第八章-紡絲成網(wǎng)工藝和原理-非織造課件

1、第八章 紡絲成網(wǎng)工藝和原理8-1 聚合物原料基本性能 8-2 紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程8-3 典型紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 8-4 紡絲成網(wǎng)工藝與產(chǎn)品性能 第八章 紡絲成網(wǎng)工藝和原理8-1 聚合物原料基本性能 紡絲成網(wǎng)法是非織造材料生產(chǎn)的主要方法之一，又被稱為紡粘法。其原理是利用化纖紡絲的方法，將高聚物紡絲、牽伸、鋪疊成網(wǎng)，最后經(jīng)針刺、熱軋或自身粘合等方法加固形成非織造材料。特點(diǎn)：工藝流程短，產(chǎn)量高產(chǎn)品機(jī)械性能好產(chǎn)品適應(yīng)面廣可制得細(xì)纖維纖網(wǎng)成網(wǎng)均勻度不及干法工藝產(chǎn)品變換的靈活性較差 紡絲成網(wǎng)法是非織造材料生產(chǎn)的主要方法之一，又被稱為第八章-紡絲成網(wǎng)工藝和原理-非織造課件第八章-紡絲成網(wǎng)工藝和原理-非織

2、造課件 紡絲成網(wǎng)法聚合物原料基本性質(zhì)通常包括以下幾個(gè)方面：聚合物分子量和分布(MWD) 高分子鏈結(jié)構(gòu)對(duì)成纖高聚物性質(zhì)影響成纖高聚物分子間的作用力 高分子結(jié)構(gòu)與結(jié)晶能力 成纖高聚物的熱性質(zhì) 聚合物降解與含雜 不同聚合物原料還有不同的要求，如聚丙烯原料的等規(guī)度和熔融指數(shù)，聚酯原料的粘度等。返回紡絲成網(wǎng)法聚合物原料的基本性能 紡絲成網(wǎng)法聚合物原料基本性質(zhì)通常包括以下幾個(gè)方面：返回紡 聚合物原料的分子量體現(xiàn)其聚合度的高低，分子量及分子量分布對(duì)加工性能和成纖后的性能等具有明顯的影響。 分子量過高或過低，均不利于絲束強(qiáng)力的提高，因此紡絲成網(wǎng)工藝要求聚合物原料的分子量適中。 分子量分布對(duì)纖維結(jié)構(gòu)的均一性有很

3、大的影響，分子量分布寬時(shí)，內(nèi)部取向雜亂，表面存在不均勻裂痕。分子量分布越寬，熔體粘彈性越顯著，擠出膨大現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此紡絲成網(wǎng)工藝要求聚合物原料的分子量分布要窄。返回 聚合物原料的分子量體現(xiàn)其聚合度的高低，分子量及分子量主鏈結(jié)構(gòu)： 當(dāng)聚合物主鏈結(jié)構(gòu)引入雙鍵時(shí)，由于誘導(dǎo)效應(yīng)或共軛效應(yīng)，而改變鏈中原子間的相互作用。引入與主鏈原子不同價(jià)的原子、雙鍵或環(huán)結(jié)構(gòu)，則會(huì)改變鏈的柔性。高聚物鏈的結(jié)構(gòu)變化，均會(huì)改變分子間相互作用力的大小，和改變鏈的構(gòu)型和晶格，以及分子間距離。大分子鏈中側(cè)基的性質(zhì) ： 改變大分子鏈中側(cè)基的性質(zhì)，使分子中的電子云密度重新分布，改變鍵的長(zhǎng)度、能量和極性。由于未結(jié)合原子和基團(tuán)相互作用而

4、引起大分子鏈的柔性發(fā)生改變，同時(shí)對(duì)大分子鏈的平衡構(gòu)型、分子間的相互作用力和晶格產(chǎn)生顯著影響。 返回主鏈結(jié)構(gòu)： 返回 分子間的作用力包括范德華力（靜電力、誘導(dǎo)力和色散力）和氫鍵。 靜電力是極性分子之間的引力，極性分子都具有永久偶極，永久偶極之間的靜電相互作用的大小與分子偶極的大小和定向程度有關(guān)。 誘導(dǎo)力是極性分子的永久偶極與它在其他分子上引起的誘導(dǎo)偶極之間的相互作用力。 氫鍵可以在分子間形成，如極性的液體水、醇、氫氟酸和有機(jī)酸等都有分子間的氫鍵，在極性的高聚物如聚酰胺、纖維素、蛋白質(zhì)等中，也都有分子間的氫鍵。 返回 分子間的作用力包括范德華力（靜電力、誘導(dǎo)力和色散力） 高聚物應(yīng)具有一定規(guī)律性的化

5、學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，可能形成最佳超分子結(jié)構(gòu)的纖維。為制得具有最佳綜合性能的纖維，成纖高聚物應(yīng)有形成半結(jié)晶結(jié)構(gòu)的能力。高聚物中無定型區(qū)的存在，決定了纖網(wǎng)中纖維的柔軟性、染色性、吸收性等。 成纖高聚物的結(jié)晶能力非常重要，結(jié)晶度在很大程度上影響紡絲成網(wǎng)纖維的物理機(jī)械性能。通過結(jié)晶作用，纖維中的大分子與其聚集體沿著纖維軸向排列的取向狀態(tài)才能固定下來。 返回 高聚物應(yīng)具有一定規(guī)律性的化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，可能形成 高聚物制造紡絲成網(wǎng)非織造材料的可能性和纖維的性質(zhì)與高聚物的熱性質(zhì)關(guān)系密切，高聚物的熱性質(zhì)取決于分子鏈結(jié)構(gòu)。高聚物在受熱過程中將產(chǎn)生兩類變化。物理變化：軟化、熔融。化學(xué)變化：交聯(lián)、降解、分解、氧化、

