第十章合成纖維的成型加工◆

纖維：長徑比很大，并具有一定柔韌性的纖細物質;◆

紡織纖維包括天然纖維（如羊毛、蠶絲、棉花、麻、竹等）和化學纖維（由聚合物等材料制成）。10.1概述◆人造纖維：是以天然聚合物如纖維素和蛋白質等改性而成，如粘膠纖維、醋酸纖維、蛋白質纖維等；◆合成纖維：是由合成的聚合物經(jīng)紡絲而成，如聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維（滌綸）、聚酰胺（錦綸）、聚乙烯醇縮甲醛（維綸）、聚丙烯（丙綸）、聚丙烯腈（腈綸）、聚氯乙?。染]）、聚氨酯彈性體纖維（氨綸）、芳香族聚酰胺纖維（Kevlar）等?！艉铣衫w維是用石油、天然氣、煤炭等礦產資源以及農副產品為原料，經(jīng)過一系列的化學反應，制備成高分子化合物，再經(jīng)過紡絲加工而得到的纖維。紡絲過程是將聚合物熔體或將其用其它溶劑將聚合物溶解為黏性溶液，用齒輪泵定量供料，在牽引的作用下，通過噴絲頭的小口，經(jīng)凝固或冷凝成纖維?！糁饕腥N紡絲方法：

—熔融紡絲

—干法紡絲

—濕法紡絲◆紡絲液在紡絲過程中的流動：

—紡絲液（溶液或熔體）在噴絲毛細孔中的流動

—紡絲流體的內應力松弛和流場的轉化，即剪切向拉伸轉化

—紡絲條的拉伸流動

—纖維的固化10.2成纖聚合物的基本性質(可紡性)通常，成纖聚合物具有以下一些特性：

成纖聚合物的分子為線性結構，具有良好的結晶性；

用于溶液紡絲的聚合物可溶于溶劑中制成聚合物溶液，聚合物溶液或熔體具有適當?shù)恼扯龋?/p>

聚合物應具有適當高的相對分子質量和較窄的相對分子質量分布；

聚合物分子鏈間具有較強的相互作用；

成纖聚合物的玻璃化溫度高于其使用溫度，熔點應超過洗滌和燙熨溫度（100℃以上）。10.3纖維的主要性能指標

線密度（纖度）表示纖維粗細程度的指標,是指一定長度纖維所具有的重量，其單位名稱為“tex”—特（克斯），1/10稱為分特（克斯），單位符號dtex

。1000m長纖維重量的克數(shù)稱為“特”。

支數(shù)是指單位重量的纖維所具有的長度。對于同一種纖維，支數(shù)越高，纖維越細。

斷裂強度是指纖維在連續(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。斷裂強度高，纖維在加工過程中不易斷頭、繞輥，紗線和織物牢度高；斷裂強度太高，纖維剛性增加，手感變硬。

斷裂伸長率是指纖維在伸長至斷裂時的長度比原來長度增加的百分數(shù)。斷裂伸長率大，纖維的手感柔軟，在紡織加工時，毛絲、斷頭少；斷裂伸長率過大，織物易變形。

模量是指抵抗外力作用下形變能力的量度。纖維的初始模量為纖維受拉伸而當伸長為原長的1％時所需的應力。它表征纖維對小形變的抵抗能力。纖維的初始模量越大，越不易變形，在合成纖維中，滌綸的初始模量最大，腈綸次之，錦綸較小，故滌綸織物挺括，不易起皺，錦綸織物易起皺，保形性差。

初始模量（彈性模量）

長絲：長度以千米計的絲。

短纖維：被切成幾厘米或十幾厘米長的纖維?；旒徔椢锊豢赡苡瞄L絲制造，只有用短纖維與天然纖維或其它化學纖維的短纖維進行混紡，才能得到混合良好的混紡織物。如用滌綸與棉花混紡得到的織物即“滌棉”，與羊毛混紡的織物叫“毛滌”。10.4合成纖維的分類

異形截面纖維：在合成纖維成型過程中，采用非圓形孔眼的噴絲板，可得不同截面形狀的纖維，用以改善纖維的手感、回彈性等。如三角形截面的維綸光澤良好，不易沾塵土，其織物耐穿；五葉形截面的滌綸長絲有類似真絲的光澤，手感良好等。

