合成纤维第四章湿法纺丝

更新时间:2020-11-06 18:18 作者:九州体育

  第一章 绪论 1. 基本概念 2. 合成纤维的发展 3.合成纤维的分类 4.常见合成纤维及特点、用途 5. 合成纤维的鉴别 一、基本概念 纤维: ①是天然或人工合成的细丝状物质。 ②具有足够的细度(小于100微米)和足够的长径比(大 于500微米乃至无限大)并且显示一定的力学特性者。 ? ? 纺织纤维则是指用来纺织布的纤维。 纺织纤维特点:纺织纤维具有一定的长度、细度、弹性、 强度等良好物理性能,还具有较好的化学稳定性。例如: 棉花、毛、丝、麻等天然纤维是理想的纺织纤维。 合成纤维(synthetic fiber) :用石油、天然气、煤、 及农副产品为原料,经一系列的化学反应,合成高分子化 合物,再经过加工而制得的纤维。 如PET,PA66,PAN, PP 三、纤维的分类 按来源分类 天然纤维 棉花、 羊毛、 蚕丝、 麻 等…… 人 造 纤 维 化学纤维 合 成 纤 维 人造纤维 再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维 粘胶纤维 铜氨纤维 再生纤维素纤维 二醋酯纤维 三醋酯纤维 人造纤维 以天然高聚物为原料,经过化学处理与机械加 工而制得的纤维。 合成纤维 杂链纤维 聚酰胺纤维 聚酯纤维 聚氨酯纤维 等…… 杂链纤维 碳链纤维 聚丙烯睛纤维 聚乙烯醇缩醛纤维 聚丙烯纤维 等…… ?大分子主链除碳原子外,还含有其他元素(N,O) 碳链纤维 ?大分子主链全部由C-C组成 (2)按性能功用分 耐高温纤维, 如聚苯并咪唑纤维(PBI); 耐高温腐蚀纤维,如聚四氟乙烯(PTFE); 高强度纤维, 耐辐射纤维, 如聚对苯二甲酰对苯二胺; 如聚酰亚胺纤维; 阻燃纤维、高分子光导纤维等。 五、合成纤维的鉴别 1、显微镜法:利用显微镜配合切片方法观察纤维的 纵向外观和横截面形状来鉴别纤维 纤维种类 横截面形状 纵向外观 涤纶 锦纶 丙纶 腈纶 维纶 圆形 圆形 圆形 哑铃形 腰子形 表面光滑 表面光滑 表面光滑 有条纹 有粗条纹 2、燃烧法:根据不同纤维的燃烧特性来鉴别纤维 掌握好:烟、焰、味、灰 纤维种类 涤纶 锦纶 燃烧情况 边熔化边缓慢燃烧 边熔化边缓慢燃烧 气味 芳香气味 特殊臭味 灰烬颜色及形状 易碎,黑褐色硬块 坚硬褐色小球 丙纶 腈纶 维纶 边收缩边熔化燃烧 边熔化边燃烧 燃烧缓慢 烧腊臭味 鱼腥臭味 特殊臭味 黄褐色硬块 易碎,黑色硬块 易碎,褐色硬块 3、着色法:根据不同纤维在着色剂中着色后颜色的 不同来鉴别纤维 配置A、B两种试剂 A:3g KI(60mL水)+1g I2 (40mL水),放置几分钟, 滤去溶液中过剩的I2 ; B:两份甘油,先加入一份水,再加入三份硫酸; 鉴别过程:A 2份+B 1份充分混合,把待测纤维放入,1min 后取出用清水洗净,观察纤维的颜色。 纤维种类 显色情况 涤纶 锦纶 丙纶 腈纶 维纶 淡黄色 深棕色 不上色 不上色 黑褐色或深灰色 4、溶解法:根据不同纤维在不同化学试剂中溶解性 能的不同来鉴别纤维 重点:合成纤维的种类 和鉴别方法 一、纤维的长度、粗度与线密度 长度:表征了纤维的长短,一般为平均纤维长度 (mm,μm) 粗度:纤维每单位长度的质量(mg/100m) 线密度:表示纤维粗细程度的量,旧称纤度(tex) 二 . 长丝(Continuous Filament) 在化学纤维制造过程中,纺丝液从喷丝孔挤出, 在纺丝甬道或凝固浴中成形,成为连续不断的丝条, 这样得到长度数以千米计的光滑的丝称为长丝。 