化纖工藝學概述(PPT 161頁).ppt

1、化纖工藝學,化纖工藝學,材料學院 方顯力,化纖工藝學,第一章 總 論,化纖工藝學,一、纖維的定義： 纖維（Fiber） 一般認為，纖維是一種細長形狀的物體，其長度與直徑之比至少為10：1，其截面積小于0.05mm2。對于供紡織應用的纖維，其長度與直徑之比一般大于1000：1。 二、化學纖維的一般名稱： 1、長絲（Continuous filament ） 長度（一般以千米計）很長的單根或多根連續(xù)的化學纖維絲條，包括單絲（Monofils）和復絲（Multi-filament)。,第一節(jié) 纖維的基本概念,化纖工藝學,2、絲束（Tow）絲束是由幾萬根直到百萬根單絲匯成一束，用來切斷成短纖維，或經(jīng)牽

2、切而制成條子（Top），后者又稱做牽切纖維（相當于棉紡上的粗紗條子）。 3、短纖維（Staple fiber）化學纖維絲束經(jīng)切斷而成的一定規(guī)格長度的短段纖維，通常稱為“短纖維”或“切斷纖維”（Cut fiber）。根據(jù)切斷長度的不同，短纖維可分為棉型、毛型、中長型短纖維。 棉型短纖維：長度為25-38mm，纖維較細，類似棉花。主要用于與棉混紡，如：棉型聚酯短纖維(滌綸)與棉混紡，得到織物為“滌棉”織物。,化纖工藝學,毛型短纖維：長度為70-150mm，纖維較粗，類似羊毛，與羊毛混紡，得到的織物稱為“毛滌”織物。 中長纖維：介于棉型和毛型之間，主要用于織造中長纖維織物。 4、牽切纖維（Strec

3、h-broken tow）化學纖維絲束經(jīng)拉伸縱向斷裂而成的長度不相等的短纖維，也稱不等長短纖維,化纖工藝學,紡織纖維 1、天然纖維：棉花、羊毛、蠶絲、麻等。 2、化學纖維：天然或合成高分子化合物經(jīng)化學加工制得的纖維。 a) 再生纖維 再生纖維素纖維：粘膠纖維(粘膠法)、銅氨纖維（溶劑法）。 纖維素酯纖維 ：醋酯纖維、三醋酯纖維。 b)合成纖維 聚酯纖維（滌綸） 聚酰胺纖維（錦綸、尼龍） 聚丙烯腈纖維（腈綸） 聚烯烴纖維（丙綸、乙綸） 聚乙烯醇纖維（維尼綸、維綸） 聚氯乙烯纖維（氯綸） 其它：聚氨酯纖維、芳香族聚酰胺纖維、含氟纖維、碳纖維,三、化學纖維的分類,化纖工藝學,一、線密度（纖度） 單位

4、名稱為特（克斯），單位符號為tex，其1/10稱分特（克斯），單位符號為dtex 1000m長纖維重量的克數(shù)即為該纖維的特數(shù)。 單纖越細手感越柔軟，光澤柔和易變形加工。 二斷裂強度 常用相對強度表示化學纖維的斷裂強度。即纖維在連續(xù)增加負荷的作用下，直至斷裂所能承受的最大負荷與纖維的線密度之比。單位為N/tex，cN/tex,斷裂強度高，纖維在加工過程中不易斷頭，繞輥，最終制成的紗線和織物牢度也高。,第二節(jié) 化學纖維的主要質(zhì)量指標,化纖工藝學,三、斷裂伸長率 式中：L0 纖維原長 L纖維伸長至斷裂的長度 Y大的纖維手感比較柔軟，在紡織加工時，可以緩沖所受的力。 毛絲斷頭較少，但斷裂伸長也不宜過大

5、，否則織物易變形。,化纖工藝學,四、初始模量 初始模量表征纖維對小變形的抵抗能力，以小形變時應力和應變的比值或拉伸曲線初始一段直線部分的斜率表示。在衣著上反映纖維對小的拉伸作用或彎曲作用所表現(xiàn)的硬挺度。纖維的初始模量越大，越不易變形，亦即在纖維制品的使用過程中形狀的改變越小。 后加工主要工序 拉伸 使斷裂強度高，伸長率降低，耐磨性，疲勞強度提高。 熱定型 消除纖維內(nèi)應力，提高纖維的尺寸穩(wěn)定性。進一步改善物理機械性能。,化纖工藝學,合成纖維的成型普遍采用高聚物的熔體或濃溶液進行紡絲，前者稱為熔體紡絲法，后者稱為溶液紡絲法。,一、紡絲熔體的制備 兩種實施方法：一種是直接紡絲； 另一種是切片紡絲 直

6、接紡絲：工序少，生產(chǎn)流程短，節(jié)省投資，有利于提高勞動生產(chǎn)率、降低成本，工藝控制復雜。 切片紡絲：工序較多，但靈活性強，產(chǎn)品質(zhì)量高 切片紡絲中熔體的制備過程：,第三節(jié) 合成纖維生產(chǎn)方法概述,化纖工藝學,1、切片干燥 聚合物切片在再熔融之前，必須先進行干燥，主要目的： （1）除去高聚物中的水分，減少發(fā)生熱裂解、熱氧化裂解、水解等反應的可能。 （2）提高結晶度（軟化點），避免切片在輸送過程中因碎裂而產(chǎn)生粉末以及在螺桿擠出機中過早軟化粘結造成“環(huán)結阻料”現(xiàn)象。 2、切片熔融,化纖工藝學,二、紡絲溶液的制備 溶液紡絲法紡絲液的制備也有兩種方法： 一是直接利用聚合后得到的聚合物溶液作為紡絲原液，稱為一步法

7、； 二是將聚合物溶液先制成顆粒狀或粉末狀的成纖聚合物，然后再溶解，以獲得紡絲液，稱為二步法。 采用二步法時，聚合物先溶解， 所得溶液經(jīng)過： 混合、過濾、脫泡等紡前準備工序。,化纖工藝學,化纖工藝學,三、化學纖維的紡絲成型 化學纖維的紡絲方法主要有熔體紡絲、濕法紡絲和干法紡絲，著重介紹這三種常用方法。 1、熔體紡絲 熔體從紡絲箱體的各紡絲部位 紡絲泵 紡絲組件（過濾） 噴絲板壓出（形成細流） 紡絲甬道（冷卻成型） 卷繞,化纖工藝學,化纖工藝學,熔體紡絲的紡絲速度比濕法紡絲高得多，目前一般 紡速為1000- 2000m/min, 高速紡絲可達3000-6000m/min 或更高。為加速冷卻固化過程