變形紗：經(jīng)過變形加工處理的絲和紗，如彈力絲和膨體紗。

六大合成纖維：氯綸（聚氯乙烯）、錦綸（尼龍6）、滌綸（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、腈綸（聚丙烯睛）、維綸（聚乙烯醇）、丙綸（聚丙烯）（以上纖維的分子式應熟記）10.5化學纖維的生產方法

化學纖維的生產工藝流程主要包括紡絲熔體和溶液的制備、紡絲及初生纖維的后加工;

目前，合成纖維的紡絲方法主要有兩大類：熔體紡絲法和溶液紡絲法，在溶液紡絲法中，根據(jù)凝固方式的不同，又可分為濕法紡絲和干法紡絲兩種?！艄に囘^程

－將聚合物熔融;

－噴絲泵將溶體壓入噴絲頭;

－熔體從噴絲頭流出形成細絲;

－經(jīng)冷凝形成纖維;熔融紡絲1.齒輪泵2.過濾填料3.導絲4.卷繞輥5.驟冷浴6.噴絲板滌綸纖維螺桿紡絲示意圖1.大料斗2.小料斗3.進料筒4.螺桿擠出機5.熔體導管6.計量泵7.紡絲箱體8.噴絲頭組件9.紡絲套筒10.給油盤11.卷繞輥12.16.廢絲輥13.牽引輥14.喂入輪15.盛絲桶

◆工藝特點工藝過程簡單、纖維強度高、不使用其他溶劑、紡絲速率高（800-1000m/min）,適用此法的聚合物種類比較多（聚酰胺、聚酯）◆紡絲設備

－螺桿擠出機;

－紡絲組件;

－紡絲泵;

－紡絲吹風窗及紡絲冷卻套管;1.厚鋁墊圈2.薄鋁墊圈3.外螺紋套4.壓板5.過濾網(wǎng)6.分配板7.過濾網(wǎng)8.噴絲板9.內螺紋套◆紡絲工藝

－溫度

溫度太高，黏度低，形成自重引申大于噴絲頭拉伸，易造成細絲屈服粘結的現(xiàn)象

－冷卻

冷卻慢時，細絲冷凝時間長，經(jīng)不起拉伸、易發(fā)生斷頭；冷卻快時，細絲易出現(xiàn)“夾心”，導致強度低

－噴絲速率和卷繞速率

－給濕及油劑處理

對于難熔融或易分解的聚合物來說，干（濕）法紡絲是一種恰當?shù)姆椒?，濕法和干法的差別只是纖維凝固方式的不同。晴綸、維綸、氨綸以及芳綸都采用此法生產。其工藝過程都是將聚合物做成紡絲原液（成纖聚合物的溶液），然后將原液經(jīng)過過濾脫泡后，經(jīng)過計量泵把原液從噴絲頭擠出，在凝固浴的作用下，經(jīng)過適當?shù)睦於纬沙跎w維。

干（濕）法紡絲1.第一導輥2.導輥絲3.凝固浴槽4.噴絲頭5.鵝頸管6.燭形過濾器7.計量泵8.進漿管9.凝固液進口10.凝固液放空管11.凝固浴出口10.6粘膠纖維工藝過程及特點

粘膠纖維是以天然纖維如木質纖維、棉纖維、禾本科植物纖維（如甘蔗渣、蘆葦、麥桿等）為原料，經(jīng)纖維素黃酸酯溶解以濕法紡絲制成的。它也稱為人造纖維，是將不能直接紡織的原料經(jīng)過化學方法制造而成的纖維。簡單的講就是首先用棉短絨（也可以用其他）制成漿板，然后漿板粉碎后加入燒堿制成堿纖維素，堿纖維素、二硫化碳、燒堿反應生成堿纖維素黃酸酯。黃酸酯從噴頭中噴出，經(jīng)過酸?。蛩帷⒘蛩徕c、硫酸鋅）凝固、分解，從而等到的成品即粘膠纖維。

