1、第2節(jié) 化學(xué)纖維制造學(xué),一、分類,化學(xué)纖維可分為長絲和短纖維 （一）長絲 在化學(xué)纖維制造過程中，紡絲流體（熔體或溶液）經(jīng)紡絲成形和后加工工序后，得到的長度以千米計(jì)的纖維稱為長絲。 長絲包括單絲、復(fù)絲和簾線絲。,（二）短纖維 化學(xué)纖維的產(chǎn)品被切成幾厘米至十幾厘米的長度，這種長度的纖維稱為短纖維。 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3338mm，線密度為1.31.8dtex，纖維較細(xì)，類似棉花。主要用于與棉混紡，例如用棉型聚酯短纖維（滌綸）與棉混紡，得到的織物稱“滌棉”織物。純紡 毛型短纖維：毛型短纖維有兩種：用于粗梳毛紡的毛型化纖，長度在6476mm，線

2、密度為3.35.5dtex；用于精梳毛紡的毛型化纖，長度為76114mm，線密度為3.35.5dtex。毛型化纖適于在毛紡設(shè)備上加工，與羊毛混紡或純紡織制毛型織物，類似羊毛。主要用于與羊毛混紡，例如用滌綸毛型短纖維與羊毛混紡，得到的織物稱“毛滌”織物。 純紡 中長纖維：纖維的長度一般為5176mm，線密度為2.23.3dtex，介于棉型和毛型之間。主要用于織造中長纖維織物。,二、化學(xué)纖維的生產(chǎn)方法概述,化學(xué)纖維的品種繁多，原料及生產(chǎn)方法各異，其生產(chǎn)過程可概括為以下四個(gè)工序。 （1）原料制備：高分子化合物的合成(聚合)或天然高分子化合物的化學(xué)處理和機(jī)械加工； （2）紡前準(zhǔn)備：紡絲熔體或紡絲溶液的

3、制備； （3）紡絲：纖維的成形； （4）后加工：纖維的后處理。,成纖高聚物的基本性質(zhì) 用于化學(xué)纖維生產(chǎn)的高分子化合物，稱為成纖高聚物或成纖聚合物。成纖高聚物有兩大類，一類為天然高分子化合物，用于生產(chǎn)再生纖維；另一類為合成高分子化合物，用于生產(chǎn)合成纖維。 作為化學(xué)纖維生產(chǎn)的原料，成纖高聚物的性質(zhì)不僅在一定程度上決定了纖維的性質(zhì)，而且對(duì)紡絲、后加工工藝也有重大影響。,對(duì)成纖高聚物一般要求如下： （1）成纖高聚物大分子必須是線型的、能伸直的分子，支鏈盡可能少、沒有龐大側(cè)基； （2）高聚物分子之間有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔昧?、或具有一定?guī)律性的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)； （3）高聚物應(yīng)具有適當(dāng)高的分子量和較窄的分子量

4、分布； （4）高聚物應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性，其熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)應(yīng)比允許使用溫度高得多。,化學(xué)纖維的成形普遍采用高聚物的熔體或濃溶液進(jìn)行紡絲， 前者稱為熔體紡絲，后者稱為溶液紡絲。,由于聚合方法和聚合物的性質(zhì)不同，合成的高聚物可能是熔體狀態(tài)或溶液狀態(tài)。將高聚物熔體直接送去紡絲，這種方法稱為直接紡絲； 也可將聚合得到的高聚物熔體經(jīng)鑄帶、切粒等工序制成“切片”，再以切片為原料，加熱熔融形成熔體進(jìn)行紡絲，這種方法稱為切片紡絲。直接紡絲與切片紡絲在工業(yè)生產(chǎn)中都有應(yīng)用。,對(duì)于溶液紡絲也有兩種方法。將聚合后的高聚物溶液直接送去紡絲，這種方法稱一步法。 另一種方法是先將聚合得到的溶液分離制成顆粒狀或粉粉末狀的成纖高

