3.4干法纺丝及其他纺丝方法原理及工艺.

1、化学纤维生产原理及工艺3. 3干法纺丝原理及工艺3.3.1干法纺丝工艺将聚合物溶于挥发性溶剂中，通过喷丝孔喷出细 流，在热空气中形成纤维的纺丝方法。分解温度低于熔点或加热时易变色，但能溶解在 适当溶剂中的聚合物适用于干法纺丝.例：二醋酯纤维对于既能用干法纺丝，又能用湿法纺丝成形的纤 维，如聚丙烯睛纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯醇、 聚氨酯等纤维，干法纺丝更适合于纺长丝。熔纺、湿纺、干纺的比较紡丝方法熔纺法干法ft法纺丝i便状态塔体溶液溶液或汎液纺丝繼浓度/%100184512-16纺丝液粘度Pa-s100、10002X104X10222X10：喷丝头（板）孔数/个1 7001)010-400024

2、-160000喘丝札直径0. 2- 080. 03-0.20. 07-0. 1凝固介质.冷却仝 7 不氯1收热空气再生凝曲浴回收再生!ShL理冷却溶剂挥发脱洛剤或伴有化学反应）卷取速度/m min*1Z07000100-150018380%*川丈粵3 3 2干法纺丝原理3-3.2.1 干法纺丝的运动学和动力学a a 干法纺丝线上的直径分布和速度分布近喷头区域:沿纺程氏I l,Vxt(胀大区基本消失) 离喷头稍远区：沿纺程氏 I I , , v vx xt t (乞有极大值)化区:图8-55睛纶干法纺丝线上直径和速度分布氏及Vx均趋于平稳b.干纺纺丝线上的轴向力平衡分析若分析从 x=0 x=0

3、至 x=xx=x 处的一段纺丝线F Fr r(x)=F(x)=Fr r(O)+F(O)+Fs+s+F Fl+l+F Ff f-F-Fg g其中：Fj=Fj理论Fj,(ZFjV0)0)Xt耳=bg(x)2欣少对纺程张力的贡献最重要FgFg 通常较小，FsFs 可忽略图8-56精纶干紡纺丝线上张力沿纺程的变化3 3 2 2 干纺纺丝中的传热和传质I I 区（起始蒸发区）（近喷孔处）： 溶剂大量挥发T T I I I I 至几附近,且 T T中心T T表面IIII 区（恒速蒸发区）: 溶剂恒速挥发HIHI 区（降速蒸发区）:溶剂降速挥发T T 表 t t 至 T T 热风3 3 2 3 干法纺丝中纤

4、维结构的形成1 1 超分子结构特点：一般存在结晶或准晶，但分子和微晶的取向度很低。2 2 形态结构（1 1）截面形状结构特点及影响因素纺丝液浓度 I,I,越偏离圆形（2 2）其他形态结构特点P纺丝溶液X（t）纺程（时间）Tm-湿球温度E（溶剂蒸发速W W 1 1稍略偏离圆诉为每力形 1 1 呈扁平状，近于大豆形或哑铃形干纺成形时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图66 C3PM无明显孔洞和微纤结构，皮芯结构不如湿纺明显化学纤维生产原理及工艺3. 4其他纺丝技术简介3.4.1干湿法纺丝纺丝液入口()与湿喷丝头拉伸t t ,使纺速t初主纤维直径与湿法相比, 与湿法相比,喷丝孔径可t与干图 5 - 1 干湿

5、法纺丝示世图1项丝头2空气层3凝固浴42导丝規KI5-2济液纺丝法纤维攻雅过程圏堺(a)干J8法幼ft (b)fit法纺ft2 干扶幼绘 也歸处头几也办一讥丈修化区的戕幷“艳乩 AMMWWOT*iAK心 开卩【丈粵3.4.2冻胶纺丝（凝胶纺丝）&儿犬省冻胶纺丝也称凝胶纺丝，是一种通过冻胶态中间物质制得高强 度纤维的新型纺丝方法。冻胶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺，使挤出细流先通过气隙,然后进入凝固浴。因此与普通干湿法纺丝的区别，主要不在于冻胶纺丝的所有技术要点都是为了减少宏观和微观的缺陷,使结晶结构接近理想的纤维，使分子链几乎完全沿纤维轴取向。与干法、湿法相比:采用超高分子量原料、半稀溶液

