合成纖維第五章干法紡絲

合成纖維第五章干法紡絲第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

干法紡絲工藝流程

紡絲液由計(jì)量泵輸送到噴絲頭經(jīng)噴絲孔擠出的紡絲細(xì)流進(jìn)入垂直甬道與熱氣流接觸在熱氣流中隨著溶劑的揮發(fā)，絲中聚合物濃度升高，絲條固化，

絲條以一定的速度卷取，使絲條拉伸細(xì)化而形成初生纖維

第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

干法紡絲第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）成纖聚合物的熔點(diǎn)在其分解溫度之上，熔融時(shí)要分解，不能形成一定粘度的熱穩(wěn)定的熔體；（2）成纖聚合物在揮發(fā)性的溶劑中能溶解形成濃溶液。哪類POLYMER適合干紡？適于采用干法工藝生產(chǎn)纖維第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干法紡絲是目前世界上應(yīng)用最廣泛的氨綸紡絲方法。其纖度為1.1~246.4tex，紡絲速度一般為200~600m/min，有的甚至可高達(dá)1000m/min。干法紡絲工藝技術(shù)成熟，制成的纖維質(zhì)量和性能都很優(yōu)良。世界氨綸第一大廠商拜耳公司的Dorlastan氨綸紡絲工藝就是典型的干法紡絲。第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月目前我國主要氨綸企業(yè)都采用干法紡絲技術(shù)，從全球氨綸工廠產(chǎn)能情況來看，采用干法紡絲技術(shù)的產(chǎn)能也是占據(jù)主導(dǎo)地位。氨綸干法紡絲技術(shù)以美國杜邦、韓國曉星、日本東洋紡等為代表，不同生產(chǎn)專利商的紡絲聚合物合成方法、纖維的生產(chǎn)技術(shù)和加工過程具有獨(dú)特的技術(shù)特征。第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干法紡絲過程中，通常要受到溶劑從絲條中揮發(fā)速度的限制，聚合物的固化速度較慢，這就決定了干紡工藝的如下特點(diǎn)：（1）紡絲液的濃度比濕法高，一般可達(dá)18%~45%，相應(yīng)的粘度也較高，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(xì)的纖維；

第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）紡絲線上絲條所受到的力學(xué)阻力遠(yuǎn)比濕紡小，紡速比濕紡高，一般可達(dá)300~600m/min，但由于受到溶劑揮發(fā)速度的限制，干紡速度比熔紡低。（3）噴絲頭孔數(shù)遠(yuǎn)比濕紡少，這是因?yàn)楦煞ü袒?，固化前絲條容易粘連。一般干紡短纖維的噴絲頭孔數(shù)在1200孔左右，而濕紡短纖維的孔數(shù)高達(dá)數(shù)萬孔，因此干法單個(gè)紡絲位的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)低于濕紡，干紡一般適于生產(chǎn)長絲。

第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干法紡絲具有連續(xù)生產(chǎn)、紡絲速度高、產(chǎn)量大、銷售收入高、污染少等優(yōu)點(diǎn)；纖維質(zhì)量及耐化學(xué)性和染色性比濕法纖維好。但干法纖維耐氯性較差，技術(shù)難度較大，需溶劑回收，生產(chǎn)成本相對較高。

第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月25第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)溶劑的選擇與干法紡絲工藝干紡工藝的工序如下：溶解→過濾→脫泡→紡絲→拉伸，拉伸以后的工序，根據(jù)產(chǎn)品的形態(tài)——長絲、短纖維、絲束而不同。第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一.溶劑的選擇溶劑的選擇是制備干紡溶液的首要問題，溶劑的性質(zhì)對于干紡工藝起著決定性的影響。實(shí)際選擇溶劑是根據(jù)溶劑的溶解度和所制成的溶液的性質(zhì)。一般認(rèn)為等濃度溶液的粘度越小，或者等粘度溶液的濃度越大，該溶劑就越好，這樣制得的溶液具有良好的可紡性。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干法紡絲所用溶劑第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干紡時(shí)，紡絲原液與周圍氣體介質(zhì)之間只有傳熱和傳質(zhì)過程，不發(fā)生任何化學(xué)變化。干紡的紡絲速度主要取決于溶劑揮發(fā)的速度，通常在聚合物的溶解度和紡絲液粘度許可的條件下原液濃度應(yīng)盡可能高，并選擇沸點(diǎn)較低和蒸發(fā)潛熱較小的溶劑，借以減少紡絲原液轉(zhuǎn)化為纖維所需揮發(fā)的溶劑量，降低熱能消耗并提高紡絲速度。

第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月二.紡絲溶液的制備和紡前準(zhǔn)備紡絲溶液的制備是干紡工藝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。成纖聚合物溶解的好壞，直接影響到紡絲液的穩(wěn)定性和可紡性，同時(shí)還影響到成品纖維的性質(zhì)。第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.紡絲液濃度：在紡絲過程中，揮發(fā)除去的溶劑要回收使用，因此總希望采用高濃度的紡絲溶液，盡可能減少溶劑的用量，盡可能增加溶劑的回收量。但是，濃度要受多方面的制約：（1）濃度過高，難于得到溶解完全而均勻的溶液，并且使過濾脫泡困難；（2）濃度高，粘度就大，會使紡絲溶液的輸送壓力增加；（3）超過一定的濃度，紡絲溶液的流變性變差，可紡性降低，容易造成紡絲斷頭現(xiàn)象的產(chǎn)生。第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)際生產(chǎn)中紡絲溶液濃度一般在18%~45%之間干法紡絲的紡絲溶液濃度第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.溶解A：溶解機(jī)理（1）溶劑向聚合物內(nèi)部擴(kuò)散；（2）粒狀聚合物表面生成的膨潤層剝離脫落，向溶劑相分散。B：遇到的問題：聚合物細(xì)粉料在溶解過程中經(jīng)常聚集成塊，而難以得到完全溶解的均勻的紡絲溶液；

