纤维结构的形成机理目前研究还 比较少。
干法成形的相变过程
从图中可以看出体系 的相态变化,图中X1
代表体系的原始组成,
随着干纺过程的溶剂 的蒸发,体系的粘度 增加,组成接近于XTB, 该位置是由流动性温
XTB X0
度-组成曲线决定的。
A:溶解机理(1)溶剂向聚合物内部扩散;(2)粒状聚合物表面生
B:遇到的问题:聚合物细粉料在溶解过程中经常聚集成块,而难以 得到完全溶解的均匀的纺丝溶液;
解决办法:采用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。 C:水分的控制: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。 D:添加剂的加入:颜料、消光剂TiO2、过滤助剂硅藻土等。
构有很大差异,干纺制得的纤维宏观结
构较均匀,没有明显的芯层和皮层,纤 维的超分子结构尺寸大,同时纤维的微 纤结构也不明显。
二. 干纺成形条件与纤维的性能
相同的 成纤聚合物
具有均一而致密的结 构,而且力学性能更 为优良
湿法纺丝 干法纺丝
成形方法及成形条件
如:干纺腈纶由于纺丝成形条件比湿法缓和,所以纤维截
在干法成形过程的上述区域中,体系的粘度急剧增加,而成 形丝条的变形过程也基本结束。
干纺成形时,溶剂进一步挥发,体系转变为组成相应于X0的
玻璃化状态,此时丝条的形变完全停止。在这种情况下,因
为在整个纺丝过程中聚合物溶液为单相,纤维的固化过程是 与体系的聚集态变化相联系,而不是与体系的相态变化相联 系。这种变化几乎沿所有纤维截面同时发生,因此纤维的超 分子结构和宏观结构比较均一。
干纺纤维的截面形状除与成形过程中丝条表面
和内部溶剂的蒸发、扩散速度有关外,在很大
程度上还取决于纺丝液的初始浓度和固化时的
浓度。纺丝液的浓度越低,纤维截面形状与圆 形的差别越大。由于干纺纺丝液的浓度较高, 纤维截面收缩不大,因此在显微镜下纤维内没 有明显可见的孔洞。
大量的研究表明:干纺和湿纺纤维的结
世界氨纶第一大厂商拜耳公司的Dorlastan氨纶纺丝工艺就是 典型的干法纺丝。
目前我国主要氨纶企业都采用干法纺丝技术,
从全球氨纶工厂产能情况来看,采用干法纺丝
技术的产能也是占据主导地位。
氨纶干法纺丝技术以美国杜邦、韩国晓星、日
本东洋纺等为代表,不同生产专利商的纺丝聚
合物合成方法、纤维的生产技术和加工过程具
有独特的技术特征。
干法纺丝过程中,通常要受到溶剂从丝条
中挥发速度的限制,聚合物的固化速度较慢,
这就决定了干纺工艺的如下特点:
(1)纺丝液的浓度比湿法高,一般可达
18%~45%,相应的粘度也较高,能承受比湿
纺更大的喷丝头拉伸(2~7倍),易制得比湿
纺更细的纤维;
(2)纺丝线上丝条所受到的力学阻力远比湿纺小,
的熔体;
(2)成纤聚合物在挥发性的溶剂中能溶解形
成浓溶液。
适于采用干法工艺生产纤维
干法纺丝是目前世界上应用最广泛的氨纶纺丝方法。其纤 度为1.1~246.4 tex,纺丝速度一般为200~600 m/min, 有的甚至可高达1 000 m/min。
干法纺丝工艺技术成熟,制成的纤维质量和性能都很优良。
3. 过滤: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。这一过程通 常是在压滤机中完成的。
4. 脱泡:纺丝前另一道工序,除去气泡。
三. 干纺工艺
纺丝工艺主要由四步组成:
(1)纺丝原液的制备; (2)从喷丝头挤出; (3)挤出丝条的脱溶剂及干燥; (4)丝条的卷绕。 从喷丝头挤出的原液温度在任一时间,在纺丝线上任一 点都应保持匀一,是确保成品丝质量均一的主要因素。