6、（2%2%10%10%）化过程主要是冷却过程，溶剂基本不扩散拉伸比大（大于 2020） 产品高强高模纺丝工艺，而在于挤出细流在凝浴中的状态不同343液晶纺丝具有刚性分子结构的聚合物在适当的溶液浓度和温 度下，可以形成各向异性溶液或熔体。在纤维制造过程中，各向异性溶液或熔体的液晶区在 剪切和拉伸流动下易于取向，同时各向异性聚合物在冷 却过程中会发生相变形成高结晶性的固体，从而可以得 到高取向度和高结晶度的高强纤维。溶致性聚合物的液晶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺。 热致性聚合物的液晶纺丝可采用熔融纺丝工艺。344相分离纺丝法&川丈与冻胶纺丝法类似，采用一种聚合物溶液作为纺丝原液，纺丝线的固化

7、是改变温度的结果，而不是改变溶液的组成。由聚合物在溶剂中不同温度下溶解度不同的原理，使聚合 物溶液极速降温，从而导致聚合物与溶剂发生相分离而固化。临界相分离温度高于室温而低于挤出温度。所得初生纤维经过拉伸和萃取溶剂得到成品纤维优点：纺丝速度高，生产能力大(1001600m/min)溶液浓度可较低，而形成细旦纤维。可纺制填充物粒径高于纤维直径的纤维。缺点：溶剂的选择及回收理论尚不成熟4川丈粵3.4.4乳液纺丝法将成纤高聚物分散在分散介质中，构成乳液或悬浊液进行纺丝的方法。适用与一些熔点高于分解温度，且无合适的溶剂的聚合物进行纺丝。50年代就被用来生产聚四氟乙烯纤维。过程与湿纺纺丝类似。将粉末状的

8、聚合物颗粒分散在某种成纤载体中，配置成乳液，载体通 常是另一种聚合物的溶液，且这种聚合物溶液易被纺制成纤维，并能 在高温下破坏分解掉。在进行高温处理时，载体分解，而高熔点的聚 合物粒子被烧结或熔融而连续化形成纤维。为了提高纤维强度，在进 行烧结时通常进行一定的拉伸。适用于生产：聚四氟乙烯纤维、陶瓷纤维、碳化硅纤维、氧化硅纤维、维氯纶（氯乙烯在PVA水溶液中进行乳液聚合后进行纺丝）等。3.4.6静电纺丝法静电纺丝法是一种对髙分 子溶液或熔体施加高电压进行 纺丝的方法。静电纺丝的装置包括定量 供给溶液或熔体的装置（计量 泵）形成细流的装置（喷丝模 口）以及纤维接受装置。干reservoir wit

9、h| 七polymer solution4川丈粵capillary tip_formationcounterI川丈粵例:再生蚕丝蛋白水溶液的静电纺丝regenerated silk fibroin aqueous solution静电压：20KV40KV20KV40KV；哦射孔径：0.9mm0.9mm； 接收距离：llcmllcmo o蜘蛛和蚕是在空气中吐丝 成形的，其成丝过程其实是 一个干法纺丝过程。静电纺丝从本质上而言， 属于一种干法纺丝过程。SEM photographs of electrospun SF fibers(L1)17wt%, 20kV(H1)17wt%, 40kV(L2)

10、28wt%, 20kV(L3)39wt%, 20kV(H2)28wt%, 40kV(H3)39wt%, 40kV3.4.7喷射纺丝法采用高压和高速气流来分散高聚物溶液或熔体进行 纺丝的方法。纺丝流体经过一个窄缝型模口挤出，而后通过文丘 里管或高速气流喷嘴进行喷吹拉伸，形成极细的纤 维。与静电纺丝法可结合使用。3 4 8离心纺丝法取消喷丝头，将聚合物熔体自轴心引入一个快速转动着的喇叭口中央，由于离心力的作用使流体甩出，通过喇叭口的内表面而成为一逐渐变薄的薄膜，在离开喇叭口的边缘后薄膜被分散成 纤维，随后被干燥或冷却而固化。4 川丈粵349无喷头熔池纺丝法直接从聚合物熔体表面将丝条拉出经冷却固化后形成纤维的方法。由于大多数聚合物的热稳定性都不是很好，故从未加保 护的熔体表面自然拉出纤维的过程尚未成功。有研究表明，将聚合物熔体表面遮蔽起来，如采用保温 隔膜，则纺丝过程可以稳定