聚丙烯纤维

聚丙烯纤维
张长兵
学号：200910211101
摘要：聚丙烯纤维（PP）是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺织而成的合成纤维，在我国的商品名为丙纶。

本文主要论述关于聚丙烯纤维发展、等规聚丙烯的制备及其性能、聚丙烯纤维的生产改性，让我们更加的了解这种纤维，学习这种纤维。

关键词：聚丙烯纤维性能制备改性
Polypropylene fiber
Abstract: Polypropylene fiber (PP) is a propylene polymerization of isotactic polypropylene textile made of synthetic fiber as raw materials in China's trade name PP. This paper discusses the development of polypropylene fibers, etc. Preparation and properties of polypropylene, modified polypropylene fiber production, let us be more understanding of the fiber, to learn from this fiber.
Keywords: Preparation of modified polypropylene fiber properties
聚丙烯纤维的发展概述
早期，丙烯聚合只能低聚合度的支化产物，属于非结晶性化合物，无使用价值。

1954年Ziegler和Natta发明了Ziegle—Natta催化剂并制造了结晶性聚丙烯，具有了较高的立构规整性，成为全同立构聚丙烯。

这研究成果在聚合领域中开拓了新的方向给聚丙烯大规模的工业化生产和在塑料制品以及纤维生产等方面的广泛应用奠定了基础。

1957年由意大利的蒙特卡提尼公司首先实现了等规聚丙烯的工业化生产。

1958—1960年该公司首先又将聚丙烯用于纤维生产，开发商品名为梅拉克纶的聚丙烯纤维，以后美国和加纳大也相继开始生产。

1964年后，又开发捆扎用的聚丙烯膜列纤维，并由薄膜原纤化制成纺织用纤维以及地毯用纱等产品。

20世纪70年代采用短程纺工艺与设备改进了聚丙烯纤维生产工艺，一步法膨体长丝（BCF）纺丝机、空气变形机与符合纺丝机的发展，特别是非织造布的出现和迅速发展，是的聚丙烯纤维的发展与应用有了更广阔的前景。

聚丙烯纤维是四大主要合成纤维品种中最年轻的一员。

由于其具有密度小、熔点低、强力高、耐酸碱等特点，而且与涤纶、腈纶、相比，具有原料生产和纺丝过程简单。

工艺路线短、原料和综合能耗低、成本低廉、无污染和应用广泛的特点，丙纶异军突起，成为发展较快的合成纤维品种，年均增长率大百分之十二以上，远远超过了其他合成纤维品种的增长速度，2002年世界丙纶产量为399.4万吨，占合成纤维17.5%，2005年世界丙纶产量到了583万吨，占合成纤维的
1606%。

我国2007年丙纶产量22.5万吨。

聚丙烯纤维产品主要为普通长丝、短纤维、膜裂纤维、膨体长丝、烟用丝束、工业用丝纺粘和熔喷法非织造布。

聚丙烯纤维的性能和用途
聚丙烯纤维的性能：
质轻：PP纤维的密度为0.90—0.92g/cm3，在所有化纤重最轻的。

强度高、耐腐蚀、耐磨：PP纤维强度高，耐磨性和回弹性好；抗微生物，不霉不蛀；耐化学性由于一般纤维。

具有电绝缘性和保暖性：PP纤维电阻率很高，导热系数小。

耐热及耐老化性能差：PP熔点低，对光、热稳定性差。

吸湿性及染色性差：PP纤维的吸湿性和染色性在化学纤维中是最差的，回潮率小于0.03%。

PP纤维主要性能表1所示
表1
聚丙烯纤维的用途
1．用途:PP纤维具有高强度、高韧性、良好的耐化学性和抗微生物性及价格低廉等优点，股广泛用于绳索、欲望、安全带、箱包带、缝纫线、过滤布、电缆包皮、造纸用毡和纸的增强材料等领域。

2．内装饰用途：用PP纤维支撑地摊、沙发和贴墙布的那个装饰织物及絮棉。

3．装用途：PP纤维可制成针织品，如内衣、袜类等，也可制成长毛绒产品，如鞋衬、大衣衬等。

4．他用途：PP烟用丝束可作为香烟过滤烟嘴填料，PP纤维的非织造布可用于一次性卫生用品，如手术衣、帽子、口罩等。

等规聚丙烯的制备及其性能
等规聚丙烯的合成
PP是以丙烯为单体经配位聚合反应制的。

其结构是为：
PP的生产过程包括四个主要工序，即丙烯的制备；催化剂的制备；丙烯聚合;PP脱灰、脱无规物。

1. 界上丙烯的来源有蒸汽裂解制乙烯联产丙烯、炼厂催化裂化装置干气、丙
烷脱氢、甲烷制烯烃以及近年所开发的烯烃转化、烯烃移位等工艺。

2．化剂，过去等规聚丙烯的聚合均采用多相Z-N催化剂完成，经过40年的改进发展，由最初的第一代常规TiC13催化剂，发展到现在的高活性、高性能的第三代和第四代的催化剂，不仅催化活性呈几百万乃至几千倍的提高，而且等规度达到98%以上的高水平，产品无需脱灰和脱无规物，甚至无需造粒。

