滌綸短纖維后加工工藝與質(zhì)量控制-集束和拉伸

集束的目的和工藝計算后加工的目的和要求初生纖維雖已成型，但取向度和結(jié)晶度很低，且強(qiáng)度低，伸長率大，尺寸穩(wěn)定性差，抱和性差。目的：預(yù)取向度小，分子排列不規(guī)則，結(jié)構(gòu)呈無定形態(tài)，因此強(qiáng)度很低，伸長率高，無實(shí)用價值—拉伸（強(qiáng)度）拉伸產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，會使纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，熱作用下產(chǎn)生收縮—定型（穩(wěn)定纖維結(jié)構(gòu)）卷曲（提高纖維抱合力）切斷（工藝長度要求）（一）初生纖維的存放1.存放：恒溫恒濕（含水率穩(wěn)定）8～24h；消除或平衡絲束在紡絲冷卻成形中凍結(jié)的內(nèi)應(yīng)力存放時間↑→減少或消除內(nèi)應(yīng)力→預(yù)取向度降低→直至最終趨于平衡→前紡油劑均勻擴(kuò)散，改善纖維拉伸性能，纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；→細(xì)頸角分布均勻↓→后拉伸不勻↑→拉伸斷頭滌綸卷繞絲雙折射與存放時間的關(guān)系

時間過長，纖維老化變脆，拉伸困難不超過7d存放間恒溫恒濕，含油水率穩(wěn)定，否則干燥發(fā)毛，拉伸時產(chǎn)生毛絲、斷頭、纏輥（二）集束1、作用：按后加工設(shè)備能力，把若干個盛絲桶中的初生纖維（卷繞絲）引出絲頭，穿過集束架上的導(dǎo)絲器，集成一束扁平而又整齊的絲帶，進(jìn)入拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸。2、工藝控制1）集束纖維的總線密度：指成品纖維的總線密度，由拉伸機(jī)的生產(chǎn)能力和卷曲輪的寬度決定，0.44-0.67×104dtex/mm一般卷曲機(jī)加工能力30~150×104dtex，±5%2）集束張力：集束架上張力調(diào)節(jié)裝置0.0044cN/dtex3）絲束的存放時間和條件：不宜超過7d4）集束桶數(shù)=卷取機(jī)加工線密度/（紡絲位數(shù)*單絲線密度*孔數(shù)）3.集束亂絲處理集束操作的要點(diǎn)是集束應(yīng)規(guī)定的穿頭經(jīng)過各導(dǎo)絲器，使絲束張力均勻，及時清除硬頭絲，生頭和吊腳絲。要防止蕩絲，扭絲和預(yù)牽仲現(xiàn)象，必須做到：3.1集束架光滑，絲束從集束架引出應(yīng)避免受到過大的張力發(fā)生預(yù)牽伸，保證各段張力均勻。3.2保持恒溫、恒濕，溫度一般控制在21~25℃，濕度60％~70％。3.3各絲條桶卷繞絲的重量，也就是卷繞絲的定長數(shù)一定要嚴(yán)格掌握，否則會出現(xiàn)大量的桶腳絲，造成浪費(fèi)。3.4由于未牽伸絲的喂入不良等，集束架下絲筒中的絲束在集束架上運(yùn)行時，發(fā)生集束亂絲，應(yīng)及時處理。3.5解開亂絲部分，解不開時就剪斷絲束，跟隨尾絲并通知牽伸工。拉伸的目的、方式和機(jī)理（一）拉伸目的和方式1.拉伸的目的（二次成型）提高初生纖維物理－機(jī)械性能，以符合紡織加工要求（斷裂強(qiáng)度提高，延伸度下降）拉伸過程不僅是纖維幾何形狀改變的過程，而且是纖維結(jié)構(gòu)重新組建和形成的過程2.拉伸的作用使纖維的低序區(qū)的大分子鏈沿纖維軸向的取向度提高，同時伴有一些結(jié)構(gòu)方面的變化性能的變化3．拉伸方法（介質(zhì)區(qū)分）：（1）干拉伸：拉伸時初生纖維處于空氣包圍之中，纖維與空氣介質(zhì)及加熱器之間有熱量傳遞，又分為：室溫拉伸：Tg在室溫附近的初生纖維熱拉伸：Tg較高或拉伸應(yīng)力較大的（長絲）纖維，熱源：熱盤、熱板或熱箱。（2）蒸汽浴拉伸：拉伸時初生纖維被包圍在飽和蒸汽或過熱蒸汽之中，由于加熱和水分子的增塑作用，使纖維的拉伸應(yīng)力顯著下降。飽和蒸汽浴拉伸適合Tg高、拉伸應(yīng)力大、拉伸倍數(shù)高的(短)纖維。（3）濕拉伸：拉伸時初生纖維被液體介質(zhì)所包圍，有液浴法、噴淋法。Driveroll

