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1、1高分子材料成型与加工高分子材料成型与加工第第 七七 讲讲2第二节第二节熔融纺丝实例熔融纺丝实例1 1、聚酰胺纤维、聚酰胺纤维简介简介2 2、聚酰胺的合成与纺丝、聚酰胺的合成与纺丝合成路线、纺丝方法、分子量要求合成路线、纺丝方法、分子量要求3、聚酰胺纤维的高速纺丝工艺、聚酰胺纤维的高速纺丝工艺切片含水率、纺丝温度、纺丝速度（切片含水率、纺丝温度、纺丝速度（聚酯）聚酯）4、聚酰胺高速纺丝拉伸一步法（、聚酰胺高速纺丝拉伸一步法（FDY）工艺）工艺纺丝速度（纺丝速度（40006000m/min）；）；喷头拉伸倍数（喷头拉伸倍数（200倍）、拉伸倍数（倍）、拉伸倍数（1.21.3倍）倍）第二章第二章化
2、学纤维的成型加工化学纤维的成型加工二、聚酰胺纤维二、聚酰胺纤维三、聚丙烯纤维三、聚丙烯纤维31、聚丙烯的结构聚丙烯的结构等规等规PP（纤维）、间规（纤维）、间规PP和无规和无规PP2、聚丙烯纤维简介、聚丙烯纤维简介3、聚丙烯的熔融纺丝、聚丙烯的熔融纺丝纺丝原料；纺丝温度（纺丝原料；纺丝温度（Tm+100）；冷却成形（快速冷却）、）；冷却成形（快速冷却）、 喷头拉伸（喷头拉伸（60倍左右）、挤出胀大比（较大）、纤维后拉伸倍左右）、挤出胀大比（较大）、纤维后拉伸 （温度（温度120130，拉伸，拉伸4.55.5倍）倍）4、聚丙烯纤维的热定型、聚丙烯纤维的热定型5、聚丙烯纤维的膜裂纺丝、聚丙烯纤维的
3、膜裂纺丝扁条纤维，割裂法和撕裂法扁条纤维，割裂法和撕裂法四、熔纺异形纤维四、熔纺异形纤维4截面为异形截面为异形(非圆形非圆形)，采用异形纺丝孔制成；采用异形纺丝孔制成； 赋予纤维不同的光泽效应和优良手感赋予纤维不同的光泽效应和优良手感。 1、异形喷丝孔与纤维截面异形喷丝孔与纤维截面 2、异形纤维的异形度异形纤维的异形度 3、影响异形纤维熔纺成形的因素影响异形纤维熔纺成形的因素熔体细流的出口膨化效应熔体细流的出口膨化效应 成形过程中的表面张力和粘性阻力成形过程中的表面张力和粘性阻力 4、熔纺工艺参数对纤维异形度的影响熔纺工艺参数对纤维异形度的影响 （1）冷却条件冷却条件（随冷却加剧随冷却加剧）
4、（2）纺速和熔体性质：纺丝速度纺速和熔体性质：纺丝速度，B 微弱微弱 ， 纺丝温度纺丝温度 ，B，聚合度聚合度， B 微弱微弱5两种聚合物熔体两种聚合物熔体，在喷丝孔入口处汇合在喷丝孔入口处汇合，一并挤出一并挤出， 迅速固化成形迅速固化成形，形成界面清晰的复合纤维形成界面清晰的复合纤维。五、复合纺丝五、复合纺丝1、复合纤维的种类复合纤维的种类（并列并列、皮芯皮芯、海岛海岛、剥离型剥离型） 2、复合纤维的制备复合纤维的制备 （1）复合纤维组分选择的原则复合纤维组分选择的原则 成型方法相同成型方法相同、粘度相近粘度相近、依品种选择相容性好坏依品种选择相容性好坏 （2）两相流体的流变特性两相流体的流
5、变特性 压力及速度分布一致压力及速度分布一致、流动曲线流动曲线、界面迁移和出口弯角界面迁移和出口弯角 （3）并列型纤维的界面几何结构并列型纤维的界面几何结构 组分粘度比组分粘度比、复合比的影响复合比的影响 3、复合纺丝应用复合纺丝应用 三维卷曲纤维；超细纤维三维卷曲纤维；超细纤维六、熔喷无纺布六、熔喷无纺布61、熔喷的工艺原理、熔喷的工艺原理利利用高速热空气对模头挤出的熔体细流进行牵伸，形成超细用高速热空气对模头挤出的熔体细流进行牵伸，形成超细纤维纤维，铺网，铺网成成无纺无纺布布。分熔喷纤维和纺粘纤维两种。分熔喷纤维和纺粘纤维两种。2、熔喷装置：、熔喷装置：水平式和垂直式水平式和垂直式3、接收
6、装置接收装置类型：类型：滚筒式滚筒式、平网式平网式、立体成型立体成型(芯轴芯轴)4、熔喷工艺流程与熔喷模头组合件、熔喷工艺流程与熔喷模头组合件5、熔喷无纺布主要应用、熔喷无纺布主要应用过滤材料、医疗卫生材料、环境保护材料、服装材料、过滤材料、医疗卫生材料、环境保护材料、服装材料、电池隔膜材料电池隔膜材料第三节第三节 湿法纺丝湿法纺丝第二章第二章 化学纤维的成型加工化学纤维的成型加工7高聚物纺丝方法的选择高聚物纺丝方法的选择高聚物高聚物熔点熔点/热分解温度热分解温度 /纺丝方法纺丝方法聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚己内酰胺聚己内酰胺(PA6)等规聚丙烯等规聚丙烯(PP)聚丙烯睛
