闪蒸纺丝技术.docx

闪 蒸 纺 丝 技术庄毅张玉梅王华平(中国石油化工集团公司技术开发中心, 北京, 100029)(东华大学化纤工程研究中心)摘 要: 闪蒸纺丝是干法纺丝的特例, 简要介绍了闪蒸纺丝的发展及应用范围, 重点叙述了闪蒸纺丝的技术方法、相分离和超音速流原理以及应用前景。主题词: 闪蒸纺丝 技术 原理 应用闪蒸纺丝是干法纺丝的一种特例。聚合物在溶剂闪蒸时迅速形成纤维, 亦称瞬间纺丝。 闪蒸纺丝法最早于 1957 年由美国 d u po n t公司的 h e rb e it b lade 开发成功。 实际上, 这种纺 丝方法是在研究聚烯烃的发泡过程中发现的, 而后应用于热塑性聚合物短纤维、长丝特别是无纺布的开发。 美国、日本已有多种产品工业化, 如美 国 d u po n t 公 司 的 t y rek 产 品、日 本 旭 化 成 的 “ 4)- ”商品等1, 2 。利用闪蒸法进行纺丝, 最常见的是聚烯烃/卤 代 烷 烃 体 系, 另 外, 聚 酯/卤 代 烷 烃、a b s/so 2、 pa 6/co 2、pa 6 或 pa 66/烷烃、pom /水、低分子 烷烃等也有所应用。 所开发的产品包括高度原纤 化的网状短纤维、长丝、无纺布等, 广泛应用于工 业、农业、医疗卫生、包装等各个领域3, 4 。图 1 闪蒸纺丝工艺流程示意图f ig. 1 sch em e o f f la sh sp inn ing1.喷 丝 头 ( sp inne re t ) ;2.转 向 板 (d ef lec to r ) ;3. 积 集 带( ga th e r ing zo ne ) ; 4. 靶 板 ( t a rge t p la te ) ; 5. 针 状 电 极 板(a c icu la r e lec t ro de p la te ) ; 6, 7. 辊 筒 ( ro ll ) ; 8. 金 属 板(m e ta l p la te) ; 9. 金属板前端 (m e ta l p la te fo rep a r t)12% 13% , 以二氧化碳在 6. 9 106 p a 的高压下饱和, 由此形成的纺丝原液经喷丝孔压入气室,闪蒸纺丝技术方法将成纤聚合物与溶剂混合, 所选用的溶剂沸 点低于聚合物, 在常温常压下不能溶解成纤聚合 物; 在加压加热的情况下, 能够溶解成纤聚合物。 当加热至温度略高于溶剂的沸点时, 聚合物溶解 制成纺丝原液, 随即从喷丝孔挤出, 进入低温 ( 或 常温) 和低压 (或常压) 介质中, 液态细流中的溶剂 突然蒸发, 聚合物迅速冷却固化, 形成超细的网络 结构。丝束通过带有高压的针状负电极板, 经电晕 放电, 丝束内纤维因带同性电荷而开纤, 带电纤维 由输送帘网下带高压正电的金属板电晕放电而中 和, 工艺流程示意如图 1 所示。具体工艺以聚乙烯为例。 将线性聚乙烯溶于2 0 0 的二氯甲烷 (ch 2c l2 ) 中, 浓度一般控制在1形 成一束 1. 11 1.32 d tex 的长丝, 并以 ( 1. 01. 1) 104 m /m in 的高速度喷出, ch 2c l2 溶剂瞬间发泡闪蒸, 利用速度梯度变化对丝束进行高倍 拉伸, 形成单丝纤度为 0. 111 0. 165 d tex 的超细网状纤维条。用静电方法使丝束开纤, 保持单丝状态, 并利用静电装置使纤维凝聚成网, 凝网速度 为 90 110 m /m in。成形后的纤网可以集束切断成高度原纤化的网状短纤维, 或经加热及加压自粘合固定成布, 自 粘合 成 布 的 方 法 有 两 种 形 式: ( 1 ) 面 粘 合: 布 重44 92 g/m 2 , 产品致密、光滑、硬挺, 撕裂强度高、收稿日期: 2000207218; 修改稿收到日期: 2000209211。作者简介: 庄毅, 男, 34 岁, 高级工程师。 从事化纤科研管 理工作。 已发表论文 4 篇。第 6 期庄毅等. 闪蒸纺丝技术27韧性强、耐磨性好, 可作书籍封面布、墙布、标签、旗帜、包装及印刷材料等, 此种材料又称合成纸;( 2) 点粘合: 布重 34 59 g/m 2 , 属局部性粘合, 粘 合 区占总面积的 2% 6% 。 布面粗糙, 柔韧、通 气, 可用于深度过滤器、过滤筒、超过滤及排水过滤布, 用即弃衣料、医院及实验室工作服等。据实际情况确定。 总的来说, 闪蒸纺丝的特点就是, 聚合物在高压下溶解而在低压下产生相分离。2. 2超音速流原理闪蒸纺丝喷丝口处的结构示意图如图 4 所 示。纺丝原液经减压后, 溶剂由 b 点的液态到 c 点 转化为蒸气, 在喷丝口处迅速膨胀, 聚合物及溶剂 因膨胀而加速, 形成超音速流, 流体中聚合物以珠 状液滴形式存在。由 b 点到 c 点的变化过程中, 溶 剂产生相转变, 溶剂与聚合物产生相分离, 相热转 换的同时, 流体依靠速度梯度产生高速拉伸。整个 过程瞬间完成, 聚合物快速结晶, 纤维达到预期指 标。