干法紡絲及其他紡絲方法原理及工藝

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1、3.3干法紡絲原理及工藝將聚合物溶于揮發(fā)性溶劑中，通過(guò)噴絲孔噴出細(xì)流，在熱空氣中形成纖維的紡絲方法。分解溫度低于熔點(diǎn)或加熱時(shí)易變色，但能溶解在適當(dāng)溶劑中的聚合物適用于干法紡絲.例：二醋酯纖維對(duì)于既能用干法紡絲，又能用濕法紡絲成形的纖維，如聚丙烯腈纖維、聚氯乙烯纖維、聚乙烯醇、聚氨酯等纖維，干法紡絲更適合于紡長(zhǎng)絲。3.3.1干法紡絲工藝熔紡、濕紡、干紡的比較3.3.2干法紡絲原理3.3.2.1干法紡絲的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)a.干法紡絲線上的直徑分布和速度分布近噴頭區(qū)域：沿紡程dx↓↓,Vx↑(脹大區(qū)基本消失)離噴頭稍遠(yuǎn)區(qū)：沿紡程dx↓，Vx↑(?x有極大值)近固化區(qū)：dx及Vx均趨于平穩(wěn)b.干

2、紡紡絲線上的軸向力平衡分析若分析從x=0至x=x處的一段紡絲線Fr(x)=Fr(0)+Fs+Fi+Ff-Fg其中：Fi=Fi理論+△Fi,(△Fi>0)(溶劑蒸發(fā)速率較低時(shí)，也可由Sakiadis公式求)Fg通常較小，F(xiàn)s可忽略對(duì)紡程張力的貢獻(xiàn)最重要3.3.2.2干紡紡絲中的傳熱和傳質(zhì)I區(qū)(起始蒸發(fā)區(qū))(近噴孔處)：溶劑大量揮發(fā)T↓↓至Tm附近，且T中心>T表面II區(qū)(恒速蒸發(fā)區(qū))：溶劑恒速揮發(fā)T≈TmIII區(qū)（降速蒸發(fā)區(qū)）：溶劑降速揮發(fā)T表↑至T熱風(fēng)干紡成形時(shí)沿紡程溫度和溶劑的濃度分布圖1－纖維表面溫度2－纖維中心溫度3－纖維內(nèi)溶劑的平均濃度CP－纖維周圍的介質(zhì)P－紡絲溶液X(t)－

3、紡程（時(shí)間）Tm－濕球溫度3.3.2.3干法紡絲中纖維結(jié)構(gòu)的形成1.超分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一般存在結(jié)晶或準(zhǔn)晶，但分子和微晶的取向度很低。2.形態(tài)結(jié)構(gòu)(1)截面形狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及影響因素E/V≤1趨于圓形（無(wú)皮層）稍>1略偏離圓形（存在皮層）>1近梅花形>>1呈扁平狀，近于大豆形或啞鈴形紡絲液濃度↓，越偏離圓形纖維在甬道中的停留時(shí)間(2)其他形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)無(wú)明顯孔洞和微纖結(jié)構(gòu)，皮芯結(jié)構(gòu)不如濕紡明顯3.4其他紡絲技術(shù)簡(jiǎn)介3.4.1干濕法紡絲與濕法相比，噴絲頭拉伸↑↑，使紡速↑與濕法相比，噴絲孔徑可↑與濕法相比，紡絲液濃度及粘度可↑與干法相比，能有效調(diào)節(jié)纖維結(jié)構(gòu)形成過(guò)程3.4.2凍膠紡絲（凝膠紡絲）凍膠

