熔融纺丝在纺织工程实验教学中的应用

熔融纺丝在纺织工程实验教学中的应用

根据中国纺织行业发展对人才的需求变化，分析国内外纤维和纺织相关行业发展趋势，四川省纺织工程专业不断调整完善，加强学士学位培养，强调“强基础、宽专业、创新模式”的培养理念，坚持发展特色，以纤维材料、纤维技术、纤维加工、纤维材料等专业特色开展新型纺织人才培养。结合四川大学创新型人才培养的教学改革实践，纺织工程专业逐渐增加了多门创新性实践类教学课程，注重培养学生创新与实践能力聚丙烯纤维熔法纺丝综合实验设计目的在于使学生熟悉纤维熔纺生产过程，巩固熔纺的基本原理及工艺特点，锻炼学生熔纺纤维生产工程实践能力，掌握纤维的基本物理性能测试和方法，分析纺丝工艺对纤维结构和性能的影响。1熔体成纤与分段法制备熔纺是化学纤维的主要成纤工艺技术之一，通常包括：(1)纺丝熔体制备，分为直接法和分段法，直接法是由连续聚合直接制得熔体；(2)熔体经“喷丝”呈细流状；(3)熔体细流冷却，固化成纤；(4)初生纤维上油、拉伸卷绕。熔纺的主要特点是连续高速，无溶剂和沉淀剂，工艺简短2材料、检测仪器聚丙烯PPH-Z30S(中国石油化工有限公司)。熔纺初生丝制备单元(山东临淄方辰母料);YI72型哈氏切片器；DMLP偏光显微镜(德国LEICA);YG061F-80/PC型电子单纱强力测试机(莱州电子仪器);ALC-210.4型电子分析天平(德国Sartorius)。33.1丝工艺及参数设置聚丙烯纤维熔法纺丝综合实验，纺丝工序是在同一台“纺丝—拉伸—卷绕”联合机组上完成，采用切片纺丝工艺，其流程为：切片原料→真空干燥→螺杆挤压机(熔化)→预过滤→纺丝箱体→计量泵→纺丝组件→侧吹风→上油→第一导丝辊→第二导丝辊→卷绕成型参数设置方面，因熔体孔口胀大多是造成流动不均的根源，为了减小胀大比，预防出现熔体破裂，通常采取将喷丝小孔选用较大的长径比，增高熔体温度等措施3.23.2.1纤维切片整理各取一束经不同形状喷丝孔熔法纺丝所得聚丙烯纤维试样，用手扯法整理平直，取哈氏切片器，刀片和火棉胶进行纤维切片。将切下的纤维切片直接放置在覆有甘油的载玻片上，盖玻片覆盖，并调节显微镜以观察纤维截面形态并拍照。3.2.2通过线性密度tex计算纤维长丝线密度的基本定义是指公定回潮率下单根1000米长的纤维长丝的重量3.2.3拉伸断裂性能测试使用电子单纱强力机对不同拉伸倍率的聚丙烯纤维束样品进行拉伸试验。首先，进行仪器参数设定，确定聚丙烯长丝束的夹持长度为100mm、以速率300mm/min恒速拉伸、相同拉伸倍率试样重复测试5次。在预加张力前提下，长丝丝束伸直，用夹持器钳口处夹紧测试样，注意试样不能出现滑移。根据纤维受到拉伸至断裂的全过程，可作负荷—伸长曲线，进而得出试样断裂强力、断裂伸长及初始模量的数值。纤维的初始模量是纤维刚性的指标，是在负荷下纤维伸长至其原始长度的1%所需的应力。在实际计算中，通过取负荷—伸长率曲线上伸长率为1%的点，得到纤维的弹性模量，或者是曲线起始直线段的应力应变值(即该直线部分的斜率)纤维断裂强度=断裂强力/纤维线密度/(纤维根数48根),表明纤维的相对强度，是单丝单位细度平均强力大小，单位为cN/tex3.2.4断裂长度mm和断裂伸长率%断裂伸长是拉伸纤维至断裂时纤维产生的伸长，为绝对伸长。断裂伸长率是断裂伸长与原始长度的百分比44.1拉伸变形纤维在纺织品中的应用选择不同形状的喷丝孔熔纺制得的两种聚丙烯纤维试样，经纤维切片后观察其横截面形态。