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      化學纖維紡絲方法面面觀

      日期:2021/10/22 人氣:1363

      化學纖維幾種常用的紡絲方法 

      將紡絲流體,用紡絲泵(或稱計量泵)連續、定量而均勻地從噴絲頭或噴絲板的毛細孔中擠出而成液態細流,再在空氣、水或凝固浴中固化成絲條的過程稱為紡絲或纖維成形。

      剛紡成的絲條稱為初生纖維。紡絲是化學纖維生產過程中的關鍵工序,改變紡絲的工藝條件,可在較大范圍內調節纖維的結構,從而相應地改變所得纖維的物理機械性能。

      按成纖高聚物的性質不同,化學纖維的紡絲方法主要有熔體紡絲法和熔液紡絲法兩大類,此外,還有特殊的或非常規的紡絲方法。其中,根據凝固方式的不同,熔液紡絲法又分為濕法紡絲和干法紡絲兩種。在化學纖維的生產時,多數采用熔體紡絲法生產,其次為濕法紡絲生產,只有少量的采用了干法或其他非常規紡絲方法生產。

      01

      熔體紡絲法

      又稱熔融紡絲,簡稱熔紡。是將聚合物加熱熔融,通過噴絲板孔擠出,在空氣中冷卻固化形成纖維的化學纖維紡絲方法。用于熔體紡絲的聚合物,必須能熔融成粘流態而不發生顯著分解。聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯纖維都可采用熔體紡絲法生產。

      特點:熔體紡絲方法的主要特點是紡絲速度高(1000~7000m/min),無需溶劑和沉淀劑及其回收、循環系統,設備簡單,工藝流程短,是一種經濟、方便和效率高的成形方法。但噴絲頭孔數相對較少。

      工藝流程:

      1. 紡絲熔體制備——連續聚合值得熔體獲獎經過預結晶、干燥后的成纖高聚物切片從聚合物料斗加入,泳客按要求分段加熱的螺桿擠壓機先后進行熔融、混合、計量并擠出,經擠出機遇紡絲箱體間的彎管送入熔體計量泵。

      2. 熔體通過至于紡絲箱體內的計量泵定量地將熔體有噴絲頭的小孔擠出形成熔體細流。

      3. 熔體細流進入用到后在較低溫度和冷卻吹風環境下冷卻、固化并形成初生纖維。

      4. 初生纖維再經上油、網絡后卷繞成筒。

      5. 此卷繞絲再經后續的拉伸—熱定型等二次成型加工后便制得具有適用性的成品纖維。

      分類

      NOTE

      熔紡法按照熔體制備工藝過程又分為直接紡絲發和切片紡絲法。將聚合后的聚合物熔體直接送入計量泵計量、擠出進行紡絲的工藝成為直接紡絲法;而將聚合物的切粒經預結晶、干燥等必要的紡前準備后松日螺桿擠出機熔融紡絲的技術稱為切片紡絲法。大規模工業生產上常采用直接紡絲技術,有利于降低生產成本,但是難于生產差別化纖維品種,只能在線密度、纖維截面形狀上做出些許改變。而切片紡絲法較為靈活,易于更換品種,生產小批量、高附加值的差別化纖維。

      02

      溶液紡絲法

      液紡絲是將成纖高聚物溶解在某種溶劑中,制備成具有適宜濃度的紡絲溶液,再將該紡絲溶液從微細的小孔吐出進入凝固浴或是熱氣體中,高聚物析出成固體絲條,經拉伸——定型——洗滌——干燥等候處理過程便可得到成品纖維。

      顯然,溶液紡絲生產過程比熔體紡絲要復雜,然而,對于某些尚未熔融便已發生分解的高聚物而言,就只能選擇該種紡絲成型技術,溶液紡絲又有濕法紡絲、干法紡絲、干濕法紡絲之分。

      1

      濕法紡絲

      濕法紡絲簡稱濕紡。將聚合物溶于溶劑中,通過噴絲孔噴出細流,進入凝固浴形成纖維的化學纖維紡絲方法。適用于濕法紡絲的成纖聚合物,其分解溫度低于熔點或加熱時易變色,且能溶解在適當溶劑中。聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、銅氨纖維等人造纖維品種采用濕法紡絲生產。濕法紡絲得到纖維截面大多呈非圓形,且有較明顯的皮芯結構,這主要是由凝固液的固化作用而造成的。

      特點:濕法紡絲的速度較低,而噴絲板的孔數較熔體紡絲多,工藝流程復雜,投次大、生產成本較高。一般在短纖維生產時,可采用多孔噴絲頭或級裝噴絲孔來提高生產能力,從而彌補紡絲速度低的缺陷。

      工藝流程:

      1. 制備紡絲原液。

      2. 將原液從噴絲孔壓出形成細流。

      3. 原液細流凝固成初生纖維。

      4. 初生纖維卷裝或直接進行后處理。

      2

      干法紡絲

      干法紡絲是溶液紡絲中的一種,若成纖高聚物可以找到一種沸點較低、溶解性能又好的溶劑制成紡絲液,此時可以將紡絲溶液從微細的小孔吐出,進入加熱的氣體中,紡絲液中的溶劑揮發,高聚物絲條逐漸凝固,經拉伸定型洗滌干燥等后處理過程便可得到成品纖維。腈綸、氨綸、氯綸以及維綸等均采用干法紡絲工藝。

      特點:干法紡絲具有連續生產、紡絲速度高、產量大、污染少等優點;纖維質量及耐化學性和染色性能比濕紡纖維好。但干法纖維耐氯性較差,技術難度較大,需要溶劑回收,生產成本相對較高。

      干紡&濕紡

      紡絲液的濃度比濕法高,一般可達18%~45%,相應的粘度也高,能承受比濕紡更大的噴絲頭拉伸(2~7倍),易制得比濕紡更細的纖維。

      紡絲線上絲條所受到的力學阻力遠比濕紡小,紡速比濕紡高,但由于受到溶劑揮發速度的限制,干紡速度比熔紡低。

      噴絲頭孔數遠比濕紡少,這是因為干法固化慢,固化前絲條容易粘連。一般干紡短纖維的噴絲孔數在1200孔左右,而濕紡短纖維的孔數高達數萬孔,因此干法單個紡絲位的生產能力遠低于濕紡,干紡一般適合生產長絲。

      工藝流程:

      03

      干濕法紡絲

      干濕法紡絲是溶液紡絲中的一種,又稱干噴濕紡法,它將濕法紡絲與干法紡絲的特點相結合,特別適合于液晶高聚物的成型加工,因此也常稱為液晶紡絲。

      即將成纖高聚物溶解在某種溶劑中制備成具有適宜濃度的紡絲溶液,再將該紡絲溶液從微細的小孔吐出,首先經過一段很短的空氣夾層,在此處由于絲條所受阻力較小,處于液晶態的高分子有利于在高倍拉伸條件下高度取向,而后絲條再進入低溫的凝固浴完成固化成型,并使液晶大分子處于高度有序的凍結液晶態,制得的成品纖維,具有高強度、高模量的力學性能。

      目前,干濕法紡絲已在聚丙烯腈纖維、聚乳酸纖維、殼聚糖纖維、二丁酰甲殼素、聚氯乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚苯并咪唑纖維等纖維的制備中得到應用。

      特點:干濕法紡絲可以紡高粘度的紡絲原液,從而減小溶劑的回收以及單耗,同時其成形速度較高,所得纖維結構均勻,橫截面金屬圓形,強度和彈性均有所提高,染色性和色澤較好。干濕法紡絲一個主要的缺點是紡絲原液細流斷裂后,原液極易沿噴絲頭漫流,這意味著多孔紡絲過程中如果一根單絲斷裂,就很可能因為原液漫流,而造成其它絲的斷裂,從而破話紡絲過程的連續性。

      工藝流程:

      干濕法紡絲是,紡絲溶液從噴絲頭壓出后,先經過一段氣體(一般是空氣)層(氣隙),然后進入凝固浴,因此也有人把這種方法稱為氣隙紡絲。從凝固浴中導出的初生纖維的后處理過程,與普通濕法紡絲相同。


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