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熔体纺丝

  
rongti fangsi
  熔体纺丝
  melt spinning

      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形。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。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。
  
  切片熔融过程通常在螺杆挤压机(见纺丝螺杆)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。
  
  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。
  
  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)。(见彩图熔纺长丝纺丝机剖面流程示意图:
  
(成纤聚合物切片□□ 加热
  切片漏斗□□螺杆挤压机□□纺丝箱□□喷丝头□□
                         熔融
  纺丝窗甬道(冷却)□□卷绕机) 、喷丝头)
                  (穆淑华)


 
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