第八章-合成纤维的成型(二)PPT课件

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1、第八章第八章 纤维的加工纤维的加工2021/6/718.58.5合成纤维的热定型合成纤维的热定型8.48.4合成纤维的拉伸合成纤维的拉伸8.68.6 几种纤维的纺丝过程几种纤维的纺丝过程8.38.3合成纤维成型原理合成纤维成型原理 8.18.1概述概述 8.28.2纺丝液的制备纺丝液的制备 2021/6/728.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸概述概述 不论是熔纺成型的不论是熔纺成型的卷绕丝卷绕丝卷绕丝卷绕丝还是混纺成型的还是混纺成型的凝固丝凝固丝凝固丝凝固丝，统称，统称为初生纤维。由于其结构尚不稳定，超分子结构序态较低，为初生纤维。由于其结构尚不稳定，超分子结构序态较低，所以其物理机械性

2、能还不能满足纺织加工的要求，必须通所以其物理机械性能还不能满足纺织加工的要求，必须通过一系列后加工工序。过一系列后加工工序。 其中最重要的是拉伸和热定型。其中最重要的是拉伸和热定型。2021/6/73 纤维的低序区纤维的低序区(对结晶高聚物来说即为非晶区对结晶高聚物来说即为非晶区)的大分子沿的大分子沿纤维轴向的取向度大大提高；同时伴有密度、结晶度等其它结纤维轴向的取向度大大提高；同时伴有密度、结晶度等其它结构方面的变化；构方面的变化； 结果：结果：结果：结果： 使纤维承受外加张力的分子链数目增加了，使纤维的断裂使纤维承受外加张力的分子链数目增加了，使纤维的断裂强度显著提高，延伸度下降，耐磨性和

3、对各种不同类型形变的强度显著提高，延伸度下降，耐磨性和对各种不同类型形变的疲劳强度亦明显提高。疲劳强度亦明显提高。各种初生纤维在拉伸过程中所发生的结构和性能的共同点：各种初生纤维在拉伸过程中所发生的结构和性能的共同点：8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸概述概述2021/6/74 在合成纤维生产中，拉伸可以与纺丝工序连续地进行，在合成纤维生产中，拉伸可以与纺丝工序连续地进行，也可与纺丝工序分开。也可与纺丝工序分开。 拉伸过程：先把初生纤维卷装在筒子上或存于盛丝筒拉伸过程：先把初生纤维卷装在筒子上或存于盛丝筒中，然后在专门的拉伸设备上进行拉伸。中，然后在专门的拉伸设备上进行拉伸。 8.4 、

4、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸拉伸的实施方法拉伸的实施方法2021/6/75初生纤维的拉伸可一次完成，有的必须进行分段拉伸。初生纤维的拉伸可一次完成，有的必须进行分段拉伸。纤维的总拉伸倍数是各段拉伸倍数的乘积。一般熔纺纤维纤维的总拉伸倍数是各段拉伸倍数的乘积。一般熔纺纤维的总拉伸倍数约为的总拉伸倍数约为3.07.0；湿纺纤维拉伸倍数可达；湿纺纤维拉伸倍数可达8120倍；某些高强高模纤维，采用冻胶纺丝法，拉伸倍数达几十倍；某些高强高模纤维，采用冻胶纺丝法，拉伸倍数达几十到上百倍。到上百倍。 纤维的品种和纺丝方法不同，初生纤维的结构和性质不一纤维的品种和纺丝方法不同，初生纤维的结构和性质不一样，拉

5、伸的条件和方式就不相同。样，拉伸的条件和方式就不相同。 按拉伸时纤维所处的介质来分，纤维拉伸的方式一般有按拉伸时纤维所处的介质来分，纤维拉伸的方式一般有干干干干拉伸、蒸汽浴拉伸和湿拉伸三种拉伸、蒸汽浴拉伸和湿拉伸三种拉伸、蒸汽浴拉伸和湿拉伸三种拉伸、蒸汽浴拉伸和湿拉伸三种。 8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/76 干拉伸干拉伸干拉伸干拉伸是指拉伸时初生纤维处于空气包围之中，纤维与空是指拉伸时初生纤维处于空气包围之中，纤维与空气介质及加热器之间有热量传递。干拉伸又可分为室温拉伸和气介质及加热器之间有热量传递。干拉伸又可分为室温拉伸和热拉伸。热拉伸。 蒸汽浴拉伸蒸汽浴拉伸蒸汽浴

6、拉伸蒸汽浴拉伸是指拉伸时纤维被包围在饱和蒸汽或过热蒸汽之是指拉伸时纤维被包围在饱和蒸汽或过热蒸汽之中，由于加热和水分子的增塑作用，使纤维的拉伸应力有较大中，由于加热和水分子的增塑作用，使纤维的拉伸应力有较大的下降。的下降。 湿拉伸湿拉伸湿拉伸湿拉伸是指拉伸时纤维被液体介质包围，有热量传递，在成是指拉伸时纤维被液体介质包围，有热量传递，在成型过程中的拉伸还可能有传质过程甚至有化学反应。型过程中的拉伸还可能有传质过程甚至有化学反应。8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸 拉伸过程不仅是纤维几何形状改变的过程，而且是纤维结构拉伸过程不仅是纤维几何形状改变的过程，而且是纤维结构重新组建和形成的过程。

7、重新组建和形成的过程。2021/6/77 测定应力应变关系的方法，一般是沿纤维轴向拉伸，测测定应力应变关系的方法，一般是沿纤维轴向拉伸，测定纤维负荷和伸长的关系，而后换算成应力应变关系。定纤维负荷和伸长的关系，而后换算成应力应变关系。 在拉伸过程中，应力和应变不断地变化。在拉伸过程中，应力和应变不断地变化。 反映初生纤维拉伸时应力应变变化的曲线又称反映初生纤维拉伸时应力应变变化的曲线又称拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线拉伸曲线 各种初生纤维的应力应变曲线各种初生纤维的应力应变曲线(简称简称S-S曲线曲线)可归纳为可归纳为如图所示的三种基本类型。如图所示的三种基本类型。拉伸过程中的应力应变性质的变化拉伸

8、过程中的应力应变性质的变化8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/788.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/79（1）a型：曲线呈凸形，型：曲线呈凸形，模量模量模量模量随着随着随着随着 的发展而减小的发展而减小的发展而减小的发展而减小，由曲线可，由曲线可见，随着见，随着的增大，许用应力到的增大，许用应力到达临界点，即到达最大值达临界点，即到达最大值* (称为屈服应力称为屈服应力)，随后急剧下，随后急剧下降，出现降，出现应力集中和细化点。应力集中和细化点。应力集中和细化点。应力集中和细化点。 因为模量因为模量E下降，纤维经不起拉伸，很快就被拉断，也就下降，纤维经不起

9、拉伸，很快就被拉断，也就是当纤维克服了屈服应力是当纤维克服了屈服应力*而开始塑性变形时，就立即断裂。而开始塑性变形时，就立即断裂。 也有人说这种拉伸曲线是屈服应力大于断裂强度。塑料也有人说这种拉伸曲线是屈服应力大于断裂强度。塑料和金属材料的拉伸属于这种类型。和金属材料的拉伸属于这种类型。 应力应变行为说明这种类型的初生纤维是不可拉伸的应力应变行为说明这种类型的初生纤维是不可拉伸的(拉伸时出现脆性断裂拉伸时出现脆性断裂)，应避免初生纤维出现这种应力应变，应避免初生纤维出现这种应力应变行为。行为。8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/710（2）b型：曲线呈凹形，表型：曲线呈凹形，

10、表明初生纤维在拉伸时，模量明初生纤维在拉伸时，模量不断增加，即不断增加，即模量随着应变模量随着应变模量随着应变模量随着应变的增大而增大的增大而增大的增大而增大的增大而增大，纤维在拉伸，纤维在拉伸过程中发生自增强作用。过程中发生自增强作用。 正因为纤维自增强，所以不出现细化点，能承受更大的拉正因为纤维自增强，所以不出现细化点，能承受更大的拉伸应力，拉伸可顺利进行。伸应力，拉伸可顺利进行。 这种拉伸不会出现应力集中，是属于这种拉伸不会出现应力集中，是属于均匀拉伸均匀拉伸均匀拉伸均匀拉伸。 硫化橡胶的硫化橡胶的SS曲线就是典型的曲线就是典型的b型曲线。型曲线。 拉伸曲线呈这种类型的初生纤维，其拉伸性

11、是好的。拉伸曲线呈这种类型的初生纤维，其拉伸性是好的。 湿法纺丝成形的凝固丝湿法纺丝成形的凝固丝湿法纺丝成形的凝固丝湿法纺丝成形的凝固丝的的SS曲线基本上属于曲线基本上属于b型曲线，型曲线，拉伸时不会出现细颈现象。拉伸时不会出现细颈现象。8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/711（3）c型：先凸后凹形，型：先凸后凹形， 从图看出，在曲从图看出，在曲线上有屈服点，还有线上有屈服点，还有a几乎不变的平台区。几乎不变的平台区。 在小形变区内，即在小形变区内，即1时，形变是均匀时，形变是均匀且可逆的，相当于弹性形变；在且可逆的，相当于弹性形变；在12区区内，形变先集中在一个或多个细颈