5、聚物，然后再溶解制成紡絲溶液，這種方法稱為二步法。,（1）熔體紡絲 切片在螺桿擠出機(jī)中熔融后或由連續(xù)聚合制成的熔體，送至紡絲箱體中的各紡絲部位，再經(jīng)紡絲泵定量壓送到紡絲組件，過濾后從噴絲板的毛細(xì)孔中壓出而成為細(xì)流，并在紡絲甬道中冷卻成形。初生纖維被卷繞成一定形狀的卷裝（對(duì)于長絲）或均勻落入盛絲桶中（對(duì)于短纖維）。,（2）濕法紡絲 紡絲溶液經(jīng)混合、過濾和脫泡等紡前準(zhǔn)備后，送至紡機(jī)，通過紡絲泵計(jì)量，經(jīng)燭形濾器、鵝頸管進(jìn)入噴絲頭（帽），從噴絲頭毛細(xì)孔中擠出的溶液細(xì)流進(jìn)入凝固浴，溶液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴(kuò)散，浴中的凝固劑向細(xì)流內(nèi)部擴(kuò)散，于是高聚物在凝固浴中析出而形成初生纖維。,（3）干法紡絲 干法紡絲

6、時(shí)，從噴絲頭毛細(xì)孔中擠出的紡絲溶液不進(jìn)入凝固浴，而進(jìn)入紡絲甬道。通過甬道中熱空氣的作用，使溶液細(xì)流中的溶劑快速揮發(fā)，并被熱空氣流帶走。溶液細(xì)流在逐漸脫去溶劑的同時(shí)發(fā)生濃縮和固化，并在卷繞張力的作用下伸長變細(xì)而成為初生纖維。,（4）化學(xué)纖維的后加工 紡紗成形后得到的初生纖維其結(jié)構(gòu)還不完善，物理機(jī)械性能較差，如伸長大、強(qiáng)度低、尺寸穩(wěn)定性差，還不能直接用于紡織加工，必須經(jīng)過一系列的后加工。后加工隨化纖品種、紡絲方法和產(chǎn)品要求而異，其中主要的工序是拉伸和熱定型。,拉伸的目的是使纖維的斷裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低，耐磨性和對(duì)各種不同形變的疲勞強(qiáng)度提高。拉伸的方式有多種，按拉伸次數(shù)分，有一道拉伸和多道拉伸

7、，按拉伸介質(zhì)分，有干拉伸、蒸汽拉伸和濕拉伸，拉伸介質(zhì)分別是空氣、水蒸氣和水浴、油浴或其它溶液；按拉伸溫度又可分為冷拉伸和熱拉伸?？偫毂稊?shù)是各道拉伸倍數(shù)的乘積，一般熔紡纖維的總拉伸倍數(shù)為3.0-7.0倍；濕紡纖維可達(dá)8-12倍；生產(chǎn)高強(qiáng)度纖維時(shí)，拉伸倍數(shù)更高，甚至達(dá)數(shù)十倍。,熱定型的目的是消除纖維的內(nèi)應(yīng)力，提高纖維的尺寸穩(wěn)定性，并且進(jìn)一步改善其物理機(jī)械性能。熱定型可以在張力下進(jìn)行，也可在無張力下進(jìn)行，前者稱為緊張熱定型，后者稱為松弛熱定型。熱定型的方式和工藝條件不同，所得纖維的結(jié)構(gòu)和性能也不同。,三、粘膠纖維的生產(chǎn),粘膠纖維的生產(chǎn)必須經(jīng)過下列四個(gè)過程： （1）粘膠的制備； （2）紡前誰備； （

8、3）纖維成形； （4）纖維的后處理。,粘膠生產(chǎn)原料,1木材纖維 木材纖維可分為針葉木和闊葉木兩類。闊葉木如樺木、白楊、栗木、山毛櫸，針葉木如落葉松、魚鱗松、云南松、云杉、鐵杉、馬尾松等。針葉木是制造粘膠纖維的優(yōu)質(zhì)原料，闊葉木也可以用于制造粘膠纖維。 2棉纖維 棉纖維屬于種子纖維，附著在棉籽殼上的短纖維為棉短絨，它不能直接作為紡織原料，而是制造粘膠纖維的優(yōu)質(zhì)原料。 3. 禾本科植物纖維 禾本科植物纖維包括竹、蘆葦、麥桿、甘蔗渣、高梁稈、玉米稈、棉稈等，這些也可以作為制造粘膠纖維的原料。目前我國只有甘蔗渣被用作粘膠纖維原料。,其具體生產(chǎn)工藝流程為：,非粘膠法制造纖維素纖維,新溶劑法紡制纖維素纖維

