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第二章化学纤维的成形 一、熔体纺丝与溶液纺丝 内 容 纺前准备 切片干燥 切片熔融 利用螺杆挤出机将切片加热熔融成熔体。 螺杆挤出机主要由螺杆、套筒、加热装置及传动机构组成。 切片自料斗进入螺杆，随着螺杆的转动被强制向前推进，同时由于受热而熔融，熔体以一定压力被挤出而输送至纺丝箱体。 成纤聚合物溶解 成纤聚合物溶解 溶液混合、过滤、脱泡 纺丝方法——熔体纺丝 纺丝方法——熔体纺丝（续） 纺丝方法——熔体纺丝（续） 纺丝方法——熔体纺丝（续） 纺丝方法——湿法纺丝 纺丝方法——湿法纺丝（续） 纺丝方法——湿法纺丝（续） 纺丝方法——湿法纺丝（续） 纺丝方法——干法纺丝 纺丝方法——干法纺丝（续） 纤维后加工——短纤维 纤维后加工——短纤维（续） 纤维后加工——短纤维（续） 纤维后加工——长丝 二、其他纺丝方法 内容 干湿法纺丝（干喷丝纺） 干湿法纺丝（续） 干湿法纺丝（续） (a)干湿法纺丝，（b）湿法纺丝，（c）干法纺丝 干湿法纺丝（续） 干湿法纺丝（续） 干湿法纺丝（续） 液晶纺丝 液晶纺丝（续） 聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）：如 Kevlar? 聚间苯二甲酰间苯二胺（MPIA）：如 Nomex? PPTA溶液形成液晶的条件：刚性伸直链；较强的分子间作用力；一定的溶液浓度。 PPTA溶液较低时随着溶液浓度的增加，溶液粘度增加，达到临界浓度以后，粘度开始下降，形成液晶，刚性分子聚集形成液晶微区（domain），微区内大分子呈平行排列，各个微区间呈无规排列状态。 液晶态PPTA溶液在外力场作用下，微区很容易沿受力方向取向，有利于纤维成型并提高纤维强度。 液晶纺丝（续） 凝胶纺丝——高强PE 凝胶纺丝——高强PE（续） 静电纺丝 静电纺丝（续） 静电纺丝（续） 静电纺丝（续） 静电纺丝（续） 静电纺丝（续） 乳液纺丝 干湿法、干法纺丝比较： 干湿法：通过调节凝固浴组成和温度，可有效调节纤维的结构形成过程，聚合物溶液在凝固浴中形成固液分离； 干法：液流凝固取决于溶剂的挥发速度，通常较慢，溶液不分离成两相。 定义：利用具有液晶状态的溶液进行纺丝，主要用来纺制PPTA纤维。 液晶纺丝（续） 纺丝工艺 纺丝参数 溶液制备 一步法：单体在溶剂中缩聚得到聚合物溶液为纺丝液。 两步法：先制取聚合物，再选取适当溶剂溶解聚合物制成纺丝液。 采用硫酸为溶剂制取PPTA溶液，在加热条件下利用强力螺杆挤出机送料，经高压过滤、脱泡进行干湿法纺丝。 溶液浓度：半稀溶液16%-20% ； 纺丝温度：80-90℃ 凝固浴温度：4℃左右，利于液晶溶液取向结构的快速固定； 分子量：分子量应较高，利于提高纤维取向度和保证纤维大分子的分子量保持一定数值。 采用超高相对分子质量聚乙烯配置成半稀溶液进行纺丝，冷 却后凝胶丝条进行超倍拉伸并去除溶剂，得到超高强聚乙烯 纤维。 纺丝液配制 纺丝 超倍拉伸 温度：高于PE熔点； 溶剂：十氢化萘、 石蜡油等； 浓度：2%-10%。 采用干湿法。纺 丝原液自喷丝孔 喷出后，先经过 一段几厘米的空 气层，再进入凝 固浴冷却成形， 冷却成凝胶丝条。 凝胶丝条两相结构： 网络骨架：30%-40%的PE浓溶液 网络微孔：0.4%-0.5%的PE稀溶液 促进应力诱导结 晶；折叠链晶体 解体，改造成伸 直链结晶；无定 形区均匀分散在 伸直链结晶的基 质中。拉伸倍数通常大于20倍。 原理：利用高压电场将聚合物溶液带电，带电的聚合物溶液在电场 力作用下沿毛细管运动，聚集在喷丝口处形成液滴。当电场力足够 大时，聚合物液滴表面分子克服表面张力形成喷射流，高分子细流 在喷射过程中溶剂挥发，最终落在接受装置上，形成纳米纤维。 细流喷射过程： 喷丝口处溶液被拉出表面进行直线运动，当运动到一定位置，进入非稳定阶段，开始呈螺旋摆动运动，同时喷射流被进一步拉伸细化。 静电纺丝与静电喷涂 世界上第一个静电纺丝机 目前最常用的静电纺丝机 静电纺丝（续） 静电纺PEO纳米纤维 静电纺PBS纳米纤维 新型静电纺丝技术——气泡静电纺丝技术 Company Logo * LOGO 纺前准备 1 纺丝路线 2 纤维后加工 3 纺丝熔体制备: 切片干燥 切片熔融 纺前准备 纺丝溶液制备: 聚合物溶解 溶液过滤和脱泡 目的 除去切片中水分： （1）防止切片在高温下发生水解，导致分子量降低，从而纤维质量相应降低。 （2）熔体中水分汽化逸出，会造成纺丝断头率增加，甚至导致纺丝无法进行，因此需干燥切片。 目的 提高切片结晶度： 加热干燥可促使切片进一步结晶，提高其结晶度和软化点，便于在输送过程中不易碎裂而产生粉末，同时避免在螺杆挤出机中过早软化粘结而造成“环结”现象。 方法 真空转鼓干燥: