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粘胶纤维

  
nianjiao xianwei
  粘胶纤维
  viscose fibre

   人造纤维的一个主要品种。由天然纤维素经碱化而成碱纤维素,再与二硫化碳作用生成纤维素黄原酸酯,溶解于稀碱液内得到的粘稠溶液称粘胶,粘胶经湿法纺丝和一系列后处理工序(见化学纤维后加工)即成粘胶纤维。
  
  品种分类 根据制造工艺、纤维结构和性能的不同,粘胶纤维分成如下一些品种:
  
  性质与用途 普通粘胶纤维吸湿性好,易于染色,不易起静电,有较好的可纺性能。短纤维可以纯纺,也可以与其他纺织纤维混纺,织物柔软、光滑、透气性好,穿着舒适,染色后色泽鲜艳、色牢度好。适宜于制做内衣、外衣和各种装饰用品。长丝织物质地轻薄,除适用作衣料外还可织制被面和装饰织物。这类粘胶纤维的缺点是牢度较差,湿模量较低,缩水率较高而且容易变形,弹性和耐磨性较差。
  20世纪50年代发展的高湿模量粘胶纤维具有强度高、延伸度低、湿模量高和耐碱性等特点,基本上克服了普通粘胶纤维的缺陷。其织物牢度、耐水洗性、形态稳定性均接近于优质棉。波里诺西克纤维就是高强高湿模量粘胶纤维的一种,又称富强纤维或富纤,它在水中的溶胀度低,弹性回复率高,因此织物的尺寸稳定性较好。
  
  强力粘胶纤维的强度高,抗多次变形性好,可用作轮胎帘子线、传送带、三角皮带、绳索和各种工业用织物,如帆布、塑料涂层织物等。
  改性粘胶纤维具有多种用途,如与聚丙烯腈或聚乙烯醇复合的粘胶纤维具有毛型感和膨松性,适于制做西装、毛毯和装饰织物。有扁平形状和粗糙手感的“稻草丝”(即扁丝)和空心粘胶纤维比重小,覆盖能力大并有膨体特性,适用于编制女帽、提包和各种装饰用具。用丙烯酸接枝的粘胶纤维有很高的离子交换能力,可用以从废液中回收金、银、汞等贵重金属。含有各种阻燃剂的粘胶纤维,可用在高温和防火的工业部门。粘胶纤维经处理后还可制成止血纤维,中空粘胶纤维有透析作用可用作人工肾脏,含钡的粘胶长丝适宜做医用缝线。此外,粘胶纤维经处理而制得的碳纤维和石墨纤维具有高强度和高模量,与环氧树脂等制成复合材料可用作空间技术的烧蚀材料;由粘胶和硅酸钠混纺的原丝,经处理后制成的陶瓷纤维作为耐高温酚醛树脂的增强材料,可用于液体火箭发动机、喷气发动机的喷咀和空间重返大气层装置的防热罩。
     
  几种纤维素纤维的力学性质
  基本成分 粘胶纤维的基本成分是纤维素。纤维素是许多植物性材料经提炼除去木质素后所残余的碳水化合物,是一种多醣类物质,分子有足够的长度,在水、稀碱或稀酸中不溶解,分子的构成单位是失水d-葡萄糖,具有六环结构,构成单位间的键合是1位和4位碳原子间的d-葡萄糖甙键。
  纤维素与其他高分子化合物一样,聚合度并不是完全相同的。天然纤维素的聚合度可高达数千甚至超过1万,水解后聚合度可降至 50~200,仍然保持纤维素的特性。纤维素按其聚合度的大小可分为 □-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素和半纤维素。把纤维素在17.5%的氢氧化钠水溶液中在20℃下处理45分钟,不溶解的部分称为□-纤维素,聚合度约在 200以上,溶液用醋酸中和,沉淀的部分称为β-纤维素,聚合度约为50~200,不沉淀部分称为γ-纤维素,聚合度在50以下。β-纤维素和γ-纤维素又称半纤维素。
  
  浆粕 纤维素在植物中是与木质素、多缩戊糖、果胶、脂肪蜡质等杂质共生在一起的。通过化学精制方法把纤维素分离出来,制成具有一定聚合度和反应能力的浆粕,用以制造粘胶纤维。用作浆粕的原料主要有木材,棉短绒以及芦苇、麦杆、甘蔗渣等草类纤维,尤以前两者为主。木材中以含纤维素较多、树脂较少的针叶树如云杉和冷杉最为适宜。阔叶树的多缩戊糖含量较高,纤维较短,也可作为浆粕原料。棉短绒是剥去皮棉后附在棉籽上的短绒,长度在2~6毫米之间,是一种很纯粹的纤维素材料,杂质含量较低,制浆工艺较简单,浆粕的得率较高。草类纤维中纤维素含量较低,灰分和多缩戊糖等杂质含量较高。
  
  制造浆粕的主要方法因纤维素材料的不同而异。差别在于使用不同的化学药品和不同的工艺参数分离除掉纤维素以外的杂质。有亚硫酸盐法、苛性钠法、硫酸盐法和预水解硫酸盐法等。苛性钠法制浆粕的工艺流程如
  