6、水解等。 表征這些變化的溫度參數(shù)是：玻璃化溫度（Tg）、熔點(diǎn)溫度（Tm）和熱分解溫度（Td）。從非織造材料應(yīng)用的角度來看，聚合物耐高溫的要求不僅是能耐多高溫度的問題，還必須同時(shí)給出耐溫的時(shí)間，使用環(huán)境以及性能變化的允許范圍。 高聚物制造紡絲成網(wǎng)非織造材料的可能性和纖維的性質(zhì)與高典型成纖高聚物的Td（熱分解） 和Tm（熔點(diǎn)）高聚物熱分解溫度(C ) 熔點(diǎn)(C )聚乙烯350400138等規(guī)聚丙烯350380176聚丙烯腈200250320聚氯乙烯150200170220聚乙烯醇200220225230聚己內(nèi)酰胺300350215聚對(duì)苯二甲酸乙二酯300350265纖維素180220返回典型成纖高

7、聚物的Td（熱分解） 和Tm（熔點(diǎn)）高聚物熱分解溫 聚合物降解有助于修正聚合物熔體粘度和分子量分布。通常有三種降解方式：化學(xué)、機(jī)械剪切和熱降解。紡絲成網(wǎng)工藝可采用氧或過氧衍生物來實(shí)現(xiàn)化學(xué)降解；增加擠壓速率、熱量和熔體滯留時(shí)間均可達(dá)到機(jī)械剪切降解和熱降解的目的。 對(duì)于聚合物熔體來說，要求均勻發(fā)生降解，避免聚合物熔體降解不一致而造成粘度不均勻，分子量分布離散。同時(shí)還要求不能過度降解。 聚合物原料中鋁、鈦、鐵及灰分含量的增加，將影響纖維的耐氣候性能，同時(shí)縮短紡絲組件的使用周期，引起生產(chǎn)成本上升。 因此，改善聚合物切片原料生產(chǎn)環(huán)境，優(yōu)化切片生產(chǎn)工藝，降低切片含雜量，可提高產(chǎn)品性能，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。返

8、回 聚合物降解有助于修正聚合物熔體粘度和分子量分布。通常有 (一)聚丙烯(PP) 聚丙烯是紡絲成網(wǎng)工藝常用的一種聚合物，主要性能參數(shù)有等規(guī)度、熔融指數(shù)(MFI)和灰分。 紡絲成網(wǎng)工藝要求聚丙烯的等規(guī)度在95%以上，若低于90%則紡絲困難。 聚合物等規(guī)度直接影響纖維的各種性能。等規(guī)度高，熔點(diǎn)高，易結(jié)晶，纖維的物理機(jī)械性能好，而且耐化學(xué)藥品的性能也高。 (一)聚丙烯(PP) 熔體指數(shù)（MFI）是紡絲成網(wǎng)、熔噴實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)原料性能的主要指標(biāo)，其定義為：在一定的溫度下，熔融狀態(tài)的高聚物在一定負(fù)荷下，10分鐘內(nèi)從規(guī)定直徑和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管中流出的重量，單位為g/10min，熔體指數(shù)越大，流動(dòng)性越好。 紡

9、絲成網(wǎng)工藝要求聚丙烯的熔融指數(shù)(MFI)大于27，熔融指數(shù)高，則熔體流動(dòng)性好。通常情況下，聚合物分子量提高，則熔融指數(shù)減小。 紡絲成網(wǎng)工藝要求將聚丙烯原料的灰分控制在0.05% 以下。 熔體指數(shù)（MFI）是紡絲成網(wǎng)、熔噴實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)原料性能(二)聚酯(PET) 聚酯的熔點(diǎn)比聚丙烯要高得多，工業(yè)化生產(chǎn)的PET熔點(diǎn)一般在255264之間。熔點(diǎn)是PET切片的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如熔點(diǎn)波動(dòng)較大，則紡絲成網(wǎng)工藝中的加熱溫度條件要適當(dāng)調(diào)整。 熔體粘度是PET熔體流變性能的表征，與纖維成形好壞密切相關(guān)。影響熔體粘度的因素有溫度、壓力、聚合度和切變速率等。隨著溫度的升高，熔體粘度以指數(shù)函數(shù)關(guān)系而降低；隨著PET分子

10、量的提高，在相同溫度下的熔體粘度增加，纖維級(jí)的PET的分子量通常為1500022000 ；PET熔體粘度與切變速率有密切關(guān)系。通常，切應(yīng)力在9.65105達(dá)因/cm2以下為牛頓流動(dòng)，以上為非牛頓流動(dòng)。當(dāng)切片的分子量增大時(shí)，牛頓區(qū)變窄變長(zhǎng)，且溫度對(duì)粘度的影響增大。(二)聚酯(PET) PET可能發(fā)生的降解有三種：熱降解、熱氧化降解和水解。由于PET分子結(jié)構(gòu)中存在酯基，在熔融時(shí)極易水解，使分子量下降，影響纖維質(zhì)量。另外， PET切片造粒時(shí)，其熔體鑄帶是在水中急劇冷卻的，所得到的切片是無定形結(jié)構(gòu)，軟化點(diǎn)較低。這種切片如不經(jīng)過干燥，進(jìn)入螺桿擠壓機(jī)后，會(huì)很快軟化粘結(jié)，造成環(huán)結(jié)阻料。因此，熔噴前，PET切

