纺丝各工序要求及原理.doc

关闭口袋小管家：想永久保存这文章吗，+创建一个口袋 随时把喜欢的文章保存下来 涤纶长丝的物理指标z原文地址 一、【涤纶长丝的物理指标】1、线密度是表示长丝粗细的指标，用分特(dtex)表示。10000m长纤维的重量克数为分特数。也有用特数(tex)表示的。1特等于10分特。2、断裂强度是反映长丝质量的一项重要指标。断裂强度高，长丝在加工过程中不易断头、绕辊，最终做成的纱线和织物的强力也高。但断裂强度太高，纤维刚性增加，纱线和织物的手感变差。3、断裂伸长率断裂伸长率是一种反映纤维韧性的指标。对于衣着长丝，伸长率愈大，手感愈柔软，后加工毛丝、断头较少，但过大时，织物易变形。4、条干不匀率是一种表示长丝条干均匀度的指标。这项指标对预取向丝的拉伸丝尤为重要。长丝条干不匀，在加工过程中容易产生毛丝和染色不匀。5、沸水收缩率定长的长丝放在沸水中煮沸一定时间后，其收缩的长度与原来长度的比值称为沸水收缩率。用百分数表示。沸水收缩率是一种反映长丝热定型程度和尺寸稳定性的指标，与染色性能有一定关系。二、【长丝对切片质量的要求】特性粘数为了使产品具有适当的物理机械性能，又能顺利纺丝，要求聚酯切片有适当的分子量。而测定分子量及其分布的方法烦杂，故用特性粘数表示其分子量的大小。凝聚粒子如氧化凝胶物、二氧化钛凝聚物以及在反应釜壁上生成的高熔点物、碳化物等，这些杂质不仅加重了熔体预过滤器或组件过滤层的负荷，而且还极易导致毛丝和断头。端羧基含量端羧基含量高，说明分子量分布宽，可纺性差。制得的成品在热态使用条件下，会导致聚酯大分子的降解加剧。二氧化钛含量在能取得较好的消光效果的前提下，二氧化钛的含量应尽量低，并分布均匀、粒子细。铁质含铁量高，会使纤维发黄，色泽变差。三、【可纺性表现特征】预过滤器或纺丝组件的升压速率曰升压速率，高速纺丝应小于10%，常规纺丝应小于6%，否则，易出现染色不匀和毛丝、断头等问题。拉伸断头率和绕辊率在拉伸张力下，纤维内部的缺陷最容易暴露。可纺性好的切片，拉伸时，断头率和绕辊率均较低。四、【长丝对切片干燥的要求】除去切片中的水分，可避免聚酯高分子在纺丝过程中剧烈的水解，剧烈的水解使分子量降低，丝的质量下降，甚至无法纺丝。水分的去除，还可避免在单丝中夹带水蒸气，形成“气泡丝”，造成毛丝和断头；并可避免因纺丝含水量的差异，造成的染色不匀。五、【常规纺丝】纺丝工艺流程混合指使用静态混合器将螺杆出口的熔体混合均匀。使用静态混合器混合可达到强化熔体均匀性的目的，同时可减小熔体通过弯管时，管壁中心温度及停留时间的差别。计量计量的目的是为了保证丝条纤度均匀。计量泵还可使熔体增压，以适应纺丝的需要。过滤纺丝前须用滤砂等过滤材料对熔体进行过滤，以除去杂质。在高压纺丝中，过滤层还能产生较高的阻力，使熔体摩擦生热，温度升高，改善熔体的流变性能。卷绕筒管与卷绕头上的摩擦辊以一定的压力接触，通过摩擦传动保持相同的线速度。这个速度通常被称为纺丝速度。六、纺丝原理熔体细流及其凝固成形熔体细流在成形过程中，粘度、速度、应力和温度，在其路径上存在着连续发生变化的梯度分布场，称之为粘度场、速度场、应力场和温度场。固化的纤维所具备的性能与这些场起的作用关系很大。（1）入口区入口区指熔体经过的每个喷丝孔的喇叭口部分。熔体从较大的空间进入直径逐渐变小的喇叭口内，流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中。高聚物在入口区具有的这种特征称为“入口效应”。（2）孔流区指熔体在喷丝孔的毛细孔中流动的区域。