12、处，继而内，形变先集中在一个或多个细颈处，继而细颈逐渐发展，在此区域内拉伸属于不均匀细颈逐渐发展，在此区域内拉伸属于不均匀拉伸；当拉伸；当2时，形变又是均匀的，拉伸时，形变又是均匀的，拉伸应力逐渐增大，而形变也随之增大，直至断应力逐渐增大，而形变也随之增大，直至断裂。裂。 具有具有c型应力应变曲线的拉伸过型应力应变曲线的拉伸过程又称为程又称为冷拉过程。冷拉过程。冷拉过程。冷拉过程。 本体聚合物初生纤维，如涤纶、锦本体聚合物初生纤维，如涤纶、锦纶和丙纶的熔纺卷绕丝，在纶和丙纶的熔纺卷绕丝，在Tg附近拉伸附近拉伸时，其应力应变曲线基本属于时，其应力应变曲线基本属于c型曲型曲线。线。8.4 、合成纤

13、维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/712 实际生产应该控制拉伸条件使应力实际生产应该控制拉伸条件使应力-应变曲线呈应变曲线呈b型和型和c型型(控制实际拉伸倍数大于自然拉伸比而小于最大拉伸比控制实际拉伸倍数大于自然拉伸比而小于最大拉伸比控制实际拉伸倍数大于自然拉伸比而小于最大拉伸比控制实际拉伸倍数大于自然拉伸比而小于最大拉伸比)8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/7138.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸初生纤维结构对拉伸性能的影响初生纤维结构对拉伸性能的影响 1、结晶度和晶型、结晶度和晶型初生纤维随着结晶度或取向度的增大，初始模量增大，屈初生纤维随着结晶度或取向度的增

14、大，初始模量增大，屈服应力增大而断裂伸长则减小，不合适拉伸。服应力增大而断裂伸长则减小，不合适拉伸。不同结晶晶型的聚合物，其拉伸行为与各种晶型的相对含不同结晶晶型的聚合物，其拉伸行为与各种晶型的相对含量有关。量有关。2021/6/7148.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2、预取向、预取向 为了提高初生纤维的可为了提高初生纤维的可拉伸性，使拉伸倍率增大，拉伸性，使拉伸倍率增大，拉伸顺利，并使成品纤维强拉伸顺利，并使成品纤维强度较大，断裂伸长较小，应度较大，断裂伸长较小，应适当控制纺丝条件，不要使适当控制纺丝条件，不要使初生纤维取向度太高。初生纤维取向度太高。2021/6/7158.4 、合

15、成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸3、初生纤维平均相对分子质量、初生纤维平均相对分子质量一般说，随着初生纤维相对分子质量的增大，拉伸时的屈一般说，随着初生纤维相对分子质量的增大，拉伸时的屈服应力有所提高。服应力有所提高。要使初生纤维有可拉伸性，相对分子质量必须达到某一数要使初生纤维有可拉伸性，相对分子质量必须达到某一数值。值。相对分子质量超过一定限度，反而会使纤维的可拉伸性降相对分子质量超过一定限度，反而会使纤维的可拉伸性降低。低。2021/6/7168.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸4、初生纤维中的低分子物、初生纤维中的低分子物低分子物包括水、溶剂、固低分子物包括水、溶剂、固体粒子等。体粒子

16、等。水、溶剂有增塑作用，对纤水、溶剂有增塑作用，对纤维拉伸行为的影响与提高温度维拉伸行为的影响与提高温度相似。相似。含有固体粒子的经不起拉伸含有固体粒子的经不起拉伸 湿纺的拉伸与冻胶体的交联湿纺的拉伸与冻胶体的交联点有关。点有关。2021/6/7178.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸拉伸条件对拉伸性能的影响拉伸条件对拉伸性能的影响 1、拉伸温度、拉伸温度初生纤维应力初生纤维应力-应变曲线对温度非常敏感。应变曲线对温度非常敏感。一般认为在一般认为在Tg以上拉伸就不出现细颈，而且温度与拉伸速度以上拉伸就不出现细颈，而且温度与拉伸速度有关。有关。湿纺凝固丝的拉伸，一般属于湿纺凝固丝的拉伸，一般

17、属于b型的均匀拉伸，但也不是绝对型的均匀拉伸，但也不是绝对的，往往会受拉伸温度的影响而改变。的，往往会受拉伸温度的影响而改变。 因此，初生纤维拉伸时，适当地提高拉伸幅度到聚合物的因此，初生纤维拉伸时，适当地提高拉伸幅度到聚合物的Tg以上是必要的，而且在多级拉伸中温度要逐级提高。以上是必要的，而且在多级拉伸中温度要逐级提高。2021/6/7188.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2、拉伸速度、拉伸速度 由于聚合物的时温等效原理，增大拉伸速度，对应力由于聚合物的时温等效原理，增大拉伸速度，对应力-应变曲线应变曲线的影响与降低温度的影响相是类似。的影响与降低温度的影响相是类似。对于部分结晶的初生