单丝: 是指一根单纤维的连续丝条 长丝 复丝: 指8~100根单纤维组成的丝条 帘线丝: 指用于制造轮胎帘子线的复丝, 一般由一百到几百根单纤维组成。 三. 短纤维(Staple) 在世界化学纤维中有半数以上的产品被切成 几厘米至十几厘米长的短段,称为短纤维。 棉型:长度25~38mm,线dtex,涤棉 短丝 毛型:长度70~150mm,线dtex,毛涤 中短型:长度51~76mm,线dtex 六.复合纤维(Bicomponent Fibers) 将两种或两种以上的成纤聚合物的熔体 或浓溶液,利用组分、配比、粘度或品种的不 同,分别输入同一个纺丝组件,在组件的适当 部位汇合,在同一纺丝孔中喷出而成为一根纤 维,称为复合纤维。 品种主要有并列型、皮芯型、海岛型。 并列型:两个组分在纤维截面上分别组成半月形。 自卷曲性好、复合比例较稳定、易剥离 利用两组分热性能不同,可生产高螺旋卷曲状的纤 维、导电纤维、阻燃纤维 皮-芯型:一个组分包围另一个组分, 形成“皮”和“芯”。 芯层具有纤维的主体性能 皮层提供特殊的表面性能 (吸湿性、导电性、低熔点性等) 母体-小纤维型:一个组分以多束很细的小纤 维状态分布在另一连续组分(母体)中。 比例较稳定、可溶解除去组分 由于母体与小纤维的物理性能、光泽和染色性 能不同,可使纤维具有独特的光泽,提高母体模 量等效果。因此利用这点便能生产超细纤维、多 孔纤维、增强纤维等特殊纤维。 5. 聚合物的热机械曲线与成纤能力 聚合物是否适 于制造纤维 熔融温度 (Tm) 热分解温度 (Td) 玻璃化温度 (Tg) 脆化温度 (Tb) 利用温度——形变曲线 示意图加以判断 判断聚合物是否适宜于制造纤维的温度-形变曲线 a: Tf,Tg,Tb 三点重合,在使用温 度范围内( T′~T″),又该物质 制成的纤维很脆,无显著变形 T′ T″ T′ b: T′~T″Tb,且Tg≈Tb, 在Tg下不存在显著的次级形 变,无强迫高弹形变现象, 性质极脆,实际无法使用, 如无规立构的PS C: T′Tg, T″Tf, 在T′~T″ 内,polymer处于高弹态, 若此polymer制成纤维,其 力学性质像橡胶 d: Td Tg,TfTd, 可成纤 不能熔融纺丝—— 纤维素纤维 T′ T″ e: T′Tb, T″TgTd, TfTd, 可以成形,难调。 Td f: T′Tb, T′~T″处于 Tb~Tg之间,TfTd, 聚合物可以进行熔体 切丝,如PET 最有价值 纺丝方法 熔体纺丝 溶液纺丝 最多 湿法纺丝 干法纺丝 三 断裂伸长 纤维的断裂伸长是决定纤维加工条件及其使用价值的 重要指标之一。一般用相对伸长率即:纤维在伸长至断裂 时的长度比原来长度增加的百分数表示: 断裂伸长大的纤维手感比较柔软,在纺织加工时可 以缓冲所受到的力,但不宜过大,一般在10%~30%之间。 四 初始模量 模量(模数)=σ/ε 模量是纤维抵抗外力作用下形变能力的量度。 纤维的初始模量: 纤维受拉伸当伸长为原长1% 时所需的应力。 其大小取决于高聚物的化学结构以及分子间相互作用力的大小。 分子柔性越强,纤维的初始模量越小; 分子间作用力越大,取向度和结晶度越高,初始模量越大 涤纶腈纶锦纶 五 断裂功 衡量纤维韧性的一个指标,表征纤维的耐冲击性能。纤维受 外力作用,拉伸至断裂时所吸收的能量,即外力拉断纤维所做的功。 以拉伸曲线下面所包含的面积表示。 断裂比功:拉断一单位纤度、1cm长的纤维所需要的能量 六 回弹性 纤维的弹性就是指纤维变形的恢复能力。表示 纤维弹性大小的常用指标是纤维的回弹性。 急回弹变形 缓回弹变形 塑性变形。 