闪蒸纺丝原理5, 7, 822. 1 相分离原理闪蒸纺丝最突出的现象就是相分离。 聚合物 溶液的相图如图 2 所示。温度对浓度的曲线表明,聚合物溶液存在上临界共溶温度 (u c st ) 和下临 界共溶温度 (l c st )。将图 2 中温度为 t 0 时所对应的相变化表示为图 3 所示的压力2浓度曲线, 聚合物溶液存在上临界共溶压力 (u c sp )。 闪蒸纺 丝利用聚合物的l c st。以图 3 为例, 聚合物溶液 从 a 点到 b 点, 压力逐渐减小, 由均相变为两相, 经喷丝口喷出, 从 a 点到 b 点, 压力变化大小对 网 状纤维结构的形成有很大影响, 具体数值要根图 4 闪蒸纺丝喷丝口处的结构示意图f ig. 4 s t ruc tu re sch em e a t th e sp inne re t o f f la sh sp inn ingi . 一相液 (f ir st2o rde r p h a se so lu t io n ) ;i . 二相液 (seco nd2o rde r p h a se so lu t io n ).闪蒸纺纤维的应用前景闪蒸纺丝可以得到均匀的三维网状结构的纤 维, 纤维高度原纤化。 以聚丙烯和聚乙烯为例 (见 表 1) , 说明闪蒸纺纤维的基本性能指标。表 1 闪蒸纺纤维的性能tab. 1 the proper t ie s of the f la sh spun f iber s3图 2f ig. 2聚合物溶液的温度2浓度相图t 2c p h a se d iag ram o f po lym e r so lu t io n取向度, %o r ien ta t io n deg ree纤维f ibe r /dp f/,%ssa / x c ,d tex cn d tex- 1m 2g- 1%p e 0. 11 0. 17 3. 5 7. 920 65 20 60 73 77 82 91 p p 0. 28 0. 33 1. 8 4. 4 40 110 5 20 - 73 88 闪蒸纺纤维, 单丝纤度小, 比表面积大, 拉伸强度高, 特别是结晶度和结晶取向度已完全达到 拉伸丝的指标。 因其优异的物理机械性能和特殊 的原纤化网状结构, 使其具有广泛的使用价值。一方面, 比重小, 强度高, 平滑, 防水透气, 可用作医用灭菌袋、保鲜袋、抗氧剂袋、干燥剂袋、无尘纸、图 3f ig. 3聚合物溶液的压力2浓度相图p 2c p h a se d iag ram o f po lym e r so lu t io n合 成 纤维 工 业第 23 卷2847 ( 6) : 69 72冷纯廷, 李旭阳, 张旭. 闪蒸法非织造布的应用现状及前景.产业用纺织品, 1998, 16 ( 8) , 27 28旭化成. 闪蒸制备聚烯烃网状纤维. j p , j p 052263 310, 1992旭化成. 闪纺聚烯烃纤维. j p , j p 052295 613, 1993杜邦. 用于聚乙烯长丝闪蒸卤化碳混合物. j p , j p 05278 905,1993信封、建筑防水布、防尘服、医用手术服等。另一方面, 短纤维近年来广泛用作水泥增强材料, 纤维的 高度原纤化的立体网状结构, 抗张强度高, 有利于 与基体材料的粘合, 起到良好的防裂增强作用, 因 而近年来在水泥混凝土中广泛应用。参考文献1 伊 藤 浩 三. 纺 丝 不 织 布. 纤 维 学 会 志 ( 日 文) ,1993, 49 ( 3) : 50 552 中山秋良. 纺丝纤维. 纤维学会志 ( 日文) , 1991,3456旭化成. 闪纺法纺制网状纤维.78j p , j p 04247 322, 1991旭化成. 具有高抗张强度原纤化的聚丙烯纤维的制造.j p 012280 009, 1989j p ,fl a sh sp inn ing technolo gyzh u an g y i(t ech nology d ev e lopm en t d ep a r tm en t, s in o p e c )zh an g y um e i an d w an g h u ap in g(c h em ica l f ibe r e ng inee r ing r esea rch c en te r, d ong h u a u n iv e rs ity )a bstra c t: f la sh sp inn ing is a sp ec ia l tech no lo gy o f d ry sp inn ing. t h e deve lopm en t and app lica t io n range o f f la sh sp inn ing w e re in t ro duced. t h e tech no lo g ica l p ro ce s