    图1苛性钠法制造棉绒浆工艺流程所示。


  纤维制造 纤维素是典型的刚性分子,分子间的作用力很强,不溶于常见的溶剂,因此必须先把纤维素转化成酯类,再溶解成纺丝溶液,经纺丝成形后再生成纤维素纤维。
  ①  粘胶的制备:包括浸渍、压榨、粉碎、老化、黄化、溶解、熟成、过滤、脱泡等工序。浆粕经浓度为18%左右的氢氧化钠水溶液浸渍,使纤维素转化成碱纤维素,半纤维素溶出,聚合度部分下降;再经压榨除去多余的碱液。块状的碱纤维素在粉碎机上粉碎后变为疏松的絮状体,由于表面积增大使以后的化学反应均匀性提高。碱纤维素在氧的作用下发生氧化裂解使平均聚合度下降,这个过程称为老化。聚合度下降的程度与温度、时间有关。老化后将碱纤维素与二硫化碳反应生成纤维素黄酸酯称黄化,使大分子间的氢键进一步削弱,由于黄酸基团的亲水性,使纤维素黄酸酯在稀碱液中的溶解性能大为提高。把固体纤维素黄酸酯溶解在稀碱液中,即是粘胶。刚制成的粘胶因粘度和盐值较高不易成形,必须在一定温度下放置一定时间称为熟成,使粘胶中纤维素黄酸钠逐渐水解和皂化,酯化度降低,粘度和对电解质作用的稳定性也随着改变。在熟成的同时应进行脱泡和过滤,以除去气泡和杂质。
  制备粘胶的设备主要有古典法、连续浸渍压榨粉碎(图2 连续浸压粉法制造粘胶流程)和五合机等三种形式。
  


  ②  纺丝成形:采用湿法纺丝。粘胶通过喷丝孔形成细流进入含酸凝固浴,粘胶中碱被中和,细流凝固成丝条,纤维素黄酸酯分解再生成水化纤维素。凝固和分解可同时发生,也可先后进行。在同一浴中完成凝固和分解的方法称单浴法纺丝。粘胶长丝用单浴法纺丝。在一浴内凝固而在另一浴中分解再生的方法称二浴法纺丝。强力丝或短纤维一般用二浴法纺丝。为改善纤维的某些性能,也有采用三浴法、四浴法甚至五浴法的。凝固浴是硫酸和硫酸锌的水溶液,各组分的含量因纤维品种而不同。
  
  ③  后处理:成形后纤维含有硫酸及其盐类会使纤维泛黄、手感差,干燥后易受损伤,因此需经过水洗、脱硫、酸洗、上油和干燥等后处理加工。水洗是除去附在纤维表面的硫酸及其盐类和部分硫。脱硫可在氢氧化钠、亚硫酸钠或硫化钠的水溶液中进行。金属离子可用盐酸处理去除。上油可降低纤维的摩擦系数,减少静电效应,改善纤维手感,提高纤维的可纺性能。上油后的丝条经过干燥即可包装出厂。粘胶短纤维的切段工序通常在后处理以前进行。强力丝主要作为轮胎或运输带的帘子布,对纤维的外观无特殊要求,只需用热水洗去纤维上硫酸及其盐类,经上油、干燥后即可,后处理可在纺丝机上进行。
  


  粘胶纤维的结构 普通粘胶纤维的结晶度和取向度较低,横截面为不规则的锯齿状(图3粘胶纤维的横截面图),有明显不均匀的皮芯结构,皮层较薄。强力粘胶纤维有微细而均匀的微晶结构,取向度适中,横截面为均匀、轮廓圆滑的全皮结构。波里诺西克纤维为具有较高的结晶度、较大的晶区尺寸以及较高的取向度,横截面近似圆形的全芯层结构。波里诺西克纤维成形时的主要特点是尽量避免纤维素的降解,使天然纤维素结构尽可能在溶解和凝固过程中保持不变,采用缓和而均匀的凝固条件,如低酸、低盐、低温和低纺速。变化型高湿模量纤维属于厚皮层的皮芯结构,横截面外缘比较圆滑。皮层提供韧性而芯层保持刚性。其韧性低于强力丝而高于波里诺西克,刚性则高于强力丝低于波里诺西克,是一种结合波里诺西克和强力丝特点的纤维。纤维的结晶度、晶粒尺寸和取向度都低于波里诺西克,而高于强力丝。其成形特点基本与强力丝相近似。永久卷曲粘胶纤维的横截面形状不对称、皮层厚度分布不均匀,在横截面各部分存在着大小不等的内应力。永久卷曲粘胶纤维的工艺特点是提高粘胶的熟成指数,凝固浴中硫酸的浓度偏低、硫酸钠浓度较高、浴温较高,适当地增加拉伸倍数,特别是在塑化拉伸后再增加一段空气拉伸,有利于增加纤维的卷曲性。
              (王庆瑞 徐瑞云)


 
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