11、片必須進(jìn)行干燥，使其含水率從0.4降到0.01以下，還可提高切片的結(jié)晶度和軟化點(diǎn)，切片變得堅(jiān)硬，且熔程狹窄，熔體質(zhì)量均勻，不再發(fā)生粘結(jié)阻料現(xiàn)象。 PET切片干燥后應(yīng)密封充氮保護(hù)，以防止切片重新吸濕。 PET可能發(fā)生的降解有三種：熱降解、熱氧化降解(三)聚乙烯 美國(guó)Dupont公司溶劑紡絲成網(wǎng)工藝采用線性聚乙烯(LPE)，與聚丙烯相比，其結(jié)構(gòu)沒有長(zhǎng)鏈分枝，而且MWD分布較窄，因此更容易獲得較細(xì)的纖維。此外， LPE 通常具有較好的耐氣候性，溶劑紡絲成網(wǎng)工藝制成的非織造材料具有高強(qiáng)度、抗撕裂、耐穿刺、防水透氣、可印刷等特點(diǎn)。 (三)聚乙烯(四)聚酰胺(PA) 紡絲成網(wǎng)工藝所用的聚酰胺主要是PA6。

12、 聚酰胺是一種部分結(jié)晶高聚物，具有較窄的熔融范圍。差熱分析表明，PA6的熔點(diǎn)范圍為220226，PA66為261269。 聚酰胺的熔體粘度與溫度、剪切速率以及單體含量等因素密切相關(guān)。隨著水萃取物含量的增加，PA熔體粘度呈下降趨勢(shì)。 和聚酯一樣，聚酰胺在紡絲成網(wǎng)工藝前必須進(jìn)行干燥，以防止聚酰胺熔融時(shí)發(fā)生水解。通常，干燥可使聚酰胺的含水率從0.20.4下降到0.06，同時(shí)伴隨著聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。為了防止切片泛黃，PA6干燥溫度不得超過135，宜采用115130。 返回(四)聚酰胺(PA)返回一、紡絲成網(wǎng)工藝類型 紡絲成網(wǎng)工藝按紡絲原理可分為：熔融紡、干紡、濕紡。紡絲方法熔融法干法濕法紡絲原液的

13、狀態(tài)熔融體溶液溶液或變性體溶液原液的粘度（Pas）1000100002004000202000噴絲孔直徑（mm）0.10.80.020.20.010.1凝固介質(zhì)冷卻空氣加熱空氣凝固液 凝固機(jī)理冷卻溶劑蒸發(fā)脫溶劑和伴有反應(yīng)的脫溶劑一般特征卷取速度大或紡絲速度高噴絲孔孔數(shù)少中卷取速度中或紡絲速度中噴絲孔孔數(shù)少中卷取速度小或紡絲速度小噴絲孔孔數(shù)少多回收工序配備無需回收工序 要回收、再生工序 要回收、再生工序典型的聚合物原料聚丙烯、聚酯、聚酰胺6、聚酰胺66 醋酯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈維綸短纖維、粘膠、銅氨纖維、聚丙烯腈熔融、干法、濕法紡絲的內(nèi)容和特征 8-2 紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程一、紡絲成網(wǎng)工

14、藝類型紡絲方法熔融法干法濕法紡絲原液的狀態(tài)熔融二、紡絲成網(wǎng)工藝原理（熔融紡絲成網(wǎng)） 聚合物切片送入螺桿擠出機(jī)，經(jīng)熔融、擠壓、過濾、計(jì)量后，由噴絲孔噴出，長(zhǎng)絲絲束經(jīng)氣流冷卻牽伸后，均勻鋪放在凝網(wǎng)簾上，形成的長(zhǎng)絲纖網(wǎng)經(jīng)熱粘合、化學(xué)粘合或針刺加固后成為紡絲成網(wǎng)法非織造材料。 工藝流程為： 聚合物切片切片烘燥熔融擠壓紡絲冷卻牽伸分絲鋪網(wǎng)加固切邊卷繞二、紡絲成網(wǎng)工藝原理（熔融紡絲成網(wǎng)）熔融紡絲成網(wǎng)工藝原理 料斗螺桿擠出機(jī)計(jì)量泵紡絲箱冷卻風(fēng)牽伸裝置分絲至卷繞加固成網(wǎng)裝置熔融紡絲成網(wǎng)工藝原理 料斗螺桿擠出機(jī)計(jì)量泵紡絲箱冷三、紡絲成網(wǎng)工藝過程(一) 切片烘燥 PET、PA切片用于紡絲成網(wǎng)工藝需進(jìn)行烘燥。1.目

15、的 含水PET切片在熔融時(shí)會(huì)水解，使分子量下降，影響成絲質(zhì)量。水在高溫下汽化，可形成氣泡絲，易造成紡絲斷頭或毛絲。 含水PET切片是無定形結(jié)構(gòu)，軟化點(diǎn)低，在螺桿的加料段易造成環(huán)結(jié)阻料現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。2.烘燥原理 PET切片的含水形式有兩種，一是吸附在切片表面和細(xì)小縫隙中的吸附水，所占比例較大，容易去除；另一種是存在于切片內(nèi)部的氫鍵結(jié)合水，所占比例較小，難以去除。三、紡絲成網(wǎng)工藝過程干燥時(shí)間(min)干燥階段預(yù)結(jié)晶階段1020304050607080H2O含量(%)0.300.200.100.02T=120T=170PET切片的干燥進(jìn)程 通常以熱空氣干燥PET切片，可分兩個(gè)階段，第一階段為預(yù)

