熔体纺丝工艺.doc

· 概述· 熔体纺丝工艺原理 · 装置纺丝工艺流程及特点简介 · 附加和辅助设备简介 第一篇 涤纶短纤维纺丝工艺部分  第一章 合成纤维概述 合成纤维即用石油、天然气、煤及农副产品等为原料，经一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经加工而制成的纤维。其生产始于本世纪30年代中期，由于其性能优良，用途广泛，原料来源丰富，生产又不受气候或土壤条件的影响，所以合成纤维工业自建立以来，发展十分迅速。在品种方面，占主导地位的是涤纶、锦纶和晴纶。 合成纤维的纺丝成型方法主要有熔体纺丝法和溶液纺丝法两种。溶液纺丝是化学纤维传统的成型工艺，根据纺丝原液细流的凝固方式不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。 湿法纺丝是指纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备，送至纺丝机，通过计量泵、过滤器、连接管，进入喷丝头，从喷丝头毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，高聚物在凝固浴中析出而形成纤维。湿法纺丝中的扩散和凝固是一些物理化学过程，但在某些化学纤维(如粘胶纤维)的湿法纺丝过程中，还同时发生化学变化，因此，湿法纺丝的成形过程是比较复杂的。 干法纺丝是指从喷丝头毛细孔中压出的原液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道中。由于通入甬道中的热空气流的作用，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。在逐渐脱去溶剂的同时，原液细流凝固并伸长变细而形成初生纤维。在干法纺丝过程中，纺丝原液与凝固介质(空气)之间只有传热和传质过程，不发生任何化学变化。干法纺丝的成形过程与熔体纺丝有某些相似之处，它们都是在纺丝甬道中使高聚物液流的粘度达到某一极限值来实现凝固的，所不同的在于熔体纺丝时，这个过程是借温度下降而达到，而干法纺丝则是通过高聚物浓度的不断增大而完成的。 熔体纺丝是指成纤高聚物在高于其熔点10—40 (C的熔融状态下，形成较稳定的纺丝熔体，然后通过喷丝孔挤出成型，熔体射流在空气或液体介质中冷却凝固，形成半成品纤维，再经过拉伸、热定型等后处理工序，即成为成品纤维。在纤维成形过程中，只发生熔体细流与周围空气的热交换，而没有传质过程，故熔体纺丝法较为简单。合成纤维的主要品种中，涤纶、锦纶和丙纶等均是以熔体纺丝法生产的。因此，熔体纺丝是合成纤维纺丝成型中最重要的方法。  第二章 熔体纺丝工艺原理 熔体纺丝概述 高聚物熔体的加工性质 3 熔体纺丝运动学和动力学 4 熔体纺丝的传热 非稳态纺丝及其对纤维不匀性的影响 纺丝过程中纤维结构的形成 熔体纺丝概述 熔体纺丝工艺的一般特点 前已述及，熔体纺丝是一元体系，只涉及高聚物熔体丝条与冷却介质之间的传热，纺丝体系没有组成的变化。而干法和湿法纺丝分别为二元体系(高聚物+溶剂)和三元体系(高聚物+溶剂+沉淀剂)，此时传质(扩散)过程非常突出，甚至还有化学反应发生，情况要复杂很多。从这种意义上来说，熔体纺丝是最简单的纺丝过程，在理论研究中，容易用数学模型进行分析，生产工艺也比较简单。 熔体纺丝的基本步骤 熔体纺丝主要由以下四个基本部分构成： 纺丝熔体在喷丝毛细孔中流动 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 流体丝条的单轴拉伸流动 纤维的固化 在上述这些过程中，成纤高聚物要发生几何形态、物理状态和化学结构的变化。几何形态的变化是指成纤高聚物熔体经喷丝孔挤出和在纺丝线上转变为具有一定断面形状的、长径比无限大的连续丝条(即成形)。纺丝中化学结构的变化是很重要的，但在熔体纺丝中只有很少的裂解和氧化等副反应发生，因此通常不予考虑。纺丝中物理状态的变化，即先将固态高聚物变为易于形变加工的液态，挤出后为了保持已经改变了的几何形状和取得一定的纤维结构，高聚物又变为固态。这一变化虽然在宏观上用温度、组成、应力和速度等几个物理量就能加以描述，但整个纺丝过程涉及高聚物的溶解和溶化；纺丝熔体的流动和形变，丝条固化过程中的胶凝、结晶、二次转变和拉伸流动中的大分子取向，以及过程中的传热等。同时三者之间互相影响，这就构成了纺丝过程固有的复杂性。 纤维发生上述变化相应于纺丝线上的位置为： 在喷丝毛细孔内产生纺丝熔体的流动 在刚出喷丝板的出口胀大区产生熔体丝条内应力松弛和速度场转化 在胀大区与丝条固化点之间熔体丝条被拉伸，此区又称为形变区 在固化点与卷绕之间熔体丝条固化，此区称为固化区 熔体纺丝工艺过程的主要内容 熔体纺丝过程主要包括： (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 纤维的内部结构取决于全部上述纺丝过程的进行。上述每一步在不同的方面对纤维结构产生影响，(2)、(3)两步决定丝条形状的规则性和尺寸，并直接地影响下一段纺丝线上的