9、從60年代未起國外許多公司對(duì)新溶劑法生產(chǎn)纖維素纖維進(jìn)行了實(shí)用研究，并取得了較大進(jìn)展。其中研究較多的體系有：N2O4/DMF、 N2O4 DMSO、PFDMSO和NMMO等。其中N甲基嗎啉氧化物(NMMO)已經(jīng)在英國、美國、奧地利實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化土產(chǎn)，其工藝流程如圖所示。,四、聚酯纖維的制備,對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備 對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備方法主要有三種：酯交換法（間接法）、直接酯化法和直接加成法（直接法）。,紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 我國熔體紡絲采用的螺桿擠出紡絲機(jī)有多種型號(hào)，這是根據(jù)紡制纖維的類別來編制的。如VC型為長絲紡絲機(jī)，VD型為短纖維紡絲機(jī)?，F(xiàn)在使用的長絲紡絲機(jī)主要是VC406型，短纖維紡絲機(jī)有V

10、D405型和VD406型。此外，近年來還從國外引進(jìn)各種類型、規(guī)格的螺桿擠出紡絲機(jī)，能適應(yīng)多品種熔紡合成纖維生產(chǎn)的要求，改變品種時(shí)，只需將螺桿的操作工藝條件加以適當(dāng)調(diào)整即可。,VC406紡絲機(jī),紡絲機(jī)的種類及型號(hào)雖多種多樣，但其基本結(jié)構(gòu)相似，均包括以下一些構(gòu)成部分。 (1) 高聚物熔融裝置：螺杠擠出機(jī)； (2) 熔體輸送、分配、紡絲及保溫裝置，包括彎管、熔體分配管、計(jì)量泵、紡絲頭組件及紡絲箱體部件； (3) 絲條冷卻裝置：包括紡絲窗及冷卻套筒； (4) 絲條收集裝置：卷繞機(jī)或受絲機(jī)構(gòu)。,紡絲頭組件,紡絲機(jī)中的紡絲頭組件是噴絲板、熔體分配板、熔體過濾材料及組裝套的結(jié)合件。其基本結(jié)構(gòu)包括兩部分：一部

11、分是噴絲板、熔體分配板和熔體過濾材料等零件，第二部分是容納和固定上述部件的組裝套。,海島型長短絲復(fù)合紡絲組件及噴絲板,裂片型長短絲復(fù)合紡絲組件及噴絲板,聚酯短纖維的生產(chǎn) 聚酯短纖維的生產(chǎn)，按其使用的原料狀態(tài)不同?？煞譃榍衅徍椭苯蛹徑z兩類，這也是熔體紡絲法用于工業(yè)生產(chǎn)的兩種實(shí)施方法。,切片紡絲工藝流程： 聚酯切片干燥 熔融 紡絲 后處理 成品纖維。 直接紡絲工藝流程： 聚酯熔體 紡絲 后處理 成品纖維,聚酯短纖維后加工,后加工的目的和要求：聚酯短纖維生產(chǎn)大多采用常規(guī)紡絲法，紡絲速度較低，所得卷繞絲由于取向度低，強(qiáng)度很低，僅為1dNtex左右，而伸度高達(dá)百分之幾百，無實(shí)用價(jià)值。所以卷繞絲還必須進(jìn)

12、行拉伸，提高分子排列的有序性，使纖維獲得足夠的強(qiáng)度和合適的伸度，以符合各種使用要求。 聚酯短纖維后加工主要有集束、拉伸、定型、卷曲、上油、切斷和打包等工序組成。,聚酯長絲的生產(chǎn) 1概述 (1) 聚酯長絲的發(fā)展概況：聚酯長絲包括普通長絲（復(fù)絲）、工業(yè)用長絲、彈力絲、空氣變形絲等品種。,聚酯長絲的生產(chǎn)工藝路線：聚酯長絲分類如下：,聚酯長絲的生產(chǎn)工藝發(fā)展很快，種類很多。按紡絲速度可分為常規(guī)紡絲工藝、中速紡絲工藝和高速紡絲工藝。按工藝流程又分為三步法、二步法和一步法。,（1）常規(guī)紡絲：常規(guī)紡絲又稱低速紡絲， 紡絲速度1000-1500mmin，拉伸加捻速度600-1100mmin，假捻變形速度120-