8、，一般在熔體細流離開噴 絲板后于絲條垂直方向進行冷卻吹風。,化纖工藝學,2、濕法紡絲 紡前準備 紡絲泵計量 燭形濾器 鵝頸管 噴絲頭（擠出溶液細流） 凝固浴 目前腈（jing)綸、維綸、氯綸、粘膠纖維以及某些由剛性大分子構成的成纖聚合物都需要采用濕法紡絲。,化纖工藝學,表1-1 制備紡絲原液常用溶劑及濃度,化纖工藝學,化纖工藝學,3、干法紡絲 干法紡絲時，從噴絲頭毛細孔中擠出的紡絲液不進入凝固浴，而進入紡絲甬道。通過甬道中熱空氣的作用，使溶液細流中的溶劑快速揮發(fā)，并被熱氣流帶走。溶液細流在逐漸脫去溶劑的同時發(fā)生濃縮和固化，并在卷繞張力的作用下伸長變細而成為初生纖維。 目前干法紡絲速度一般為20

9、0-500m/min,高者可達1000-1500m/min。干法紡絲一般適宜紡制化學纖維長絲，主要生產(chǎn)品種有腈綸、醋酯纖維、氯綸、氨綸等。,化纖工藝學,化纖工藝學,第四節(jié) 化學纖維的后加工,初生纖維: 結構不完善、物理機械性能差，不能直接用于紡織加工，必須經(jīng)過一系列后加工，其中主要的工序是拉伸和熱定型。 后加工主要工序 拉伸 使斷裂強度高，伸長率降低，耐磨性，疲勞強度提高。 熱定型 消除纖維內(nèi)應力，提高纖維的尺寸穩(wěn)定性。進一步改善物理機械性能。,化纖工藝學,上油 提高纖維的平滑性、柔軟性、抱合力、減小摩擦和靜電 生產(chǎn)長絲時，需加捻，絡筒 生產(chǎn)彈力絲時，需進行變形加工。 加捻 使復絲中各根單纖維

10、緊密抱合，避免在紡織加工時發(fā)生斷頭或紊亂現(xiàn)象，使纖維的斷裂強度提高。 絡筒 將絲筒或絲餅退繞至錐形紙管上，形成雙斜面寶塔型筒裝，以便運輸和紡織加工。,化纖工藝學,第二章 熔體紡絲工藝原理,熔體紡絲是一元體系，只涉及聚合物熔體絲條與冷卻介質(zhì)間的傳熱，紡絲體系沒有組成的變化。從這種意義上來說，熔體紡絲是最簡單的紡絲過程。,化纖工藝學,第一節(jié) 擠出細流的類型,化學纖維的成型首先要求把紡絲流體從噴絲孔道中擠出，使之形成細流。因此正常細流的形成是熔體紡絲及溶液紡絲必不可少的先決條件。隨紡絲流體粘彈性和擠出條件不同，擠出細流可分為以下四種,化纖工藝學,一、液滴型 液滴型不能成為連續(xù)細流，無法形成纖維。流體

11、表面張力越大，細流縮小其表面積成為液滴的傾向也越大。此外粘度的下降也促使液滴的生成。用 來量度液滴型 細流出現(xiàn)的可能性。在10-2CM/s以上時，形成液滴型 細流的可能性隨 增大而增大,化纖工藝學,在實際紡絲，常通過T使 ，或增大泵供量V0，而避免液滴型細流出現(xiàn)。,二、漫流型,紡絲液體在擠出噴絲孔后即沿噴絲板表面漫流，從而細流間易相互粘連，引起絲條的周期性斷裂成毛絲，仍屬不正常細流。 從漫流型轉變成脹大型所需要最低臨界擠出速度Vcr和漫流半徑RC有關，也與孔徑R0和粘度有關。實際紡絲時通常于噴絲頭（板）表面涂硅樹脂，降低流體與噴絲頭（板）界面張力或降低紡絲流體溫度及增大泵供量。,化纖工藝學,三

12、、脹大型 脹大型紡絲流體在孔口發(fā)生脹大，但不流附于噴絲頭（板）表面。只要脹大比B0（細流最大直徑與噴絲孔直徑之比）控制在適當?shù)姆秶畠?nèi)，細流就連續(xù)而穩(wěn)定，是紡絲中正常的細流類型。一般紡絲流體的B0約在1-2.5范圍內(nèi)。 紡絲流體出現(xiàn)孔口脹大現(xiàn)象的根源是紡絲流體的彈性。第一和第二法向應力差的大小決定了B0的大小,化纖工藝學,附：第一、第二法向應力差,高分子液體在剪切流動中，除表現(xiàn)有粘性外，還表現(xiàn)出奇異的彈性行為，存在法向應力差效應。第一、第二法向應力差函數(shù) N1、N2可定義為： N1=11-22 N2=22-33 在許多高分子材料加工過程中，如擠出、壓延、注射等，材料在機器和模具內(nèi)的流動中存在簡

13、單剪切流場，其流場形式示于圖 中，材料只在一個方向流動，且流速只沿另一個垂直方向有變化。一般約定，凡處理簡單剪切流場，一律取x1方向為流動方向，x2方向為速度梯度方向，第三個方向x3為中性方向。,化纖工藝學,化纖工藝學,法向應力差效應在牛頓流體中并不出現(xiàn)，它是粘彈性流體流動時彈性行為的主要表現(xiàn)，一般為剪切速率的函數(shù)。主要特征為：第一法向應力差N1一般為正值，且隨剪切速率的增大而增大，第二法向應力差N2為負值，其絕對值遠小于N1,化纖工藝學,化纖工藝學,四、破裂型 在脹大型的基礎上如繼續(xù)提高切變速率，擠出細流會因均勻性的破壞而轉化為破裂型。對紡絲來說，破裂型細流屬于不正常類型，它限制紡速提高，使

14、紡絲過程不時中斷。使初生纖維表面形成宏觀缺陷，并降低纖維的斷裂強度和耐疲勞性能。,化纖工藝學,第二節(jié)熔體紡絲的運動學和動力學,一、熔體紡絲線上的速度分布,對于熔體的等溫穩(wěn)態(tài)紡絲，如果不考慮速度在絲條截面上的分布，可以作單軸拉伸處理。連續(xù)性方程可寫為：,常數(shù),式中,分別為絲條的密度、縱向速度和橫截面積,化纖工藝學,化纖工藝學,從速度分布Vx，可進一步求出拉伸應變速率（即軸向速度梯度）,絲條的加速運動并不是均勻的，在出口脹大直 徑最大的截面之前，運動是減速的，經(jīng)過最大 直徑后又逐步加速到固化后速度基本上維持恒 定，,是一個有極大值的函數(shù)。,化纖工藝學,化纖工藝學,化纖工藝學,紡絲速度為4000m/

