第四章化学纤维的纺丝成型.pptVIP

第四章 化学纤维的纺丝成型原理 2.熔纺纤维的后加工 拉伸加捻示意图 POY丝假捻变形的加工 短纤维拉伸 Test stand for temperature and velocity measurement:Infrared Camera and LaserDoppler Anemometer （1）熔体纺丝线上的力平衡 分析从喷丝头(x=0)到离喷丝头x处的一段纺丝线(上脱离体)： Fr(x)=Fr(0)+Fs+Fi+Ff-Fg Fr(x)为在x=X处丝条所受到的流变阻力； Fr(0)为细流在喷丝孔出口处作轴向拉伸流动时 所克服的流变阻力; Fs为纺丝线在纺程中需克服的表面张力； Fi为使纺丝线作轴向加速运动所需克服的惯性力； Ff为空气对运动着的纺丝线表面所产生的摩擦阻力； Fg为重力场对纺丝线的作用力 根据纺丝线上的力平衡方程式， 可求得任意点x处的纺丝应力，从而 确定纺丝线上的应力分布. PET纺丝线上的应力分布 在4000m/min的纺速下，纺丝应力沿纺程几乎单调增加。当纺速更高纺丝线上出现颈缩现象时，颈缩点附近纺丝应力急剧增大。 将化学纤维的结构分成三个层次： 成纤聚合物的链结构（Chain Structure ） 单个分子的结构和形态。包括成纤聚合物的组成、构型,以及分子量和分布、支化或交联等链空间不规则性 。 成纤高聚物的聚集态结构（Supermolecular Structure ） 成纤聚合物分子链聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构。 纤维的形态结构（Morphological Structure ） 包括微观形态结构和宏观形态结构。 微观形态结构指微孔的形状、大小和分布等 宏观形态结构包括横截面形状、空隙大以及皮芯结构等。 聚集态结构、形态结构与成形的工艺条件密切相关。 3、纺丝参数对取向的影响 湿法纺丝中的扩散和凝固不仅是一般的物理和化学过程，对某些化学纤维如粘胶纤维同时还发生化学变化，因此，湿法纺丝的成形过程较复杂，纺丝速度受溶剂和凝固剂的双扩散、凝固浴的流体阻力等因素限制，所以纺丝速度比熔体纺丝低。纺丝速度为5～100m/min，而熔体纺丝的卷绕速度为每分钟几百米至几千米。 采用湿法纺丝时，必须配备凝固浴的、循环及回收设备，工艺流程复杂，厂房建筑和设备投资费用都较大，纺丝速度低，成本高且对环境污染较严重。 纺丝溶液的制备和纺前准备 （1）纺丝溶液的制备 对于溶液纺丝纺丝溶液的制备有两种方法： 一步法：将聚合后的聚合物溶液直接送去纺丝。必须采用均相聚合，只有腈纶可采用一步法。 二步法：先将聚合得到的溶液分离制成颗粒状或粉末状的成纤聚合物，然后在溶解制成纺丝溶液。 在纤维素纤维生产中，由于纤维素不溶于普通溶剂，所以通常是将其转变成衍生物（纤维素黄酸酯、纤维素醋酸酯、纤维素氨基甲酸酯等）之后，再溶解制成纺丝溶液，进行纺丝成形及后加工。采用新溶剂（N-甲基吗啉- N-氧化物）纺丝工艺时，纤维素可直接溶解在溶剂中制成纺丝溶液（Lyocell）。 纺丝溶液的浓度根据纤维品种和纺丝方法不同而异。通常，用于湿法纺丝的纺丝溶液浓度为12%~25%。 （2）纺前准备 采用二步法时，需要选择合适的溶剂将成纤聚合物溶解，所得的溶液在送去纺丝之前要经过混合、过滤和脱泡等工序，总称为纺前准备。 混合：使各批纺丝溶液的性质（主要是浓度和粘度）均匀一致。 过滤：除去杂质和未溶解的高分子物。纺丝溶液的过滤一般采用板框式压滤机，过滤材料选用能承受一定压力、并具有一定紧密度的各种织物，一般要连续进行2~4道过滤。后一道过滤所用的滤材应比前一道更致密，这样才能发挥应有的效果。 脱泡：为了除去留存在纺丝溶液中气泡。气泡会在纺丝过程中造成断头、毛丝和气泡丝而降低纤维质量，甚至使纺丝无法正常进行。脱泡过程可在常压或真空下进行。在常压下静置脱泡，因气泡较小，气泡上升速度很慢，脱泡时间很长；在真空状态下脱泡，真空度越高，液面上压力越小，气泡会迅速胀大，脱泡速度可大大加快。 纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备后，送至纺丝机，通过纺丝泵计量，经烛形滤器、鹅颈管进入喷丝头（帽），从喷丝头毛细孔中挤出的溶液细流进入凝固浴，溶液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的凝固剂向细流内部扩散(双扩散）。于是聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维。 原液细流的固化 原液细流在凝固浴中进行如下过程： 双扩散