Heater(Optional)DrawnyarntobobbinUndrawnpretwistedyarnControlrollsSnubbingpinSkewedidlerroll

1

2(

2>

1)Stretchingzone

拉伸裝置示意圖R=

2/

1（二）拉伸機(jī)理1.拉伸形變

=普彈形變

1+高彈形變

2+塑性形變

3（1）普彈形變

1

1=

e/E1

普彈形變是大分子主鏈的鍵角和鍵長受力后發(fā)生形變的反映普彈形變與應(yīng)力同相位，瞬間發(fā)生和瞬間回復(fù)普彈形變的彈性模量E1很大，形變量

1很小總形變的1%，與時間無關(guān)（2）高彈形變

2高彈形變是大分子鏈在引力作用下，由卷曲構(gòu)象轉(zhuǎn)化為伸展構(gòu)象的宏觀表現(xiàn)高彈形變的特點(diǎn)是模量E2較小，形變量

2大，有明顯的時間依賴性(形變滯后于應(yīng)力，形變在外力除去后基本上能回復(fù)，但回復(fù)需要時間)松弛過程在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)在拉伸應(yīng)力較小的前提下（以避免毛絲的生成），采用適當(dāng)措施使T（通過改變拉伸溫度）、Up（通過調(diào)節(jié)纖維的增塑程度）以及t（通過改變拉伸速度、拉伸輥間纖維的長度，或通過采用多級拉伸）等因素互相配合，以保證拉伸時高彈形變得以順利發(fā)展。

（3）塑性形變

3塑性形變是聚合物在外力作用下，大分子鏈間產(chǎn)生相對滑移的宏觀反映（流動變形）。塑性形變實(shí)際上是一種流動變形，其分子運(yùn)動機(jī)理雖與粘性流動相類似，但必須在屈服應(yīng)力σ*之上才能發(fā)生。塑性形變的特點(diǎn)是外力去除后，形變完全不可回復(fù)。

3是拉伸總形變的有效部分，要設(shè)法發(fā)展塑性形變。2.拉伸過程中應(yīng)力和應(yīng)變性質(zhì)的變化（1）應(yīng)力－應(yīng)變曲線（S－S曲線）的基本類型（張力與真實(shí)截面積之比）①a型（曲線呈凸形,Convex

）σa~ε曲線變化規(guī)律：隨ε↑，σa↑至

σ＊（屈服應(yīng)力）后↓隨ε↑，E↓，σa升至σ＊時，纖維開始出現(xiàn)應(yīng)力集中而迅速斷裂（脆性斷裂）：不可拉伸，塑料和金屬材料的拉伸②b型（曲線呈凹形,Concave

）σa~ε曲線變化規(guī)律：隨ε↑，σa↑

隨ε↑，E↑，纖維在拉伸過程中發(fā)生自增強(qiáng)，不出現(xiàn)細(xì)化點(diǎn)（細(xì)頸），為均勻拉伸：可拉伸性好，硫化橡膠、濕紡凍膠體③c型（曲線呈先凸后凹反S形,