15、min時，絲條直徑及拉伸形變速率的趨勢與常規(guī)紡絲基本相同，即絲條直徑隨距噴絲板的距離單一地減少至達到卷繞直徑，但紡速在6000m/min以上時，存在著一處絲條直徑急劇減小的位置。這種急劇細化過程稱為頸縮（Necking）現(xiàn)象，在常規(guī)紡絲中，只有在拉伸過程中才出現(xiàn)。,化纖工藝學,化纖工藝學,根據(jù)拉伸應變速率 的不同，可將整個紡絲線分成三個區(qū)域：,I區(qū)（擠出脹大區(qū)） 熔體彈性能在熔體流出孔口處發(fā)生回彈 ，在細流上顯現(xiàn)出體積 膨化的現(xiàn)象，故V x沿紡程減小，軸向速度梯度為負值，即,在細流最大直徑處，軸向速度梯度為零，即,在改變噴絲頭拉伸比的情況下，當拉伸比vL/v0(vL為卷繞速度即紡絲速度, v0

16、為細流擠出速度)增至一定值時，擠出脹大區(qū)可完全消失。 區(qū)（形變細化區(qū)） 可分為兩區(qū)：,化纖工藝學,區(qū) a ,此區(qū)中 ，,，,區(qū) b ,此區(qū)中 ，,，,此區(qū)是熔體細流向初生纖維轉化的重要階段，是發(fā)生拉伸流動 和形成纖維最初結構的區(qū)域，大分子取向度增加,若卷繞速度很高,還可能發(fā)生大分子的結晶,該區(qū)的終點即為固化點。在這一區(qū)域中拉伸速度梯度出現(xiàn)極大值，一般為1050s-1,區(qū) （固化絲條運動區(qū)） 熔體細流已固化為初生纖維，纖維不再細化，Vx保持不變，,纖維的初生結構在此繼續(xù)形成。此區(qū)的結晶發(fā)生在取向狀態(tài),化纖工藝學,高速紡不存在擠出脹大區(qū),粘流形變細化區(qū)后熔體細流已固化. 但紡速較高導致紡程上絲條表

17、面與空氣介質(zhì)的摩擦強烈，導致絲條承受的力較大，因此可發(fā)生塑性流動形變而進入塑性形變細化區(qū)。若高速紡紡速很高時，紡程某處應力可能超過固化絲條屈服應力，此時紡絲線可能出現(xiàn)細頸現(xiàn)象，絲條直徑突然急劇減小，紡速和拉伸速率都突然劇增。,化纖工藝學,纖維結構的形成和發(fā)展主要指紡絲線上高聚物的取向和結晶 ， 卷繞絲的結構是紡絲過程中流變學因素（熔體細流的拉伸），紡絲線上的傳熱和聚合物結晶動力學之間相互作用的結果。 一、熔體紡絲過程中的取向作用 1、紡絲過程中的取向機理 兩種取向機理 ： a、熔體狀態(tài)下的流動取向機理 噴絲孔中切變流場中的流動取向和出噴絲孔后熔體細流在拉伸流場中的流動取向 b、纖維固化之后的塑

18、性形變?nèi)∠驒C理,第三節(jié) 熔體紡絲過程中纖維結構的形成,化纖工藝學,可分為不發(fā)生細頸的均勻塑性形變?nèi)∠驒C理和發(fā)生細頸的非均勻塑性形變?nèi)∠驒C理兩種情況。 熔體在噴絲孔中流動時溫度高，松弛時間短，同時流動產(chǎn)生的取向在擠出脹大區(qū)即被松弛殆盡，故噴絲孔中切變流場中的流動取向機理對卷繞絲取向基本沒有貢獻?？刂迫∠虻乃俣葓鍪抢炝鲃又械妮S向速度梯度。實驗表明，這是熔體紡絲中所應考慮的最重要的取向機理，卷繞絲的取向度主要是紡絲線上拉伸流動的貢獻。 取向因數(shù)f 取決于和，對于非穩(wěn)態(tài)流動取向，還取決于取向時間t?？蓪С?化纖工藝學,當 和的值恒定時，取向因數(shù)與時間的關系可用下圖表示，由圖可知，f逐漸增加而趨于穩(wěn)定

19、值，在停止流動后（ =0 ），又逐漸松弛為零。,化纖工藝學,當松弛時間很短（0），有,表明f在流動過程中不隨時間變化。這個過程稱為穩(wěn)態(tài)流動。,化纖工藝學,化纖工藝學,拉伸形變?nèi)∠虬l(fā)生在紡絲線上的固化區(qū)，是一種橡膠狀網(wǎng)絡取向拉伸，對卷繞絲的取向度也有貢獻。該取向可視為松弛時間無窮大時的拉伸流動取向。fst()可表示為:,拉伸形變?nèi)∠虻拇笮H取決于形變比，而與拉伸形變速率和時間無關。,化纖工藝學,2、熔體紡絲線上分子取向的發(fā)展,（1）結晶能力強的成纖聚合物的取向 熔體紡絲線上取向度的變化規(guī)律，因成纖聚合物而異。 對于聚丙烯（ PP）這類紡程上易結晶的聚合物，一方面，這類結晶能力強的成纖聚合物在紡程

20、上的結晶度發(fā)展很快，卷繞絲除發(fā)生液態(tài)的分子取向外，還發(fā)生微晶取向，絲條拉伸模量高，屈服應力較高。其高速紡紡絲線上的應力引起的均勻塑性形變?nèi)∠蚝苌?，更難以啟動非均勻塑性形變?nèi)∠驒C理。也即雙折射很快達到飽和值，紡程上應力水平不足以使結晶聚合物進一步取向。這些也是PP等結晶能力強的成纖聚合物不能通過高速紡而獲得高取向度卷繞絲的原因。,化纖工藝學,化纖工藝學,（2）結晶能力弱的成纖聚合物的取向 對于PET、PA等在紡程上基本不發(fā)生結晶的成纖聚合物，常規(guī)紡紡速下在紡程上通常難以結晶，因此絲條溫度需要冷至玻璃化溫度才能凍結拉伸流動取向，解取向時間長，通過拉伸流動取向機理獲得的有效取向較小。 同時，常規(guī)紡時

21、引起的均勻塑性形變?nèi)∠蜉^少 卷繞絲的取向度通常較小。 其取向度沿紡程的分布如下圖,化纖工藝學,化纖工藝學,化纖工藝學,III區(qū)絲條已幾乎固化，大分子的活動性較小，形變困難，紡程上的拉伸應力已不足以使大分子取向，因此 達到了飽和值。 可知，紡絲應力綜合反映 和 的作用。因此紡絲應力在紡程上的分布與 的變化十分一致。,化纖工藝學,附:雙折射的概念 當一條普通光線射入纖維后，會產(chǎn)生兩條折射光，一條稱為非常光，振動方向與纖維軸向平行，折射率為n（平行），另一條為尋常光，振動方向與纖維軸向垂直，兩條光的折射率之差稱為該纖維的雙折射。,化纖工藝學,當聚合物在紡程上結晶時(指結晶能力弱的成纖聚合物)，其取向

