纤维纺丝

干法纺丝示意图
三种基本纺丝成型法方法的特征
除了上述三种经典纺丝方法以外，现在出现了化学反应纺丝、复合纤维纺丝、 干湿法纺丝、乳液纺丝、悬浮纺丝、冻胶纺丝、液晶纺丝、相分离纺丝等方法。
四、化学纤维的后加工
纺丝流体从喷丝孔中喷出刚固化的丝称为初生纤维。初生纤维虽已成丝状， 但其结构还不完善，物理机械性能较差，如伸长大、强度低、尺寸稳定性差，沸 水收缩率很高，纤维硬而脆，没有使用价值，还不能直接用于纺织加工。为了完 善纤维的结构和性能，得到性能优良的纺织用纤维，必须经过一系列的后加工。 后加工随化纤品种、纺丝方法和产品要求而异，其中主要的工序是拉伸和热定型 。
纺前准备－2
(2) 纺丝溶液的混合、过滤和脱泡 混合的目的是使各批纺丝溶液的性质(主要是浓度和粘度)均匀一致。 过滤的目的是除去杂质和未溶解的高分子物。纺丝溶液的过滤，一 般采用板框式压滤机，过滤材料选用能承受一定压力、并具有一定紧密
度的各种织物，一般要连续进行2~4道过滤。后一道过滤所用的滤材应
在适宜的温度下有良好的溶解性能，并便所得高聚物溶液在尽可能高的浓 度下具有较低的粘度； 沸点不宜太低，也不宜过高。如沸点太低，溶剂挥发性太强，会增加溶剂 损耗并恶化劳动条件；沸点太高，则不宜进行干法纺丝，且溶剂回收工艺比 较复杂； 有足够的热稳定性和化学稳定性，并易于回收； 应尽量无毒和无腐蚀性，并不会引起高聚物分解或发生其它化学变化。
比前一道更致密，这样才能发挥应有的效果。 脱泡是为了除去留存在纺丝溶液中的气泡。这些气泡在纺丝过程中 会造成断头、毛丝和气泡丝而降低纤维质量，甚至使纺丝无法正常进行。 脱泡过程可在常压或真空状态下进行。在常压下静臵脱泡，因气泡较小， 气泡上升速率很慢，脱泡时间很长；而在真空状态下脱泡，真空度越高， 液面上压力越小，气泡会迅速胀大，脱泡速度可大大加快。
合成纤维
二、纺丝流体（液）的制备 熔体法 纺丝液 的制备 纺丝 熔体
溶液法
纺丝 溶液
主要成纤高聚物的热分解温度和熔点
高聚物 聚乙烯 等规聚丙烯 聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚乙烯醇 聚几内酰胺 聚对苯二甲酸乙二醇酯 纤维素 醋酸纤维素酯 热分解温度（℃） 350~400 350~380 200~250 150~200 200~220 300~350 300~350 180~220 200~230 熔点（℃） 138 176 320 170~220 225~230 215 265 -
干燥后切片的含水率，视纤维品种而异。例如，对于聚酰胺6切片，要求于燥后含水率一般低于0.05%；而聚酯切片， 由于在高温下聚酯中的酯键极易水解，故对干燥后切片含水率要求更严格，一般应低于0.01%；对于聚丙烯切片，由 于其本身不吸湿，回潮率为零，因而不需干燥。
切片干燥的同时，使高聚物的结晶度和软化点提高，这样的切片在输送过程 中不易因碎裂而产生粉末，同时也避免在螺杆挤出机中过早地软化粘结而产生 “环结阻料”现象。 (2) 切片的熔融：切片的熔融是在螺杆挤出机中完成的。切片自料斗进入螺 杆，随着螺杆的转动被强制向前推进，同时螺杆套筒外的加热装臵将切片加热 熔融，熔体以一定的压力被挤出而输送至纺丝箱体中进行纺丝。
如涤纶、锦纶、丙纶等采用熔体纺丝 方法制得。此法流程短、纺丝速度高 、纺丝速度一般为900～1200m/min， 高速纺丝可达4000m/min以上，成本 低，但喷丝板孔数较少，长丝1～150 孔，短纤维一般为300～800孔，高的 可达1000～2000孔，甚至更多。若用 常规圆形喷丝孔，则纺得的纤维截面 大多为圆形；采用异形喷丝孔，则纺 得的纤维截面为异形。该法适用于能 熔化、易流动、不易分解的高聚物。
（一）纺丝熔体的制备
凡高聚物的熔点低于其分解温度的，多采用将高聚物熔融成流动的熔体（纺 丝熔体）进行纺丝（如涤纶、锦纶、丙纶等）。熔体纺丝法用于工业生产有两 种实施方法：一是切片纺丝；另一种是熔体直接纺丝。
切片纺丝
(1) 切片干燥：经铸带和切粒后得到的成纤高聚物切片在再熔融之前，必须 先进行干燥。切片干燥的目的是除去水分，提高聚合物的结晶度与软化点。 在切片熔融过程中，含水的高聚物在高温下更易发生热裂解、热氧化裂解和 水解等反应，使高聚物分子量显著下降，大大降低所得纤维的质量。 熔体中的水分气化，会使纺丝断头率增加，严重时甚至使纺丝无法正常进行。
纺前准备流程示意图
纺前准备－1