表征回弹性的方法: 1、一次负荷回弹性,通常以回弹率或弹性功来表示 2、多次循环负荷回弹性,可从多次循环负荷——延 伸曲线来研究 七 对高温的稳定性 纤维在加工过程中要经受高温的作用(烘干),在使用过 程中也要接触到高温(洗涤、熨烫)。 通常用“耐热性”来表征纤维对高温作用的稳定性,其涵义 有两方面,一是纤维的熔点高低;二是纤维对热分解的稳定性。 耐热性和热稳定性之间的区别 耐热性表征纤维在升高温度下测得的机械性能的变化,在回复 到室温时能回复—可复变化。 热稳定性:将纤维加热并冷却至室温后,由于聚合物发生了降 解或化学变化,一些机械性能的不可复变化。 ? 影响纤维对高温作用的稳定性的因素主要有:(1) 聚合物分子链的化学结构;(2)大分子间是否有交联; (3)分子间作用力的强弱;(4)纤维受热时所处的介质 (水分);(5)抗氧剂和热稳定剂的性质和含量。 八阻燃性 极限氧指数法是在规定的实验条件下,在氧气、氮气混 合气流中,刚刚能维持试样燃烧所需要的最低氧气浓度, 即氧气和氮气混合气体中的最低体积百分数,用LOI表 示: LOI=O2/(O2+N2)Χ100% 纤维的LOI21%,在空气中易燃;LOI21%,在空气中不易燃烧 九吸湿性 纤维吸湿性:标准温湿度(20℃,65%相对湿度)下纤维的吸 水率。 各种纤维吸湿性的大小,主要取决于纤维大分子中基团的性 质,也与分子在纤维中排列的紧密性有关,分子间相互作用力 越大,则纤维的吸湿性就越小。 吸湿性一般采用两个指标表示:回潮率和含湿率 十 染色性能 染色性对于纺织纤维来说是一种重要的性能, 染色性能与纤维的分子结构及超分子结构有关, 可以来研究纤维的非晶区结构,比如用染色二色 性可以研究纤维非晶区的取向。 纤维的染色性与三方面因素有关:染色亲和 力,染色速度,纤维—染料复合物的性质。 染料与纤维的亲和力问题是染色化学的重要课题,一般说来, 染料与纤维的结合,可通过离子键、共价键、氢键、偶极的相 互作用。 决定染色速度的因素: (1)染浴中的染料向纤维表面扩散; (2)染料被纤维表面吸附; (3)染料从纤维表面向纤维内部扩散。 最慢,决定总速 度的主要因素 纤维—染料复合物的稳定性是决定染色坚牢度(耐洗、耐光) 的结构因素 第三章 熔体纺丝(melt spinning)工艺原理 第一节 概述 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。 切片在螺杆挤出机中熔融 后——熔体被压送至纺丝箱 体中的各纺丝部位——经纺 丝泵定量送入纺丝组件,在 组件中经过滤——然后从喷 丝板的毛细孔中压出而形成 细流——这种熔体细流在纺 丝甬道中冷却成形——初生 纤维被卷装成一定型式。 成形过程中只发生 熔体细流与周围空 气的热交换,而没 有传质过程。 第四章 湿法纺丝(wet spinning)工艺原理 定义:湿法纺丝将高聚物在溶剂中配成纺丝原液 (成纤聚合物的浓溶液)后,然后把原液经过滤、 脱泡,通过计量泵从喷丝头挤出,在凝固浴的作用 下,粘液细流内的溶剂扩散以及凝固剂向粘液细流 中渗透,经过适当的喷丝头拉伸形成初生纤维的方 法。 腈纶、维纶、粘胶纤维、氨纶、氯纶和芳纶采用湿法纺丝。 湿法纺丝工艺流程 ? 纺丝包括的工序是: ? (1)制备纺丝原液; ? (2)将原液从喷丝孔压出形成细流; ? (3)原液细流凝固成初生纤维; ? (4)初生纤维卷装或直接进行后处理。 第五章 干法纺丝 (dry spinning)工艺原理 定义:干法纺丝是将纺丝液经喷丝头形成细流, 溶剂被热空气挥 发带走的同时,使得高聚物凝结成成初生纤维。 