化学纤维的主要成形方法之一,简称熔纺。合成纤维主要品种
涤纶、锦纶、
丙纶等都采用熔纺生产。熔纺的主要特点是卷绕速度高、不需要溶剂和
沉淀剂,设备简单,工艺流程短。熔点低于分解温度、可熔融形成热稳定熔体的
成纤聚合物,都可采用这一方法成型。
简介
步骤
熔纺包括以下步骤:①制备纺丝熔体(将成纤高聚物切片熔融或由连续聚合制得熔体);②熔体通过喷丝孔挤出形成熔体细流;③熔体细流冷却固化形成初生纤维;④初生纤维上油和卷绕。熔纺分
直接纺丝法和切片纺丝法。
分类
熔纺分直接纺丝法和
切片纺丝法。直接纺丝是将聚合后的聚合物熔体直接送往纺丝;切片纺丝则需将高聚物溶体经注带、切粒等纺前准备工序而后送往纺丝。大规模工业生产上常采用直接纺丝,但切片纺丝更换品种容易,灵活性较大,在长丝生产中仍占主要地位。
制做过程
切片熔融过程通常在螺杆
挤压机内进行,控制螺杆挤压机各段温度和箱体温度可以改变熔体的温度,使其具有适当的粘度和良好的可纺性。从螺杆挤压机出来的熔体经过
计量泵送往
喷丝头组件。后者由
过滤网、分配板和
喷丝板等组成,其作用是除去熔体中的杂质, 使熔体均匀地送至喷丝板。 喷丝板用耐热、耐腐蚀的不锈钢材料制成,面上的小孔按一定规律排布,孔径通常为0.2~0.5毫米。熔体通过喷丝板上的小孔形成熔体细流。细流直径在出喷丝小孔处会出现膨胀现象,这是因熔体的弹性所致。不同的聚合物孔口膨胀程度不同。聚酯、聚酰胺熔体在正常纺丝条件下,孔口胀大比在1.5以下。弹性效应较显著的是聚丙烯。孔口胀大常是流动不均的根源。生产上常采用增大喷丝小孔直径、
长径比(小孔长度与直径之比)和提高熔体温度等措施来减小胀大比,以防止
熔体破裂。熔体细流喷出后受到冷空气的作用而冷却固化。细流和周围介质的
热交换主要以传导和对流方式进行。熔体细流的温度在冷却过程中逐步下降,粘度则不断提高,当粘度提高到某
临界值而卷绕张力已不足以使纤维继续变细时,便到达了
固化点。固化长度指熔体细流从喷丝孔口到固化点的长度,这是
纤维结构形成的关键区域。
冷却室内吹出冷空气的风速、风温需要均匀恒定,以保证熔体细流在纺丝过程中的温度分布、速度分布和固化点的位置恒定。纤维所受的轴向拉力恒定才能制得粗细和结构均匀的纤维。冷却吹风方式分横吹风和直吹风两种。横吹风的风向与纤维垂直,直吹风方向与纤维平行,一般多采用横吹风。冷风从四周吹向纤维的环形吹风,适用于
短纤维的多孔纺,能有效地提高纤维质量。短程纺指纺丝甬道缩短,从纺丝螺杆到卷绕部分都可以安装在
单层厂房内,简化厂房和纺丝设备。不同品种的纤维根据需要可以适当地改变
冷却方式。如纺制民用纤维常在约2米长的冷却室内用空气介质冷却成形;纺制聚酯和聚酰胺
帘子线纤维则常在
喷丝头下方和冷却室上方设置加热装置以降低纤维的冷却速度,使初生纤维结构均匀,拉伸性能良好。在纺制粗条子纤维时(如棕丝)常以水为冷却剂,使纤维迅速冷却。
性能与发展
性能
熔体细流冷却成形时在周围空气介质中遇到的
摩擦阻力,比
湿法纺丝成形时丝条承受的溶液阻力小。熔体细流一经固化,就有巨大的抗张能力,所以熔纺的卷绕速度比湿纺为高,一般在1000~1500米/分,
喷丝头拉伸比(卷绕速度与熔体从喷丝孔喷出速度之比)也比湿纺时高。熔纺纤维刚成形时几乎是干的,容易积聚静电,纤维间的抱合力差,与设备的摩擦力大,因此在卷绕前要经过给油、给湿处理,使纤维顺利地卷绕并可改善其后拉伸的性能。对于吸水性较大的
聚酰胺纤维还可以防止绕在
筒管上的
丝条再度吸水,以致发生纵向膨胀而出现松圈和塌边等现象。
历史沿革
20世纪70年代出现了
涤纶、锦纶、
丙纶的高速纺丝技术。卷绕速度为 3000~5000米/分的高速涤纶纺丝技术已经工业化。这种纤维在成形过程中纺速提高,丝条与空气摩擦力也随之增加,丝条张力也增大,因而纤维的
取向度较高,被称为
预取向丝 (
POY)。纤维取向度高,则纤维大分子间的作用力也大,加之纤维内的
结晶区起着网结点的作用,使纤维的取向巩固,从而有较大的结构稳定性。POY存放时间可以较长,便于长途运输,而且剩余拉伸倍数较小(在2倍以下),因此可在拉伸变形机上同时拉伸和假拈变形,加工成
变形纱(
DTY)。
熔融纺丝
熔融纺丝,是以聚合物熔体为原料,采用熔融纺丝机进行纺丝的一种成型方法。凡是加热能熔融或转变成黏流态而不发生显著降解的聚合物,都能采用熔体纺丝法进行纺丝。
原理
熔融纺丝原理将高聚物原料喂入螺杆式挤出机,由旋转的螺杆送到加热区,经过挤压、熔融向前送至计量泵。计量泵控制并确保聚合物熔体稳定流人纺丝箱,在箱中熔体被过滤并被压人多孔喷丝板中喷出熔体细流,再经调温风箱吹出的冷风快速冷凝而成固化丝束纤维。同时,由于导丝辊的作用还产生预拉伸,使丝条直径变细。初生纤维通过卷丝筒被卷绕成一定形状的卷状(对于长丝)或均匀落入盛丝桶中(对于短纤维)。熔融纺丝速度高,高速纺丝时每分钟可达几千米。
过程
熔体纺丝时,本体聚合物在
螺杆挤出机中熔化后被送入纺丝部位,经纺丝泵定量送入纺丝组件,过滤后,由喷丝板的毛细孔中挤出。液态丝条通过冷却介质时逐渐固化,而后由下方的卷绕装置高速拉伸成丝,该丝为初生纤维,初生纤维经过后加工成为纤维。为不使丝条冷却过速难于成丝,有时采用等温熔体纺丝,即在喷丝板外加一个等温室(称纺丝甬道)。卷绕装置的拉伸速度很高,可达1500~3000 m/min,视材料种类及流变性质而定。熔体纺丝的拉伸比很大,产率很高,且可在较大的范围内调节。涤纶(
聚酯纤维)、锦纶和
聚丙烯纤维均是按熔体纺丝成型的。
工艺参数
熔融纺丝的主要工艺参数包括挤出温度、聚合物通过喷丝板各孔的质量流速、卷绕速度或落丝速度、纺丝线的冷却条件、喷丝孔形状和尺寸及间距、纺程长度等。这种方法适用于能熔化、易流动而不易分解的高聚物,如涤纶、丙纶、锦纶等。