22、度沿紡程的分布除取決于應力歷史外，還取決于熱歷史，可以將雙折射沿紡程的分布劃分為三個區(qū)： （1）流動形變區(qū)：該區(qū)在噴絲板以下0-70cm范圍內(nèi)，此處大部分細化形變已基本完成，但雙折射仍然很小，形變速率較低，聚合物處于高溫，大分子迅速地發(fā)生解取向作用,此區(qū)雙折射僅和紡絲應力有關。 （2） 結晶取向區(qū)：在噴絲板下80-130cm范圍內(nèi)，某些分子排列形成密集相，這對晶核的形成起著重要的作用。取向迅速增加主要是由于結晶，無定形區(qū)取向的增加是非常小的。,化纖工藝學,化纖工藝學,（3）塑性形變區(qū)始于接近固化的末端，距離噴絲板大約 130cm左右，由于空氣阻力的存在，拉伸應力隨之不斷增加，使大分子屈服，出現(xiàn)

23、初生纖維的“冷拉”。 冷拉使卷繞絲出現(xiàn)細頸，細頸處紡絲應力急劇增大引起大分子取向，急劇增大的分子取向又促進了結晶。這種過程稱為取向誘導結晶或取向結晶。,化纖工藝學,化纖工藝學,二、熔體紡絲過程中的結晶 1、紡絲線上的取向結晶 取向結晶具有如下特點: a、結晶聚合物的形態(tài)隨分子取向程度的不同而變化 聚合物在高延伸下有可能快速或逐漸從折疊鏈轉變?yōu)殒準鵂钚螒B(tài)。 鏈束是相互聚集在一起的伸展的分子鏈，比分子鏈長得多，分子鏈規(guī)整排列的鏈束，本來是構成高聚物結晶的基本結構單元。 b、結晶溫度和結晶速率升高“整體均勻成核”。 1）大分子取向規(guī)整區(qū)域越大，生成晶核的臨界溫度也越高。 2）穩(wěn)定亞穩(wěn)晶核，增大晶核生

24、成速率。,化纖工藝學,c、結晶機理有可能完全不同 鏈形變和鏈段的取向，通常有利于取向良好的束狀晶體的形成。在垂直于流動的方向，束狀晶體的形成被強烈抑制，而折疊鏈晶束所受到的影響要小得多。,化纖工藝學,第三章 濕法紡絲工藝原理,濕法紡絲可分為； 1、液晶法 （液晶溶液通過在溶液中固體結晶區(qū)的形成而固化） 2、凍膠法 （聚合物溶液通過在溶液中分子間鍵的形成而固化） 3、相分離法 (聚合物濃相和聚合物稀相) 紡絲溶液轉變?yōu)槌跎w維(凍膠體,亦稱凝膠體),化纖工藝學,第一節(jié) 濕法紡絲中的傳質(zhì)和相轉變,一、濕法成型中的擴散過程 擴散是支配濕法成型的基本過程之一。 原液細流中的溶劑 凝固浴 凝固浴中的沉淀

25、劑 原液細流 溶劑和沉淀劑兩者之間的相對擴散速度是相分離的驅(qū)動力,決定著相分離速度。兩者的擴散速度及相對擴散速度直接影響原液細流的凝固動力學和初生結構的形成。 擴散緩慢有利于提高纖維結構的均勻性 研究表明，擴散系數(shù)的值與濕法成型中的許多變量有關：,化纖工藝學,溶劑和沉淀劑沿纖維徑向的分子擴散可以用Fick擴散第一定律描述。,式中，Ds、DN分別為溶劑和沉淀劑的擴散系數(shù)，JSJN分別為溶劑和沉淀劑的傳質(zhì)通量，CS、CN分別為溶劑和沉淀劑的質(zhì)量濃度。 擴散系數(shù)受到凝固浴濃度、種類和溫度等多因素的影響。 （注意： 凝固浴濃度是指）凝固浴中溶劑的濃度。,化纖工藝學,溫度 溶劑和沉淀劑的擴散系數(shù)隨溫度升

26、高而增大，但溫度對各組份擴散速率的影響不同。 凝固浴濃度 隨著凝固浴濃度的增加，溶劑和沉淀劑的擴散系數(shù)均下降。但隨凝固浴中溶劑含量的變化有極小值。 聚合物含量 提高紡絲溶液中聚合物的含量，增加了紡絲線的邊界層阻力，從而限制了溶劑和非溶劑的擴散。,化纖工藝學,二 濕法成型中的相分離,相分離是濕法紡絲的成形機理。 Ziabicki利用三元相圖，定性地描述了濕法成型中的相分離過程。在聚合物（P）溶劑（S）凝固劑（N）的三元體系中，將聚合物溶劑二元體系與凝固劑相混合，如果在搖勻后體系出現(xiàn)渾濁，即表示發(fā)生了相分離。把開始出現(xiàn)渾濁的各點相連，即可獲得相分離曲線圖。圓弧線為相分離曲線，相分離曲線以下的陰影部

27、分為兩相體系，相分離曲線以上的空白區(qū)域為均相體系。,化纖工藝學,化纖工藝學,圖中D點的組成代表紡絲原液的組成， 可用不同傳質(zhì)通量比來代表紡絲線組成變化的路徑，圖31中的圓弧線為相分離線，相分離線下的陰影部分為兩相體系，空白區(qū)域為均相體系，組成變化線與S-P線間的夾角為。 當夾角 0時，SD沿S-P線向S靠近，相應的傳質(zhì)通量比JS /JN ，即沉淀劑往原液細流擴散的傳質(zhì)通量接近于零，紡絲原液不斷地被純?nèi)軇┧♂專?JS為負值）；當 時， SD向P靠近，傳質(zhì)通量比JS /JN ，即紡絲原液中的溶劑不斷蒸發(fā)，原液細流中聚合物濃度不斷上升相當于干法紡絲。,化纖工藝學,圖31中大致可分為如下四個區(qū)域：

28、在 區(qū)中， JS /JN * ，此區(qū)域的下限為，上限為第一臨界切線* 。對于紡程上的原液細流來說，傳質(zhì)凈通量始終為正值，原液細流中聚合物濃度將不斷下降,且沉淀劑濃度始終低于臨界值(凝固值)原液細流不會發(fā)生相變，始終處于均相狀態(tài)而不固化。 在 區(qū)中， * JS /JN 1,此區(qū)切割相分離線，對原液細流來說,傳質(zhì)凈通量仍為正值,原液細流組成變化過程中,仍然是聚合物濃度不斷下降,但當沉淀劑濃度增加到及超過臨界值(凝固值)時,原液細流將發(fā)生相分離而固化。 其上限為JS /JN =1，即溶劑與凝固劑的擴散速度相等，此路徑稱為等固凝固。,化纖工藝學,在 區(qū)中， 1 JS /JN * * ，此區(qū)為第二臨界切

