熔體紡絲(meltspinning)工藝原理.ppt

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1、熔體紡絲（meltspinning）工藝原理一熔體紡絲的定義及適用範圍將高分子聚合物加熱熔融成為一定粘度的紡絲熔體，利用紡絲泵連續(xù)均勻地擠壓到噴絲頭，通過噴絲頭的細孔壓出成為細絲流，然後在空氣或水中使其降溫凝固，通過牽伸成絲。第一節(jié)概述二熔體紡絲的工序熔紡分直接紡絲法和切片紡絲法。直接紡絲是將聚合後的聚合物熔體直接送往紡絲；切片紡絲則需將高聚物溶體經(jīng)鑄帶、切粒等紡前準備工序而後送往紡絲。熔體紡絲工藝主要包括：紡絲熔體的製備；將熔體經(jīng)噴絲板眼壓出——熔體細流的形成；熔體細流被拉長變細並冷卻凝固；固態(tài)絲條的上油和捲繞。熔紡的主要特點是捲繞速度高、不需要溶劑和沉澱劑

2、，設(shè)備簡單，工藝流程短。熔點低於分解溫度、可熔融形成熱穩(wěn)定熔體的成纖聚合物，都可採用這一方法成形。如滌綸、丙綸、錦綸等。熔體紡絲是一元體系，只涉及聚合物熔體絲條與冷卻介質(zhì)間的傳熱，紡絲體系沒有組成的變化，而幹法和濕法紡絲分別為二元體系（聚合物+溶劑）和三元體系（聚合物+溶劑+沉澱劑）。在紡絲過程中，聚合物熔體以一定的流量自噴絲板細孔擠出，在噴絲板到捲繞裝置之間，絲條必須被拉伸至需要的細度並充分地冷卻固化。噴絲板的孔徑一般為0.1-0.4mm，而捲繞絲的直徑僅為20-30μm，熔體出噴絲孔後，絲條的直徑需成十倍的減小，絲條就應(yīng)成百倍地被拉伸，因此卷繞的速度就應(yīng)成

3、百倍地高於擠出速度。由於聚合物熔體絲條一旦凝固便具有很大的抗張能力，因此，熔體紡絲的速度很高，工業(yè)上熔體紡絲的捲繞速度為每分鐘幾百米至幾千米。絲條的冷卻固化通常在噴絲板下的空氣中完成，為了加強冷卻效果，一般在噴絲板後，在垂直或平行於絲條的方向上吹送調(diào)溫調(diào)濕氣流。初生纖維的後處理主要有拉伸、熱定型、捲曲和假撚。拉伸可改變初生纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高斷裂強度和耐磨性，減少產(chǎn)品的伸長率。熱定型可調(diào)節(jié)紡絲過程帶來的高聚物內(nèi)部分子間作用力，提高纖維的穩(wěn)定性和其他物理－機械性能、染色性能。卷曲是改善合成纖維的加工性（羊毛和棉花纖維都是捲曲的），克服合成纖維表面光滑平直的不足。

4、假撚是改進紡織品的風(fēng)格，使其膨松並增加彈性。熔體紡絲理論是在高分子物理學(xué)與連續(xù)介質(zhì)力學(xué)等學(xué)科背景下發(fā)展起來的。涉及的問題紡絲過程中的動量和熱量交換流動和形變下的大分子取向聚合物結(jié)晶動力學(xué)受紡絲條件影響的纖維形態(tài)基本規(guī)律1）紡絲線上的任何一點上，高聚物的流動是“穩(wěn)態(tài)”的和連續(xù)的。2）紡絲線上的主要成形區(qū)域內(nèi)，占支配地位的形變是單軸拉伸。3）紡絲過程是一個狀態(tài)參數(shù)（T,σ，C）連續(xù)變化的非平衡態(tài)動力學(xué)變化。4）紡絲動力學(xué)包括幾個同時進行並相互聯(lián)繫的單元過程，如流體力學(xué)過程，傳熱、傳質(zhì)，結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)變化過程等。第二節(jié)紡絲過程中的基本規(guī)律和主要參數(shù)熔體紡絲過程中的參數(shù)

5、可以歸為三類第二節(jié)熔體紡絲過程的運動學(xué)和動力學(xué)紡絲線上直徑的變化和速度的分佈從速度分佈，可求出拉伸應(yīng)變速率（軸向速度梯度）根據(jù)拉伸應(yīng)變速率的不同，把整個紡絲線分成三個區(qū)域第一區(qū)：在直徑膨化最大的地方，離噴絲板<10mm；第二區(qū)：發(fā)展拉伸流動的主要區(qū)域，通常在50~150CM；第三區(qū)：絲條已基本固化，不再明顯流動。初生纖維結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展主要是指紡絲線上聚合物的取向和結(jié)晶。一熔體紡絲過程中的取向作用紡絲過程中發(fā)生取向是纖維製造中重要的結(jié)構(gòu)形成過程之一。對成品纖維的取向貢獻最大的不是紡絲工序，而是拉伸工序。在紡絲過程中得到的取向度，即預(yù)取向度，對拉伸工序和成品纖維

6、的取向度有很大的影響，對結(jié)晶動力學(xué)和晶體形態(tài)也有一定的影響。第三節(jié)熔體紡絲過程中纖維結(jié)構(gòu)的形成兩種取向機理：（1）處於熔體狀態(tài)下的流動取向機理：包括噴絲孔中切變流場中的流動取向和出噴絲孔後熔體細流在拉伸流場中的流動取向T高，τ小，取向小，可忽略控制取向的速度場：軸向速度梯度，主要（2）纖維固化之後的形變機理是一種橡膠網(wǎng)路取向拉伸，對捲繞絲的取向度也有貢獻，大小取決於形變比取向度的測定：一般用取向因數(shù)f表徵。該式用於表徵單軸取向中結(jié)構(gòu)單元的取向，φ表示單元晶胞某晶軸與纖維軸的平均夾角，當結(jié)構(gòu)單元完全平行于纖維軸時，φ=0，f=1；垂直于纖維軸時，φ=90度，f=

7、0.5。二熔體紡絲過程中的結(jié)晶熔體紡絲線上的結(jié)晶是控制絲條固化的一個極重要的動力學(xué)過程。紡絲線上的結(jié)晶對捲繞絲的結(jié)構(gòu)和性能起決定作用。（一）熔體紡絲中纖維結(jié)晶的主要特徵熔體紡絲中纖維結(jié)晶的特徵包括兩個方面，一是捲繞絲本身的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，二是熔體紡絲中聚合物結(jié)晶過程的發(fā)展。捲繞絲的結(jié)晶特性主要包括：晶格結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、結(jié)晶形態(tài)和結(jié)晶取向等，它們對纖維的物理性能都有一定的影響。1.晶格結(jié)構(gòu)成纖聚合物的晶體，大多數(shù)為對稱性較小的晶系，如三斜、單斜等，值得注意的是，纖維結(jié)晶中常常會出現(xiàn)同質(zhì)多晶現(xiàn)象，即在不同的紡絲過程和紡絲條件下，生成不同的晶型。例如：聚丙烯（PP）在快速冷

8、卻時形成六角次晶，而在緩慢固化時形成單