将紡絲流體,用紡絲泵(或稱計量泵)連續、定量而均勻地從噴絲頭或噴絲闆的毛細孔中擠出而成液态細流,再在空氣、水或凝固浴中固化成絲條的過程稱為紡絲或纖維成形。
剛紡成的絲條稱為初生纖維。紡絲是化學纖維生産過程中的關鍵工序,改變紡絲的工藝條件,可在較大範圍内調節纖維的結構,從而相應地改變所得纖維的物理機械性能。
按成纖高聚物的性質不同,化學纖維的紡絲方法主要有熔體紡絲法和熔液紡絲法兩大類,此外,還有特殊的或非常規的紡絲方法。其中,根據凝固方式的不同,熔液紡絲法又分為濕法紡絲和幹法紡絲兩種。在化學纖維的生産時,多數采用熔體紡絲法生産,其次為濕法紡絲生産,隻有少量的采用了幹法或其他非常規紡絲方法生産。
01
熔體紡絲法
又稱熔融紡絲,簡稱熔紡。是将聚合物加熱熔融,通過噴絲孔擠出,在空氣中冷卻固化形成纖維的化學纖維紡絲方法。用于熔體紡絲的聚合物,必須能熔融成粘流态而不發生顯著分解。聚酯纖維、聚酰胺纖維和聚丙烯纖維都可采用熔體紡絲法生産。
特點:
熔體紡絲方法的主要特點是紡絲速度高(1000 m/min~7000 m/min),無需溶劑和沉澱劑及其回收、循環系統,設備簡單,工藝流程短,是一種經濟、方便和效率高的成形方法。但噴絲頭孔數相對較少。
工藝流程:
1. 制備紡絲熔體(将成纖高聚物切片熔融或由連續聚合制得熔體)。
2. 熔體通過噴絲孔擠出形成熔體細流。
3. 熔體細流冷卻固化形成初生纖維。
4. 初生纖維上油和卷繞。
分類:
熔紡法按照熔體制備工藝過程又分為直接紡絲發和切片紡絲法。将聚合後的聚合物熔體直接送入計量泵計量、擠出進行紡絲的工藝稱為直接紡絲法;而将聚合物的切粒經預結晶、幹燥等必要的紡前準備後松日螺杆擠出機熔融紡絲的技術稱為切片紡絲法。大規模工業生産上常采用直接紡絲技術,有利于降低生産成本,但是難于生産差别化纖維品種,隻能在線密度、纖維截面形狀上做出些許改變。而切片紡絲法較為靈活,易于更換品種,生産小批量、高附加值的差别化纖維。
02
溶液紡絲法
溶液紡絲是将成纖高聚物溶解在某種溶劑中,制備成具有适宜濃度的紡絲溶液,再将該紡絲溶液從微細的小孔吐出進入凝固浴或是熱氣體中,高聚物析出成固體絲條,經拉伸——定型——洗滌——幹燥等後處理過程便可得到成品纖維。
顯然,溶液紡絲生産過程比熔體紡絲要複雜,然而,對于某些尚未熔融便已發生分解的高聚物而言,就隻能選擇該種紡絲成型技術,溶液紡絲又有濕法紡絲、幹法紡絲、幹濕法紡絲之分。
01濕法紡絲
濕法紡絲簡稱濕紡。将聚合物溶于溶劑中,通過噴絲孔噴出細流,進入凝固浴形成纖維的化學纖維紡絲方法。适用于濕法紡絲的成纖聚合物,其分解溫度低于熔點或加熱時易變色,且能溶解在适當溶劑中。聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、銅氨纖維等人造纖維品種采用濕法紡絲生産。濕法紡絲得到纖維截面大多呈非圓形,且有較明顯的皮芯結構,這主要是由凝固液的固化作用而造成的。
特點:
濕法紡絲的速度較低,而噴絲闆的孔數較熔體紡絲多,工藝流程複雜,投次大、生産成本較高。一般在短纖維生産時,可采用多孔噴絲頭或級裝噴絲孔來提高生産能力,從而彌補紡絲速度低的缺陷。
工藝流程:
1. 制備紡絲原液。
2. 将原液從噴絲孔壓出形成細流。
3. 原液細流凝固成初生纖維。
4. 初生纖維卷裝或直接進行後處理。
02幹法紡絲
幹法紡絲是溶液紡絲中的一種,若成纖高聚物可以找到一種沸點較低、溶解性能又好的溶劑制成紡絲液,此時可以将紡絲溶液從微細的小孔吐出,進入加熱的氣體中,紡絲液中的溶劑揮發,高聚物絲條逐漸凝固,經拉伸定型洗滌幹燥等後處理過程便可得到成品纖維。腈綸、氨綸、氯綸以及維綸等均采用幹法紡絲工藝。
特點:
幹法紡絲具有連續生産、紡絲速度高、産量大、污染少等優點;纖維質量及耐化學性和染色性能比濕紡纖維好。但幹法纖維耐氯性較差,技術難度較大,需要溶劑回收,生産成本相對較高。
紡絲液的濃度比濕法高,一般可達18%~45%,相應的粘度也高,能承受比濕紡更大的噴絲頭拉伸(2~7倍),易制得比濕紡更細的纖維。
紡絲線上絲條所受到的力學阻力遠比濕紡小,紡速比濕紡高,但由于受到溶劑揮發速度的限制,幹紡速度比熔紡低。
噴絲頭孔數遠比濕紡少,這是因為幹法固化慢,固化前絲條容易粘連。一般幹紡短纖維的噴絲孔數在1200孔左右,而濕紡短纖維的孔數高達數萬孔,因此幹法單個紡絲位的生産能力遠低于濕紡,幹紡一般适合生産長絲。
工藝流程:
03幹濕法紡絲
幹濕法紡絲是溶液紡絲中的一種,又稱幹噴濕紡法,它将濕法紡絲與幹法紡絲的特點相結合,特别适合于液晶高聚物的成型加工,因此也常稱為液晶紡絲。
即将成纖高聚物溶解在某種溶劑中制備成具有适宜濃度的紡絲溶液,再将該紡絲溶液從微細的小孔吐出,首先經過一段很短的空氣夾層,在此處由于絲條所受阻力較小,處于液晶态的高分子有利于在高倍拉伸條件下高度取向,而後絲條再進入低溫的凝固浴完成固化成型,并使液晶大分子處于高度有序的凍結液晶态,制得的成品纖維,具有高強度、高模量的力學性能。
目前,幹濕法紡絲已在聚丙烯腈纖維、聚乳酸纖維、殼聚糖纖維、二丁酰甲殼素、聚氯乙烯纖維、芳香族聚酰胺纖維、聚苯并咪唑纖維等纖維的制備中得到應用。
特點:
幹濕法紡絲可以紡高粘度的紡絲原液,從而減小溶劑的回收以及單耗,同時其成形速度較高,所得纖維結構均勻,橫截面金屬圓形,強度和彈性均有所提高,染色性和色澤較好。幹濕法紡絲一個主要的缺點是紡絲原液細流斷裂後,原液極易沿噴絲頭漫流,這意味着多孔紡絲過程中如果一根單絲斷裂,就很可能因為原液漫流,而造成其它絲的斷裂,從而破壞紡絲過程的連續性。
工藝流程:
幹濕法紡絲是紡絲溶液從噴絲頭壓出後,先經過一段氣體(一般是空氣)層(氣隙),然後進入凝固浴,因此也有人把這種方法稱為氣隙紡絲。從凝固浴中導出的初生纖維的後處理過程,與普通濕法紡絲相同。
編輯整理自中國百科網、百度文庫、360百科
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