29、線* * 所限制。傳質(zhì)凈通量為負值，原液細流變化過程中聚合物濃度不斷增加。因此，該區(qū)的固化是由于聚合物濃度增加和相分離的共同結果，稱為濃縮凝固。 在 區(qū)中， * * 0, 在速度曲線的拐點之前，可稱為a區(qū)，此區(qū)內(nèi)速度梯度有所增加；在達到最大值以后，速度梯度又開始下降。 區(qū)：拉伸纖維松馳區(qū)。此區(qū)內(nèi)纖維不再發(fā)生形變，但內(nèi)應力逐步發(fā)生松弛。在松馳區(qū)內(nèi)，絲條的運動速度大致恒定。,化纖工藝學,實際生產(chǎn)中應注意選擇適合的拉伸條件，以使形變區(qū)大致位于拉伸設備中絲條行程的中部。,化纖工藝學,第四節(jié) 拉伸過程中應力-應變性質(zhì)的變化,一、應力-應變曲線 各種初生纖維的應力-應變曲線（簡稱S-S曲線）可歸納為如圖3

30、-2所示的三種基本類型。,化纖工藝學,1、a型 a型曲線呈凸形 模量E=d /d 隨著的發(fā)展而減小，其數(shù)學表達式為：,當纖維克服了屈服應力而開始塑性變形時，就立即斷裂，這種類型的初生纖維是不可拉伸的，應避免初生纖維出現(xiàn)這種應力-應變行為。 2、b型 b型曲線呈凹形，模量與應變關系可用下式表示：,化纖工藝學,表明初生纖維在拉伸時，模量不斷增加，不出現(xiàn)細化點，屬于均勻拉伸，拉伸曲線呈這種類型的初生纖維，其拉伸性是好的，濕紡凝固絲的S-S曲線基本上屬于b型曲線，拉伸時不會出現(xiàn)細頸現(xiàn)象。 3、C型 先凸后凹形 2時，形變又是均勻的，拉伸應力隨形變增大而增大，具有這類曲線的拉伸過程又稱冷拉過程。,化纖工

31、藝學,本體聚合物熔紡卷繞絲拉伸時的力學行為,化纖工藝學,二、初生纖維結構對拉伸性能的影響 1、熔紡成型的本體聚合物卷繞絲 (1)結晶度的影響 隨著初生纖維結晶度的增大，使應力-應變曲線沿著b、c、a型的方向轉化，導致屈服應力的提高，并增大了自然拉伸比。 (2)預取向的影響 隨著初生纖維預取向度的增大，形變特性沿著c、b型的方向轉化，即自然拉伸比有所減小，并轉變?yōu)榫鶆蚶欤?化纖工藝學,屈服應力和初始模量都有所增大。,化纖工藝學,（3）初生纖維平均分子量的影響 隨著初生纖維分子量的增大，拉伸時的屈服應力有所提高，然而分子量過大，分子間作用力過強，分子間相對滑移困難，難以實現(xiàn)塑性形變。,化纖工藝學

32、,高度溶脹的立體網(wǎng)絡狀的凍膠體，立體網(wǎng)絡的骨架由大分子或大分子鏈束構成，大分子之間的纏結是這個骨架的物理交聯(lián)點，在沒有交聯(lián)的地方，鏈段仍保持一定的溶劑化層，在網(wǎng)絡骨架的空隙充滿著溶劑與沉淀劑的混合物。,2、濕法成型凍膠體凝固絲,化纖工藝學,濕紡初生纖維的拉伸應力-應變特性屬于均勻拉伸，一般沒有明顯的屈服應力，也不產(chǎn)生細頸現(xiàn)象，而凝固絲的形成條件對凍膠體的可拉伸性影響很大。,化纖工藝學,三、拉伸條件對拉伸性能的影響 1、拉伸溫度 （1）應力應變曲線在Tg附近，變化十分敏感 （2）Tg具有拉伸速率依賴性 （3）初生纖維在拉伸時，適當?shù)靥岣呃鞙囟鹊絋g以上是必要的。低于此溫度達到一定程度進行拉伸時

33、，則發(fā)生脆性斷裂。 但是拉伸溫度應低于非結晶高聚物的粘流溫度或結晶高聚物的熔點。 2、拉伸速度,化纖工藝學,拉伸速度增大時，對應力應變曲線的影響與降低溫度的影響，在C型形變范圍內(nèi)，隨著拉伸速度的提高，屈服應力和自然拉伸比增大。如果原來屬于b型形變，則隨著拉伸速度的增大逐漸由b型向c型轉化。 斷裂強度隨變形速度的增加而增大，而斷裂伸長稍有增加。,化纖工藝學,總結：在滿足下列條件的情況下，初生纖維的應力應變曲線的形狀會發(fā)生如下的變化：b、c、a型。而在c型形變范圍內(nèi)，則變化方向為屈服應力* 和自然拉伸比N增大。這些條件是：1、降低溫度；2、增大拉伸速度；3、初生纖維的結晶度增大；4、初生纖維的預取

34、向度降低。,化纖工藝學,第五節(jié) 拉伸中纖維結構與性能的變化,一、拉伸過程中纖維結構的變化 1、分子取向和結晶取向,非晶態(tài)高聚物初生纖維：拉伸時大分子鏈發(fā)生取向并同時伴隨發(fā)生結晶。拉伸取向結晶化過程的實質(zhì)是在應力下誘導形成晶核，而后迅速發(fā)生結晶化。,部分結晶的初生纖維：晶區(qū)拉伸取向與非晶區(qū)拉伸取向同時進行，結晶區(qū)取向速度快，非晶區(qū)的取向速度慢 對于結晶度高且具有球晶結構的初生纖維：拉伸取向過程實質(zhì)上是球晶的形變過程。,化纖工藝學,聚酯纖維拉伸取向結晶化的過程： 應力下形成晶核 急速結晶 球晶（彈性形變，低倍拉伸）被拉成橢圓狀 帶狀結構（不可逆形變階段） 球晶形變過程中，組成球晶的片晶之間發(fā)生傾斜

35、、晶面滑移和轉動，甚至破裂，部分折疊鏈被拉伸，稱為伸直鏈，取向的折疊鏈片晶與在取向方向上貫穿于片晶之間的伸直的分子鏈段組成的結構成為微纖結構 在拉伸取向過程中，以形成在拉伸方向的微纖為主，同時原有的折疊鏈片晶也有可能部分地轉變成為分子鏈沿拉伸方向有規(guī)則排列的完全伸直鏈晶體。,化纖工藝學,化纖工藝學,化纖工藝學,2、結晶的變化 （1）拉伸過程中相態(tài)結構不發(fā)生變化。 對非結晶性高聚物如PS、PMMA等，拉伸只涉及非晶區(qū)取向而不結晶，對部分結晶的高聚物，非晶區(qū)分子活動度大，防止了張力下晶粒發(fā)生熔化或破壞，可能晶?；蛭⒕Оl(fā)生轉動并沿纖維軸取向。結晶性的濕紡纖維在塑化浴中的拉伸具備這一特點。未拉伸絲處于