16、結(jié)晶階段，熱空氣溫度為120150；第二階段為干燥階段，熱空氣溫度為160180。 預(yù)結(jié)晶可提高PET切片的軟化點(diǎn)，從而使切片不易粘連，為加快干燥速度創(chuàng)造有利條件。干燥時(shí)間(min)干燥階段預(yù)結(jié)晶階段102030405060切片進(jìn)出口回轉(zhuǎn)接頭檢修進(jìn)出口夾層內(nèi)通入蒸汽或?qū)嵊驼婵粘槲?.真空轉(zhuǎn)鼓干燥設(shè)備 真空轉(zhuǎn)鼓干燥裝置：容量7006000kg，干燥時(shí)間1024h，真空度一般大于740Pa。 特點(diǎn)：干燥質(zhì)量高，更換品種容易，干燥過程中特性粘度降低小，但干燥時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)量低。切片進(jìn)出口回轉(zhuǎn)接頭檢修進(jìn)出口夾層內(nèi)通入蒸汽或?qū)嵊驼婵粘槲?(二)熔融擠壓 固體切片進(jìn)入螺桿后，首先在螺桿進(jìn)料段被輸送和預(yù)熱，

17、繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實(shí)、排氣并逐漸熔化，然后在螺桿計(jì)量段中進(jìn)一步混和塑化，并達(dá)到一定的溫度，以一定的壓力輸送至后道工序。 螺桿擠出機(jī)：紡絲成網(wǎng)工藝一般使用單螺桿擠出機(jī)，主要由螺桿、套筒、傳動(dòng)系統(tǒng)、加料裝置、加熱和冷卻裝置等構(gòu)成。(二)熔融擠壓螺桿擠出過程示意圖螺桿擠出過程示意圖 螺桿擠出機(jī)的特征主要反映在螺桿結(jié)構(gòu)上，有等距不等深螺桿、等深不等距螺桿和不等深不等距螺桿。實(shí)際生產(chǎn)中主要應(yīng)用等距不等深螺桿，其又有四種形式：長(zhǎng)區(qū)漸變型螺桿、短區(qū)漸變型螺桿、突變型螺桿和計(jì)量型螺桿。螺桿的結(jié)構(gòu)特征如螺桿直徑、長(zhǎng)徑比、螺桿分段與分段長(zhǎng)度、壓縮比、螺距與螺槽深度等，決定了螺桿擠出機(jī)的使用特性。1.螺桿直徑 通常

18、指螺桿的外徑，對(duì)擠出機(jī)有決定性的影響，直徑加大，擠出機(jī)產(chǎn)量增加，但加熱和驅(qū)動(dòng)能耗均增加。 螺桿擠出機(jī)的特征主要反映在螺桿結(jié)構(gòu)上，有等距不等2.螺桿長(zhǎng)徑比L/D 螺桿長(zhǎng)徑比指螺桿工作長(zhǎng)度(不包括魚雷頭及附件)與外徑之比。聚合物切片在這個(gè)工作長(zhǎng)度上被加熱熔化、壓縮和輸送。加熱面積和切片停留時(shí)間都與螺桿長(zhǎng)度成正比。3.螺桿分段與分段長(zhǎng)度 螺桿分進(jìn)料段、壓縮段和計(jì)量段，三段長(zhǎng)度的分配與被加工的聚合物切片性質(zhì)有關(guān)。加工塑料等非結(jié)晶聚合物時(shí)因其沒有明顯的熔點(diǎn)，且有明顯的高彈形變，故需要螺桿的壓縮段較長(zhǎng)，一般為螺桿全長(zhǎng)的5055，聚合物切片原料在一個(gè)較長(zhǎng)的距離內(nèi)逐漸被壓縮、軟化至熔融。而結(jié)晶型的成纖高聚物有

19、熔點(diǎn)，而無明顯的高彈形變，因此加工此類聚合物螺桿的壓縮段較短。2.螺桿長(zhǎng)徑比L/D4.壓縮比 螺桿的壓縮比是指螺桿進(jìn)料口處螺槽容積與計(jì)量段最后一個(gè)螺槽容積之比。等距不等深螺桿的壓縮比可用下式計(jì)算： 式中： D螺桿直徑 d1進(jìn)料口螺桿根徑 d2出料口螺桿根徑 壓縮比主要取決于聚合物性質(zhì)、狀態(tài)和切片截面形狀，通常為2.53.5，加工PET時(shí)，常采用3.0左右，加工PP時(shí)，最小為2.8。 4.壓縮比式中： D螺桿直徑5.螺距與螺槽深度 螺桿直徑一定時(shí)，螺距決定了螺桿的螺旋角，由此影響螺紋的推進(jìn)力。通常螺桿的螺旋角取1738，螺距等于直徑，螺桿制造時(shí)較方便。螺槽深度對(duì)產(chǎn)量和質(zhì)量均有較大的影響，深螺槽產(chǎn)

20、量大，但對(duì)熔體壓力反應(yīng)靈敏；螺槽淺則產(chǎn)量小，但塑化作用好，擠出量穩(wěn)定。加工PET時(shí)一般采用淺槽螺桿。6.螺桿與套筒之間的間隙 這是螺桿擠出機(jī)的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是在計(jì)量段，對(duì)螺桿擠出機(jī)的產(chǎn)量影響很大。通常，漏流流量與間隙的三次方成正比，所以，在保證螺桿與套筒之間不產(chǎn)生刮磨的條件下，應(yīng)盡可能地采用較小的間隙。通常，小螺桿間隙應(yīng)小于0.002D，大螺桿應(yīng)小于0.005D。5.螺距與螺槽深度(三)紡絲工藝過程 與傳統(tǒng)紡絲類似，工藝過程為： 熔融擠壓過濾靜態(tài)混和計(jì)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(duì)聚合物熔體的均