粘膠纖維的生產包括以下四個過程：

(1)粘膠的制備：即漿粕的準備、堿纖維素的制備及老成、纖維素黃酸酯的制備（磺化）和溶解等。

漿粕是將原料經(jīng)蒸煮、精選、漂白等預處理而得到的；

老成是借空氣的氧化作用，使堿纖維素分子鏈斷裂，聚合度下降，以達到適當調整粘膠粘度的目的；

磺化是使難溶解的纖維素變成可溶性的纖維素黃酸酯，以便進行濕法紡絲；（2）粘膠的紡前準備：包括粘膠的混合、過濾、熟成、脫泡等。（3）紡絲：粘膠經(jīng)過計量和紡前過濾后，通過噴絲孔形成多根粘膠細流，進入凝固浴而固化成絲條，再經(jīng)塑化拉伸和受絲卷取等過程。（4）纖維的后處理：包括纖維的水洗、脫硫、漂白、酸洗、上油、干燥等，長絲要進行加捻、絡絲、分級、包裝等加工過程，短纖維則需經(jīng)切斷、開松、打包等。

上油：使纖維表面覆上一層油膜，賦予纖維平滑柔軟的手感，降低纖維間或纖維與金屬間的摩擦，使加工過程順利進行，并使其濕度增加，改善纖維的抗靜電性能。

加捻：目的主要是使復絲中各根單纖維緊密地抱合，避免在紡織加工時發(fā)生斷頭或紊亂現(xiàn)象，并使纖維的斷裂強度提高。

絡絲：將經(jīng)過壓洗、定型后的纖維在絡絲機上由有孔的絲筒退繞至錐形筒管，形成雙斜面寶塔形式，以便運輸和紡織加工。

切斷：將纖維切割成規(guī)定長度的短段，以使合成纖維在紡絲加工過程中適應混紡的棉、毛等天然纖維的長度和紡絲加工設備的特殊需要。粘膠纖維的性質與棉極為相似，吸濕、透氣、易染色、抗靜電、易于紡織加工，制成的織物花色鮮艷，穿著舒適。但粘膠纖維的的濕態(tài)強度大大低于干態(tài)強度，且縮水性較大，纖維吸水后膨化，織物在水中易變硬。粘膠纖維應用廣泛，其長絲稱為人造絲，可織成各種平滑柔軟的絲織品，毛型短纖維俗稱人造毛，是毛紡廠重要的原料，棉型粘膠短纖維俗稱人造棉，可織成各種色彩絢麗的人造棉布?！鼍埘ダw維

它通常是指聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）纖維，為目前發(fā)展速度最快、產量最大的合成纖維品種。聚酯纖維又稱滌綸，的確良，特麗綸、達克綸、帝特綸等，是以對苯二甲酸二甲酯、乙二醇為原料，經(jīng)酯交換、縮聚、紡絲和纖維后加工等四個步驟而得。聚酯纖維常采用熔體紡絲法，可分為切片紡絲和直接紡絲。目前，聚酯短纖維大多采用直接紡絲法，即將聚合釜中的熔體直接送入紡絲機；而聚酯長絲多采用切片紡絲法。10.6常用的聚合物纖維及其應用

PET的軟化點230～240℃，熔點范圍255～264℃，纖維級PET樹脂的相對分子質量為15000～2000，特性粘度通常為0.62～0.68dL/g。

PET分子中含有酯基，易發(fā)生水解，故在紡絲時應嚴格控制水分含量?！獜椥院茫浩鋸椥越咏谘蛎桶櫺猿^其它纖維；—強度大：干態(tài)強度和濕態(tài)強度接近；—模量高：其初始模量為大規(guī)模生產的合成纖維中最高者，故其織物的尺寸穩(wěn)定、不變形；—吸濕性低：吸濕情況下強度下降少，織物易洗快干；—耐熱性好。

聚酯纖維的性能■聚酰胺纖維

聚酰胺及錦綸、尼龍、卡普龍，是世界上最早投入工業(yè)化生產的合成纖維。聚酰胺的品種很多，目前工業(yè)化生產及應用最廣泛的是PA6和PA66，PA1010是我國的特有品種。