18、纤维（包括非晶区和不稳定的或不完善的对于部分结晶的初生纤维（包括非晶区和不稳定的或不完善的晶体），拉伸速度不宜太快或太慢。晶体），拉伸速度不宜太快或太慢。拉伸速度适中，应力足以使不稳定的结晶结构破坏，并随后得拉伸速度适中，应力足以使不稳定的结晶结构破坏，并随后得到重建。到重建。2021/6/719 非晶态高聚物纤维的拉伸取向较简单，视取向单元的不同，非晶态高聚物纤维的拉伸取向较简单，视取向单元的不同，可以分为分子链和链段取向。可以分为分子链和链段取向。 结晶性线型聚合物纤维在拉伸时的结构大体上可以分为以下结晶性线型聚合物纤维在拉伸时的结构大体上可以分为以下两类：两类：未拉伸丝已结晶，拉伸时几乎

19、不结晶，未拉伸丝已结晶，拉伸时几乎不结晶，例如纤维素纤维。例如纤维素纤维。例如纤维素纤维。例如纤维素纤维。未拉伸丝是无定形的，拉伸时在大分子链取向的同时进行结未拉伸丝是无定形的，拉伸时在大分子链取向的同时进行结晶化，晶化，例如聚酯纤维。例如聚酯纤维。例如聚酯纤维。例如聚酯纤维。分子取向分子取向（1）拉伸过程中纤维结构的变化）拉伸过程中纤维结构的变化拉伸中纤维结构和性能的变化拉伸中纤维结构和性能的变化8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/7208.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸 聚合物拉伸取向的结果，聚合物拉伸取向的结果，伸直链段的数目增多，而折叠段伸直链段的数目增多，而折

20、叠段伸直链段的数目增多，而折叠段伸直链段的数目增多，而折叠段的数目减少，的数目减少，的数目减少，的数目减少，由于这些片晶之间的连结链增加，从而提高了由于这些片晶之间的连结链增加，从而提高了取向聚合物纤维的取向聚合物纤维的力学强度和韧性力学强度和韧性力学强度和韧性力学强度和韧性。2021/6/721 对于不同化学结构的结晶高聚物，在不同的拉伸工艺条件对于不同化学结构的结晶高聚物，在不同的拉伸工艺条件下，结晶变化一般可分为三种情况：下，结晶变化一般可分为三种情况： 拉伸过程中相态结构不发生变化，非晶态的未拉伸试样拉伸过程中相态结构不发生变化，非晶态的未拉伸试样拉伸后仍保持非晶态，结晶试样则不改变其

21、结晶度；拉伸后仍保持非晶态，结晶试样则不改变其结晶度；如无规聚苯如无规聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯 拉伸过程中试样原有结构发生部分破坏，结晶度有所降拉伸过程中试样原有结构发生部分破坏，结晶度有所降低；低；聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯纤维冷拉时聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯纤维冷拉时 拉伸过程中发生进一步结晶，结晶度有所增大。拉伸过程中发生进一步结晶，结晶度有所增大。聚乙烯、聚聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯及聚乙烯醇纤维热拉伸或冷拉伸时丙烯、聚酯、聚酰胺、聚氯乙烯及聚乙烯醇纤维热拉伸或冷拉伸时结晶的变化结晶的变化8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/722 综上所述

22、，拉伸过程中引起原有纤维相态结构变化的程综上所述，拉伸过程中引起原有纤维相态结构变化的程度，取决于纤维本身的性质和拉伸条件。度，取决于纤维本身的性质和拉伸条件。 一般说来，未拉伸纤维的序态越高，则其破坏就越大，一般说来，未拉伸纤维的序态越高，则其破坏就越大，一般说来，未拉伸纤维的序态越高，则其破坏就越大，一般说来，未拉伸纤维的序态越高，则其破坏就越大，拉伸纤维结构的缺陷也就越大。拉伸纤维结构的缺陷也就越大。拉伸纤维结构的缺陷也就越大。拉伸纤维结构的缺陷也就越大。 因此，一般在纺丝成型过程中，希望得到取向度和结晶度因此，一般在纺丝成型过程中，希望得到取向度和结晶度尽可能低尽可能低(或具有较不稳定

23、结晶变体或具有较不稳定结晶变体)的卷绕丝，以利于通过后的卷绕丝，以利于通过后拉伸而得到结构较完善、性能较优良的纤维。拉伸而得到结构较完善、性能较优良的纤维。 注意：不包括采用高速纺丝或超高速纺丝工艺以得到部分注意：不包括采用高速纺丝或超高速纺丝工艺以得到部分取向丝取向丝(POY)或接近完全取向丝或接近完全取向丝(FOY)在内。在内。8.4 、合成纤维的拉伸、合成纤维的拉伸2021/6/723合成纤维拉伸后，超分子结构已基本形成。合成纤维拉伸后，超分子结构已基本形成。但是在这些工艺过程中，纤维的停留时间很短，有些分子链但是在这些工艺过程中，纤维的停留时间很短，有些分子链处于松弛状态，而另一些链段