Convex+Concave

）σa~ε曲線變化規(guī)律：ε<ε1時，σa與ε基本成正比在小形變區(qū)，纖維拉伸形變?yōu)閺椥孕巫?，楊氏模量較大;ε2>ε≥ε1時，σa由σ＊（屈服應(yīng)力）↓至平臺區(qū)纖維出現(xiàn)細(xì)頸并不斷發(fā)展，為不均勻拉伸拉伸點(diǎn)（區(qū)）：細(xì)頸產(chǎn)生的具體位置與d點(diǎn)對應(yīng)的拉伸倍數(shù)εmax>ε≥ε2時，ε隨σa↑而↑至εmax

纖維被均勻拉伸至斷裂（de段應(yīng)變硬化區(qū)）拉伸性：纖維的實(shí)際拉伸倍數(shù)R大于自然拉伸比而小于最大拉伸比時，可拉伸性好

（de段）R＜N時，細(xì)頸沿拉伸線下移，結(jié)果所的纖維包含未拉伸的粗節(jié)R＞N時，細(xì)頸沿拉伸線上移，向喂入輥方向拉伸點(diǎn)位置必須固定3.影響拉伸性能的因素（1）初生纖維結(jié)構(gòu)的影響①結(jié)晶度和結(jié)晶變體的影響熔體卷繞絲的結(jié)晶度↑，拉伸曲線沿“b”→“c”→“a”型變化，屈服應(yīng)力σ＊↑，且N↑結(jié)晶變體的相對含量也影響拉伸行為：γ型結(jié)晶變體﹥β型結(jié)晶變體﹥α型結(jié)晶變體②預(yù)取向度的影響熔紡卷繞絲預(yù)取向度↑，拉伸曲線沿“c”→“b”型變化，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚶?，屈服?yīng)力σ＊

↑，E↑，N↓（卷繞絲預(yù)取向度↓，拉伸曲線從“b”→“c”）熔紡卷繞絲預(yù)取向度不太高時，可拉伸性好錦綸6初生纖維的拉伸特性1－v1=3800m/min，△n=332×10-42－v1=800m/min，△n=161×10-4③卷繞絲分子量的影響卷繞絲分子量↑，σ＊

↑初生纖維要避免a型拉伸，必須具備一定的初始模量和較高的斷裂強(qiáng)度，才能經(jīng)得起一定應(yīng)力下的拉伸。分子量達(dá)不到一定值，是承受不起拉伸應(yīng)力的。卷繞絲分子量合適，可拉伸性好。歸納：熔紡卷繞絲結(jié)晶度或取向度↑，E↑σ＊

↑ε斷裂↓；熔紡卷繞絲分子量↑，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長↑聚合物結(jié)構(gòu)對應(yīng)力—應(yīng)變行為的影響④熔紡卷繞絲其它結(jié)構(gòu)因素的影響卷繞絲內(nèi)含較大的氣泡或固體粒子時，卷繞絲內(nèi)出現(xiàn)裂縫或纖度波動時可拉伸性↓⑤濕紡凍膠體凝固絲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響凝固絲網(wǎng)絡(luò)骨架越細(xì)密最大拉伸比↑

凝固絲的溶脹度↑最大拉伸比↑可拉伸性先↑后↓（2）拉伸條件的影響①拉伸溫度的影響未取向結(jié)晶高聚物的典型拉伸曲線：T拉伸≤Tg，拉伸曲線呈a型（曲線1、2、3）T拉伸≥Tg、T↑，拉伸曲線呈c型（曲線4、5、6）T拉伸>Tg、T↑↑，拉伸曲線近似b型（曲線7、8、9）T拉伸↓，拉伸曲線由b→c→a型同種纖維在不同溫度下的拉伸特性②拉伸速度的影響VR↑，拉伸曲線由b→c→a型，σ＊

↑(c、a型)N↑(c型)VR↑，拉伸曲線的變化與降低T的影響類似VR達(dá)到一定值以上時，應(yīng)考慮拉伸放熱對拉伸應(yīng)力的影響，VR↑等效于T↑