21、勻混和作用。計(jì)量和熔體分配可精確控制產(chǎn)量和纖維細(xì)度的一致性。 聚合物熔體從噴絲孔擠出，經(jīng)歷入流、微孔流動(dòng)、出流、變形和穩(wěn)定的流變過程。(三)紡絲工藝過程(1)入流 聚合物熔體從直徑較大的空間擠入較小的微孔，流動(dòng)速度急劇增大，動(dòng)能增加。熔體的分子構(gòu)象也發(fā)生改變，并貯存了一定的變形彈性能，稱為“入口效應(yīng)”。熔體單位體積貯存的變形彈性能超過一定限度時(shí)，將影響熔體的流動(dòng)穩(wěn)定。因此，入口導(dǎo)角越小，熔體的流動(dòng)越穩(wěn)定。 紡PP時(shí)入口導(dǎo)角一般為3050之間，紡PET時(shí)入口導(dǎo)角一般在6570之間。入口導(dǎo)角太小制造比較困難。 聚合物熔融指數(shù)上升有利于穩(wěn)定流動(dòng)。(1)入流(2)微孔流動(dòng) 流動(dòng)特點(diǎn)：流速不同，靠近孔壁

22、速度小，孔中心速度大，存在徑向速度梯度。 入口效應(yīng)產(chǎn)生的高彈形變來不及消失，因?yàn)槿垠w在微孔中的流速很高，通過時(shí)間僅10-410-3s。 如徑向速度梯度過大，還會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生高彈形變。當(dāng)高彈形變達(dá)到極限值時(shí)，熔體細(xì)流就會(huì)產(chǎn)生破裂，從而無法成纖。 研究表明，徑向速度梯度與微孔半徑的三次方成反比，因此，微孔大一些紡絲比較穩(wěn)定。 紡PP時(shí)微孔直徑一般為0.30.5mm，紡PET時(shí)微孔直徑一般在0.3mm以下。(2)微孔流動(dòng)(3)出流 聚合物熔體從微孔擠出后即產(chǎn)生“膨化脹大”現(xiàn)象，其原因是高彈形變的迅速恢復(fù)。膨脹嚴(yán)重時(shí)將出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，此時(shí)絲條表面不光滑，出現(xiàn)波紋、竹節(jié)或螺旋等外觀。 熔體膨化脹大的程度可

23、用膨化脹大率X來表示： 式中：DB熔體細(xì)流膨化區(qū)最大直徑 D噴絲孔直徑 研究表明，增大微孔直徑和長(zhǎng)度，升高紡絲溫度，均可使膨化脹大率減小。(3)出流(4)變形與穩(wěn)定 聚合物熔體離開出口區(qū)時(shí)，溫度仍然很高，流動(dòng)性也較好，在張力的作用下能迅速拉伸變形。同時(shí)，由于空氣的冷卻作用，熔體細(xì)流的溫度越來越低，而粘度越來越高，因此，粘流態(tài)的熔體細(xì)流逐漸變成穩(wěn)定的固態(tài)纖維。 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。返回(4)變形與穩(wěn)定返回入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)擠出膨化脹大聚合物熔體從噴絲孔擠出的流變模型入流區(qū)孔流區(qū)出流區(qū)擠出膨化脹大聚合物熔體從噴絲孔擠出的流變模紡絲過程紡絲

24、過程紡絲過程紡絲過程(四)冷卻 該過程與熔體細(xì)流的變形同時(shí)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。 紡絲成網(wǎng)工藝常采用單面?zhèn)却岛碗p面?zhèn)却档男问?，冷卻介質(zhì)為潔凈空調(diào)風(fēng)，風(fēng)量應(yīng)保證流動(dòng)方式為穩(wěn)定的層流狀態(tài)，從而避免影響絲條的均勻性。 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(dòng)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(dòng)能力降低，晶體生長(zhǎng)速度下降。(四)冷卻(五)牽伸1.取向: 線性高分子的長(zhǎng)度是其寬度的幾百、幾千甚至幾萬倍，這種結(jié)構(gòu)上懸殊的不對(duì)

25、稱性使它們?cè)谀承┣闆r下很容易沿特定方向作占優(yōu)勢(shì)的平行排列，稱為取向。2.牽伸的作用: 牽伸的目的，在于讓構(gòu)成初生纖維的分子長(zhǎng)鏈以及結(jié)晶性高聚物的片晶沿纖維軸向取向，從而提高纖維的拉伸性能、耐磨性，同時(shí)得到所需的纖維細(xì)度。 取向后應(yīng)使溫度迅速降到聚合物玻璃化溫度以下，以“凍結(jié)”取向結(jié)果，防止解取向。3.牽伸裝置: 主要方式有羅拉機(jī)械牽伸和氣流牽伸，紡絲成網(wǎng)工藝多數(shù)采用氣流牽伸。氣流牽伸是利用高速氣流對(duì)絲條的摩擦進(jìn)行牽伸，分正壓牽伸和負(fù)壓牽伸。典型的紡絲成網(wǎng)和拉伸系統(tǒng) (五)牽伸典型的紡絲成網(wǎng)和拉伸系統(tǒng) (六)分絲 將經(jīng)過牽伸的絲束分離成單絲狀，防止成網(wǎng)時(shí)纖維間互相粘連或纏結(jié)。常用形式有：氣流分絲