在此区域中，熔体有两个特点，一是流速不同，靠近孔壁处速度小，孔中心速度高，有一个径向速度梯度；另一个是入口效应产生的高弹形变有所消失。弹性形变的消失需要一定的时间，称为松弛时间，约0.10.3秒。由于熔体流径孔道的时间约为10-410-2秒，与松弛时间相差甚远，弹性内应力来不及松弛，故高弹形变的消失非常小。若径向速度梯度过大，或者说在孔流区的剪切速率过高，亦会继续产生入口效应中的高弹形变。高弹形变达到极限值，熔体细流发生破裂，无法成纤。（3）膨化区指熔体细流离开喷丝孔后的一段区域。众所周知，当水流出管口时，水流的直径会因表面张力的作用产生收缩，小于管子的内径。而非牛顿流体则相反，离开管口（喷丝孔出口）时，流体直径会增大。这种现象称为膨化。产生膨化现象的主要原因是高弹形变的迅速恢复，使细流产生膨胀，另外，熔体流径出口时的速度场的改变，以及熔体的表面张力等也是重要因素。涤纶的膨化率最好在11.5之间，若膨化率过大，会造成熔体破裂，或造成丝条纤度和条干的不匀，粘板，注头等。熔体细流的膨化与熔体的粘度及喷丝板的长径比有关。粘度低时，熔体在孔道中能将更多的弹性形变消失松弛掉。为此，切片的特性粘数应适中，或适当提高熔体的温度，降低粘度。喷丝板坂面温度对熔体温度有很大的影响，必须将其保持在275摄氏度以上。长丝的泵供量较低，喷丝板板面暴露在纺丝窗中，其散热与箱体传给的热量和熔体带给的热量不容易平衡。喷丝板毛细孔的长度与孔径之比称为长径比。在孔径一定的情况下，孔的长度增加，即长径比变大，熔体从入口到出口的松弛时间增长，膨化率可以降低。另外，喷丝孔喇叭口与孔道结合适当，减弱入口效应，也可达到减少膨化率的目的。长丝的喷丝板长径比一般为11.2。（4）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1015CM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，同时，由于接触到冷却风，细流从上到下温度逐渐降低。温度下降造成的熔体细流粘度增高愈来愈明显，细流细化的速度也愈来愈缓慢。之后，细度的变化基本停止，粘流态的细流变成了固态纤维。凝固点离喷丝板板面约4080CM，一般成形条件下约为60CM左右。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。（5）稳定区熔体细流固化成为纤维以后，直径稳定，速度不再发生变化。这个区域从凝固点起到卷绕机为止。上油给湿及卷绕成型上、下导丝盘的作用是改变丝条走向，并调节卷绕张力。卷绕张力对筒子的成型和退卷张力均有影响。卷绕张力、超喂及油剂被视为卷绕成型的三要素。卷绕丝的结构熔体细流被拉长和固化的过程，也就是卷绕丝的结构形成和发展的过程。它是纺丝过程中流变学因素、纺丝工程上的传热和高聚物结晶动力学之间相互作用的结果。取向和结晶是纤维的主要结构因素，它们对后加工和产品的质量有重要的影响。高聚物中大分子或链段在外力作用下沿作用力方向（纤维轴向）排列的现象称为大分子取向。取向是大分子在应力场中，结构单元沿外力作用方向上的择优排列。这种排列是大分子结构单元对外力作用的响应。由于在以后的拉伸过程中还有一次取向，故把纺丝过程中的取向称为预取向。纺丝过程中的取向有两种。一种是处于熔体状态下的流动取向，另一种是纤维固化之后的形变取向，以前者为主。熔体的拉伸流动取向。主要受轴向速度梯度控制。熔体细流离开喷丝板，虽然流动快，有拉伸速度梯度，具备拉伸取向条件，但由于温度高，大分子热运动快，解取向的能力强，结果取向和解取向相互抵消，表现不出取向效果。之后到凝固点之间，熔体温度逐渐降低，粘度增大，分子热运动减慢，与解取向相比，取向成为主要趋势。