36、非晶態(tài)卻能夠結晶的纖維，若拉伸條件排除結晶速度高的可能性，則拉伸過程中仍能保持其非晶態(tài)結構 （2）拉伸過程中試樣原有結構發(fā)生部分破壞，結晶度有所降低 高度結晶的試樣拉伸中，在分子活動性低的條件下，原有的晶態(tài)結構就發(fā)生破壞，原有結構破壞并成為一種新的、缺陷較多的結構，不發(fā)生重建。形成非晶區(qū)和高度破壞的晶體共存的結構。 （3）拉伸過程中發(fā)生進一步結晶，結晶度有所增大。 兩種因素所誘發(fā)：一種是增加分子的活動性，纖維溫度升高，結晶速度增大另一因素是分子取向和應力作用，它會影響共聚物的結晶動力學和平衡結晶度。,化纖工藝學,二、拉伸對纖維物理-機械性質(zhì)的影響 因取向而導致的各種物理性質(zhì)的各向異性：力學性質(zhì)

37、、光學性質(zhì)（雙折射、吸收光譜二向色性）、熱傳導、溶脹等性質(zhì)的各向異性。 拉伸所引起的結構變化主要是大分子、晶粒和其他結構單元沿纖維軸取向以及伴隨著發(fā)生的相變、結晶、晶體破壞和晶型變化，取向?qū)е赂鞣N物理性質(zhì)的各向異性，而與結晶度有關的物理性質(zhì)主要有密度、熔化熱、介電性和透氣性等。 拉伸比（拉伸倍數(shù)）是影響拉伸纖維力學性質(zhì)的主要因素。拉伸模量、拉伸強度和屈服應力隨拉伸比而單調(diào)增大，斷裂伸長率和總變形功隨拉伸比而單調(diào)減小。,化纖工藝學,第四章 化學纖維的熱定型,化纖工藝學,纖維在經(jīng)過拉伸之后，有些分子鏈處于松弛狀態(tài)，而另一些鏈段處于緊張狀態(tài)，使纖維內(nèi)部存在不均勻的應力。若長時間放置，內(nèi)部結構會逐漸變

38、化而趨于某種平衡。 在纖維成型加工過程中，有兩個階段要完成這種平衡： 第一階段：未拉伸絲在紡絲加工后需平衡若干小時再去拉伸 第二階段：拉伸后的濕熱平衡過程。拉伸加工會使纖維產(chǎn)生新的應力不均和新的結構缺陷，這種纖維在一般實際應用溫度下表現(xiàn)極強的形狀不穩(wěn)定，故需經(jīng)過熱處理，這種熱處理工序通常稱為熱定型。,第一節(jié) 概述,化纖工藝學,熱處理過程將引起纖維超分子結構和形態(tài)結構的改變，結構上的變化，有三個方面： 1、提高纖維的形狀穩(wěn)定性（尺寸穩(wěn)定性） 2、進一步改善纖維的物理-機械性能。 3、改善纖維的染色性能。,化纖工藝學,第二節(jié) 纖維在熱定型中的力學松弛,一、纖維在熱定型中的形變,化纖工藝學,上圖曲線

39、1表示初生纖維在拉伸過程中形變對時間的依賴關系。若令初生纖維的拉伸過程在恒定應力0 作用下進行，拉伸時間為t0, 蠕變方程為：,纖維拉伸t0時間后解除負荷，此時拉伸形變開始發(fā)生松弛回復。令在拉伸時普彈形變、高彈形變和塑性形變貢獻為，它們的表達式為：,化纖工藝學,負荷解除后，形變發(fā)生松弛回復也具有時間依賴性，此時的形變可用下式表示：,1.松弛狀態(tài)下熱定型,松弛拉伸過程中產(chǎn)生的高彈形變,化纖工藝學,2、定長熱定型,纖維在固定長度下的熱定型，形變保持不變，而應力是時間的函數(shù),定長熱定型的實質(zhì)是在纖維長度及細度不變的情況下，把內(nèi)應力松弛掉，而讓高彈形變轉變?yōu)樗苄孕巫?3、在恒張力下的緊張熱定型,化纖工

40、藝學,第三節(jié) 熱定型過程中纖維結構和性能的變化,一、纖維結構的變化 熱定型時纖維結構的變化比拉伸時更為明顯，熱處理促進分子 鏈段運動，使內(nèi)應力得到松弛，同時使纖維結構更趨于完善和穩(wěn)定。 1、結晶度的變化 無張力狀態(tài)下熱處理，結晶度有所增大，如進行定長熱定型或在張力下熱定型，則所得纖維的結晶度保持不變或比松弛熱定型時增加得緩慢。 2、微晶尺寸 在松弛狀態(tài)下進行熱定型，一般會增大微晶尺寸，特別是垂直,化纖工藝學,于纖維取向方向的尺寸，這是由于熱處理有利于分子鏈運動而發(fā)生鏈折疊，在張力下熱定型時，平行于纖維取向軸的微晶尺寸會大為增大。微晶尺寸的增大，晶區(qū)缺陷減少，晶區(qū)完整度得到改善。 3、纖維的長周

41、期和鏈折疊 纖維的長周期（所謂長周期是指拉伸纖維形成的微纖結構中晶區(qū)與非晶區(qū)平均尺寸之和）隨著熱定型溫度的升高而增大。長周期增大表明晶片厚度增加，反映晶區(qū)與非晶區(qū)電子密度加大，亦間接反映折疊鏈的數(shù)目增加。,化纖工藝學,二、熱定型對纖維物理-機械性質(zhì)的影響,化纖工藝學,1、熱定型的溫度、張力對纖維應力-應變行為的影響,化纖工藝學,隨定型溫度提高，纖維力學性能的變化,化纖工藝學,第四節(jié) 熱定型機理,從熱定型過程中纖維大分子作用力的變化，熱定型與分子運動等方面探討 一、熱定型過程中大分子間作用能的變化 從分子間的結合能的觀點出發(fā)，熱定型過程包括以下三個階段: 第一階段；使存在于纖維中的分子間作用力減

42、少，使纖維達到高于Tg的溫度。 此階段又稱“松懈”階段。 “松懈”階段分子間結合能的降低僅發(fā)生在最松散的無定型區(qū)。,化纖工藝學,第二階段：由于“松懈”和熱振動的結果，大分子個別活性基團與其他大分子的同樣基團相遇，達到原子間相互作用的距離，形成新鍵，并且數(shù)目不斷增加，同時分子間作用力也增大。結晶聚合物中會發(fā)生進一步結晶。非晶聚合物纖維熱定型僅發(fā)生無定型結構的緊密化。 第三階段：再此階段使纖維冷卻除去增塑劑（水洗、干燥），并降低溫度至Tg以下，此時在第二階段產(chǎn)生的新鍵及大分子的位置得到固定。,化纖工藝學,化纖工藝學,第五章 聚酯纖維的紡絲,化纖工藝學,第一節(jié) 概述,一、聚酯纖維紡絲通論 1、紡絲機