第二节 溶剂的选择与干法纺 丝工艺 干纺工艺的工序如下: 溶解→过滤→脱泡→纺丝→拉伸,拉伸以后 的工序,根据产品的形态——长丝、短纤维、 丝束而不同。 干法纺丝工艺流程 经喷丝孔挤出的纺丝 细流进入垂直甬道与 热气流接触 在热气流中随着溶剂的 挥发,丝中聚合物浓度 升高,丝条固化, 纺丝液由计量泵输送到 喷丝头 丝条以一定的速度卷取, 使丝条拉伸细化而形成初 生纤维 三. 干纺工艺 纺丝工艺主要由四步组成: (1)纺丝原液的制备; (2)从喷丝头挤出; (3)挤出丝条的脱溶剂及干燥; (4)丝条的卷绕。 从喷丝头挤出的原液温度在任一时间,在纺丝线上任一 点都应保持匀一,是确保成品丝质量均一的主要因素。 ? 四、溶剂的回收 工业回收溶剂的方法:冷凝法、液体吸收法和固 体吸附法 吸收法:含丙酮的空气经过洗涤塔进行水洗,丙 酮被水吸收成为10%左右的水溶液,然后送往精 馏。回收率夏季:90~93%,冬季:92~95%。 吸附法:一般采用活性炭作为吸附剂,活性炭粒度 4~8目,实际操作时,当通过活性碳槽的排出气体 能检验出丙酮应立即中止吸附。 回收的方式:吸附—脱吸附;吸附—脱吸附—冷却 第一节、概述 ? question1. 为 什么脂肪族 的聚酯不能 纺丝? 才华横溢的Carothers 第一节、概述 由于分子间没有氢键,由酯键运动造成的分子链柔性相 当大,致使其熔点较低。 例如:聚己二酸己二醇酯的熔点仅 70-72℃。若在大分子主 链上引进苯环,不仅能增加分子链的刚性,而且使聚合物的 熔点显著提高,例如:聚辛二酸乙二(醇)酯的熔点只有 63 - 65℃,而聚对苯二甲酸乙二(醇)酯(涤纶,又名的确良) 的熔点却高达 265℃。脂肪族的聚酯由于熔点太低,多用做 表面活性剂或大分子的增塑剂。 易水解 易溶解在有机溶剂中 第一节、概述 如何进行改进? 第一:大分子主链上引进苯环,聚对苯二甲酸乙二 (醇)酯(涤纶) 第二:将酯键换为酰胺键,聚酰胺,尼龙66,(锦纶) 第三:用二异氰酸酯交联,聚酰胺弹性纤维,(氨纶) 站在巨人的肩上,追求人生的理想。 第一节、概述 1.1 生产原理 酯交换聚酯路线 聚酯的合成方法 对苯二甲酸用乙二醇直接酯 化聚酯路线 环氧乙烷酯化聚酯路线 生产原理 ?酯交换反应的原理 H 3COOC COOCH 3 + 2 HOCH2CH2OH 醋酸镉、二氧化 锑、醋酸锌、醋 酸锰和醋酸钴 催化剂 HOH 2 CH 2COOC COOCH 2CH2 OH + 2CH3OH 缩聚 O H OH2 CH 2 C O C O C OCH2 CH 2 OH n + n-1 HOCH2CH2OH 是最早实现工业的聚酯路线。工艺技术成熟,所 以至今在工业生产中仍占有相当的地位。 第一节、概述 1.1 生产原理 直接酯化法反应原理 HOOC COOH + 2 HOCH2CH2OH 三氧化二锑 HOH 2CH2 COOC COOCH2 CH 2 OH + H2O 缩聚 O H OH 2CH 2C O C O C OCH 2CH 2OH n + n-1 HOCH2CH2OH 无甲醇回收,生产控制稳定,流程短,投资低等优点, 发展迅速。目前国内用的比较多。 ? 有关涤纶长丝的一些基本概念 加捻: 凡是在纺纱过程中,使纱条(须条,纱,线,丝)绕其轴线扭 转,搓动,缠绕,交结,使其获得捻回,包缠,交缠,网络等都称为 加捻。常用捻度表示加捻的程度。 捻度 T :纱丝加捻角扭转一圈为一个捻回。单位长度纱线上 的捻回数。常用单位有:捻/10厘米。 假捻:把一根绳子的两端固定,在中间加捻,一边越捻 越紧,而另一边也越捻越紧,但捻向相反,因此在绳子 上的总捻数是没有变化的,仍然为0,所以加的是假捻。 