如图1和图2所示，经圆形噴丝孔纺丝所得纤维横截面为圆形、实心结构，纤维较为匀称，无皮芯结构存在；通过“Y”形孔纺丝所得纤维横截面基本呈三角形，具有均一的实心结构。由图2可以观察到熔体细流较为明显的膨胀现象，这是因熔体弹性所致，聚丙烯弹性效应较为显著。具有三角形横截面的纤维多具有类似蚕丝般闪耀的光泽，改善了圆形截面丝的“极光”现象，并且具有较好的刚性、硬挺性，和较大的摩擦系数通常喷丝板由具有耐热、耐腐蚀性的不锈钢制成，板上的喷丝小孔呈一定规律排列分布，纺丝所得纤维横截面形状随小孔形状的不同而不同。通过异形喷丝孔制备的具有非圆形横截面的纤维统称为异形纤维，这是一种物理改性方法，使得合成纤维因截面形状的差异能具有羊毛或蚕丝等天然纤维的优点。通常用异形纤维制成的织物具有闪光、柔软、滑爽、蓬松的感觉，接近羊毛或丝绸。目前至少已开发出数十种异形纤维产品，并且大约有一半市售的聚酰胺纤维、聚酯纤维及聚丙烯腈纤维都是异形纤维产品。异形纤维适用于织造各种人造毛皮、合成革基布、人造麂皮绒等，并已在医疗、三废处理和香烟过滤嘴等方面也有所推广及应用4.2纤维线密度的测定将拉伸分别为2、3、4和5倍的圆形截面纤维束定义成样品1、2、3、4(下文同样适用)。分别称量长度为2m的样品1、2、3和4的重量(克),计算出纤维线密度值如表1所示。聚丙烯长丝线密度值随拉伸比增大而减小，即在纺丝过程中，在计量泵控制熔体挤出量一定的前提下，拉伸倍数从2倍增加到5倍时，所得纤维由粗变细。4.3拉伸断裂分析如图3、图4和图5分别是拉伸倍数为3倍4倍和5倍的纤维样品的负荷力—拉伸曲线。因2倍拉伸纤维试样线密度较大，纤维直径粗，本身弹性较大，测量时采用最小夹持长度拉伸至最大间距，纤维尚未发生断裂，已超出该仪器测量范围。如图3所示，3倍拉伸纤维样品具有最大的断裂伸长，且其断裂伸长率超过200%。根据表2的实验数据，不同的纤维样品断裂强度随其纺丝拉伸倍数增加而增大，纤维拉伸倍数越大，所得纤维越细，其线密度值越小，对应拉伸断裂伸长率也越小。这是由于纤维长度方向拉伸倍数越大，越有利于纤维随拉伸应力的方向发生结晶取向，分子排列越有序规整，分子和分子链之间能产生的相对滑移会相对减小，因此相应的断裂强度增加，而断裂伸长率降低。纤维初始模量表征纤维的刚性，初始模量越大，则纤维刚性越好，产品外观越挺括有型。仪器测试分析得出的初始模量结果值如表2所示，同时观察分析图3、图4和图5负荷—拉伸曲线起始直线段的斜率，两者均表明纤维拉伸倍数增加，对应初始模量增加，到5倍拉伸纤维样品时，初始模量达最大，其刚性最好。5强化理论与实践互通互联，全面推动创新型工程人才培养过程实聚丙烯纤维熔法纺丝综合实验项目的教学，进一步让学生熟悉了纤维生产中的熔法生产工艺及流程，了解了基本纺丝组件及应用，纺丝工艺对纤维性能的直接影响，并能结合高分子物理、化纤工艺学、纺织材料学等理论课程中的知识予以分析讨论，进一步强化了理论与实践的互通互联，达到了有关专业实验操作技能训练和工程化实践能力培养的基本要求。纺织工程专业在积极落实创新型工程型人才培养的教学实践过程中，积极探索融合四川大学多学科交叉，发扬专业特色，积极改革探索专业实验实训，不断加强实践教育。针对校内专业实验课程，一方面进一步减少了演示性、验证性实验项目比重，加大开发创新性、设计性实验项