4、紡絲也稱凝膠紡絲，是一種通過(guò)凍膠態(tài)中間物質(zhì)制得高強(qiáng)度纖維的新型紡絲方法。凍膠紡絲通常采用干濕法紡絲工藝，使擠出細(xì)流先通過(guò)氣隙，然后進(jìn)入凝固浴。因此與普通干濕法紡絲的區(qū)別，主要不在于紡絲工藝，而在于擠出細(xì)流在凝固浴中的狀態(tài)不同凍膠紡絲的所有技術(shù)要點(diǎn)都是為了減少宏觀和微觀的缺陷，使結(jié)晶結(jié)構(gòu)接近理想的纖維，使分子鏈幾乎完全沿纖維軸取向。與干法、濕法相比:采用超高分子量原料、半稀溶液（2%~10%）固化過(guò)程主要是冷卻過(guò)程，溶劑基本不擴(kuò)散拉伸比大（大于20）產(chǎn)品高強(qiáng)高模3.4.3液晶紡絲具有剛性分子結(jié)構(gòu)的聚合物在適當(dāng)?shù)娜芤簼舛群蜏囟认?，可以形成各向異性溶液或熔體。在纖維制造過(guò)程中，各向異性溶液或

5、熔體的液晶區(qū)在剪切和拉伸流動(dòng)下易于取向，同時(shí)各向異性聚合物在冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變形成高結(jié)晶性的固體，從而可以得到高取向度和高結(jié)晶度的高強(qiáng)纖維。溶致性聚合物的液晶紡絲通常采用干濕法紡絲工藝。熱致性聚合物的液晶紡絲可采用熔融紡絲工藝。3.4.4相分離紡絲法與凍膠紡絲法類似，采用一種聚合物溶液作為紡絲原液，紡絲線的固化是改變溫度的結(jié)果，而不是改變?nèi)芤旱慕M成。由聚合物在溶劑中不同溫度下溶解度不同的原理，使聚合物溶液極速降溫，從而導(dǎo)致聚合物與溶劑發(fā)生相分離而固化。臨界相分離溫度高于室溫而低于擠出溫度。所得初生纖維經(jīng)過(guò)拉伸和萃取溶劑得到成品纖維優(yōu)點(diǎn)：紡絲速度高，生產(chǎn)能力大（100~1600m/mi

6、n）溶液濃度可較低，而形成細(xì)旦纖維?？杉徶铺畛湮锪礁哂诶w維直徑的纖維。缺點(diǎn)：溶劑的選擇及回收理論尚不成熟3.4.4乳液紡絲法將成纖高聚物分散在分散介質(zhì)中，構(gòu)成乳液或懸濁液進(jìn)行紡絲的方法。適用與一些熔點(diǎn)高于分解溫度，且無(wú)合適的溶劑的聚合物進(jìn)行紡絲。50年代就被用來(lái)生產(chǎn)聚四氟乙烯纖維。過(guò)程與濕紡紡絲類似。將粉末狀的聚合物顆粒分散在某種成纖載體中，配置成乳液，載體通常是另一種聚合物的溶液，且這種聚合物溶液易被紡制成纖維，并能在高溫下破壞分解掉。在進(jìn)行高溫處理時(shí)，載體分解，而高熔點(diǎn)的聚合物粒子被燒結(jié)或熔融而連續(xù)化形成纖維。為了提高纖維強(qiáng)度，在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)通常進(jìn)行一定的拉伸。適用于生產(chǎn)：聚四氟乙

7、烯纖維、陶瓷纖維、碳化硅纖維、氧化硅纖維、維氯綸（氯乙烯在PVA水溶液中進(jìn)行乳液聚合后進(jìn)行紡絲）等。3.4.6靜電紡絲法靜電紡絲法是一種對(duì)高分子溶液或熔體施加高電壓進(jìn)行紡絲的方法。靜電紡絲的裝置包括定量供給溶液或熔體的裝置（計(jì)量泵）形成細(xì)流的裝置（噴絲?？冢┮约袄w維接受裝置。regeneratedsilkfibroinaqueoussolution蜘蛛和蠶是在空氣中吐絲成形的，其成絲過(guò)程其實(shí)是一個(gè)干法紡絲過(guò)程。靜電紡絲從本質(zhì)上而言，屬于一種干法