纤维成型工艺

纤维成型工艺

一纤维的种类

（一）根据生产条件区分

1.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、聚丙燃腈纤维、聚丙燃纤维、聚氯乙烯纤维等。

（二）根据纤维的用途区分

1.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。

2.工业纤维：使用于工业生产的纤维。如：轮胎帘子线、过滤布等。

3.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

1.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。

2.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。

3.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。

4.具有可溶性和熔融性，因为要将高聚物溶解或熔融成溶液或熔体，再经纺丝、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

1.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。

2.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。

3.断裂伸长率：纤维在伸长至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。

4.条干不均匀率：对预取向丝和拉伸丝尤为重要。

5.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:

1.原料准备：高分子化合物的制备和机械处理。

2.前纺工序：纺丝熔体或纺丝溶液的制备。

3.纺丝工序：纤维的成形。

将纺丝熔体或溶液，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）熔体纺丝：凡能熔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熔体纺丝。其优点是：不用溶剂，工艺简单，成本低，特点是纺丝速度快，生产能力大。

●熔体纺丝的适用范围：熔点低于分解温度、可熔融形成热稳定熔体的成纤聚合物。

●熔体纺丝的分类：

直接纺丝法：将合成得到的聚合物熔体直接送至纺丝机纺丝。

切片纺丝法：将合成得到的聚合物熔体冷却制成切片，干燥后再在纺丝机中重新熔融成熔体进行纺丝。

●熔体纺丝工艺过程：

1）纺丝熔体的制备。

2）熔体从喷丝孔挤出。

3）熔体细流的拉伸和冷却固化。

4）固化丝条的给湿上油和卷绕。

●熔体纺丝基本步骤：

1）纺丝熔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。

●熔体纺丝的影响因素：

1）冷却时的冷空气风速、风温需要均匀恒定，以保证熔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）熔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，熔体粘度的局部不匀也产生丝结。

3）熔体温度过高时，丝条出现毛细断裂，致使纺丝中断。温度过低时，可能出现“熔体破裂”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熔体纺丝工艺。

（2）溶液纺丝

●聚丙烯腈纤维就采用溶液纺丝工艺。

●溶液纺丝的分类：

①湿法纺丝：

●工艺过程：

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。

②干法纺丝

●适用范围

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熔体。

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。