26、法: 利用氣流拉伸過程中的高速氣流在拉伸裝置某一部位截面積突然擴(kuò)大而產(chǎn)生coanda效應(yīng)，造成氣流在此擴(kuò)散和減速，同時(shí)使纖維與纖維形成紊流，纖維的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呈無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到隨機(jī)均勻分絲和成網(wǎng)的目的。機(jī)械分絲法: 絲束牽伸后與擋板、擺絲輥、振動(dòng)板、回轉(zhuǎn)導(dǎo)板等裝置發(fā)生撞擊反彈達(dá)到分絲目的。靜電分絲法: 絲束牽伸后經(jīng)過高壓靜電場(chǎng)或摩擦帶電，使絲條帶上同性電荷，利用同性電荷相斥的原理，達(dá)到分絲目的。返回(六)分絲返回機(jī)械拉伸機(jī)械拉伸管式氣流拉伸管式氣流拉伸多套狹縫式氣流拉伸多套狹縫式氣流拉伸整體矩形噴絲板狹縫式正壓拉伸整體矩形噴絲板整體矩形噴絲板狹縫式負(fù)壓拉伸整體矩形噴絲板(七)鋪網(wǎng) 控制經(jīng)牽伸和分

27、絲的長(zhǎng)絲以一定的方式鋪放到凝網(wǎng)簾上，主要有兩種控制方式：氣流控制: 利用氣流擴(kuò)散和附壁效應(yīng)使長(zhǎng)絲束按一定方式鋪放到凝網(wǎng)簾上，如圓周運(yùn)動(dòng)或橢圓運(yùn)動(dòng)；也有利用側(cè)吹氣流交替吹風(fēng)使長(zhǎng)絲左右擺動(dòng)而鋪置成網(wǎng)。機(jī)械控制: 利用羅拉、轉(zhuǎn)子、擺片或牽伸分絲管道的左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)將絲束規(guī)則地鋪放到凝網(wǎng)簾上。 紡絲成網(wǎng)工藝的成網(wǎng)均勻度不及干法工藝，產(chǎn)品單位面積質(zhì)量越小，cv值越大。(七)鋪網(wǎng)狹縫牽伸鋪網(wǎng) 狹縫牽伸鋪網(wǎng) 牽伸擺絲鋪網(wǎng) 牽伸擺絲鋪網(wǎng) (八)加固主要方式有：熱粘合 聚丙烯薄型產(chǎn)品采用熱軋。針刺加固 厚型產(chǎn)品采用，可配高速針刺機(jī)，如Dilo公司的DI-LOOM OD-SC或Fehrer公司的NL3000。自身粘

28、合 如PA66纖網(wǎng)采用鹽酸水溶液處理產(chǎn)生自身粘合，已較少應(yīng)用。 此外，還有針刺加固高溫拉幅定型化學(xué)粘合等組合加固和后整理的方法。(八)加固四、溶劑紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程 溶劑紡絲成網(wǎng)工藝也可稱作閃蒸法、閃紡法和瞬時(shí)溶劑揮發(fā)紡絲成網(wǎng)法，其產(chǎn)品名稱為“Tyvek”，具有高強(qiáng)度、抗撕裂、耐穿刺、防水透氣、可印刷等特點(diǎn)。 工藝原理與過程： 將LPE溶于200的二氯甲烷中，濃度為13%，并以CO2在6.9Mpa的壓力下飽和制成紡絲溶液，然后從刀口狀的噴絲孔中噴出，長(zhǎng)絲絲束直徑約1120dtex，噴出速度約為1011km/min。絲束噴出過程中，二氯甲烷瞬間揮發(fā)，絲束變細(xì)，并形成速度梯度，從而使絲束得到牽

29、伸，形成0.110.17dtex的超細(xì)單纖維，其取向度極高，強(qiáng)度很大。同時(shí)采用靜電分絲和凝網(wǎng)技術(shù)，使纖維成網(wǎng)，再經(jīng)熱軋加固后成為溶劑紡絲成網(wǎng)法非織造材料。四、溶劑紡絲成網(wǎng)工藝原理與過程溶劑紡絲成網(wǎng)工藝示意圖擋板噴絲板紡絲溶液分絲靜電器凝網(wǎng)靜電器熱軋加固溶劑紡絲成網(wǎng)工藝示意圖擋板噴絲板紡絲溶液分絲靜電器凝網(wǎng)靜電器Tyvek纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)返回Tyvek纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)返回1.DOCAN紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 德國(guó)Lurgi公司的專利。常用原料為PP，第一條以PET為原料的工業(yè)化生產(chǎn)線于1994年投產(chǎn)。(一)原料要求PP：MFI2732，灰分4ppm，無規(guī)度3.5%；PET：含水0.0010.0059%；PA：含水0

30、.019%，氮封。(二)廠房要求 占地面積為1848m2，其中，要求12m長(zhǎng)的廠房高度為12m，其余36m的廠房高度為7m。DOCAN紡絲成網(wǎng)工藝示意圖8-3 典型紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 1.DOCAN紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備8-3 典型紡絲成網(wǎng)工藝(三)主要技術(shù)特點(diǎn)螺桿擠出機(jī)： 6個(gè)加熱區(qū)，1個(gè)冷卻區(qū)。螺桿長(zhǎng)徑比： 紡PA為24：1，紡PP為30：1。紡絲系統(tǒng)：計(jì)量泵、管道、紡絲箱體均用聯(lián)苯加熱，熔體溫度誤差為11.5。矩形噴絲板，4520cm，分成7個(gè)噴絲孔區(qū)，紡1.65dtex PP時(shí)，每個(gè)區(qū)有150個(gè)噴絲孔；紡3.35.5dtex PP時(shí)，每個(gè)區(qū)有100個(gè)噴絲孔。紡PP時(shí)噴絲孔孔徑為0.6mm；