7、聚丙烯睛(PAN)聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)纤维素（纤维素（cellulose）265215176320225230-300350300350350380200250200220180220熔融纺丝熔融纺丝熔融纺丝熔融纺丝熔融纺丝熔融纺丝溶液纺丝溶液纺丝(湿纺湿纺)溶液纺丝溶液纺丝(湿纺湿纺)溶液纺丝溶液纺丝熔点低于热分解温度的高聚物可以进行熔体纺丝；熔点低于热分解温度的高聚物可以进行熔体纺丝；熔点与热熔点与热 分解温度接近，甚至高于热分解温度的要采用溶液纺丝分解温度接近，甚至高于热分解温度的要采用溶液纺丝。8溶液纺丝溶液纺丝 湿法纺丝：湿法纺丝：腈纶、粘胶、间位芳纶（中国、帝人）等腈纶、粘胶
8、、间位芳纶（中国、帝人）等 干法纺丝：干法纺丝：氨纶、杜邦氨纶、杜邦Nomex、聚酰亚胺纤维、聚酰亚胺纤维 干湿干湿法法纺丝纺丝 普通干湿法普通干湿法纺丝：纺丝：高强高强PAN基碳纤维原丝基碳纤维原丝 冻胶冻胶纺丝：纺丝：UHMWPE纤维纤维 液晶纺丝（溶致液晶液晶纺丝（溶致液晶）：）：对位芳纶对位芳纶9一、湿法纺丝一、湿法纺丝 湿法纺丝：是将高聚物在溶剂中配成湿法纺丝：是将高聚物在溶剂中配成纺丝原液纺丝原液（成纤聚合物（成纤聚合物的浓溶液），然后把原液的浓溶液），然后把原液经过滤、脱泡，通过计量泵从喷丝经过滤、脱泡，通过计量泵从喷丝头挤出，头挤出，在在凝固浴的作用凝固浴的作用下，粘液细流内的
9、下，粘液细流内的溶剂扩散溶剂扩散以及以及凝凝固剂固剂向粘液细流中向粘液细流中渗透渗透，经过适当的喷丝头拉伸，经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤形成初生纤维维的方法。的方法。 由喷丝孔挤出的由喷丝孔挤出的原液细流与凝固浴之间进行质量交换原液细流与凝固浴之间进行质量交换，交换，交换的结果使原液细流的低分子组分的组成发生变化，导致的结果使原液细流的低分子组分的组成发生变化，导致聚合聚合物物析出成为析出成为溶剂含量较高的凝胶溶剂含量较高的凝胶。在。在进一步脱溶剂化进一步脱溶剂化的同时的同时，发生了凝胶的脱水收缩并，发生了凝胶的脱水收缩并转变成转变成流动性很差的流动性很差的初生纤维初生纤维。10一、湿法纺丝
10、一、湿法纺丝一步法：一步法：单体直接单体直接聚合聚合聚合物聚合物溶液溶液二步法二步法：固体成纤聚合物固体成纤聚合物纺丝液纺丝液纺丝机纺丝机混合、混合、过滤过滤+ +溶剂溶剂 溶解溶解分离、干燥分离、干燥烛烛形形滤器滤器计量泵计量泵喷喷丝头丝头凝固浴凝固浴后处理后处理脱泡脱泡凝固浴中凝固剂与原液细流中溶剂间发生双扩散凝固浴中凝固剂与原液细流中溶剂间发生双扩散1112 湿法纺丝工序湿法纺丝工序(1)(1)制备纺丝原液；制备纺丝原液；(2)(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)(3)原液细流凝固成初生纤维；原液细流凝固成初生纤维；(4)(4)初生纤维卷装或直接进行后处理
11、。初生纤维卷装或直接进行后处理。 湿法纺丝的特点：湿法纺丝的特点：湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为5050100m/100m/ minmin，而喷丝板的孔数较熔体纺丝多，一般达，而喷丝板的孔数较熔体纺丝多，一般达4000400020002000孔。湿孔。湿 法纺丝得到纤维截面大多呈非圆形，且有较明显的皮芯结构，法纺丝得到纤维截面大多呈非圆形，且有较明显的皮芯结构， 这主要是由凝固液的固化作用而造成的。这主要是由凝固液的固化作用而造成的。 湿法纺丝的湿法纺丝的缺点：缺点：工艺流程复杂，投资大、纺丝速度低，生产工艺流程复杂，投资大、纺丝速度低，生产 成本较高。一般在短纤