近年出现的金属茂催化剂，一起高校性得到了迅速发展。

PP催化剂的进展见表2。

3．烯聚合，可分为5类，即溶液聚合法、淤浆聚合法、本体聚合法、气相聚合法和本体法-气相法组合工艺。

PP工艺流程图见图3。

图3
4．丙烯的提纯和精处理，通常淤浆聚合的丙烯转化率为50%-75%，等规物含量可达95%以上。

未反应的丙烯可再循环使用。

对于使用高活性、高性能第三代、第四代Z-N催化剂和茂金属催化剂的局和工艺，省去了脱灰和脱无规物工序，第四代Z-N催化剂使PP的生产实现了无造粒，极大地提高了经济效益。

等规聚丙烯的结构和性能
1．PP分子的主链是由在同一平面的碳原子曲折链所组成的，侧甲可在平面上、下有不同的空间排列形式。

等规的PP的重复单元以相同构型有规则得排列，侧基(-CH3)在主链平面的同侧，各链节都沿着分子链有相同立体位置的不对称中心，这种有规则的结构很容易结晶。

间规PP的重复单元是以相反构型交替有规则的排列，侧基在主链平面上、下有次序的交替布置，具有相反交替的立体位置不对称中心，也就是有规则的立体结构，容易结晶，无规PP是不规则结构，侧基完全无规的立体配置，所以结晶困难，是一种无定形的聚合物。

2．分子量及其分布，纤维级PP的平均分子量为18-30万，比聚酯和聚酰胺的分子量高的多。

工业上采用熔融指数（MI）表示PP的流动性特性，课粗略的衡量其分子量。

3．热性能，PP的玻璃化温度很低，大致在-35℃到-10℃，熔点为165-176℃，热分解温度为350-380℃.
4．耐化学性与抗生物性，由于等规PP是碳氢化合物，因此有突出的耐化学性，PP还具有极好的耐霉性和抑菌性。

5．耐老化性，PP的特点之一是易老化，使纤维失去光泽、褪色、拉伸强度下降，这是热光及大气的综合影响的结果。

成纤聚丙烯的性能特点与质量要求
1．成纤聚丙烯的性能特点与质量要求
纤维级PP的粘均分子量为18-20万，熔融指数约为6-15.用分子量分布窄的PP所得的纤维的模量高。

成纤PP要求等规度为95%以上，熔点约在164-172℃之间，灰分应小于0.05℃，含水率＜0.01%。

2．茂金属等规聚丙烯的特点及纤维生产中的应用
采用茂金属催化剂生产的等规聚丙烯与普通聚丙烯相比，物理化学性能方面有以下特点：密度低，约为0.88；熔点低，约为130-150℃；熔化热也低，为15-20；等规度为80-90℃分子量分布窄仅为2；结晶速度慢且晶粒小；耐化学稳定性低和耐辐射较好。

聚丙烯纤维的生产
等规聚丙烯是典型的热塑性高聚物，可熔融加工为各种用途的制品。

工业生产PP纤维一般采用普通的熔体纺丝法和膜裂纺丝法。

随着生产技术的发展，近年来又有许多新工艺出现，如复合纺丝、短程纺、膨体长丝、纺-牵一步法、纺粘和熔体喷射法非织造布工艺等。

1．常规聚丙烯纤维
纺丝：聚丙烯纺丝是用螺杆挤出成型，改变纺丝条件可获得一定取向度和结晶度的纤维，纺丝温度采用高出聚丙烯熔点100℃左右或更高的挤出温度，在成型过程中，增大吹风量降低丝室温度，喷丝头拉伸倍数一般以60倍左右为宜，由于挤出膨大，往往在聚丙烯切片中加入调节剂、增塑剂等来改善其可纺性。

拉伸热定型：熔纺制的的PP初生纤维结晶度约为33%-40%，拉伸会使结晶度增加，且结晶度随拉伸温度提高而增大，PP拉伸后温度以120-130℃为宜，PP纤维的拉伸速度一般偏低些好，这是由于过高的拉伸速度会使拉伸应力大大提高，纤维的空洞率增加，因而增加拉伸断头率。

热定型是PP纤维后加工的另一重要工序。

2．聚丙烯短程纺丝技术
短程纺丝技术是较常规纺丝的工艺流程短，纺丝工序与拉伸工序直接相连，喷丝头空数增加，纺丝速度降低的一种新工艺路线。

整套生产线可缩短到50m左右，从切片输入到纤维打包全部连续化，可生产单丝线密度为1-200dtex的短纤。

它具有占地面积小，产量高，成本较低，操作方便，宜于迅速开发且适应性强等优点。

工艺流程：短程纺的设备形式虽不尽相同，但工艺流程基本相似，即：
切片喂入→添加剂注入→切片共混→螺杆挤出→熔体过滤→熔体分配→纺丝→冷却成形→上油卷曲张力调节→拉伸→卷取→热定型张力消除→切断→打包。