解決辦法：采用將聚合物加入到常溫的溶劑中溶脹，避免上述的不良影響，然后進(jìn)一步加熱溶解。C：水分的控制：將含水量控制在稍微超過聚合物和溶劑正常含水量的程度。D：添加劑的加入：顏料、消光劑TiO2、過濾助劑硅藻土等。第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3.過濾：為了防止噴絲頭堵塞，紡絲溶液必須均勻，不含任何未溶物，溶脹聚合物以及任何外來雜質(zhì)。這一過程通常是在壓濾機(jī)中完成的。4.脫泡：紡絲前的另一道工序，除去氣泡。第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月三.干紡工藝紡絲工藝主要由四步組成：（1）紡絲原液的制備；（2）從噴絲頭擠出；（3）擠出絲條的脫溶劑及干燥；（4）絲條的卷繞。從噴絲頭擠出的原液溫度在任一時(shí)間，在紡絲線上任一點(diǎn)都應(yīng)保持勻一，是確保成品絲質(zhì)量均一的主要因素。第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月在干紡的紡絲行程中，原液細(xì)流中溶劑的脫除通過下列三步實(shí)現(xiàn)：①原液一出噴絲孔立即快速揮發(fā)──閃蒸；②溶劑從原液細(xì)流內(nèi)部向外擴(kuò)散；③從細(xì)流表面向周圍氣體介質(zhì)作對流傳質(zhì)。在靠近噴絲頭的一段紡程上，傳質(zhì)的機(jī)理包括閃蒸、對流和擴(kuò)散的綜合作用，隨后純擴(kuò)散就逐漸變成控制傳質(zhì)過程速率的因素。第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月四、溶劑的回收

工業(yè)回收溶劑的方法：冷凝法、液體吸收法和固體吸附法吸收法：含丙酮的空氣經(jīng)過洗滌塔進(jìn)行水洗，丙酮被水吸收成為10%左右的水溶液，然后送往精餾。回收率夏季:90~93%,冬季：92~95%。吸附法：一般采用活性炭作為吸附劑，活性炭粒度4~8目，實(shí)際操作時(shí)，當(dāng)通過活性碳槽的排出氣體能檢驗(yàn)出丙酮應(yīng)立即中止吸附?；厥盏姆绞剑何健撐剑晃健撐健鋮s第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)干紡纖維結(jié)構(gòu)的形成和性能一.干紡時(shí)纖維結(jié)構(gòu)的形成干紡過程中，纖維結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理目前研究還比較少。干法成形的相變過程第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月從圖中可以看出體系的相態(tài)變化，圖中X1代表體系的原始組成，隨著干紡過程的溶劑的蒸發(fā)，體系的粘度增加，組成接近于XTB，該位置是由流動性溫度-組成曲線決定的。XTBX0第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月在干法成形過程的上述區(qū)域中，體系的粘度急劇增加，而成形絲條的變形過程也基本結(jié)束。干紡成形時(shí)，溶劑進(jìn)一步揮發(fā)，體系轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成相應(yīng)于X0的玻璃化狀態(tài)，此時(shí)絲條的形變完全停止。在這種情況下，因?yàn)樵谡麄€(gè)紡絲過程中聚合物溶液為單相，纖維的固化過程是與體系的聚集態(tài)變化相聯(lián)系，而不是與體系的相態(tài)變化相聯(lián)系。這種變化幾乎沿所有纖維截面同時(shí)發(fā)生，因此纖維的超分子結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)比較均一。第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干紡過程中，溶劑存在于整個(gè)絲條中，溶劑從絲條表面蒸發(fā)的速度E和溶劑從絲條中心擴(kuò)散到表面的速度V的相對大小可以用來表征干紡成形過程和初生纖維截面形態(tài)結(jié)構(gòu)的表征。E/V≤1，成纖干燥固化過程十分緩和均勻，纖維截面趨近于圓形，幾乎沒有皮層;隨著E/V的增加，纖維截面不同程度的變化第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月E/V略>1第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月纖維的截面呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月干紡纖維的截面形狀除與成形過程中絲條表面和內(nèi)部溶劑的蒸發(fā)、擴(kuò)散速度有關(guān)外，在很大程度上還取決于紡絲液的初始濃度和固化時(shí)的濃度。紡絲液的濃度越低，纖維截面形狀與圓形的差別越大。由于干紡紡絲液的濃度較高，纖維截面收縮不大，因此在顯微鏡下纖維內(nèi)沒有明顯可見的孔洞。第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月大量的研究表明：干紡和濕紡纖維的結(jié)構(gòu)有很大差異，干紡制得的纖維宏觀結(jié)構(gòu)較均勻，沒有明顯的芯層和皮層，纖維的超分子結(jié)構(gòu)尺寸大，同時(shí)纖維的微纖結(jié)構(gòu)也不明顯。第31頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月二.干紡成形條件與纖維的性能如：干紡腈綸由于紡絲成形條件比濕法緩和，所以纖維截面結(jié)構(gòu)均勻、致密，表面光滑。染色后色澤鮮艷。同