熔体细流凝固以后，纤维的温度在一段区域内仍高于其玻璃化温度，在纺丝张力作用下，可产生部分形变取向。预取向度高的丝条在拉伸中易产生毛丝，不利于后加工，因此，应尽量控制得低些。取向度可用双折射来表示，它愈大，预取向度愈高。影响预取向度的主要因素是卷绕速度和冷却条件。卷绕速度高，预取向度相应也高。冷却条件包括风温、风湿和风速。熔体细流冷却过快或过慢均会使预取向度升高。在常规纺丝的条件下，卷绕丝基本上不产生结晶。低取向和不结晶是卷绕丝的结构特征。纺丝工艺参数的选择熔体温度熔体温度控制适当，不仅可纺性好，而且得到的成品丝物理机械性能优异。在切片特性粘数为0.640.66的情况下，熔体温度控制在285290摄氏度之间为宜。在上述参数范围内，随着温度的提高，熔体的流动粘度逐渐降低，熔体的均匀性和流变性能变好，可纺性逐步提高。卷绕丝的预取向度降低，断面不匀率下降，纺丝张力也降低。卷绕丝的最大拉伸比和自然拉伸比增高。卷绕丝经拉伸以后，拉伸丝的强、伸度也有升高的趋势。因此，在熔体粘度降不大的情况下，温度尽可能取高。但熔体温度又不能过高。过高的温度会加剧熔体的降解，使螺杆压力降低或出现波动；组件压力下降；喷出的丝呈不连续状，无法卷绕等。即使没有这样严重，也会使凝固点上下波动，条干不匀率增大，染色等不匀率升高。另外，还会产生注头丝，卷绕时毛丝及断头增多等情况。若熔体温度太低，会因粘度太高，使熔体在喷丝孔中的剪切应力增大，造成熔体破裂，可纺性变差。在低于280摄氏度的情况下，纺出的丝条其强、伸度均较低。这种丝被称为弱丝。熔体温度可由螺杆和箱体的温度来控制调节。另外，还应考虑，螺杆转速愈快，摩擦产生的热量愈多的因素。箱体的主要作用是对纺丝组件起保温作用。螺杆挤出压力试验证明，泵前压力达到20105Pa时，计量泵才能精确地计量输出，否则，会产生泵供量不足或者波动，使纺出的丝变细或条干不匀。组件压力组件压力是熔体通过过滤层和喷丝孔时受到阻力的反压力，它与纤维质量的均匀性密切相关。随着组件使用时间的增长，过滤层内的杂质逐步增多，阻力愈来愈大，组件压力不断升高。对于组件压力，工艺上主要考虑初期压力和升压速度。冷却吹风的温、湿度和风速风速（风量）对卷绕丝的预取向（双折射）和拉伸倍数影响较大。随着风速的增加，卷绕丝的双折射降低，冷拉倍数增大。这是由于风速大时冷却效果好，凝固点向喷丝板方向移动，形变区缩短，熔体凝固前受到的拉伸取向作用减弱所致。另外，风速大可改善染色不匀率和纤度不匀率，并能减弱室外气流的干扰。但风速超过一定程度，反而造成成品质量指标不匀率的上升。另外，风速要稳定。风速的波动，会使丝条的条干不匀率升高。条干不匀是产生染色不匀，强、伸度不匀的重要原因之一。卷绕速度卷绕速度是影响卷绕丝预取向度的一个重要因素。速度愈高，预取向度愈高，后拉伸倍数愈低。横动导丝器往复次数防了防止因叠丝造成卷绕成型不良，横动导丝器往复次数应进行周期性的变化。变化的范围称为振幅，变化的时间称为周期。卷绕速度加快时，振幅和周期应适当减小。电器与仪表自动化永磁式变频同步电动机转速和频率的关系式如下：n=60f/P式中：n电动机转速（r/min）； f电源频率（Hz）； P电动机极对数。因常用4极变频马达，其极对数等于2，故上式或简写为：n=30f拉伸加捻拉伸的目的和要求长丝的强度、伸度、沸水收缩率及染色均匀性等性能取决于纤维的微观结构。除了高分子本身固有的大分子链结构影响外，取向和结晶等超分子结构起着关键的作用，只有经过拉伸，在拉伸应力和温度的作用下，长丝才能获得必要的超分子结构。对拉伸的基本要求是：拉伸过程必须稳定，得到的产品具有优良的内在和外观质量，生产效率高。