合成纤维第三章熔体纺丝

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1、第三章熔体纺丝（meltspinning）工艺原理一熔体纺丝的定义及适用范围将高分子聚合物加热熔融成为一定粘度的纺丝熔体，利用纺丝泵连续均匀地挤压到喷丝头，通过喷丝头的细孔压出成为细丝流，然后在空气或水中使其降温凝固，通过牵伸成丝。第一节概述二熔体纺丝的工序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铸带、切粒等纺前准备工序而后送往纺丝。熔体纺丝工艺主要包括：纺丝熔体的制备；将熔体经喷丝板眼压出——熔体细流的形成；熔体细流被拉长变细并冷却凝固；固态丝条的上油和卷绕。熔纺的主要特点是卷绕速度高、不需要溶剂和沉淀

2、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。如涤纶、丙纶、锦纶等。熔体纺丝是一元体系，只涉及聚合物熔体丝条与冷却介质间的传热，纺丝体系没有组成的变化，而干法和湿法纺丝分别为二元体系（聚合物+溶剂）和三元体系（聚合物+溶剂+沉淀剂）。在纺丝过程中，聚合物熔体以一定的流量自喷丝板细孔挤出，在喷丝板到卷绕装置之间，丝条必须被拉伸至需要的细度并充分地冷却固化。喷丝板的孔径一般为0.1-0.4mm，而卷绕丝的直径仅为20-30μm，熔体出喷丝孔后，丝条的直径需成十倍的减小，丝条就应成百倍地被拉伸，因此卷绕的速度就应成百

3、倍地高于挤出速度。由于聚合物熔体丝条一旦凝固便具有很大的抗张能力，因此，熔体纺丝的速度很高，工业上熔体纺丝的卷绕速度为每分钟几百米至几千米。丝条的冷却固化通常在喷丝板下的空气中完成，为了加强冷却效果，一般在喷丝板后，在垂直或平行于丝条的方向上吹送调温调湿气流。初生纤维的后处理主要有拉伸、热定型、卷曲和假捻。拉伸可改变初生纤维的内部结构，提高断裂强度和耐磨性，减少产品的伸长率。热定型可调节纺丝过程带来的高聚物内部分子间作用力，提高纤维的稳定性和其他物理－机械性能、染色性能。卷曲是改善合成纤维的加工性（羊毛和棉花纤维都是卷曲的），克服合成纤维表面光滑平直的不足。假捻是

4、改进纺织品的风格，使其膨松并增加弹性。熔体纺丝理论是在高分子物理学与连续介质力学等学科背景下发展起来的。涉及的问题纺丝过程中的动量和热量交换流动和形变下的大分子取向聚合物结晶动力学受纺丝条件影响的纤维形态基本规律1）纺丝线上的任何一点上，高聚物的流动是“稳态”的和连续的。2）纺丝线上的主要成形区域内，占支配地位的形变是单轴拉伸。3）纺丝过程是一个状态参数（T,σ，C）连续变化的非平衡态动力学变化。4）纺丝动力学包括几个同时进行并相互联系的单元过程，如流体力学过程，传热、传质，结构和聚集态变化过程等。第二节纺丝过程中的基本规律和主要参数熔体纺丝过程中的参数可以归为三

5、类第二节熔体纺丝过程的运动学和动力学纺丝线上直径的变化和速度的分布从速度分布，可求出拉伸应变速率（轴向速度梯度）根据拉伸应变速率的不同，把整个纺丝线分成三个区域第一区：在直径膨化最大的地方，离喷丝板<10mm；第二区：发展拉伸流动的主要区域，通常在50~150CM；第三区：丝条已基本固化，不再明显流动。初生纤维结构的形成和发展主要是指纺丝线上聚合物的取向和结晶。一熔体纺丝过程中的取向作用纺丝过程中发生取向是纤维制造中重要的结构形成过程之一。对成品纤维的取向贡献最大的不是纺丝工序，而是拉伸工序。在纺丝过程中得到的取向度，即预取向度，对拉伸工序和成品纤维的取向度有很大

6、的影响，对结晶动力学和晶体形态也有一定的影响。第三节熔体纺丝过程中纤维结构的形成两种取向机理：（1）处于熔体状态下的流动取向机理：包括喷丝孔中切变流场中的流动取向和出喷丝孔后熔体细流在拉伸流场中的流动取向T高，τ小，取向小，可忽略控制取向的速度场：轴向速度梯度，主要（2）纤维固化之后的形变机理是一种橡胶网络取向拉伸，对卷绕丝的取向度也有贡献，大小取决于形变比取向度的测定：一般用取向因子f表征。该式用于表征单轴取向中结构单元的取向，φ表示单元晶胞某晶轴与纤维轴的平均夹角，当结构单元完全平行于纤维轴时，φ=0，f=1；垂直于纤维轴时，φ=90度，f=0.5。二熔体纺丝

7、过程中的结晶熔体纺丝线上的结晶是控制丝条固化的一个极重要的动力学过程。纺丝线上的结晶对卷绕丝的结构和性能起决定作用。（一）熔体纺丝中纤维结晶的主要特征熔体纺丝中纤维结晶的特征包括两个方面，一是卷绕丝本身的晶态结构，二是熔体纺丝中聚合物结晶过程的发展。卷绕丝的结晶特性主要包括：晶格结构、结晶度、结晶形态和结晶取向等，它们对纤维的物理性能都有一定的影响。1.晶格结构成纤聚合物的晶体，大多数为对称性较小的晶系，如三斜、单斜等，值得注意的是，纤维结晶中常常会出现同质多晶现象，即在不同的纺丝过程和纺丝条件下，生成不同的晶型。例如：聚丙烯（PP）在快速冷却时形成六角次晶，而在

8、缓慢固化时