43、的基本結構 聚酯纖維熔體紡絲機通常包括：熔融裝置、熔體輸送裝置、紡絲裝置、絲條冷卻裝置、上油裝置和絲條收集裝置等部分。 熔融裝置：采用螺桿擠出機 熔體輸送裝置：彎管和熔體分配管 紡絲裝置：計量泵、紡絲頭組件和紡絲箱體 絲條冷卻裝置：紡絲窗、紡絲甬道 上油裝置：上油部件、油浴分配循環(huán)機構 絲條收集裝置：卷繞機或受絲機構,化纖工藝學,二、紡絲過程中的主要工藝參數(shù) 1、熔融條件 （1）螺桿各區(qū)溫度 進料段：物料有較大升溫 50-265 壓縮段：溫度基本上等于或略高于熔點 計量段：溫度高于熔點 （2）熔體輸送過程的溫度 法蘭區(qū)：相同或略低于計量段溫度 彎管區(qū)：接近或略低于紡絲熔體溫度,化纖工藝學,箱體

44、溫度：通常為285-288 2、噴絲條件 3、絲條冷卻固化條件 4、卷繞工藝條件 （1）紡絲速度 （2）上油、給濕 目的：增加絲束的集束性、抗靜電和平滑性 紡絲油劑包括：潤滑劑、抗靜電劑、集束劑、乳化劑和調(diào)整劑等 （3）卷繞車間的溫濕度,化纖工藝學,化纖工藝學,三、聚酯短纖維的紡絲工藝 1、紡絲溫度 螺桿各區(qū)溫度控制在290-300 ，紡絲箱體溫度控制在285-310 2、紡絲壓力 低壓紡絲；0.5-0.9MPa 高壓紡絲：15MPa以上 3、冷卻固化條件 環(huán)形吹風溫度為30 2 ，風的濕度為70-80% ,風速為0.3-0.4m/s,化纖工藝學,(4)紡絲速度:常規(guī)紡短纖維的紡絲速度控制在低

45、于2000m/min 四、聚酯長絲的紡絲工藝 1、聚酯長絲紡絲工藝特點 （1）對原材料的質(zhì)量要求高：常規(guī)紡長絲切片的含水率不大于80ppm(短纖維要求為200ppm)。粉末和粘結粒子少。 （2）工藝控制要求嚴格 （3）高速度、大卷裝 2、常規(guī)紡絲工藝特點 紡速低，生產(chǎn)變形絲時，拉伸和變形分兩步進行，工藝流程長。,化纖工藝學,3、常規(guī)紡絲工藝 （1）紡絲溫度：熔體紡絲溫度一般控制在280-290 范圍內(nèi) （2）螺桿擠出壓力：生產(chǎn)中螺桿擠出壓力控制為6.5-7.5MPa,紡絲組件的壓力控制在9.8-24.5MPa范圍內(nèi) (3)冷卻條件：一般采用測吹風的冷卻形式，風溫控制在20-30 ，風速采用0.

46、3-0.5m/min （4）卷繞速度：常規(guī)紡聚酯長絲的最佳紡絲速度為900-1200m/min,化纖工藝學,第二節(jié) 聚酯纖維的高速紡絲,一、聚酯預取向絲（POY）生產(chǎn)工藝,預取向絲（POY）的結構穩(wěn)定性好，隨放置時間和條件變化，性質(zhì)變化小。紡絲中抗外界干擾性強：紡速增加、紡絲張力增大，受外來的干擾相對減小。 預取向絲（POY）適合用內(nèi)拉伸法生產(chǎn)拉伸變形絲（DTY）, 可以在拉伸變形機中一步完成得到DTY 1、預取向絲的性能 POY的雙折射率（n）在0.025以上，但不大于0.06。 n過高會導致大分子間的超分子結構加強，使后加工過程變得困難。結晶度越低越好，一般認為1% 2%較為適中。,化纖工

47、藝學,2、生產(chǎn)工藝特征 紡絲速度 30004000m/min，高取向、低結晶結構的卷繞絲 纖維中的大分子鏈收到高拉伸張力的作用，其形變不僅發(fā)生在熔體未凝固的流動狀態(tài)區(qū)域，而且在固化后還發(fā)生細頸拉伸現(xiàn)象，從而大大提高卷繞絲的取向度，并使其結構穩(wěn)定。 3、生產(chǎn)工藝控制 要求切片特性粘數(shù)在0.65dL/g以上，含水率一般應控制在50ppm以下。紡絲溫度比常規(guī)紡絲高5 10 ，一般為290 300 。POY紡絲時的冷卻吹風速度比常規(guī)紡絲要高。,化纖工藝學,二、聚酯全拉伸絲（FDY）生產(chǎn)工藝,FDY是在POY高速紡絲過程中引入有效拉伸，當卷繞速度達到5000m/min以上時獲得的具有全取向結構的拉伸絲，

48、是紡絲-拉伸-卷繞一步法連續(xù)工藝。 在紡絲線上建立有效的拉伸階段，即先以一定速度紡出預取向絲（ 如3000m/min ），隨后即對此固化絲條再進行一次熱拉伸，便可獲得拉伸取向效果。,化纖工藝學,三、聚酯全取向絲（FOY）生產(chǎn)工藝,全取向絲（FOY）是采用6000m/min以上的紡絲速度而獲得的具有高取向結構的長絲。其生產(chǎn)技術稱為超高速紡技術，紡速在7000m/min得到的POY結構與FDY基本相同，高拉伸應力的作用會使大分子鏈產(chǎn)生取向和熱結晶而形成微原纖結構。,化纖工藝學,一、聚酯長絲的后加工 以UDY和POY為原絲經(jīng)拉伸加捻制得普通長絲，以POY為原絲經(jīng)變形加工得到變形絲，最常見的為假捻變形

49、絲。 1、普通長絲后加工 以UDY或POY為原絲的拉伸加捻工藝無本質(zhì)區(qū)別，只是拉伸倍數(shù)不同，前者稱UDY-DT工藝，后者稱POY-DT工藝，拉伸的同時給予少量的捻度,第三節(jié) 聚酯纖維的后加工,后加工包括拉伸、熱定型、加捻、變形加工 和成品包裝等。,化纖工藝學,（1）拉伸加捻工藝過程 卷繞絲在拉伸盤上被預熱，在喂入輥和第一導絲盤間進行第一段拉伸，在第一和第二拉伸盤間進行第二段拉伸拉伸的同時，經(jīng)加熱器進行初步熱定型 從第二拉伸盤引出的拉伸絲，經(jīng)卷繞系統(tǒng)上部中心處的導絲器和上下移動著的鋼領上的鋼絲圈后，被卷繞在旋轉的筒管上。絲條的加捻是由回轉錠子和在鋼領上滑動的鋼絲圈相互作用來實現(xiàn)的。鋼絲圈轉一圈，