13、160mmin?？杉徶?3-167dtex的長絲。,（2）中速紡絲：紡絲速度為1800-2500mmin。卷繞絲稱半預(yù)取向絲（MOY）。 aMOYDY工藝；此工藝采用中速紡絲和低速拉伸。拉伸加捻速度為800-1200mmin。可紡制33-167dtex的拉伸絲。 bMOYDTY工藝：此工藝采用中速紡絲和高速拉伸變形。MOY的剩余拉伸倍數(shù)為2.1-2.4倍，拉伸變形的速度為400-500mmin?？杉徶?5-88dtex的變形絲。,(3) 高速紡絲：高速紡絲的紡絲速度為3000 - 3500mmin。卷繞絲為預(yù)取向絲(POY)。在高速下，纖維產(chǎn)生一定的取向度，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。 aPOYDTY工藝：

14、此工藝采用高速紡絲和高速拉伸變形，是典型的二步法工藝路線。POY的后加工速度通常為450-700mmin?？杉徶?0-167dtex的變形絲（DTY）。其特點(diǎn)是工藝流程短，生產(chǎn)效率高基建投資省，是變形絲生產(chǎn)的發(fā)展方向， bPOYDY工藝：此工藝采用高速紡絲和低速拉伸加捻?？杉徶?5-110dtex的拉伸絲。拉伸比為1.3-1.7。,（4）全拉伸絲，全拉伸絲（FDY）生產(chǎn)工藝采用低速紡絲、高速拉伸，且兩道工序在一臺(tái)紡絲拉伸聯(lián)合機(jī)上完成。紡絲速度為900mmin，拉伸速度為3200mmin，拉伸比為3.5?？杉徶?5-167dtex的拉伸絲。全拉伸絲質(zhì)量較穩(wěn)定，毛絲斷頭較少。,（5）高取向絲：高取

15、向絲(HOY)亦稱全取向絲(FOY)。紡絲速度為5500-6000mmin。由于大幅度提高了噴絲頭拉伸比，卷繞絲的取向度大大提高，但微晶尺寸較大，非晶區(qū)取向度較低，目前尚處于研究階段。,北京中麗制機(jī)化纖工程技術(shù)有限公司,滌綸細(xì)旦POY高速紡絲機(jī) (0. 5DTY單絲纖度dpf1.0高技術(shù)附加值) 產(chǎn)品用途：本機(jī)主要用于紡制55110dtex/96192f（5DTY單絲纖度dpf1.0）的微細(xì)旦POY絲?？梢宰龇抡娼z綢、桃皮絨；人造廘皮、男女流行外衣、運(yùn)動(dòng)衫、內(nèi)衣、防雨雪衣等高檔衣料用絲。,復(fù)合紡,BKV463型復(fù)合紡BKV463型復(fù)合長絲紡絲機(jī)產(chǎn)品用途：BKV463型復(fù)合紡絲機(jī)適用于生產(chǎn)滌綸、

16、錦綸、丙綸以及它們的改性聚合 物的雙組份，共紡型、并列型、皮芯型、裂片超細(xì)型，桔子瓣型POY復(fù)合長絲 或異形、圓形單組份POY長絲。,靜電紡絲 靜電紡絲就是高分子流體靜電霧化的特殊形式，此時(shí)霧化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以運(yùn)行相當(dāng)長的距離，最終固化成纖維。,靜電紡絲影響因素,1，聚合物的分子量，分子量分布和分子結(jié)構(gòu)（分支，線性等） 2，溶液性質(zhì)（濃度，粘度，電導(dǎo)率，表面張力，液體流量等） 3，電動(dòng)勢(shì)大小 4，毛細(xì)管和收集屏幕之間的距離 5，環(huán)境參數(shù)（溫度，濕度和室內(nèi)空氣流速） 6，收集裝置的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 7，噴絲口針頭形狀,納米蜘蛛技術(shù)是一項(xiàng)新的發(fā)明 通過液體表面自由靜電紡絲（ free-liquid surface electrospinning ） 不使用針頭實(shí)現(xiàn)電紡納米纖維的工業(yè)化生產(chǎn),基本原理： 將紡絲電極置于聚合物 溶液內(nèi)，通過電極的旋 轉(zhuǎn)，聚合物溶液會(huì)在電 極表面覆蓋一層薄的液 層，將該體系置于高壓 電場(chǎng)下，當(dāng)施加電壓升 高到臨界值后，在電極