熔融紡絲法簡介課件

1、熔融紡絲 合成纖維的生產(chǎn)首先是將單體經(jīng)聚合反應(yīng)制 成成纖高聚物，這些聚合反應(yīng)原理、生產(chǎn)過程及設(shè)備與合成樹脂、合成橡膠的生產(chǎn)大同小異，不同的是合成纖維要經(jīng)過紡絲及后加工，才能成為合格的紡織纖維。 溶液紡絲又分為濕法紡絲和干法紡絲兩種。 主要步驟： 高聚物紡絲熔體的制備 熔體自噴絲孔擠出/紡絲 擠出的熔體細(xì)流的冷卻和拉伸成形 成形的纖維長絲鋪網(wǎng)與固網(wǎng) 熔體紡絲工藝主要包括：成纖聚合物在螺桿擠出機(jī)中加熱熔融，熔體通過計量泵從噴絲孔擠出形成細(xì)流，熔體細(xì)流冷卻固化，絲條經(jīng)上油和卷繞，被拉伸變細(xì)而得纖維。 熔體粘度和溫度是熔體紡絲的主要工藝參數(shù)。在一定溫度下，熔體粘度主要取決于成纖聚合物的分子量。熔體粘度

2、過高，則流動不均勻，使出生纖維拉伸時易產(chǎn)生毛絲、斷頭；熔體溫度可利用螺桿擠出機(jī)各段的溫度來控制，熔體溫度過高，會導(dǎo)致聚合物降解和形成氣泡；溫度過低，則熔體粘度過高；兩者均使紡絲過程不能正常進(jìn)行 熔融紡絲法又分為聚合法、共混紡絲法、皮芯復(fù)合紡絲法（皮芯復(fù)合紡絲法是以含有光敏劑的組分為芯的生產(chǎn)變色纖維的主要技術(shù)。） 直接紡：單體聚合高聚物熔體 切片紡：切片篩選干燥等處理 紡絲箱體泵送至紡絲組件由噴 絲孔擠出在紡絲甬道中冷卻（拉 伸）上油、卷繞或落桶 螺桿擠出機(jī)中熔融 成纖高聚物經(jīng)歷了兩種變化，即幾何形狀的變化和物理狀態(tài)的變化。 幾何形狀的變化是指成纖高聚物經(jīng)過噴絲孔擠出和拉長而形成連續(xù)細(xì)絲的過程；

3、 物理變化即先將高聚物變?yōu)橐子诩庸さ牧黧w，擠出后為保持已經(jīng)改變了的幾何形狀和取得一定的化纖結(jié)構(gòu)，使高聚物又變?yōu)楣虘B(tài)。 熔體制備（螺桿擠壓機(jī)） 含水率較高的成纖高聚物在熔融紡絲前要經(jīng)過干燥處理，以防止由于水分引起的高聚物熔體分子降解。高聚物切片受熱熔融過程中微細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生如下變化：非晶區(qū)從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，再變?yōu)檎沉鲬B(tài)；結(jié)晶區(qū)發(fā)生晶體的融化，也成為粘流態(tài)，最后高聚物形成熔體。 紡絲工藝過程 熔融擠壓過濾靜態(tài)混和計量熔體分配擠出成形冷卻 過濾可去除聚合物熔體中一些凝膠和細(xì)小的固體粒子。 靜態(tài)混和是指聚合物熔體輸送管道中靜態(tài)混和器對聚合物熔體的均勻混和作用。 計量和熔體分配可精確控制產(chǎn)量和纖維細(xì)度的

4、一致性。 聚合物熔體從噴絲孔擠出成形，經(jīng)歷入流、孔流、出流、變形和穩(wěn)定的流變過程，其物理形態(tài)和幾何形態(tài)均發(fā)生變化。 高聚物流體通過噴絲孔的流動有明顯的流場變化，而包括毛細(xì)孔入口區(qū)的收斂流場，毛細(xì)孔區(qū)的管道流動，以及毛細(xì)孔出口區(qū)向拉伸流動的流場過渡 形變區(qū)也稱冷凝區(qū)，這是紡絲成形過程中最重要的區(qū)域。選擇好成形工藝條件，使熔體細(xì)流在形變區(qū)內(nèi)所受到的冷卻條件穩(wěn)定，是紡好絲的關(guān)鍵之一。熔體細(xì)流在離開噴絲板板面約1015CM 的距離內(nèi)，溫度仍然很高，流動性較好。在卷繞張力等力的作用下，細(xì)流很快被拉長變細(xì)、速度增快。細(xì)流變細(xì)、變長的現(xiàn)象稱為噴頭拉伸。拉伸倍數(shù)為卷繞速度與熔體噴出速度之比。 穩(wěn)定區(qū)：由于冷空