24、处于紧张状态。处于松弛状态，而另一些链段处于紧张状态。主要受纤维材料粘弹特性的控制，或受到分子运动强度的制主要受纤维材料粘弹特性的控制，或受到分子运动强度的制约。约。高温下大分子运动强度增加很快，可以在数分钟内就使体系高温下大分子运动强度增加很快，可以在数分钟内就使体系接近平衡。接近平衡。这种平衡处理工序通常称为热定型。这种平衡处理工序通常称为热定型。拉伸纤维经热处理过程达到一个新的稳定平衡，使纤维拉伸拉伸纤维经热处理过程达到一个新的稳定平衡，使纤维拉伸产生的应力不均匀和新的结构缺陷得到完善。产生的应力不均匀和新的结构缺陷得到完善。热定型除了加热之外，还伴随有湿处理，如蒸气、水或塑化热定型除了

25、加热之外，还伴随有湿处理，如蒸气、水或塑化浴等。浴等。8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型 2021/6/724 热定型要达到的是热定型要达到的是修补式改善修补式改善修补式改善修补式改善纤维成型或拉伸过程中已经纤维成型或拉伸过程中已经形成的不完善结构，而不是彻底破坏和重建。形成的不完善结构，而不是彻底破坏和重建。 这些结构上的变化，归纳起来有三个方面：这些结构上的变化，归纳起来有三个方面：提高纤维的形状稳定性提高纤维的形状稳定性( (尺寸稳定性尺寸稳定性) )；进一步改善纤维的物理进一步改善纤维的物理- -机械性能；机械性能；改善纤维的染色性能；改善纤维的染色性能；也可以通过热定型使纤

26、维发生热交联，或借以制取高收缩性也可以通过热定型使纤维发生热交联，或借以制取高收缩性和高蓬松性的纤维。和高蓬松性的纤维。8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型 2021/6/725热定型过程中纤维结构的变化热定型过程中纤维结构的变化热定型中纤维结构和性能的变化热定型中纤维结构和性能的变化8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型结晶度的变化结晶度的变化微晶尺寸和晶格结构的变化微晶尺寸和晶格结构的变化取向度的变化取向度的变化 经验经验“转变温度转变温度”(Tt)定义为粘弹回复速率等于定义为粘弹回复速率等于10min时的温度，即此温度相当于松弛时间为时的温度，即此温度相当于松弛时间为10m

27、in。热定型温度的选择热定型温度的选择2021/6/726 热定型时纤维发生松弛和结构变化，引起纤维物理机热定型时纤维发生松弛和结构变化，引起纤维物理机械性质发生改变，这种改变取决于始用纤维的性质和热定型械性质发生改变，这种改变取决于始用纤维的性质和热定型条件，持别是定型温度和张力对纤维物理机械性质的影响条件，持别是定型温度和张力对纤维物理机械性质的影响最为明显。最为明显。热定型对纤维物理热定型对纤维物理-机械性质的影响机械性质的影响（1 1）热定型的温度、张力对纤维应力应变行为的影响）热定型的温度、张力对纤维应力应变行为的影响（2 2）热定型对纤维热收缩的影响）热定型对纤维热收缩的影响（3

28、3）热定型对纤维染色性能的影响）热定型对纤维染色性能的影响8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/727 目前研究纤维的热定型，目前研究纤维的热定型，可从热定型过程中纤维大分子间可从热定型过程中纤维大分子间可从热定型过程中纤维大分子间可从热定型过程中纤维大分子间作用力的变化，热定型与分子运动作用力的变化，热定型与分子运动作用力的变化，热定型与分子运动作用力的变化，热定型与分子运动等方面来进行探讨。等方面来进行探讨。热定型机理热定型机理8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型 纤维热定型过程的复杂性：焓变、熵变、多种运动单元纤维热定型过程的复杂性：焓变、熵变、多种运动单元2

29、021/6/728热定型过程中大分子间作用能的变化热定型过程中大分子间作用能的变化8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/729第一阶段：第一阶段： “松懈松懈”阶段阶段 用加热或掺入增塑剂的方法使存在于纤维中的分子间作用用加热或掺入增塑剂的方法使存在于纤维中的分子间作用力减弱，并使纤维达到高于力减弱，并使纤维达到高于Tg的温度。的温度。8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/730 第二阶段：真正的定型阶段第二阶段：真正的定型阶段 形成新的键过程形成新的键过程8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/731 第三阶段：冷却固定阶段第三阶段：

30、冷却固定阶段 新生结构的固定发生得很快，可在几秒内完成，因此此过新生结构的固定发生得很快，可在几秒内完成，因此此过程取决于传热或增塑剂的扩散速度。程取决于传热或增塑剂的扩散速度。8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/732第一步：时间很短，主要发生传热、传质、内应力松弛，纤维第一步：时间很短，主要发生传热、传质、内应力松弛，纤维的主要物理机械性质改变；的主要物理机械性质改变；第二步：时间长，形成较大的超分子结构单元和分子间键，结第二步：时间长，形成较大的超分子结构单元和分子间键，结构得到稳定；构得到稳定；第三步：冷却或去除增塑剂，时间很快，结构的变化被固定下第三步：冷却或去