低分子物的影響加強(qiáng)低分子物的增塑作用對纖維拉伸行為的影響與提高溫度類似

減小低分子物作用，拉伸曲線由b→c→a型

初生纖維線密度的影響線密度↓等效于T↑

線密度↑σ＊↑N↑，等效于T↓（三）拉伸過程中纖維結(jié)構(gòu)與性能的變化1.拉伸過程中纖維超分子結(jié)構(gòu)的變化（1）取向度的提高①不同取向結(jié)構(gòu)單元非晶態(tài)高聚物的拉伸作用大尺寸取向小尺寸取向——拉伸溫度較低時晶態(tài)高聚物的拉伸作用—球晶發(fā)生形變形成新的取向態(tài)的折疊鏈結(jié)構(gòu)形成分子鏈沿拉伸方向取向的完全伸直鏈晶體②取向度的變化規(guī)律隨著拉伸進(jìn)行，取向度↑高度結(jié)晶的聚烯烴纖維，結(jié)晶取向fcr增加快,非晶取向fam的發(fā)展落后于fcr

通常fcr＞fam聚丙烯纖維拉伸后的結(jié)晶取向和非晶取向拉伸過程中fam對于強(qiáng)度有較大影響為了提高強(qiáng)度，應(yīng)該進(jìn)行高倍拉伸。

拉伸溫度：1－175℃2－150℃3－125℃4－100℃PAN：1－105℃干拉伸2－80℃水浴拉伸（2）結(jié)晶的變化結(jié)晶過程：成核階段和生長階段拉伸過程中相態(tài)結(jié)構(gòu)無變化，如：無規(guī)聚苯乙烯PS，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA

拉伸過程中進(jìn)一步結(jié)晶而使結(jié)晶度↑，如：PET、PVA

拉伸過程中原結(jié)晶結(jié)構(gòu)被部分破壞而重建結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)晶度↓或↑，如：PP、PA2.拉伸過程中纖維性能的變化（1）密度和熔化熱初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸溫度而↑熱誘導(dǎo)結(jié)晶非晶或低結(jié)晶度初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸倍數(shù)而↑（取向誘導(dǎo)結(jié)晶）結(jié)晶度高的初生纖維的密度和熔化熱隨拉伸倍數(shù)而出現(xiàn)極小值原晶體破壞后再結(jié)晶聚丙烯纖維在60℃下拉伸時，密度ρ和熔融熱Hc對拉伸比的關(guān)系A(chǔ)—經(jīng)熱處理的試樣b—拉伸前驟冷的試樣（2）強(qiáng)度、拉伸模量和屈服應(yīng)力纖維的強(qiáng)度、拉伸模量和屈服應(yīng)力隨拉伸倍數(shù)而↑，增大速度不同各種纖維的強(qiáng)度對拉伸倍數(shù)R的依賴關(guān)系

1—粘膠纖維2—聚乙烯醇纖維3—聚甲醛纖維4—PVA與乙烯基己內(nèi)酰胺

5—聚酰胺和聚酯纖維6—聚丙烯腈纖維7—乙烯醇與N-乙烯基吡咯烷酮8—三醋酯纖維9——聚四氟乙烯纖維（3）斷裂伸長和總變形功拉伸倍數(shù)R↑，纖維的斷裂伸長和總變形功↓彈性變形功有一極大值幾種錦綸的變形彈性功對拉伸比的關(guān)系（曲線旁數(shù)字表示總纖度tex/復(fù)絲中單纖維根數(shù)）

（4）結(jié)構(gòu)的均勻性T提高，熱拉伸時間越長，松弛過程進(jìn)行完全，纖維的結(jié)構(gòu)均勻性提高拉伸工藝計算及質(zhì)量控制（一）工藝計算拉伸倍數(shù)名義拉伸倍數(shù)DR1=V2／V1

