纺丝成网法工艺

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熔体粘度与分子量有关。分子量低于20000的PET, 其熔体粘度与温度呈明显的线性函数关系,而分子量 超过20000时,则呈非线性函数关系。纤维级的PET的 分子量通常为15000~22000。
随着温度的升高,熔体粘度依指数函数关系而降 低。随着PET分子量的提高,在相同温度下的熔体粘 度增加。而在不同温度下,熔体温度每增减10℃,大 约相当于特性粘数减增0.05,这一点对生产控制颇有现 实意义。
对于聚合物熔体来说,要求均匀发生降解,避免 聚合物熔体降解不一致而造成粘度不均匀,分子量分 布离散。同时还要求不能过度降解。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
7、含杂 聚合物原料中铝、钛、铁及灰分含量的增加,将
影响纤维的耐气候性能,同时缩短纺丝组件的使用周 期,引起生产成本上升。
高聚物 聚乙烯 等规聚丙烯 聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚乙烯醇 聚己内酰胺 聚对苯二甲酸乙二酯 纤维素
热分解温度(C °) 350~400 350~380 200~250 150~200 200~220 300~350 300~350 180~220
熔点(C °) 138 176 320
170~220 225~230
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
PET可能发生的降解有三种:热降解、热氧化降 解和水解。由于PET分子结构中存在酯基,在熔融时 极易水解,使分子量下降,影响纤维质量。因此,熔 喷前,PET切片必须进行干燥,使其含水率从0.4%降 到0.01%以下。PET切片干燥的目的不仅仅是除去水分, 还可提高切片的结晶度和软化点。PET切片造粒时, 其熔体铸带是在水中急剧冷却的,所得到的切片是无 定形结构,软化点较低。这种切片如不经过干燥,进 入螺杆挤压机后,会很快软化粘结,造成环结阻料。 PET切片干燥后,因发生结晶,使其软化点大大提高, 切片变得坚硬,且熔程狭窄,熔体质量均匀,不再发 生粘结阻料现象。
第八章 纺丝成网法工艺
§8-1 聚合物原料基本性能 §8-2 纺丝成网工艺原理与过程 §8-3 典型纺丝成网工艺与设备 §8-4 纺丝成网工艺与产品性能
第八章 纺丝成网法工艺
纺丝成网法是非织造材料生产的主要方法之一, 又被称为纺粘法。其原理是利用化纤纺丝的方法,将 高聚物纺丝、牵伸、铺叠成网,最后经针刺、热轧或 自身粘合等方法加固形成非织造材料。
变化,聚合物本身的性质对最终产品的质量起到至关 重要的作用。纺丝成网法聚合物原料基本性质通常包 括以下几个方面: • 聚合物分子量和分布 • 高分子链结构对成纤高聚物性质影响 • 成纤高聚物分子间的作用力 • 高分子结构与结晶能力 • 成纤高聚物的热性质
不同聚合物原料还有不同的要求,如聚丙烯原料 的等规度和熔融指数,聚酯原料的粘度等。
表征这些变化的温度参数是:玻璃化温度(Tg)、 熔点温度(Tm)和热分解温度(Td)。从非织造材料 应用的角度来看,聚合物耐高温的要求不仅是能耐多 高温度的问题,还必须同时给出耐温的时间,使用环 境以及性能变化的允许范围。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
典型成纤高聚物的Tm和Td
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
M n-数均分子量
M
-重均分子量
w
M -粘均分子量
M z -Z均分子量
典型分子量分布微分曲线
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
成纤高聚物的平均分子量和分子量分布是表征该高聚物 远程链结构的重要参数,它对于该高聚物的加工性能及所得 纤网的性能等具有明显的影响。当平均分子量相近时,分子 量分布宽度对流动曲线亦有明显的影响。
聚合物等规度直接影响纤维的各种性能,等规度 高,熔点高,易结晶,纤维的物理机械性能好,而且 耐化学药品的性能也高。
纺丝成网工艺要求聚丙烯的熔融指数(MFI)大于 27,熔融指数高,则熔体流动性好。通常情况下,聚 合物分子量提高,则熔融指数减小。
纺丝成网工艺要求将聚丙烯原料的灰分控制在 0.05%以下。
3、年产量为 4000t。
第八章 纺丝成网法工艺
产品应用: 聚丙烯:土工织物,簇绒地毯基布,涂层底布,
医卫材料,用即弃产品的包覆材料等。 聚乙烯:书籍封面材料,高级信封,包装材料等。 聚 酯:过滤材料,衬里材料,簇绒地毯基布,