12、维生产时，可采用多孔喷丝头并组合喷成本较高。一般在短纤维生产时，可采用多孔喷丝头并组合喷 丝喷丝板来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。丝喷丝板来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。纺丝纺丝组合喷丝板：可达几万孔组合喷丝板：可达几万孔拉伸浴拉伸浴喷丝孔孔径：喷丝孔孔径：0.060.08mm纤维直径：纤维直径：1018 um纤维纤度：纤维纤度：1.03.0dtex13 溶剂与凝固剂间的双扩散溶剂与凝固剂间的双扩散凝固浴中的凝固剂向原液细流内部的扩散；凝固浴中的凝固剂向原液细流内部的扩散； 原液中的溶剂向凝固浴的扩散；原液中的溶剂向凝固浴的扩散； 扩散动力学问题：原液细流和凝固剂的扩散速率
13、扩散动力学问题：原液细流和凝固剂的扩散速率 相分离过程相分离过程涉及的主要问题：涉及的主要问题： 速度场速度场V V- -X X； 应力场应力场P P- -X X； 温度场温度场T T- -X X； 浓度场浓度场C Ci i- -X X 相分离的热力学条件：相分离的热力学条件： 聚合物（聚合物（P P）、溶剂（）、溶剂（S S）和凝固剂（）和凝固剂（N N）三者之间对应关系）三者之间对应关系 纺丝线上纤维的结构形成纺丝线上纤维的结构形成超分子结构；形态结构超分子结构；形态结构原液原液细细流凝固成初生纤维流凝固成初生纤维14一、湿法纺丝过程一、湿法纺丝过程1、湿法、湿法成型过程中纺丝线上的速度分
14、布成型过程中纺丝线上的速度分布纺丝原液细流的细化过程示意图纺丝原液细流的细化过程示意图根据细流沿纺程根据细流沿纺程X所具有的运动学特点，把纺程分为四个区域：所具有的运动学特点，把纺程分为四个区域： 孔流区孔流区()、胀大区、胀大区()、细化区、细化区()、等速区、等速区()15对稳态纺丝，若体系的密度对稳态纺丝，若体系的密度x x沿纺程不变：沿纺程不变：VxAxCx=常数常数Vx、Ax、Cx分别为纺分别为纺程程x处纺丝线速度、原液细流截面积及处纺丝线速度、原液细流截面积及细流内聚合物浓度；细流内聚合物浓度；Vx沿纺丝线变化依赖于沿纺丝线变化依赖于其其直径直径Dx和聚合物浓度和聚合物浓度Cx的的
15、分布；分布；由于双扩散致使聚合物浓度由于双扩散致使聚合物浓度Cx沿纺程变化，沿纺程变化，Vx与与Dx无单值无单值关系；关系；因此因此在湿纺中，必须独立地在湿纺中，必须独立地测量这测量这两个特征两个特征量。量。1、湿法、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布成型过程中纺丝线上的速度分布16由于喷丝头拉伸比的不同，湿纺纺丝由于喷丝头拉伸比的不同，湿纺纺丝 线上的线上的V Vx x和有两种情况：和有两种情况：正拉伸：正拉伸：V Vx xVVo o，胀大区缩小或消失，胀大区缩小或消失零拉伸或负拉伸：零拉伸或负拉伸：V Vx xVVo o，存在胀大区，存在胀大区湿纺中，当纺丝原液从喷丝孔挤湿纺中，当纺丝原液从
16、喷丝孔挤 出时，原液尚未固化，纺丝线的抗张出时，原液尚未固化，纺丝线的抗张 强度很低，不能承受过大的喷丝头拉强度很低，不能承受过大的喷丝头拉 伸，故湿法成型通常采用喷丝头负拉伸，故湿法成型通常采用喷丝头负拉 伸、零拉伸或不大的正拉伸。伸、零拉伸或不大的正拉伸。1、湿法、湿法成型过程中纺丝线上的速度分布成型过程中纺丝线上的速度分布不同喷头拉伸下的细流直径分布图不同喷头拉伸下的细流直径分布图1、2、3对应喷头对应喷头拉伸依次下降拉伸依次下降17胀大胀大区区 ：沿沿纺程纺程Vx，dVx/dx0, d2Vx/dx0 b区：区：dVx/dx0, d2Vx/dx芯层的取向度；芯层的取向度； X=x处皮层内处皮层内拉伸应力拉伸应力*=R（即靠近喷丝头）时，（即靠近喷丝头）时，xx,s最大，因此纺丝不稳定时最大，因