31、紡PET時(shí)為0.250.6mm，如產(chǎn)品幅寬加大，可增加噴絲板塊數(shù)，并擴(kuò)大螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)能力。噴嘴與拉伸：錐形噴嘴，直徑為89mm。氣流壓力達(dá)到469516Kpa (2022個(gè)大氣壓)，氣流速度達(dá)2.5倍音速以上。紡絲拉伸速度可達(dá)35004000m/min，改進(jìn)后可達(dá)5500m/min。噴頭拉伸倍數(shù)達(dá)200倍。噴嘴下面的噴管長(zhǎng)45m。(三)主要技術(shù)特點(diǎn)分絲 噴管出口處為扁平扇形的分絲器，其口徑突然增大，利用氣流的擴(kuò)散降速達(dá)到分絲目的。成網(wǎng)時(shí)，纖維的運(yùn)動(dòng)速度已降至20200m/min。成網(wǎng) 擺動(dòng)式鋪網(wǎng)，成網(wǎng)簾下設(shè)吸風(fēng)裝置。幅寬 最小為90cm，最大約5m，以2.54m為多。生產(chǎn)速度 最高產(chǎn)量800

32、kg/h，纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量80g/m2時(shí)，生產(chǎn)速度為3050m/min；纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量20g/m2時(shí)，生產(chǎn)速度達(dá)80100m/min。分絲(四)產(chǎn)品性能特點(diǎn)MD：CD最佳為1.5：1。CV值：2050g/m2時(shí)，cv16%； 50200g/m2時(shí)，cv12%； 250500g/m2時(shí)，cv8%。機(jī)械性能：250 g/m2纖網(wǎng)，針刺密度200刺/m2時(shí)：縱向斷裂強(qiáng)力：800N/5cm縱向斷裂伸長(zhǎng)率：7080%(經(jīng)熱定型)橫向斷裂強(qiáng)力：600N /5cm橫向斷裂伸長(zhǎng)率：80100%(經(jīng)熱定型)(四)產(chǎn)品性能特點(diǎn)2.Reicofil紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 德國(guó)Reifenhaeuser公司的技術(shù)。(一

33、)原料要求 可采用PP、 PET和 PA原料，一般要求PP 的MFI為2732，灰分0.1%。(二)廠房要求 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，要求廠房高度大于6m。(三)主要技術(shù)特點(diǎn)紡絲： 配置兩個(gè)投料計(jì)量裝置，一個(gè)可加入色母粒，以便生產(chǎn)有色產(chǎn)品。Reicofil-型紡絲成網(wǎng)工藝示意圖2.Reicofil紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 螺桿擠出機(jī)有6個(gè)加熱區(qū)，螺桿長(zhǎng)徑比為30：1，螺桿直徑有70mm (1.2m幅寬)和90mm (2.4m幅寬)兩種。 矩形噴絲板長(zhǎng)寬為1422106mm，共有4100個(gè)噴絲孔，呈傾斜排列，孔徑為0.5mm。生產(chǎn)2.4m幅寬的產(chǎn)品時(shí)，用2塊噴絲板連接起來。 噴絲板下方是雙側(cè)冷卻風(fēng)管

34、，冷卻空氣以1m/s的速度對(duì)絲束進(jìn)行冷卻。風(fēng)管下方是象百葉窗一樣的導(dǎo)流板，在此補(bǔ)入負(fù)壓牽伸所需的氣流。拉伸：該設(shè)備利用負(fù)壓進(jìn)行牽伸。2臺(tái)驅(qū)動(dòng)功率為75kw的風(fēng)機(jī)在凝網(wǎng)簾下抽吸，使窄縫式拉伸通道中產(chǎn)生自上而下的氣流，形成對(duì)絲束的牽伸。構(gòu)成拉伸通道的兩側(cè)板間距離可調(diào)節(jié)，以控制拉伸程度。由于不采用高壓空氣，故耗能較少。拉伸通道中氣流速度一般為3000m/min。 螺桿擠出機(jī)有6個(gè)加熱區(qū)，螺桿長(zhǎng)徑比為30：1，螺桿采用氣流分絲和抽吸凝網(wǎng)。負(fù)壓牽伸雖能耗小，但拉伸取向作用不夠強(qiáng)，單纖維細(xì)度差異大，單纖維強(qiáng)度不夠大，產(chǎn)量較低。纖網(wǎng)單位面積質(zhì)量為50400g/m2，生產(chǎn)速度為3.528m/min，產(chǎn)品縱橫向

35、強(qiáng)力較接近。Reicofil-型和型紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備有較大的改進(jìn)，如Reicofil-型采用雙螺桿擠出機(jī)和正壓牽伸，纖維細(xì)度最細(xì)可達(dá)0.70.9dtex，纖網(wǎng)最小單位面積質(zhì)量為10g/m2，長(zhǎng)絲速度可達(dá)到3000m/min。采用氣流分絲和抽吸凝網(wǎng)。Rhone Poulenc紡絲成網(wǎng)工藝采用的是機(jī)械分絲法：利用擋板、擺絲輥、振動(dòng)板、回轉(zhuǎn)導(dǎo)板等機(jī)械裝置，使經(jīng)拉伸后高速向下運(yùn)動(dòng)的絲束遇到機(jī)械裝置撞擊反彈，從而改變了絲束原先的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使其呈無規(guī)則反彈運(yùn)動(dòng)，來達(dá)到分絲的目的。聚合物由噴絲板吐出，形成無數(shù)長(zhǎng)絲條，高壓氣流進(jìn)入拉伸器，經(jīng)拉伸后的長(zhǎng)絲在氣流作用下向下運(yùn)動(dòng)時(shí)碰到偏轉(zhuǎn)擋板，使絲突然向一定角度反

