超高单旦醋酸纤维的开发

超高单旦醋酸纤维的开发

醋酸纤维素是以纤维为原料的，经过乙酰化后形成纤维素酯化衍生物。醋酸纤维主要应用于烟草和纺织领域，其中烟草领域所占比重较高，全球生产的醋酸纤维80%用于制造卷烟过滤烟嘴。醋酸纤维作为卷烟的过滤嘴材料，由于其无毒、无味、耐油、吸阻小、吸附力强、热稳定性好等优点，可以选择性地吸附烟气中的有害成分，已经得到卷烟消费者的广泛认可针对醋酸纤维成形工艺，国内外研究人员已开展一些工作。邓钢等目前采用常规纺丝生产设备及工艺生产出来的醋酸纤维丝束最高单旦为12旦尼尔，而超高单旦醋酸纤维丝束的单旦在15旦尼尔以上。随着纤维细度的大幅增加，纺丝时溶剂在甬道内难以扩散和挥发，其纺丝工艺与常规醋酸纤维有显著差异。因此，本研究从溶剂挥发的角度分析超高单旦醋酸纤维与常规醋酸纤维成形过程的差异，讨论高单旦对纤维结构和性能的影响，从而为优化纺丝工艺、提高超高单旦醋酸纤维的质量提供技术参考。1实验部分1.1仪器、检测和强力22/32000、3.0/35000、1.6/32000三种规格醋酸纤维丝束，南通醋酸纤维有限公司。其中22/32000为超高单旦醋酸纤维，3.0/35000为常规醋酸纤维，1.6/32000为超低单旦醋酸纤维。徕卡切片仪（RM2126型），德国徕卡仪器公司；Nikon生物显微镜（55i型），日本尼康株式会社；扫描电子显微镜（SEM,SU3500型），日本日立株式会社；单丝纱线单纤维强力机，德国Textechno公司；Instron万能材料试验机（5543型），美国Instron公司；滤棒综合测试平台中的吸阻测试仪（QTM6型），英国Cerulean公司。1.2拉伸性能测试首先使用徕卡切片仪将醋酸纤维切片制得纤维截面样品，然后采用Nikon光学显微镜观察纤维截面，用Nikon图像采集软件拍摄样品图片，并进行径向异形度（X式中，X采用Textechno单丝纱线单纤维强力机对醋酸纤维单丝进行拉伸性能测试，测试按照GB/T14337—2008《化学纤维短纤维拉伸性能测试试验方法》进行。测试夹持长度为20.0mm，测试速度为35.0mm/min，每种纤维测试30根。采用扫描电子显微镜观察纤维样品微观形貌，电压为3kV，放大500倍。将醋酸纤维制成滤棒，采用滤棒综合测试平台测试吸阻。试样滤棒圆周为23.75mm，滤棒长度为132mm。2结果与讨论2.1表面介质分布纺丝甬道中溶剂的除去有三种机理：闪蒸、纤维内部溶剂扩散，以及纤维表面向周围介质进行对流传热。纺丝液经过喷丝孔挤出后解压发生膨化行为纺丝过程中，聚合物浓度的径向分布对纤维成形有显著的影响。因质量传输非常缓慢，即使微米级的纤维在径向上也存在明显的浓度差异2.2第一阶段的细度由表1可知，22/32000、3.0/35000和1.6/32000三种规格醋酸纤维的细度分别为26.86dtex、3.55dtex和1.86dtex，超高单旦醋酸纤维的细度要显著高于其他两种醋酸纤维。超高单旦醋酸纤维的卷曲数最小，而常规醋酸纤维的卷曲数最大。卷曲数越高，滤棒吸阻越大，过滤性能越高2.3种醋酸纤维截面形态的比较三种规格醋酸纤维的截面形态如图2所示，由图可知，三种规格醋酸纤维的截面形态均为Y形，这是滤嘴用醋酸纤维的常规形态。通过比较图2(a）、（b）和（c）中的纤维截面形态发现，三种醋酸纤维截面的规整度存在差异。进一步分析比较三种醋酸纤维的径向异形度和面积异形度，具体结果如图3所示。由图3可知，随着纤维细度的增加，醋酸纤维的径向异形度和面积异形度均增大。这是因为纤维表面的溶剂蒸发速度大于溶剂从纤维内部向外扩散到纤维表面的速度，纤维表面高聚物很快凝固成皮层，皮层一旦形成并硬化后，芯层溶剂再逐步扩散至表面蒸发2.4拉伸断裂强度三种醋酸纤维的拉伸性能如图4所示，由图可知，随着纤维细度的增加，醋酸纤维的拉伸断裂强度下降，而断裂伸长率升高。超高单旦醋酸纤维的拉伸断裂强度最低，断裂强度为0.81cN/dtex，断裂伸长率为38.45%。当纤维细度较大时，内外层溶剂挥发速度的较大差异导致纤维结构不均匀，且醋酸纤维大分子链未能完全伸展，所以纤维拉伸强度较差。和其他再生纤维素纤维相比，醋酸纤维的拉伸断裂强度较低，超低单旦醋酸纤维的断裂强度最高，也仅为1.23cN/dtex。这可能是因为醋酸纤维的结晶度较低，导致其力学性能较差。2.5纤维细度的影响为了观察三种纤维的表面形貌，采用SEM观察纤维表面，结果如图5所示。由纤维的SEM图可以看出，三种纤维的表面均有沟槽，单纤维表面的光滑程度有所差异。纤维的细度越小，纤维的表面越光滑。这是因为纤维细度小，纤维内部溶剂与表面溶剂挥发速度差异性小，纤维结构比较均匀，纤维表面更光滑。2.6滤棒的吸阻性能为了验证超高单旦醋酸纤维的过滤性能，将超高单旦醋酸纤维和常规醋酸纤维分别制成长度132mm、圆周23.75mm的滤棒，测试其吸阻，结果如表2所示。超高单旦醋酸纤维滤棒的吸阻要远远小于常规醋酸纤维滤棒的吸阻，这是因为超高单旦醋酸纤维的细度大，多根纤维形成滤棒时纤维间空隙较大，故其吸阻较小。3高效拉伸纤维的成形(1）超高单旦醋酸纤维得纺丝工艺和常规醋酸纤维不同，必须通过延长纤维在甬道内停留的时间或提高甬道内气体的流量和温度，降低纤维内部的残留溶剂，才能实现纤维的顺利成形。(2）超高单旦醋酸纤维和