熔融纺丝法简介.ppt

熔融纺丝合成纤维的生产首先是将单体经聚合反应制成成纤高聚物，这些聚合反应原理、生产过程及设备与合成树脂、合成橡胶的生产大同小异，不同的是合成纤维要经过纺丝及后加工，才能成为合格的纺织纤维。溶液纺丝又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。主要步骤：高聚物纺丝熔体的制备熔体自喷丝孔挤出/纺丝挤出的熔体细流的冷却和拉伸成形成形的纤维长丝铺网与固网熔体粘度和温度是熔体纺丝的主要工艺参数。在一定温度下，熔体粘度主要取决于成纤聚合物的分子量。熔体粘度过高，则流动不均匀，使出生纤维拉伸时易产生毛丝、断头；熔体温度可利用螺杆挤出机各段的温度来控制，熔体温度过高，会导致聚合物降解和形成气泡；温度过低，则熔体粘度过高；两者均使纺丝过程不能正常进行熔融纺丝法又分为聚合法、共混纺丝法、皮芯复合纺丝法（皮芯复合纺丝法是以含有光敏剂的组分为芯的生产变色纤维的主要技术。）直接纺：单体聚合→高聚物熔体切片纺：切片筛选干燥等处理纺丝箱体→泵送至纺丝组件→由喷丝孔挤出→在纺丝甬道中冷却（拉伸）→上油、卷绕或落桶螺杆挤出机中熔融成纤高聚物经历了两种变化，即几何形状的变化和物理状态的变化。几何形状的变化是指成纤高聚物经过喷丝孔挤出和拉长而形成连续细丝的过程；物理变化即先将高聚物变为易于加工的流体，挤出后为保持已经改变了的几何形状和取得一定的化纤结构，使高聚物又变为固态。熔体制备（螺杆挤压机）含水率较高的成纤高聚物在熔融纺丝前要经过干燥处理，以防止由于水分引起的高聚物熔体分子降解。高聚物切片受热熔融过程中微细结构发生如下变化：非晶区从玻璃态转变为高弹态，再变为粘流态；结晶区发生晶体的融化，也成为粘流态，最后高聚物形成熔体。纺丝工艺过程熔融挤压→过滤→静态混和→计量→熔体分配→挤出成形→冷却过滤可去除聚合物熔体中一些凝胶和细小的固体粒子。静态混和是指聚合物熔体输送管道中静态混和器对聚合物熔体的均匀混和作用。计量和熔体分配可精确控制产量和纤维细度的一致性。聚合物熔体从喷丝孔挤出成形，经历入流、孔流、出流、变形和稳定的流变过程，其物理形态和几何形态均发生变化。高聚物流体通过喷丝孔的流动有明显的流场变化，而包括毛细孔入口区的收敛流场，毛细孔区的管道流动，以及毛细孔出口区向拉伸流动的流场过渡形变区也称冷凝区，这是纺丝成形过程中最重要的区域。选择好成形工艺条件，使熔体细流在形变区内所受到的冷却条件稳定，是纺好丝的关键之一。熔体细流在离开喷丝板板面约10～15CM的距离内，温度仍然很高，流动性较好。在卷绕张力等力的作用下，细流很快被拉长变细、速度增快。细流变细、变长的现象称为喷头拉伸。拉伸倍数为卷绕速度与熔体喷出速度之比。稳定区：由于冷空气的作用，熔体细流从上到下温度越来越低，而粘度越来越高，细流细化的速度也愈来愈缓慢。之后，细度的变化基本停止，粘流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维。凝固点离喷丝板板面约40～80CM，一般成形条件下约为60CM左右。如果不再创造新的拉伸条件，纤维直径将稳定不变，但刚成形的初生纤维的性能是很低的。从凝固点到卷绕罗拉之间的区域叫稳定区。熔体细流固化成为纤维后，直径稳定，速度不再发生变化。入流区（入口效应）：纺丝流体进入喷丝孔前，在入口处发生流线收敛，流速增加，动能增加。入口区的纵向速度梯度导致粘弹性流体产生拉伸弹性形变，熔体的分子构象也发生改变，因此贮存了一定的变形弹性能，称为“入口效应”。孔流区（纺丝）：入口效应产生的高弹形变来不及消失，因为熔体在微孔中的流速很高，通过时间很短，因此会出现孔口胀大现象。挤出温度升高，或挤出速度下降，或体系中加入填料而导致高分子熔体弹性形变减小时，挤出胀大现象明显减轻。一般，喷丝孔直径越大，所纺纤维直径越大，纤维双折射越低。喷丝孔直径越大，可以减缓熔体在喷丝孔中流动时的径向剪切速度梯度，降低毛细粘性流动的切应变速率，减少出口时的熔体膨大现象。喷丝孔越长，熔体弹性形变能松弛越多，将来出口处熔体膨大越小。通常，喷丝孔直径和长度大一些，纺丝比较稳定，尤其是对高粘度熔体的纺丝有利。一般长径比大些，有利于熔体松弛，减小出口膨大；但当长径比大到某一数值时，膨大系数不再随长径比变化。熔体从喷丝孔高速挤出时，随着纺丝流体粘弹性和挤出条件的不同，挤出细流的类型分为液滴型、慢流型、胀大型和破裂型。胀大型是高聚物熔体纺丝的正常现象，是由于高聚物熔体的粘弹性中的弹性决定的，只要控制好纺丝工艺条件，尽量减小胀大比，不应性纺丝过程的正常进行。其它三种类型细流是纺丝不稳定性的表现，应该避免发生。液滴型不能成为连续细流，纤维无法成形；液滴型出现的条件首先与纺丝流体的性质有关。流体表面张力α越大，则细流缩小其表面积成为液滴的倾向也越大。此外，粘度η的下降也促使液滴的生成。漫流型虽已形成连续细流，但纺丝流体在流出喷丝孔后，迅即沿喷丝板表面漫流。这种细流很不稳定，