农用材料,包装材料等。 聚酰胺:过滤材料,抛光材料,叠层织物底基等。
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第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
6、聚合物降解 聚合物降解有助于修正聚合物熔体粘度和分子量
分布。通常有三种降解方式:化学、机械剪切和热降 解。纺丝成网工艺可采用氧或过氧衍生物来实现化学 降解,增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到 机械剪切降解和热降解的目的。
• 目前产量超过80万吨,占世界非织造材料总产量的 30%。加工能力主要集中在西欧、美国、日本和中国。
第八章 纺丝成网法工艺
我国纺丝成网法工艺的发展情况 我国自1986年开始陆续从国外进口纺丝成网法生
产线,虽然起步较晚,但发展迅速。到2001年为止, 拥有纺丝成网法生产线超过70条,总生产能力约为23 万吨/年。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
熔体指数(MFI)是纺丝成网、熔喷实际生产中对 原料性能的主要指标,其定义为:在一定的温度下,熔 融状态的高聚物在一定负荷下,10分钟内从规定直径和 长度的标准毛细管中流出的重量,单位为g/10min,熔体 指数越大,流动性越好。 。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能 不同MFI聚丙烯切片的熔体粘度与切变率的关系
分子量分布宽度↑ 剪切速率↓ 非牛顿区负斜率↓
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能 分子量分布相似时,平均分子量对流动曲线的影响
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
2、高分子链结构对成纤高聚物性质影响 主链结构:
当聚合物主链结构引入双键时,由于诱导效应或 共轭效应,而改变链中原子间的相互作用。引入与主 链原子不同价的原子、双键或环结构,则会改变链的 柔性。高聚物链的结构变化,均会改变分子间相互作 用力的大小,和改变链的构型和晶格,以及分子间距 离。
大分子链中侧基的性质 :
改变大分子链中侧基的性质,使分子中的电子云 密度重新分布,改变键的长度、能量和极性。由于未 结合原子和基团相互作用而引起大分子链的柔性发生 改变,同时对大分子链的平衡构型、分子间的相互作 用力和晶格产生显著影响。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能 高聚物特性支配的纤维性质(☆-影响)
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
熔体粘度是PET熔体流变性能的表征,与纤维成 形好坏密切相关。影响熔体粘度的因素有温度、压力、 聚合度和切变速率等。
PET熔体粘度与切变速率有密切关系。通常,切应 力在9.65×105达因/cm2以下为牛顿流动,以上为非牛 顿流动。当切片的分子量增大时,牛顿区变窄变长, 且温度对粘度的影响增大。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
5、成纤高聚物的热性质 高聚物制造纺丝成网非织造材料的可能性和纤维
的性质与高聚物的热性质关系密切,高聚物的热性质 取决于分子链结构。高聚物在受热过程中将产生两类 变化。 物理变化:软化、熔融。 化学变化:环化、交联、降解、分解、氧化、水解等。
第八章 纺丝成网法工艺
发展简况: • 1959年美国Dupont公司首先成功开发聚酯纺丝成网法
非织造材料,同时期研制成功的,还有德国的 Freudenberg公司,德国的Lurgi公司也是该技术的先驱 者之一。
• 近十几年工艺技术取得突破性的发展,产品性能有很 大的提高,如产量提高,纺丝速度提高,单丝强度提 高,纤维细度降低,双组份纺粘以及SMS、SMMS复 合材料等。
因此,改善聚合物切片原料生产环境,优化切片 生产工艺,降低切片含杂量,可提高产品性能,有效 延长纺丝组件更换周期,减少耗能,降低产品生产成 本。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
二、纺丝成网法常用原料 (一)聚丙烯(PP)
聚丙烯是纺丝成网工艺常用的一种聚合物,主要 性能参数有等规度、熔融指数(MFI)和灰分。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