5、氣的作用，熔體細(xì)流從上到下溫度越來越低，而粘度越來越高，細(xì)流細(xì)化的速度也愈來愈緩慢。之后，細(xì)度的變化基本停止，粘流態(tài)的熔體細(xì)流逐漸變成穩(wěn)定的固態(tài)纖維。凝固點離噴絲板板面約4080CM，一般成形條件下約為60CM 左右。如果不再創(chuàng)造新的拉伸條件，纖維直徑將穩(wěn)定不變，但剛成形的初生纖維的性能是很低的。從凝固點到卷繞羅拉之間的區(qū)域叫穩(wěn)定區(qū)。熔體細(xì)流固化成為纖維后，直徑穩(wěn)定，速度不再發(fā)生變化。 入流區(qū)（入口效應(yīng)）：紡絲流體進(jìn)入噴絲孔前，在入口處發(fā)生流線收斂，流速增加，動能增加。入口區(qū)的縱向速度梯度導(dǎo)致粘彈性流體產(chǎn)生拉伸彈性形變，熔體的分子構(gòu)象也發(fā)生改變，因此貯存了一定的變形彈性能，稱為“入口效應(yīng)”。

6、孔流區(qū)（紡絲）：入口效應(yīng)產(chǎn)生的高彈形變來不及消失，因為熔體在微孔中的流速很高，通過時間很短，因此會出現(xiàn)孔口脹大現(xiàn)象。擠出溫度升高，或擠出速度下降，或體系中加入填料而導(dǎo)致高分子熔體彈性形變減小時，擠出脹大現(xiàn)象明顯減輕。 一般，噴絲孔直徑越大，所紡纖維直徑越大，纖維雙折射越低。噴絲孔直徑越大，可以減緩熔體在噴絲孔中流動時的徑向剪切速度梯度，降低毛細(xì)粘性流動的切應(yīng)變速率，減少出口時的熔體膨大現(xiàn)象。噴絲孔越長，熔體彈性形變能松弛越多，將來出口處熔體膨大越小。通常，噴絲孔直徑和長度大一些，紡絲比較穩(wěn)定，尤其是對高粘度熔體的紡絲有利。一般長徑比大些，有利于熔體松弛，減小出口膨大；但當(dāng)長徑比大到某一數(shù)值時，

7、膨大系數(shù)不再隨長徑比變化。熔體從噴絲孔高速擠出時，隨著紡絲流體粘彈性和擠出條件的不同，擠出細(xì)流的類型分為液滴型、慢流型、脹大型和破裂型。 脹大型是高聚物熔體紡絲的正常現(xiàn)象，是由于高聚物熔體的粘彈性中的彈性決定的，只要控制好紡絲工藝條件，盡量減小脹大比，不應(yīng)性紡絲過程的正常進(jìn)行。其它三種類型細(xì)流是紡絲不穩(wěn)定性的表現(xiàn)，應(yīng)該避免發(fā)生。 液滴型不能成為連續(xù)細(xì)流，纖維無法成形；液滴型出現(xiàn)的條件首先與紡絲流體的性質(zhì)有關(guān)。流體表面張力越大，則細(xì)流縮小其表面積成為液滴的傾向也越大。此外，粘度的下降也促使液滴的生成。 漫流型雖已形成連續(xù)細(xì)流，但紡絲流體在流出噴絲孔后，迅即沿噴絲板表面漫流。這種細(xì)流很不穩(wěn)定，紡絲

8、往往因而中斷；為避免漫流型細(xì)流的出現(xiàn)，應(yīng)設(shè)法提高和R0 或降低界面張力 在熔體紡絲過程中，冷卻和拉伸/牽伸是高聚物成形工藝的重要環(huán)節(jié)，決定了絲條的結(jié)構(gòu)和性能，以及將來熔紡非織造布的性能。控制和優(yōu)化冷卻和拉伸條件可對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和性能俱佳的熔紡纖維及其非織造布起到重要作用。 該過程與熔體細(xì)流的變形同時進(jìn)行。從噴絲板擠出的絲束溫度相當(dāng)高，冷卻可防止絲條之間的粘連和纏結(jié)，配合拉伸，使粘流態(tài)的熔體細(xì)流逐漸變成穩(wěn)定的固態(tài)纖維。冷卻過程伴隨著結(jié)晶過程，初期由于溫度過高，分子的熱運(yùn)動過于劇烈，晶核不易生成或生成的晶核不穩(wěn)定。隨著溫度的降低，均相成核的速度逐漸加快，熔體粘度增大，鏈段的活動能力降低，晶體生長速度下降。結(jié)晶度的高低決定熔紡纖維的結(jié)構(gòu)