DR2=V3／V2

DR=DR1×DR2=V3／V1實(shí)際拉伸倍數(shù)=原絲纖度/成品絲纖度×（1-K）

k為拉伸打滑率牽伸輥線速度=熱輥直徑×3.14×c×頻率，c根據(jù)電機(jī)型號確定（二）拉伸質(zhì)量控制1.第二牽伸機(jī)自緊壓輥經(jīng)常出現(xiàn)斷絲、纏輥1.1當(dāng)前的絲質(zhì)量不好，弱絲多。1.2絲束干燥，易起毛。1.3剛開始生頭時，桶與桶之間絲條平衡時間差別大，絲條內(nèi)部性質(zhì)不一樣。1.4牽伸浴槽內(nèi)溫度過高或過低。1.5第二牽伸機(jī)壓輥表面磨損起毛1.6油劑濃度偏低1.7浴槽內(nèi)分絲棒或?qū)Я靼骞谓z2.動力電中斷處理方法2.1立即通知電儀人員查找故障原因。2.2關(guān)閉控制驅(qū)動部分（包括牽伸、卷曲、干燥、風(fēng)機(jī)、油劑泵、水循環(huán)泵與潤滑油電機(jī)）2.3及時處理機(jī)臺上的未牽伸絲，將分絲架上的絲束剪斷，掛好等待開車。2.4清理牽伸崗位衛(wèi)生。2.5將故障排除后重新開車。3.絲束往邊上跑偏3.1下導(dǎo)絲架眼睛導(dǎo)絲孔位置未調(diào)節(jié)好。3.2浸油槽和牽伸浴槽中導(dǎo)絲桿位置未調(diào)節(jié)好。3.3疊絲機(jī)導(dǎo)絲輥未調(diào)整好4.第三牽伸機(jī)加熱輥經(jīng)常纏輥

4.1未牽伸絲被帶入第三牽伸機(jī)。4.2原絲質(zhì)量不太好，經(jīng)第一段拉伸后絲束中含斷絲、毛絲較多。4.3第三牽伸機(jī)蒸汽壓力達(dá)不到設(shè)定要求，加熱輥表面溫度低。4.4個別加熱輥疏水器堵塞或冷凝水虹吸管損壞，輥內(nèi)積水較多，輥表面溫度低。4.5蒸汽加熱箱蒸汽量不足。4.6第三牽伸機(jī)牽伸輥?zhàn)冃位虮砻嫫鹈?.牽伸浴槽溫度異常5.1油劑循環(huán)狀態(tài)不好，油劑泵有故障。5.2蒸汽總管壓力波動。5.3蒸汽調(diào)節(jié)閥工作狀態(tài)不佳，泄漏或調(diào)節(jié)不及時，旁通閥泄漏。5.4疏水器堵塞，加熱效果不好。5.5工藝設(shè)定有錯誤。5.6人為操作因素，冷油劑加得太多。6.拉伸絲中末牽伸絲含量多6.1拉伸點(diǎn)位置不太穩(wěn)定。6.2一、二段拉伸倍數(shù)及其分配比不符合工藝要求。6.3絲束所經(jīng)過的各導(dǎo)絲器有磨損或毛疵。6.4原絲中有斷絲、毛絲、并絲以及絲束纏結(jié)。6.5原絲的預(yù)取向度、斷面不勻率和含油水率不符合要求。7.纏輥的處理方法