50 预取向丝POY:(Pre-oriented yarn )or(Partially oriented yarn )。 指经高速纺丝获得的取向度在未取向丝 和拉伸丝之间的未完全拉伸的化纤长丝。 特点:与未拉伸丝相比,它具有一定程度的取向,稳定性 好,常常用做拉伸假捻变形丝(DTY)的专用丝。(一般 不用于织造) 全拉伸丝FDY(fully draw yarn) :若在纺丝过程中引 入拉伸作用,可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝, 为全拉伸丝。 特点:纤维已经充分拉伸,可以直接用于纺织加工 51 拉伸变形丝DTY:也叫假捻变形丝,全称:Draw Textured Yarn。是利用POY做原丝,进行拉伸和假捻变 形加工制成。往往有一定的弹性及收缩性,又称弹力丝。 ? 一般分有网络和无网络丝,网络的意思是网络节点。 DTY网络丝:是指丝条在网络喷嘴中,经喷射气流作用, 单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝。 拉伸加捻丝称为DT(Draw Twist) :以POY为原丝经牵伸 加捻机,拉伸为主并给予少量的捻度,即可得到DT。 52 空气变形丝ATY(air?textured yarn):利用压缩空气,使化 学纤维的长丝发生喷气变形,丝束外圈局部起小卷,再使 它部分断裂,形成若干端头露在外面,看上去十分接近用 短纤维、按常规方法纺织,就得到空气变形丝。 特点:空气变形丝在生产时省略切断化纤长丝,再纺成长纱 的生产过程。由它织成的织物,外观和手感接近用短纤维 织成的织物,还有吸湿性。它可以用来生产仿绢丝、仿棉 或仿毛形织物,分别用作衣料、家具布、毡毯或汽车用布。 53 第七章 1.概述 1.1定义 锦纶 聚酰胺纤维:polyamide fibre, PA 中国名称:锦纶; 翻译名称:“耐纶”、“尼龙”, “阿米纶”,“贝 纶”。 锦纶纤维 大分子链中各链节通过 酰胺键相连的成纤高聚 物纺制的纤维。 第二位 1.3 分类 锦 纶 纤 维 2、由ω-氨基酸缩聚或由 己内酰胺开环聚合制得的 线性高分子缩聚物,再经 过熔融纺丝及后加工而制 得的纤维。 1、由饱和的二元酸与二元 胺通过缩聚反应制得的线 性高分子缩聚物,再经过 熔融纺丝及后加工而制得 的纤维。 H H O (CH2)y O C n H O n N (CH2)x N C N (CH2)x C 1 聚酰胺-66(锦纶-66)的生产 聚酰胺-66 是己二酸与己二胺的缩聚物, 是最早实现工业生产的聚酰胺品 种,也是产量最大。。 H N H O (CH2)6 N C O (CH2)4 C n ? 聚酰胺-66的生产过程主要有:66盐制备、66盐的缩聚。 ? ①66盐的制备和缩聚 制备66盐时,分别将己二胺和己二酸 配制成溶液,然后再混合成66盐溶液,再在适当的条件下缩聚。 nHOOC(CH2)4COOH + nH2N(CH2)6NH2 n-OOC (CH2)4CO HN(CH2)6NH3+ HO-OC (CH2)4CO HN(CH2)6NH-H + (2n-1)H2O n 配制成水溶液,控制反应温度为98℃,可以生产含63%66盐的 水溶液,直接用于生产聚酰胺-66,收率99.9%,这是最理想的 工艺。 以甲醇为溶剂,将两种单体分别配制溶液,在60~70℃下搅拌 混合,中和成盐,再冷却析出66盐,过滤,在70℃下真空干燥, 得白色结晶粉末状66盐,缩聚时再配制成60%的水溶液。 ? 3、分子结构: 聚酰胺中酰胺基的存在,可以在大分子中间形 成氢键,使分子间作用力增大,赋予聚酰胺以高熔 点和力学性能,同时,也使其吸水率增大。 