31、除增塑剂，时间很快，结构的变化被固定下来。来。总结三步过程总结三步过程8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/733 热定型与分子运动热定型与分子运动8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型 纤维在使用温度下具有必要的柔性和弹性，同时又希望纤维在使用温度下具有必要的柔性和弹性，同时又希望保持纤维的形状和尺寸的稳定性。保持纤维的形状和尺寸的稳定性。 要符合上述条件，就要求成纤聚合物结构中存在多种运要符合上述条件，就要求成纤聚合物结构中存在多种运动单元。动单元。2021/6/734 一种理想纤维的内耗温度谱应包括两部分内容：一种理想纤维的内耗温度谱应包括两部分内容： 一是一是

32、松弛时间短的运动单元松弛时间短的运动单元，其内耗峰的位置低于室温，其内耗峰的位置低于室温，这就是说，在低于室温时，这些小的运动单元已发生运动，这就是说，在低于室温时，这些小的运动单元已发生运动，这就使纤维在室温下具有必要的这就使纤维在室温下具有必要的柔性和弹性；柔性和弹性； 另一部分是另一部分是松弛时间相当长，松弛时间相当长，相当于室温以上具有内耗峰，相当于室温以上具有内耗峰，这就是说，一些较大的运动单元这就是说，一些较大的运动单元(一般指链段一般指链段)在室温下还不能在室温下还不能发生运动，发生运动，这就防止了在室温下发生蠕变或松弛。这就防止了在室温下发生蠕变或松弛。 8.5 、合成纤维的热

33、定型、合成纤维的热定型2021/6/735 涤纶的涤纶的转变温度高于室温，转变温度高于室温，内耗峰在内耗峰在-50附近，即涤附近，即涤纶具有上述的双内耗峰现象，因此，涤纶的热定型效果很好。纶具有上述的双内耗峰现象，因此，涤纶的热定型效果很好。8.5 、合成纤维的热定型、合成纤维的热定型2021/6/736（一）熔体纺丝（一）熔体纺丝 1、切片纺丝过程、切片纺丝过程 聚酯纤维常以纺丝速度的高低来划分纺丝技术路线。聚酯纤维常以纺丝速度的高低来划分纺丝技术路线。 主要有四种技术路线：主要有四种技术路线： 常规纺丝，纺速常规纺丝，纺速10001500 m/min，通称，通称UDY； 中速纺丝，纺速中速

34、纺丝，纺速15003000m/min，通称，通称MOY； 高速纺丝，纺速高速纺丝，纺速30004000m/min，通称，通称POY，当纺速，当纺速5000m/min以上时，为全拉伸丝以上时，为全拉伸丝FDY； 超高速纺丝，纺速超高速纺丝，纺速60008000m/min，为全取向丝，通称，为全取向丝，通称FOY 。 一、聚酯纤维一、聚酯纤维 8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/7378.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/738 聚酯纺丝的工艺流程如下图聚酯纺丝的工艺流程如下图8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/7398.6、几

35、种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程 注意：切片纺丝前需要进行切片的干燥注意：切片纺丝前需要进行切片的干燥2021/6/7402、熔体纺丝设备、熔体纺丝设备（1）挤出机（纺丝机）挤出机（纺丝机）（2）纺丝箱及纺丝头组件）纺丝箱及纺丝头组件（3）丝条冷却装置）丝条冷却装置（4）丝条收集装置）丝条收集装置8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/741丝条冷却装置丝条冷却装置 丝条冷却装置主要完成纺丝细流的冷却成型，由纺丝窗丝条冷却装置主要完成纺丝细流的冷却成型，由纺丝窗及冷却套筒组成横向侧吹风系统的位置。及冷却套筒组成横向侧吹风系统的位置。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的

36、纺丝过程 采用单面侧吹风时，应适当提高送风温度，一般在采用单面侧吹风时，应适当提高送风温度，一般在2232范围内，有利于卷绕丝断裂强度的提高。范围内，有利于卷绕丝断裂强度的提高。 若纺丝速度较高，应降低风温。若纺丝速度较高，应降低风温。 2021/6/742丝条收集装置丝条收集装置 丝条收集装置由卷绕机和受丝桶组成，完成初生纤维的卷丝条收集装置由卷绕机和受丝桶组成，完成初生纤维的卷绕。绕。 冷却定型的丝，即初生纤维，长丝被卷绕成一定形状的卷冷却定型的丝，即初生纤维，长丝被卷绕成一定形状的卷装，而短纤维均匀落入受丝桶中。装，而短纤维均匀落入受丝桶中。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程