7.1如果纏輥時，一定要降速或停車處理，有纏絲檢測器的設(shè)備會自動停車，無纏絲檢測器的要手動停車。7.2低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，用長柄鉤刀鉤絲，精神要集中，在出口處鉤絲。7.3停車時，用長柄鉤刀鉤絲，在絲束入口處鉤絲，防止設(shè)備倒車時纏絲不易處理；有纏絲檢測器的各輥纏輥時，要在纏絲檢測器處將絲鉤斷，以便開車時將絲帶出。7.4將纏絲鉤斷后，拽下纏絲，剪去亂絲，將得頭掖到相鄰的絲片中。7.5低速啟動設(shè)備，運(yùn)行出緊張熱定型機(jī)后，將毛絲剪凈，當(dāng)纏輥絲過卷曲后，升速正常開車。8.過尾絲的處理方法8.1牽伸工看到尾絲出集束后，要跟著尾絲行進(jìn)，并示意卷曲過尾絲。8.2防止尾絲刮纏到纏絲檢測器上，讓尾上順利通過牽伸。8.3輔助尾絲通過卷曲。拉伸工藝條件及其影響因素（一）拉伸設(shè)備導(dǎo)絲架上每個孔都鑲嵌著一個氧化陶瓷圈。陶瓷圈既光滑又耐磨，以保證絲束在導(dǎo)絲過程中不損傷或掛斷。導(dǎo)絲架上共有20個導(dǎo)絲孔，其中2個備用，18個分成三組，以形成后面拉伸過程中的三片絲。上油槽：補(bǔ)充油劑（存放過程部分油劑蒸發(fā)）八輥導(dǎo)絲機(jī)：分絲架（把纖維分成片狀）、導(dǎo)絲輥（給纖維一定張力，均勻喂入拉伸輥），一道七輥與導(dǎo)絲機(jī)的速比約1.03七輥拉伸機(jī)：第一道有冷卻輥；第二道第一輥有毛刷（清理廢絲）；第三道有導(dǎo)絲板減少絲束打滑，輥的直徑遞增0.25mm，318.20mm-319.20mm在第一、第二牽伸機(jī)上均設(shè)有橡膠壓輥，其作用如下：擠出經(jīng)過油槽的絲束中多余的水分，保持穩(wěn)定的含油率，便于絲束在第三牽機(jī)上升溫快、定型效果好。增加拉伸輥與絲束間的摩擦力，減少絲束打滑，確保拉伸倍數(shù)穩(wěn)定，有效地控制拉伸點(diǎn)，提高拉伸質(zhì)量。增加絲片寬度，促進(jìn)纖維間的密合，使絲片厚薄均勻，有利于拉伸定型和卷曲。油水浴槽：拉伸時，絲束與金屬之間或絲束內(nèi)各纖維之間的摩擦可能產(chǎn)生大規(guī)模靜電，從而妨礙拉伸工藝正常進(jìn)行。同時集束期間盛絲桶上部絲束也比較干燥，容易產(chǎn)生毛絲。油劑浴槽的作用是使絲束得到適量的拉伸油劑，以保證絲束的拉伸加工性能。此外，絲束經(jīng)過油劑浴槽時，在水流作用下逐漸被擴(kuò)寬成為薄而均勻的絲片，有利于下一步均勻升溫。為了防止絲束在油浴中互相纏結(jié)，浴槽中還設(shè)有導(dǎo)絲桿，將18根絲束分為三片，三片絲在拉伸輥上分別進(jìn)行拉伸。卷曲時再將三片絲重疊。過熱蒸汽箱：進(jìn)一步加熱（二）拉伸工藝條件1.拉伸溫度：提高，絲條屈服應(yīng)力和拉伸應(yīng)力降低Tf﹥T﹥Tg二級拉伸工藝第一級拉伸：Tg以上，即在70~90℃Ⅰ、Ⅱ段→拉伸應(yīng)力較小→要求的加熱溫度較低→熱水（含油劑）浴加熱，70~90℃第二級拉伸：拉伸應(yīng)力較大→要求的加熱溫度較高→過熱蒸汽或沸水加熱，150（棉型）~180℃（毛型）

，使絲束表面溫度接近95-100℃2.拉伸速度：提高，生產(chǎn)能力提高，拉伸應(yīng)力增加；可適當(dāng)提高拉伸溫度，拉伸發(fā)熱絲束喂入速度υ1=30~45m/min出絲速度υ3=140~180m/min（毛型短纖維應(yīng)低）→2803.拉伸倍數(shù)及其分配：N和最大拉伸倍數(shù)之間與成品纖維強(qiáng)度、原絲質(zhì)量以及紡絲速度等有關(guān)；倍數(shù)增加，強(qiáng)力提高。民用絲：3.5~4.0倍；簾線絲不低于5倍總拉伸