聚酰胺基之间的亚甲基赋予其柔性和冲击性,聚 酰胺中的亚甲基与酰胺基的比例越大,分子间作用 力小,柔性越大,吸水率越低。 另外聚酰胺的性能还受亚甲基的奇偶数影响,聚 二酰二胺偶数聚酰胺的熔点比奇数的熔点高,聚ω氨基酸则相反。 1、热性能 热转变点 转变点 玻璃化温度(℃) 锦纶6 47~50 锦纶66 47~50 涤纶 67~81 软 化 点 (℃) 熔 点(℃) 160~180 215~220 235 250~265 238~240 255~270 ? 锦纶66熔点比锦纶6高40℃ Why? 原因: ? 锦纶6晶体中氢键密度较锦纶 66要低得多 ? 锦纶6晶体中(由偶数碳原子 的基本链节组成), – 当大分子链反向平行时, 所有的酰胺基均能形成氢 键 – 当大分子链顺向平行时, 只有一半酰胺基能形成氢 键,因而熔点低,熔解热也 小 ? 锦纶66晶体中酰胺基都能形成 氢键,酰胺基不受顺向或反向 平行的影响,因而熔点较高, 熔解热也较大 5、锦纶的用途 ? 锦纶以长丝为主,另外还有少量的锦纶 短纤维。锦纶长丝主要用于制造强力丝, 供生产袜子、内衣、运动衫等。 ? 锦纶短纤维主要是与粘纤、棉、毛及其 他合纤混纺,用作服装布料。 ? 锦纶还可在工业上用作轮胎帘子线、降 落伞、渔网、绳索、传送带等。 ? 加大高速纺丝生产比例;在扩大连续缩聚规 模的同时,又要有一定比例的间歇缩聚规模, 为锦纶生产提供更多的特殊品种材料。 ? 纵观锦纶发展前景,在稳定增长民用丝的前 提下,加大工业用丝与产品应用领域的开发 是当前锦纶发展的重点。 锦纶帘子线 锦纶帘子线)强度高,减少帘线用量,轮胎重量轻,散热性好, 延长使用寿命; (2)耐疲劳性能和耐冲击性能好; (3)高速行驶中耐久性大。与橡胶的附着力大,高速行 驶发热时,两者剥离现象少。 锦纶帘子线生产(聚合和纺丝)特点: (1)聚合方面 由于帘子线的强度高于一般长丝,所 以必须用高黏或高分子量的聚合体来制备。 (2)纺丝成型方面 高压纺丝法, 压力约在300500Kg/cm2。 高黏度的聚合物可在较低温度下纺丝 ? 实现高压纺丝主要采用两种形式: 1、加大喷丝头组件内过滤层的压力 2、选用喷丝孔长径比大的喷丝板,同时配以相应的高压 纺丝泵。 为了提高帘子线的耐热性,常在切片中加入防老剂、 润滑剂。 YJT-3101 N,N-二(β-萘基) 对苯二胺—— DNP 适当控制纺丝冷却条件也是提高帘子线质量的关键之一。 方法:纺制帘子线时,由于聚合物熔体粘度较高,通常在喷丝板下加 装徐冷装置; 目的:延缓丝条冷却,使丝条的结构均匀,从而获得具有良好拉伸性 能的卷绕丝,提高产品质量。徐冷装置下部多采用侧吹风。 锦纶帘子线°C左右,否则,在拉伸机上 进行热拉伸时,油剂遇热容易挥发,造成空气和设备的污染,有时 还会影响丝的加工性能。 锦纶帘子线后加工 复捻 帘子线(布)后加工流 程 复捻和合股 ? 经过拉伸加捻后的粗旦丝条,捻度比较低, 为了进一步提高帘子线的强力,还需要进行 复捻和合股。 ? 环锭加捻机是专门用来加捻和合股较粗的合 股线的设备。 对帘子线合股加捻的质量要求如下: (1)由于聚酰胺纤维很光滑,纱线断裂 后的接头打结必须采用丝织结,才不至 于造成织布或布拉伸时脱结,同时合股 时打结必须采用臂叉打结,其强力损失 不大于1-1.5公斤。 (2)聚酰胺帘子布不允许有油污,因此在初、复捻 时应采取一切措施防止油污丝的产生。 (3)毛丝对股线强力影响大,因此应尽量消除毛丝 产生的因素。 (4)经复捻后帘子线不允许有麻皮线,麻皮线是复 捻过程操作不熟练或操作不当引起的严重疵点, 其现象是线条合股不匀,捻度松紧不一,捻纹不 规则,有疙瘩或小球状,亦呈过捻象征。 帘子布的织造 ? 为了便于浸胶和轮胎加工,保证轮胎帘子线在轮胎中能得到 合理的排列,需要将帘子线织成帘子布。帘子布用聚酰胺帘 线支的棉纱或丙纶,纬纱仅仅起固 定经纱位置的作用,在轮胎加工过程中,纬纱断裂而失去其 作用。 为了适应帘子布的浸胶、热伸张与定型处理,以及轮胎工 业上的要求,帘子布的幅宽为1.4-1.6米,长度不一。 根据轮胎工业的要求,需要制成三种规格的布,分 别用于轮胎的内层、外层和缓冲层。 帘子布的浸胶热拉伸 帘子布浸胶热拉伸的目的是为了改善 聚酰胺帘线对橡胶的黏着力及进一步改 善帘子布的质量。 浸胶工艺一般采用 热拉伸-热定型-浸胶工艺; 或 浸胶-干燥-拉伸-定型工艺。 复习思考题: 1、锦纶的主要品种 2、PA6和PA66的化学结构式 3、锦纶的主要性能特点 4、锦纶的制备方法,纺丝方法,纺丝过程 5、锦纶帘子线的特点及制造过程 第一节 腈纶的概述 (聚丙烯腈纤维)是以丙烯腈为 主要单体(含量大于85%)与少 量其他单体共聚而得的高聚物。 腈纶纤维 合成羊毛 “奥纶”、 “开司米纶” 74 丙烯腈:分子中含有碳-碳双键 和腈基,化学性质很活泼。用量90~94% 第二单体:丙烯酸酯、甲基 丙烯酸酯、醋酸乙烯酯等, 用量5%~10%。 第三单体:带有酸性基团的乙烯基 单体如乙烯基苯磺酸、甲基丙烯酸 、衣康酸钠盐等;或是带有碱性基 团的乙烯基单体如2-乙烯基吡啶、 2-甲基-5-乙烯基吡啶等。 用量很少,一般低于5% 。 75 主要原料 为什么要引入第二、第三单体? 这是由于单一丙烯腈聚合物制成的纤维,分 子堆砌紧密,横向高度有序,缺乏柔性,发脆, 染料分子很难进入,染色非常困难。 为了克服聚丙烯腈的这些缺陷,人们采用加 入第二单体的方法,破坏大分子链的规整性,降 低大分子间的敛集密度,使纤维柔顺,改善纤维 的弹性和手感; 加入第三单体,引入一定数量的亲染料基团, 提高染色能力。 76 第二节 腈纶的生产 2.1 PAN的合成 聚合机理 引发剂 工业聚合方法 自由基 共聚合反应 有机化过氧 化物、无机过 氧化物和偶氮 类化合物 溶液聚合法 (一步法)、 水相沉淀聚合 法( 二步法) 77 2.1 PAN的合成 一步法:用油溶性引发剂,反应热容易控 制,产品均一,可以连续聚合、连续纺丝; 要有溶剂回收工序。 二步法:用水为介质,采用水溶性引发剂,聚合产 物不溶解于水相而沉淀出来,其优点在于,反应温 度低,产品色泽洁白;可以得到相对分子质量分布 窄的产品;聚合速度快,转化率高,无溶剂回收工 序等;但在纺丝前,要进行聚合物的溶解工序。 78 2.2聚丙烯腈纤维的生产 2.2.1纺丝方法 聚丙烯腈具有很高的软化点,其理论熔点Tm(267℃)超 过分解温度Td (200-250℃),所以聚丙烯腈不能用熔融纺丝法 纺丝。 干法纺丝 溶液法纺丝 湿法纺丝 生产短丝 生产长丝 79 湿法成形凝固历程 原液细流 临 界 浓 度 凝固浴 ?这一过程的完成是以双扩散为基础的。 ?双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原液细流内 部的扩散,也包括原液中溶剂向凝固浴扩散。 80 湿法成形凝固历程 双扩散过程 纺丝原液由喷丝头喷出进入凝固浴后,原液细流的表层 首先与凝固浴接触而很快凝固成一薄层,凝固浴中的凝固 剂(水)不断通过这一皮层扩散至细流内部,而细流中的 溶剂也通过皮层扩散至凝固浴中。 