50、絲條就得到一個捻回。 （2）拉伸加捻工藝條件（以POY為原絲） 通常采取雙區(qū)熱拉伸，兩段拉伸比分別為1.01和1.60左右，總拉伸比為1.61.8.第一段拉伸主要是使絲條形成一定張力,化纖工藝學,2、假捻變形絲的加工 假捻變形是對長絲進行假捻變形后再熱定型而制得的高度卷曲蓬松的絲或紗。是重要的彈力絲品種,現(xiàn)代假捻的握持方法多采用摩擦式假捻器，常用三軸重疊盤，把絲直接壓在數(shù)組圓盤的外表面上。由于圓盤的高速旋轉，借助其摩擦力使絲條加捻。在假捻器上方，絲被加捻 ；而在假捻器下方，絲被解捻,化纖工藝學,聚酯低彈絲的生產(chǎn)采用裝有兩段加熱器的假捻變形機。原絲POY在喂入輥和傳送輥之間借助第一段熱板加熱進行

51、拉伸，同時穿過高速旋轉的假捻器，原絲在喂入輥和假捻器之間被加捻變形，而在假捻器和傳送器之間被解捻，再在局部松弛下進入第二加熱器定型，從而獲得所要求的卷縮彈性和蓬松性。稱為內(nèi)拉伸變形工藝。 第一加熱器之后一般裝有冷卻板，使加捻熱定型后的變形絲冷卻至玻璃化溫度以下，再進行解捻，以保證解捻后的絲條呈卷曲狀態(tài)。 第二加熱器的作用是使變形絲進一步熱定型，使變形時產(chǎn)生的部分內(nèi)應力松弛，同時消除非常弱的卷曲，降低熱收縮率，以得到彈性回復率較低的低彈絲。,化纖工藝學,二、聚酯短纖維的后加工 1、工藝流程簡介 聚酯短纖維后加工主要由集束、拉伸、定型、卷曲、上油、切斷和打包等工序組成。 （1）拉伸溫度 第一級拉伸

52、溫度控制在7090 ，第二級拉伸溫度控制在150（棉型）90（毛型）之間。 （2）拉伸速度,化纖工藝學,二級拉伸工藝中，絲束的拉伸通過三臺拉伸機完成，一般用第三機臺的出絲速度V3為拉伸速度。目前滌綸短纖維生產(chǎn)中拉伸時絲束喂入速度一般為3045m/min，出絲速度V3為140180 m/min （3）拉伸倍數(shù)及其分配：拉伸倍數(shù)應選擇在自然拉伸倍數(shù)和最大拉伸倍數(shù)之間。第一級拉伸倍數(shù)控制在總拉伸倍數(shù)的85左右為好。,化纖工藝學,化纖工藝學,2、工藝描述 （1）初生纖維的集束 將存放平衡后的絲條在恒溫、恒濕條件下進行集束。所謂集束是把若干個盛絲桶的絲條合并，集中成工藝規(guī)定粗度的大股絲束，以便進行后處理

53、。 （2）拉伸 采用集束拉伸，常用的集束拉伸機為三道七輥拉伸機。為保證絲束加熱均勻，短纖維的拉伸一般采用濕熱拉伸工藝，因此在各道拉伸機之間常設置加熱器，目前多用油浴和水浴加熱 （3）卷曲 滌綸的截面近似圓形，表面光滑，因此纖維間抱合力小，不易與其他纖維抱合在一起，對紡織加工不利。必須進行卷曲加工，使其具有天然纖維相似的卷曲性。,化纖工藝學,（4）熱定型 用于熱定型的設備有鏈板式松弛熱定型機、圓網(wǎng)式松弛熱定型機、九輥緊張熱定型機等 （5）切斷和打包 紡織加工對纖維長度有一定要求，為使滌綸能很好地與棉、羊毛及其他品種化學短纖維混紡，需將纖維切斷成相應的長度，如棉型、毛型、中長纖維等。,化纖工藝學,

54、第五章 聚丙烯腈纖維的紡絲,化纖工藝學,聚丙烯腈（PAN）纖維是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量占85以上和其他第二、第三單體的共聚物紡制而成的纖維。具有羊毛的特征：蓬松性和保暖性好，手感柔軟，防霉、防蛀。由于大分子上含有氰基，這種結構可吸收能量較多的（紫外光）光子，并能轉化為熱能，從而保護主鍵，使其不易發(fā)生降解，故有非常優(yōu)越的耐光性和耐輻射性。二元共聚的聚丙烯腈纖維可作為生產(chǎn)碳纖維的原絲，經(jīng)預氧化、炭化和石墨化處理，可分別制成耐高溫的預氧化纖維，碳纖維及石墨纖維。 聚丙烯腈濕法紡絲時，聚丙烯腈溶液從浸于凝固浴中的噴絲板小孔噴出，通過雙擴散作用最終成型得到聚丙烯腈初生纖維。凝固浴通常采用制備聚丙烯腈紡

55、絲原液所用溶劑的水溶液，這里水即是沉淀劑。,化纖工藝學,第一節(jié) 聚丙烯腈的濕法成形,一、工藝流程 1、以二甲基甲酰胺（DMF ）為溶劑 將粉末狀的PAN溶解于100%DMF中,制成含PAN20%-25%的紡絲原液, 通過噴絲頭壓入凝固浴槽中,凝固浴溫度10-15 ,二甲基甲酰胺濃度為50%-60%.紡絲速度5-10m/min。絲束出凝固浴后進入拉伸機進行蒸汽拉伸或熱水拉伸，拉伸倍數(shù)為5-8倍，熱水拉伸浴為20%-25%DMF水溶液，浴溫為80-90 ，然后進入水洗機，用60-80 的熱水水洗。水洗后的纖維經(jīng)油浴槽上油后，在干燥機中進行干燥致密化，再進入拉伸機拉伸1.5倍左右。,化纖工藝學,2、

56、硫氰酸鈉溶劑路線 以NaSCN為溶劑時一般都采用丙烯腈在NaSCN溶液中聚合，并直接用聚合液進行紡絲，紡絲原液（PAN含量12%-14%，NaSCN含量44%）經(jīng)計量泵計量后，再經(jīng)噴絲頭而進入凝固浴，凝固浴為9%-14%的NaSCN水溶液，浴溫為10 左右，紡絲速度5-10m/min.,化纖工藝學,化纖工藝學,第二節(jié) 聚丙烯腈纖維的后加工,腈綸的后處理包括拉伸、水洗、致密化、卷曲、熱定型、上油、干燥、打包等工序。按工藝路線分又有先水洗后拉伸，或先拉伸后水洗兩種類型。 濕法成型的聚丙烯腈纖維的后加工路線有以下五種 1、 以二甲基甲酰胺、二甲基亞砜為溶劑所制得的纖維，通常在溶劑的水溶液或蒸汽中一次拉伸5-8倍，拉伸浴中溶劑濃度可為25%-30%，而用鹽溶液或硝酸溶液為溶劑制得的纖維不宜采用這種方法，必須進行分段拉伸。 2、需要制造高強度纖維時，僅進行上述的拉伸不夠，還必須將絲束在150165 下，在飽和蒸汽介質(zhì)中再進行1.5 2倍的拉伸。,