4、高分子结构与结晶能力 高聚物应具有一定规律性的化学结构和空间结构,
使可能形成最佳超分子结构的纤维。为制得具有最佳 综合性能的纤维,成纤高聚物应有形成半结晶结构的 能力。高聚物中无定型区的存在,决定了纤网中纤维 的柔软性、染色性、吸收性等。
成纤高聚物的结晶能力非常重要,结晶度在很大 程度上影响纺丝成网纤维的物理机械性能,通过结晶 作用,纤维中的大分子与其聚集体沿着纤维轴向排列 的取向状态才能固定下来。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
(二)聚酯(PET) 聚酯纤维工业化生产始于1953年,其性能优良,
强度和弹性模量较高,耐热和耐日晒性能高超,纺丝 成网工艺应用较多的原料。
聚酯的熔点比聚丙烯要高得多,纯PET的熔点为 267℃。工业化生产的PET熔点略低,一般在255~ 264℃之间。熔点是PET切片的一项重要指标,如熔点 波动较大,则纺丝成网工艺中的加热温度条件要适当 调整。PET切片的熔点对纤维成形过程的影响不如分 子量的影响大。
第八章 纺丝成网法工艺
纺丝成网法土工织物与干法针刺土工织物的技术 经济指标对比(%):
对比项目 基建投资 劳动力需要 能源消耗 维修管理费 仓储保管费 生产成本 原料成本 制造费用
纺丝成网法 100
干法 63 277 84 303 233 120 242 156
备注
1、原料为聚 丙烯;
2、产品定量 为200g/cm2;
永久偶极,永久偶极之间的静电相互作用的大小与分 子偶极的大小和定向程度有关。
诱导力是极性分子的永久偶极与它在其他分子上 引起的诱导偶极之间的相互作用力。
大分子间的相互作用以氢键为最强。氢键可以在 分子间形成,如极性的液体水、醇、氢氟酸和有机酸 等都有分子间的氢键,在极性的高聚物如聚酰胺、纤 维素、蛋白质等中,也都有分子间的氢键。
与国外先进水平相比,我国纺丝成网法工艺技术 尚存一定的差距,尤其是在产量、纺丝速度、成网宽 度、成网均匀度及纤维细度方面的差距还很大,有待 于进一步提高。
第八章 纺丝成网法工艺
特点: 工艺流程短,产量高 产品机械性能好 产品适应面广 可制得细纤维纤网 成网均匀度不及干法工艺 产品变换的灵活性较差
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
1、聚合物分子量和分布(MWD) 聚合物原料的分子量体现其聚合度的高低,分子
量及分子量分布对加工性能和成纤后的性能等具有明 显的影响。
分子量过高过低,均不利于丝束强力的提高,因 此纺丝成网工艺要求聚合物原料的分子量适中。
分子量分布对纤维结构的均一性有很大的影响, 分子量分布宽时,内部取向杂乱,表面存在不均匀裂 痕。分子量分布越宽,熔体粘弹性越显著,挤出膨大 现象越严重。因此纺丝成网工艺要求聚合物原料的分 子量分布要窄。
纺丝成网工艺要求聚丙烯的等规度在95%以上,若 低于90%则纺丝困难。聚丙烯的结构式为:
[ CH2-CH ]n
CH3 在聚合过程中,因甲基在立体空间所取位置不同, 可产生三种构型的聚合物。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
如果把线型聚合物的主链看作是在同一平面内, 那么甲基都在主链同侧的,为等规聚合物;甲基依次 交替有规则地分布在主链平面两侧的,是间规聚合物; 甲基排列无规则的,是无规聚合物。
高聚物的特性
抗拉强度
纤维性质
弹性模量
熔点
扩散和吸湿
分子量(链长)




链刚性




结构规整性




分子间力




结晶能力

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极性基团含量




第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
3、成纤高聚物分子间的作用力 分子间的作用力包括范德华力(静电力、诱导力
和色散力)和氢键。 静电力是极性分子之间的引力,极性分子都具有
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
纺丝成网非织造技术是传统纺丝工艺的延续,因 此,从理论上讲,任何成纤聚合物均可用于纺丝成网 工艺。但考虑到纺丝性能、生产成本以及产品性能等 因素,目前较多采用聚丙烯、聚酯、聚乙烯和聚酰胺。
第八章 纺丝成网法工艺 §8-1 聚合物原料基本性能
一、纺丝成网法聚合物原料的基本性能 纺丝成网法生产过程中聚合物经历了复杂的物理
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