PA6在大規(guī)模工業(yè)生產中大多采用以己內酰胺為原料，經(jīng)開環(huán)水解聚合制得。PA66是將己二胺和己二酸反應生成66鹽，然后進行縮聚而得，其中河南神馬集團的產量最大。聚酰胺纖維目前大多采用切片熔融紡絲法，紡絲前，切片應充分干燥。—耐磨性好：為所有紡織纖維中耐磨性最好的品種；—強度高，抗沖擊強度高；—彈性高，耐疲勞性好，耐低溫性能良好；—吸濕率較低。

聚酰胺纖維的性能■聚丙烯腈纖維聚丙烯腈（PAN）簡稱腈綸，為目前世界上產量僅次于聚酯纖維和聚酰胺纖維的第三大品種的纖維材料。聚丙烯腈在加熱下既不軟化又不熔融，在280～300℃下分解，一般不能采用熔體紡絲，而是采用溶液紡絲法。—柔軟性和保暖性好，外觀和手感像羊毛；—耐光性和耐輻射性優(yōu)異；—彈性模量高，保型性好；—化學穩(wěn)定性和耐熱性好；—優(yōu)良的耐霉菌和耐蟲蛀性。

聚丙烯腈的特性■聚乙烯醇纖維聚乙烯醇（PVA）又稱維綸、維尼綸。工業(yè)上成纖用聚乙烯醇是以醋酸乙烯為單體，經(jīng)縮聚生成聚醋酸乙烯，然后進行醇解反應而得。聚乙烯醇的熔融溫度為220～240℃，在250℃以上完全分解變色，且沒有明顯的穩(wěn)定熔融態(tài)，故不能采用熔融法紡絲，而是采用溶液紡絲法生產纖維。濕法紡絲法主要生產短纖維，干法紡絲主要生產長絲。維綸短纖維的外觀形狀接近棉花，因此有“合成棉花”之稱，其長絲則似蠶絲。維綸的強度和耐磨性優(yōu)于棉花，吸濕率大，與棉花接近，導熱性差，具有良好的保暖性。維綸的主要缺點是染色性差，色澤不鮮艷；耐水性較差，易收縮和變形；彈性較差，其織物不夠挺括，易發(fā)生折皺?！鼍蹖Ρ蕉姿釋Ρ蕉防w維聚對苯二甲酸對苯二胺纖維商品名為Kevlar，又稱芳綸1414，是目前國外產量最大、應用最廣的高強度、高模量、耐高溫的纖維。

Kevlar纖維具有極好的力學性能。

高壓靜電紡絲0.2%HDPE溶液0.05%HDPE溶液10.7聚合物纖維對基體結晶的影響碳纖維(左)和聚對苯二甲酸對苯二胺纖維(右)在135℃恒溫結晶時,不同結晶時間下的結晶形態(tài):a=7min;a=20min;Figure1升溫200?C后以1?C/min降溫非等溫結晶Figure2升溫200?C后以10?C/min降溫非等溫結晶非等溫下PET纖維對PP結晶的影響升溫300?C后以1?C/min降溫升溫300?C后以10?C/min降溫●PET/PP的橫晶受冷卻速率的影響比較大；●PET纖維內在的取向結構的松弛是影響其橫晶生成的最主要因素；iPP基體200℃熔融,然后冷卻至165℃,此時把不同的纖維包埋,并迅速轉移到138℃的熱臺上恒溫結晶不同聚合物纖維對PP結晶的影響iPP基體200℃熔融,然后冷卻至165℃,此時把不同的纖維包埋,并迅速轉移到138℃的熱臺上恒溫結晶(左),然后升溫至200℃后迅速降至138℃恒溫結晶iPP基體200℃熔融,然后冷卻至165℃,此時把不同纖維包埋,然后在此溫度恒溫40min,并迅速轉移到138℃的熱臺上恒溫結晶●

PET纖維和PA6纖維對基體iPP的異相成核能力主要是由制樣時所引入的剪切應力所決定的;●

同質纖維的成核能力比較強試樣制備示意圖PP纖維對PP結晶的影響PP纖維在138℃包埋至基體中,并在138℃恒溫結晶