卷绕丝的平衡时间和条件由于纺丝过程中的急剧形变，卷绕丝内部分子间存在着内应力，结构极不稳定。在卷绕筒子的表层和内层之间，更存在着明显的差别。如果将这种卷绕丝立即拉伸，不仅使成品丝的不匀率高，还容易产生毛丝和断头。因此，必须将刚落筒的卷绕丝在一定的温、湿度条件下，放置一定的时间，使其内应力减小或消失、结构相对稳定及内外层均匀后，再进行拉伸。这个过程习惯上称为平衡。根据实验，2小时内，取向等结构的变化较明显，以后逐渐平稳。平衡时间不宜过长，若超过一个星期，卷绕丝分子间次价健增加，丝老化变硬，拉伸时，毛丝、断头率增高、甚至无法进行拉伸。平衡间保持一定的湿度可防止原丝上水分的挥发。若湿度太低，表层丝中的含水会因蒸发而减少，造成内外层丝的含水率不一。水分对纤维起增塑作用，含水率的不匀会在拉伸时造成明显的纤度不匀和取向不匀。拉伸过程中纤维结构的变化拉伸过程，实质上是纤维的超分子结构进行改组和建立的过程。经过拉伸，从卷绕丝的低取向、基本上无结晶的结构变成取向和结果均较高的成品丝结构。拉伸引起纤维最大的变化是大分子、晶粒和其他结构单元沿纤维轴向排列。这种排列是最能承受应力的择优排列，对纤维的强度、模量、伸度有重要的贡献。影响取向度的另外两个因素是拉伸和定型温度。拉伸温度适当提高，拉伸倍数可以增大。定型时的加热处理，可消除由于拉伸产生的内应力，防止已经取向的大分子改变它的取向状态。拉伸丝的结晶度可达40%左右。随着涤纶长丝结晶度的增大，纤维的密度增大，刚性降低，溶解变难，吸色性变差。结晶的生成需要一定的温度和时间。一般拉伸温度在玻璃化温度之上，并有一定的加热时间，则具备产生结晶的条件。但这不是造成拉伸丝高结晶度的主要原因，因为拉伸温度仅高于玻璃化温度2030摄氏度，加热时间又较短，主要因素是拉伸应力的诱导作用，促进结晶速度增大。染色均匀性是长丝的重要性能。纤维结晶区的吸色性差，无定形区吸色性好。无定形区分布的均匀性直接影响染色均匀性。如何控制好无定形区分布的均匀（或称晶区分布的均匀），是拉伸过程中的重要问题。因此，原丝的质量，拉伸、成型条件以及环境条件，都必须进行认真控制和管理。【高速纺丝】不同纺速下的纤维结构和染色性能的变化在纺丝速度较低的范围内，随纺速的增加，初生丝的沸水收缩率增加，而相应拉伸丝的强度和双折射下降。这时纤维的取向和结晶结构主要决定于取向的发展。在较低的纺速下，初生丝的结构建立不完善，后拉伸对结构的破坏性小，因而随纺速的提高，制得的拉伸丝结构愈不完整，其力学性能下降。从纤维的上色机理可知，纤维的上染率主要取决于纤维的结晶度、无定形取向因子以及纤维内孔洞的大小和多少。当纤维的结晶度相同时，晶粒尺寸愈大，相应无定形区尺寸亦大，分散空隙大，染料分子渗入的可能性亦愈大，上染率愈高。纺速在3000米/分以下时，随纺速的增加，拉伸丝的上染率增加。这是由于随纺速的增加，纤维的取向和结晶增高，致密化程度提高，但并不显著；而且此纺速范围内纺出的初生丝经拉伸后，纤维结构破损的程度却随纺速增加而增大，大分子致密化程度反而变差，无定形取向因子下降，孔洞尺寸增加，从而使拉伸丝的上染率增大。喷丝孔吐出量对纤维成形的影响纺速不变，而喷丝孔吐出量逐渐降低时，有下述现象发生：当喷丝孔吐出量逐渐降低时，纺程上纤维的凝固点距喷丝板的距离愈来愈近。由此可见，当吐出量下降到某一值时，纺程上纤维直径急剧下降，达到此直径后就不再变化。这一现象称为细颈现象，即在纺程上出现了细颈拉伸。这与固定吐出量，纺丝速度提高到一定值，纺程上出现的细颈现象相同。研究细颈现象产生的原因，不难发现，当喷丝孔吐出量下降，纺程上凝固点处所受的张应力上升，当喷丝孔吐出量