36、彈和擴(kuò)展，長(zhǎng)絲在機(jī)械撞擊作用下相互分開，傾角sigta影響長(zhǎng)絲反彈角度，在抽吸裝置和重力、沖擊力等作用下，沉積在成網(wǎng)簾上，形成非織造纖網(wǎng)。Rhone Poulenc紡絲成網(wǎng)工藝采用的是機(jī)械分絲法：利Typar紡絲成網(wǎng)工藝將長(zhǎng)絲束吸入裝有一高壓靜電場(chǎng)的空氣拉伸裝置或噴嘴，出拉伸裝置后，長(zhǎng)絲表面帶有很高的電荷量，帶同性電荷的長(zhǎng)絲彼此想吃分開，并被鋪放在成網(wǎng)簾上，成網(wǎng)簾上則帶有相反電荷，用來消除成往后纖網(wǎng)中的靜電，以利于后道工序加工。Typar紡絲成網(wǎng)工藝將長(zhǎng)絲束吸入裝有一高壓靜電場(chǎng)的空氣拉伸3.NKK紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備 日本高度紙公司是日本較早從事紡絲成網(wǎng)非織造材料生產(chǎn)的公司之一，1986年引進(jìn)德

37、國(guó)紡絲成網(wǎng)工藝技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了具有特色的紡絲成網(wǎng)工藝技術(shù)，并與日本神戶制鋼公司一起提供紡絲成網(wǎng)技術(shù)與設(shè)備。(一)工藝流程 聚合物切片(或加色母粒)干燥熔融擠壓紡絲 冷卻成形氣流拉伸鋪網(wǎng)電感應(yīng)熱軋成卷(二)主要技術(shù)特點(diǎn)紡絲與牽伸 采用整塊噴絲板，最長(zhǎng)達(dá)3.2m。新型氣流拉伸裝置，紡絲速度在4000m/min以上。NKK紡絲成網(wǎng)工藝示意圖3.NKK紡絲成網(wǎng)工藝與設(shè)備產(chǎn)品性能 成網(wǎng)均勻度較好，單纖維斷裂強(qiáng)力較高，斷裂伸長(zhǎng)較小，MD：CD約為2：1左右。產(chǎn)品定量(g/cm2)斷裂強(qiáng)度(9.8N/5cm)斷裂伸長(zhǎng)率(%)縱向橫向縱向橫向3084303050189303010030123030150

38、45303030產(chǎn)品性能產(chǎn)品定量斷裂強(qiáng)度(9.8N/5cm)斷裂伸長(zhǎng)率(%SMS復(fù)合工藝 薄型紡絲成網(wǎng)法非織造材料具有良好的力學(xué)性能，但孔隙尺寸較大，抗?jié)B透性較差。而熔噴法非織造材料具有超細(xì)纖維的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其過濾和屏蔽性能極好，但由于其特殊工藝條件的限制，其抗拉強(qiáng)度較低。 由此，熔噴和紡粘工藝技術(shù)的組合產(chǎn)生了SMS復(fù)合材料。SMS復(fù)合材料主要用于手術(shù)衣材料和手術(shù)室帷幕材料，中間的熔噴法非織造材料可有效地阻隔血液、體液、酒精及細(xì)菌的穿透，同時(shí)超細(xì)纖維的結(jié)構(gòu)又可保證汗液蒸汽順利透過。而處于面層的聚丙烯紡粘法非織造材料具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，并且其長(zhǎng)絲結(jié)構(gòu)保證無纖維絨頭產(chǎn)生，有利于外科手術(shù)要求的潔凈

39、環(huán)境。SMS工藝示意圖SMS復(fù)合工藝返回比較內(nèi)容紡絲成網(wǎng)工藝熔噴工藝原料MFI2535352000能耗較少較多纖維長(zhǎng)度連續(xù)長(zhǎng)絲長(zhǎng)短不一的短纖維纖維細(xì)度1540m粗細(xì)不一，平均5m覆蓋率較低較高產(chǎn)品強(qiáng)度較高較低加固方法熱粘合、針刺、水刺自身粘合為主品種變換困難容易設(shè)備投資較高較低紡絲成網(wǎng)工藝與熔噴工藝的比較SMS復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)返回比較內(nèi)容紡絲成網(wǎng)工藝熔噴工藝原料MFI2535352第八章-紡絲成網(wǎng)工藝和原理-非織造課件1-噴絲板 2一冷卻箱體 3-導(dǎo)流板 4-風(fēng)導(dǎo)板 5-長(zhǎng)絲 6-凝網(wǎng)簾 7-抽吸裝置 8-下紊流擋板 9-弓形擴(kuò)板 10-上紊流擋板 11-側(cè)吹風(fēng)冷卻區(qū) 12 -側(cè)吹風(fēng)冷卻區(qū)I 1-噴絲板 2一冷卻箱體 3-導(dǎo)流板 4-風(fēng)導(dǎo)板 第八章-紡絲成網(wǎng)工藝和原理-非織造課件SMS復(fù)合工藝示意SMS復(fù)合工藝示意圖