37、2021/6/743 （二）聚酯纤维后加工（二）聚酯纤维后加工8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程1 1、聚酯短纤维后加工、聚酯短纤维后加工 2021/6/7442 2、聚酯长丝后加工、聚酯长丝后加工8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程 长丝后加工过程包括拉伸、长丝后加工过程包括拉伸、加捻、复捻、热定型、络丝、分级、加捻、复捻、热定型、络丝、分级、包装等工序。包装等工序。 加捻是长丝后加工的特有工序。加捻是长丝后加工的特有工序。 加捻的目的是增加单根纤维间加捻的目的是增加单根纤维间的抱合力，避免在纺织加工时发生的抱合力，避免在纺织加工时发生断头或紊乱现象，同时提高纤维的断头

38、或紊乱现象，同时提高纤维的断裂强度。断裂强度。 拉伸加捻在同一机台完成，以拉伸加捻在同一机台完成，以拉伸为主，加捻为辅拉伸为主，加捻为辅。2021/6/7452021/6/7462021/6/7472021/6/748 聚丙烯腈纤维的商品名称为腈纶。聚丙烯腈纤维的商品名称为腈纶。 聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈或聚丙烯腈纤维是由聚丙烯腈或85%以上的丙烯腈和其它第以上的丙烯腈和其它第二、第三单体的共聚物纺制的纤维。二、第三单体的共聚物纺制的纤维。 腈纶的生产路线可按聚合方法（水相沉淀聚合、溶液聚合）腈纶的生产路线可按聚合方法（水相沉淀聚合、溶液聚合）、纺丝方法（干纺、湿纺）、溶剂种类划分、纺丝方法（

39、干纺、湿纺）、溶剂种类划分12种。种。 大庆石化总厂腈纶厂是采用大庆石化总厂腈纶厂是采用NaSCN为溶剂，水相沉淀聚为溶剂，水相沉淀聚合二步法湿纺的工艺流程，其工艺大体包括：聚合、纺丝、毛合二步法湿纺的工艺流程，其工艺大体包括：聚合、纺丝、毛条、溶剂回收四部分。条、溶剂回收四部分。 二、聚丙烯腈二、聚丙烯腈8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/7498.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/750 聚合为腈纶厂的聚合为腈纶厂的“龙头龙头”，聚合是单体通过特定的化，聚合是单体通过特定的化学反应生成高分子量聚合物的过程。学反应生成高分子量聚合物的过程。 聚合

40、工艺流程大致分为：聚合工艺流程大致分为： 原料配制、聚合、原液制备三部分原料配制、聚合、原液制备三部分一、聚合一、聚合8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/751 1、原料配制、原料配制 聚合反应所用原料多为异味或有毒物质，须存放在厂房聚合反应所用原料多为异味或有毒物质，须存放在厂房外部。外部。 除主要原料丙烯腈、醋酸乙烯外，还有氯酸钠硫酸铜，除主要原料丙烯腈、醋酸乙烯外，还有氯酸钠硫酸铜，焦亚硫酸钠、硝酸钠和链转移剂巯基乙醇等五种辅助原料。焦亚硫酸钠、硝酸钠和链转移剂巯基乙醇等五种辅助原料。 原料由厂房外部打入车间内部进行原料配制。原料由厂房外部打入车间内部进行原料配制

41、。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/752 2、聚合、聚合 在聚合过程中，主要设备为聚合釜。在聚合过程中，主要设备为聚合釜。 配制好的混合单体、氧化剂、还原剂及链转移剂经冷却配制好的混合单体、氧化剂、还原剂及链转移剂经冷却器和流量计，分三条管线从釜底同时进入器和流量计，分三条管线从釜底同时进入聚合釜聚合釜聚合釜聚合釜，在一定，在一定PH值和温度条件下，两种单体发生共聚反应，生成丙烯腈值和温度条件下，两种单体发生共聚反应，生成丙烯腈共聚物。共聚物。 流程：流程： 聚合聚合 终止罐终止罐 脱单塔脱单塔 水洗机水洗机 混合供料罐混合供料罐 脱水机脱水机 白色粉末白色粉末8.

42、6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/7533、原液制备：、原液制备： 原液制备是二步法纺丝生产腈纶的必要工序。原液制备是二步法纺丝生产腈纶的必要工序。 它是将脱水后的聚合物粉末进行如下操作：它是将脱水后的聚合物粉末进行如下操作： 浆化浆化 溶解溶解 过滤过滤 脱泡脱泡 纺丝原液纺丝原液 为纺丝工段提供原料。为纺丝工段提供原料。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/754 是将纺丝原液经加热后用计量泵压入烛形过滤器，并由是将纺丝原液经加热后用计量泵压入烛形过滤器，并由喷丝头喷出。喷丝头喷出。 喷出的原液细流在凝固浴中凝固成型为初生纤维，再经喷出的原液细流

