不同种类化学纤维的生产工序

不同种类化学纤维的生产工序

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：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) 纺前准备：纺丝熔体或纺丝溶液的制备；

(3) 纺丝：纤维的成形；

(4) 后加工：纤维的后处理。

一、原料制备

1. 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) 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；

(2) 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；

(3) 高聚物应具有适当高的分子量和较窄的分子量分布；

(4) 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。

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。因此，成纤高聚物必须在熔融时不分解，或能在普通的溶剂中溶解而形成浓溶液，并具有充分的成纤能力和随后使纤维性能强化的能力，保证最终所得纤维具有一定的良好综合性能。几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点见表1。

表1 几种主要成纤高聚物的热分解温度和熔点高聚物热分解温度（℃）熔点（℃）

聚乙烯350~400 138

等规聚丙烯350~380 176

聚丙烯腈200~250 320

聚氯乙烯150~200 170~220

聚乙烯醇200~220 225~230

聚几内酰胺300~350 215

聚对苯二甲酸乙二醇酯300~350 265

纤维素180~220 -

醋酸纤维素酯200~230 -

由表1 可见：聚乙烯、等规聚丙烯、聚已内酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯的熔点低于热分解温度，可以进行熔体纺丝。聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚乙烯醇的熔点与热分解温度接近，甚至高于热分解温度，而纤维素及其衍生物，则观察不到熔点，像这类成纤高聚物只能采用溶液纺丝方法成形。

2. 原料制备

再生纤维的原料制备过程，是将天然高分子化合物经一系列的化学处理和机械加工，除

去杂质，并使其具有能满足再生纤维生产的物理和化学性能。例如，粘胶纤维的基本原料是浆粕(纤维素)，它是将棉短绒或木材等富含纤维素的物质，经备料、蒸煮、精选、精漂、脱水和烘干等一系列工序制备而成的。

合成纤维的原料制备过程，是将有关单体通过一系列化学反应，聚合而成具有一定官能团、一定分子量和分子量分布的线型高聚物。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。直接纺丝和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。

在化学纤维原料制备过程中，可采用共聚、共混、接枝、加添加剂等方法，以生产某些

改性化学纤维。

二、纺丝熔体或溶液的制备

1.纺丝熔体的制备

对于切片纺丝，需要在纺丝前将切片干燥，而后加热至熔点以上、热分解温度以下，将

切片制成纺丝熔体。

(1) 切片干燥：经铸带和切粒后得到的成纤高聚物切片在再熔融之前，必须先进行干

燥。切片干燥的目的是除去水分，提高高聚物的结晶度与软化点。

切片中含有水分会给最终纤维质量带来不利影响，这是因为在切片熔融过程中，高聚物

在高温下易发生热裂解、热氧化裂解和水解等反应，使高聚物分子量显著下降，大大降低所得纤维的质量。另外，熔体中的水分汽化，会使纺丝断头率增加，严重时甚至使纺丝无法正常进行。因此，在涤纶和锦纶生产中，必须对切片进行干燥。干燥后切片的含水率，视纤维品种而异。例如，对于聚酰胺6 切片，要求于燥后含水率一般低于0.05%；而聚酯切片，由

于在高温下聚酯中的酯键极易水解，故对干燥后切片含水率要求更严格，一般应低于0.01%；对于聚丙烯切片，由于其本身不吸湿，回潮率为零，因而不需于燥。

切片干燥的同时，使高聚物的结晶度和软化点提高，这样的切片在输送过程中不易因碎

裂而产生粉末，同时也避免在螺杆挤出机中过早地软化粘结而产生“环结阻料”现象。

(2) 切片的熔融：切片的熔融是在螺杆挤出机中完成的。切片自料斗进入螺杆，随着

螺杆的转动被强制向前推进，同时螺杆套筒外的加热装置将切片加热熔融，熔体以一定的压力被挤出而输送至纺丝箱体中进行纺丝。

与切片纺丝相比，直接纺丝法省去了铸带、切粒、切片干燥及再熔融等工序，这样可大

大简化生产流程，减小车间面积，节省投资，且有利于提高劳动生产率和降低成本。但是利用聚合后的高聚物熔体进行直接纺丝，对于某些聚合过程(如已内酰胺的聚合)留存在熔体中的一些单体和低聚物难以去除，不仅影响纤维质量，而且还会恶化纺丝条件，使生产线的工艺控制也比较复杂。因此，对产品质量要求比较高的品种，一般常采用切片纺丝法。切片纺丝法工序较多，但具有较强的灵活性，产品质量也较高。另外，还可使切片进行

固相聚合，进一步提高聚合物的分子量，生产高粘度切片，以制取高强度的纤维。目前对于生产产品质量要求较高的帘子线或长丝，以及不具备聚合生产能力的企业，大多采用切片纺丝法。

2.纺丝溶液的制备

目前，在采用溶液纺丝法生产的主要化学纤维品种中，只有腈纶既可采用一步法，又可

采用二步法纺丝，其它品种的成纤高聚物，无法采用一步法生产工艺。虽然采用一步法省去了高聚物的分离、于燥、溶解等工序，可简化工艺流程，提高劳动生产率，但制得的纤维质量不稳定。

采用二步法时，需要选择合适的溶剂将成纤高聚物溶解，所得的溶液在送去纺丝之前还

要经过混合、过滤和脱泡等工序，这些工序总称为纺前准备。

(1) 成纤高聚物的溶解：线型高聚物的溶解过程是先溶胀后溶解。即溶剂先向高聚物

内部渗入，高聚物的体积不断增大，大分子之间的距离增加，最后大分子以分离的状态进入溶剂，而完成溶解过程。