设备与工艺特点：短程纺设备可采用色母粒与常规切片共混生产有色纤维。

切片与色母粒等添加剂经计量和混合进入螺杆挤出机。

螺杆挤出机可放置在纺丝卷绕机的同一平面上，熔体出螺杆挤出机后，用高压泵送入位于高处的纺丝箱体；或者将螺杆挤出机直接放置在纺丝卷绕机上面，熔体出螺杆挤出机后直接进入纺丝箱体，纺丝箱体有6-32个纺丝位，喷丝板有环形和矩形两种，喷丝孔数可多达15万孔，冷却吹风形式有侧吹、中心放射和真空环吸等。

短程纺丝流程图
1-自动计量与混料系统 2-螺杆挤出机 3-纺丝机 4-卷绕装置 5-烟装置 6-控制柜 7-设备框架 8-五棍牵伸机 9-蒸汽箱 10-导丝机 11-叠丝机 12-卷取机 13-干燥热定型机14-切断机 15-打包机
3．聚丙烯膨体长丝
膨体长丝的缩写为BCF。

目前BCF生产工艺有两种：两步法和一步法。

在两步法工艺中，纺出的丝条先卷绕成卷，然后在进行拉伸、变形和卷绕。

一步法工艺则将纺丝、牵伸和变形融为一体，不仅哥工序连续，而且在一台机组上完成上述哥工序，占地面积小，自动化程度高，产品质量稳定且成本较低。

目前应用较广的是一步法工艺。

生产流程：
膨体长丝生产的工艺流程如下所示：切片输送→螺杆熔融挤出→纺丝→拉伸→变形→网络加工→卷绕。

工艺与设备特点：考虑丙纶让色困难，用于丙纶的BCF设备大多配有纺丝前染色机构，即配有定量小螺杆或碟式加料器，为使产品具有多种颜色，大多配有三台螺杆挤出机为一机组，即可生产单色丝也可生产复合丝，经挤出、纺丝、侧吹风和上油等工序后，纺出的丝束进入牵伸、变形、卷绕装置。

纺出的丝束首先经喂入辊向热拉辊拉伸，拉伸速度最高为2500m ∕min，然后进入热气流变形箱，热气流为过热蒸汽，采用热空气喷射变形时，加热空气高
速喷射使喂入丝充分预热并保持一定张力，当热气流在喷射装置下部外溢引起时速时，丝条急剧松弛，形成三维卷曲变形并堆积堵塞，已卷绕的冷丝条冷却定型，形成高蓬松性德三维卷曲纤维，由喷丝变形箱排除的丝束又被强制冷却定型（见下图）。

BCF经空气喷嘴形成网络丝，最后将张力和卷绕速度调节器进行卷绕。

丙纶BCF的主要性能如下：
产品规格∕dtex.[(80-120)跟]-1 800-2800
断裂强度∕Cn.dtex-1 ≧1.5
断裂伸长∕% 100±30
沸水收缩率∕% ﹤5
网络数∕个,m-1 ≧20
含油率∕% 1±0.4
4．膜裂纤维
膜裂纤维也称薄膜纤维，是高聚物经纵向拉伸、切割、撕裂或原纤化制成的化学纤维。

其生产方法很多方法，这些方法均包括以下程序：
薄膜的形成，平膜挤出和吹塑制膜法，前者通过T型挤出机头挤出平膜，随后冷却制膜，吹塑制膜法事通过环形模头将熔体挤出形成圆桶状，接着向其中心吹气，使其膨胀拉伸。

拉伸热定型，膜裂纤维用单轴拉伸，拉伸的方法有三种：①在红外线加热箱进行长距离拉伸；②在热板上进行长距离拉伸；③热辊短隙间拉伸。

热定型采用与拉伸相同的加热设备。

5．纺粘法非织造布
纺粘法是纺丝直接成布法，其工艺流程包括PP切片熔融纺丝、牵伸、分丝成网和粘合加固，流程如下：
PP切片→熔融纺丝→冷却成形→拉伸→铺网→纤网输送→纤网加固→卷装
聚丙烯纤维的改性
包括可染聚丙烯纤维、高强高模量聚丙烯纤维、细旦及超细旦聚丙烯纤维、阻燃聚丙烯纤维、远红外聚丙烯纤维、三维卷曲中空聚丙烯纤维、可生物降解型聚丙烯纤维等其他改性聚丙烯纤维。

主要参考文献
[1]M.阿迈德.聚丙烯纤维的科学与工艺.吴宏任、赵华山等译，北京，纺织工业出版社，1987
[2]赵敏，高俊刚等.改性聚丙烯纤维新材料.北京，化学工业出版社，2002
[3]洪定一.聚丙烯-原理、工艺与技术.北京，中国石化出版社，2002
[4]肖长发等.化学纤维概论.北京，中国纺织出版社，1997。