43、在凝固浴中凝固成型为初生纤维，再经过溶剂牵伸水洗、调温调湿、干燥等后处理成为腈纶纤维成过溶剂牵伸水洗、调温调湿、干燥等后处理成为腈纶纤维成品。品。 二二 、纺丝、纺丝NaSCN二步法湿纺二步法湿纺8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/755成型冷却：成型冷却： 双扩散是由于凝固浴中的双扩散是由于凝固浴中的NaSCN浓度低，原液中浓度低，原液中NaSCN浓度高，使得原液细流中的浓度高，使得原液细流中的NaSCN向凝固浴中扩散，而凝固浴向凝固浴中扩散，而凝固浴中的水分向细流内部扩散。由于这种作用，使原液细流中聚合中的水分向细流内部扩散。由于这种作用，使原液细流中聚合物浓度越来

44、越高，处于溶解状态的聚合物失去溶解能力，造成物浓度越来越高，处于溶解状态的聚合物失去溶解能力，造成聚合物分子互相凝聚，纺丝细流转变成为凝胶体，进而再进一聚合物分子互相凝聚，纺丝细流转变成为凝胶体，进而再进一步转变为凝固成形的纤维丝束，即所谓的初生纤维。步转变为凝固成形的纤维丝束，即所谓的初生纤维。 8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/756牵伸水洗：牵伸水洗： 初生纤维强度较低，为提高强度先经溶剂牵伸机在稀初生纤维强度较低，为提高强度先经溶剂牵伸机在稀NaSCN溶剂中进行牵伸，然后进入蛇形水洗机，洗去丝束溶剂中进行牵伸，然后进入蛇形水洗机，洗去丝束上的上的NaSCN。再

45、进入预热机，利用喷淋水提高丝束温度，。再进入预热机，利用喷淋水提高丝束温度，之后进入牵伸浴中进行头道牵伸，并马上急冷，保证一定之后进入牵伸浴中进行头道牵伸，并马上急冷，保证一定的牵伸倍数。的牵伸倍数。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/757调温调湿处理：调温调湿处理： 牵伸后的初生纤维再经调温调湿干燥机进行致密化处理，牵伸后的初生纤维再经调温调湿干燥机进行致密化处理，消除结构上存在的缺陷，并由汽蒸定型机，消除丝束中的残消除结构上存在的缺陷，并由汽蒸定型机，消除丝束中的残余应力。余应力。 然后进入二道牵伸机牵伸，经过调质上油槽，通过油剂然后进入二道牵伸机牵伸，经过调质上

46、油槽，通过油剂作用减少丝束之间的摩擦，增加可纺性。作用减少丝束之间的摩擦，增加可纺性。 再由两个挟持辊进行机械卷曲，以便提高纤维的抱和力。再由两个挟持辊进行机械卷曲，以便提高纤维的抱和力。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/758干燥：干燥： 此时的纤维还含有一定的水分，因此必须经过干燥机进此时的纤维还含有一定的水分，因此必须经过干燥机进行干燥，以达到规定的回潮率，干燥后的丝束可送去毛条车行干燥，以达到规定的回潮率，干燥后的丝束可送去毛条车间制毛条，也可由切断机切断成短丝打包出厂。间制毛条，也可由切断机切断成短丝打包出厂。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2

47、021/6/759毛条制备毛条制备 为了缩短纺纱工艺，提高生产率，可将腈纶长丝束经过适当为了缩短纺纱工艺，提高生产率，可将腈纶长丝束经过适当的机械加工方法，使长丝束既切断又不乱，这种机械加工方法称的机械加工方法，使长丝束既切断又不乱，这种机械加工方法称为直接制毛条，或称牵切纺。为直接制毛条，或称牵切纺。 毛条制备的工艺过程主要有两种毛条制备的工艺过程主要有两种一种为切断法：是通过特殊切丝辊把片装丝束切断成一定长度的一种为切断法：是通过特殊切丝辊把片装丝束切断成一定长度的纤维，然后制成毛条，由卷曲装置压实，由导槽落入毛条筒中。纤维，然后制成毛条，由卷曲装置压实，由导槽落入毛条筒中。另一种方法为拉

48、断法，是在高温条件下对腈纶进行高倍拉伸，然另一种方法为拉断法，是在高温条件下对腈纶进行高倍拉伸，然后用特殊刀轮将纤维拉断，经卷曲箱进入毛条筒。后用特殊刀轮将纤维拉断，经卷曲箱进入毛条筒。8.6、几种纤维的纺丝过程、几种纤维的纺丝过程2021/6/760思考题：思考题： 1. 橡胶加工中为什么要进行硫化？橡胶加工中为什么要进行硫化？ 2. 橡胶加工中塑炼和混炼的目的是什么？橡胶加工中塑炼和混炼的目的是什么？ 3. 熔融纺丝和溶液纺丝各有什么优缺点？熔融纺丝和溶液纺丝各有什么优缺点？ 4. 合成纤维的后加工中拉伸和热定型的作用是什么？合成纤维的后加工中拉伸和热定型的作用是什么？2021/6/761部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！