由于双扩散的不断进行,使皮层不断增厚,当细流中间部分的 溶剂浓度降低到某一临界浓度以下时,原为均相的丙烯腈的共 聚物溶液发生相分离,聚丙烯腈从溶液中沉淀析出,构成初生 纤维的芯层,并产生一定的体积收缩。 81 湿法成形凝固历程 随着纺程的增加,细流中的NaSCN含量不断下降, 而H2O的含量不断增加,导致体系中NaSCN浓度 明显下降。 由于脱溶剂化所引起的体积收缩使聚丙烯腈的浓 度相应地提高。初生纤维是一种高度溶胀立体网 络状的冻胶体,立体网络骨架由大分子链束组成, 大分子链间的缠结是骨架的物理交联点。 82 3、纺丝工艺流程 ? 原液细流——凝固浴固化成型——溶剂拉伸 (预热)—水洗—热拉伸——骤冷——调温调 湿热定型——二次拉伸——调质上油——卷曲— —干燥——打包装箱 83 溶剂拉伸 a、概念 55-65 ℃ 3-4%的NaSCN 水溶液 所谓溶剂拉伸是指将刚成形的纤维在一定温度、一定浓度 的NaSCN溶液中进行低倍拉伸。 1.5-2.5倍 b、目的 1. 为达到工艺总牵伸创造条件 2. 提高初生纤维的强度 3. 降低丝的直径,提高水洗的效率 84 水洗的目的 由凝固浴或拉伸浴出来的丝束含有一定量的溶剂 不除 使纤维手感粗硬,且色泽灰暗,加工中纤维发粘, 不易梳分,干燥和热定型时纤维容易发黄,特别 是在以后的染色过程中更会有不良影响,使染料 沉淀,产生斑点。 水洗后纤维上的残余溶剂含量 0.1% 85 拉伸后纤维形态结构的变化 (1)初生纤维的微孔被拉长变细; (2)初生纤维中由初级沉积体构成的网络骨架在拉伸张力 的作用下发展成为微纤,微纤由大分子链束组成; (3)微纤与微纤之间有结点连接着,微纤间结点的密度与 原来网络骨架间结点的密度有关。 86 4、影响纺丝成形的因素 (1)原液中的聚合物的含量 (2)凝固浴条件 (温度,浓度,种类) (3)溶剂种类 (4)原液的压力 (5)原液的温度 (6)原液的粘度 (7)凝固浴中含杂量 (8)导丝速度 87 ? (1)纺丝溶液中聚合物含量 纺丝溶液中聚合物含量CP ↑ 固化表面层的硬度↓ 因此纤维的截面会变得更圆。 PAN浓度:21% PAN浓度:23% 88 (2)凝固浴温度 T↑ 纤维截面更圆 25 35 45 凝固浴温度(℃) 55 65 凝固浴温度不同时得到的PAN原丝的截面形状 89 ? 降低凝固浴温度,可减小空隙尺寸。 ?这是由于扩散和相分离速率降低的缘故。 90 (3)凝固浴浓度 凝固浴浓度Cb↑ 固化表面层的硬度降低, 因此湿纺纤维的截面会变得更圆. 凝固浴浓度(%):0 10 30 55 70 75 凝固浴浓度不同时,PAN原丝截面形状 91 ? 凝固浴浓度对初生纤维形态结构的影响 凝固浴浓度 初生纤维横截 面平均空洞数 初生纤维表观 密度( g/cm2 ) 初生纤维表面 积( m2/g ) 40%DMAc, 60%H2O 8 0.44 100 55%DMAc, 45%H2O 70%DMAc, 30%H2O 4 1 0.45 0.47 100 130 当凝固浴浓度较低时,因凝固能力过强,易产生空隙。 92 ? (4)溶剂种类 无机溶剂,纤维的横截面 形状为圆形。 有机溶剂, 皮层的凝固程 无机溶剂 度高于芯层,芯层收缩时皮 层相应的收缩较小,因此纤 维的横截面形状呈非圆形。 有机溶剂 93 复习思考题 ? ? ? ? ? ? 1、制作腈纶时,为什么要引入第二、第三单体? 2、腈纶湿法纺丝凝固历程,工艺流程? 3、什么是溶剂拉伸?为什么要进行溶剂拉伸? 4、水洗的目的? 5、腈纶的性能? 6、简述PAN原丝怎么制备碳纤维 94


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