采用二步法时，需要选择合适的溶剂将成纤高聚物溶解，所得的溶液在送 去纺丝之前还要经过混合、过滤和脱泡等工序，这些工序总称为纺前准备。 (1)成纤高聚物的溶解：线型高聚物的溶解过程是先溶胀后溶解。即溶剂先向 高聚物内部渗入，高聚物的体积不断增大，大分子之间的距离增加，最后大 分子以分离的状态进入溶剂，而完成溶解过程。 用于制备纺丝溶液的溶剂必须满足下列要求：
短纤维的后加工主要包括集束、拉伸、上油、卷曲、干燥定型、切断、打包
等内容。对含有单体、凝固液等杂质的纤维还需经过水洗或药液处理等过程。 粘胶长丝后加工包括水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、脱水、烘干、络筒（绞） 等工序。 涤纶和锦纶6长丝的后加工包括拉伸加捻、后加捻、热定型、平衡、倒筒等 工序。
五. 新型纺丝方法
5-1 干湿法纺丝 5-2 液晶纺丝 5-3 冻胶纺丝 5-4 乳液或悬浮液纺丝
5-5 静电纺丝法
5-6 离心纺丝法 5-7 无喷头熔池纺丝法 5-8 膜裂纺丝法 5-9 熔喷 5-10 纺粘
5-1 干湿法纺丝
干湿法纺丝，或者称为干喷湿纺，这是将干法与湿法的特点结合起来的纺丝 方法。干湿法纺丝时，纺丝溶液从喷丝头压出后，先经过一段空间，然后进 入凝固浴。从凝固浴中导出的初生纤维的后处理过程，与普通湿法纺丝相同。 干湿法纺丝的优点： 由于纺丝液细流出喷丝孔后，先通过空气层，这样就能大大提高喷丝头拉 伸，因而纺丝速度可比一般湿法纺丝高5～10倍，大大提高了纺丝机的生产 率。 与湿法纺丝相比，在干湿法纺丝时，可采用孔眼直径较大的喷丝头 (d=0.15～0.3mm)，同时采用浓度较高、粘度较大的纺丝溶液，湿法纺丝时 溶液粘度一般为20～50Pa· S，干湿法纺丝时则为50~100 Pa· s，甚至可达到 200 Pa· s或更高。
合成纤维生产中常用的纺丝溶剂
成纤高聚物 聚丙烯腈 聚乙烯醇 聚氯乙烯 对苯二甲酸对苯二胺 溶剂 二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，二甲基亚砜，硫氰酸钠水溶液，甲酸或氯化锌 水溶液 水 丙酮与二硫化碳、丙酮与苯、环己酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙酮 浓硫酸、含有氯化锂的二甲基亚砜
在纤维素纤维生产中，由于纤维素不溶于普通溶剂，所以通常是将 其转变成衍生物(纤维素黄酸酯、纤维素醋酸酯等)之后，再溶解制成纺 丝溶液，进行纺丝成形及后加工。 纺丝溶液的浓度根据纤维品种和纺丝方法的不同而异。通常，用于 湿法纺丝的纺丝溶液浓度为12%~25%；用于干法纺丝的纺丝溶液浓度 则高一些，一般在25%~35%之间。 因溶解过程所需时间较长，目前生产中大多采用间歇式分批操作的 溶解机，它是由带有夹套(可加热或冷却)的圆筒形机身、搅拌器及传动 装臵等组成。
化学纤维的制造的四个工序
原料 制备 纺丝流体 （液）制备 化学纤维的 纺丝成型 化学纤维 的后加工
一、原料制备
人造纤维
由天然高分子聚合物经化学加工制造而成，其原 料制备过程是将天然高分子化合物经一系列的化学处 理和机械加工，提纯去除杂质。 以石油、煤、天然气及一些农副产品等低分子为原 料制成单体后，经过化学聚合，聚合而成具有一定官能 团、一定平均分子量和分子量分布的线型聚合物，然后 再制成纤维。由于聚合方法和聚合物的性质不同，合成 的聚合物可能是熔体状态或溶液状态。
熔纺长丝
பைடு நூலகம்
（二）溶液纺丝 溶液纺丝分为湿法纺丝和干法纺丝。
湿法纺丝
湿法纺丝是将高聚物在（无机、有机）溶剂中配成纺丝溶液后经喷丝
头流出细流，在凝固浴中凝固成型的方法。腈纶、维纶、粘胶纤维、氯纶 等等可以采用湿法纺丝方法制得。此法喷丝板孔数较多，一般为4000～ 20000，高的可达5万孔以上。但纺丝速度低，约为50～100m/min。由于液 体凝固剂的固化作用，虽然仍是常规圆形喷丝孔，但纤维截面大多不呈圆 形，且有较明显的皮芯结构。该法适用于不耐热、不易熔化但能溶于某一 种溶剂中的高聚物。
湿法纺丝示意图 1-喷丝头；2-凝固浴；3-导丝盘；4-卷绕装臵
干法纺丝
干法纺丝是将纺丝溶液经喷丝形 成细流，溶剂被加热介质（空气 或氮气）挥发带走的同时，使得 高聚物凝固成丝的方法。腈纶、 维纶、氯纶、氨纶、醋酯纤维等 可以采用干法纺丝。干法纺丝要
求采用易挥发的溶剂溶解高聚物
。此法纺丝速度较高，约为200 ～500m/min，成品质量好。但喷 丝孔数较少，一般为300～600孔 ，辅助设备多，成本高。
A．T．Cepкob指出干湿法成形过程可按工艺特点划分为五 个区域： Ⅰ为液流胀大(膨化)区：自喷丝孔中流出的液流，出于喷丝 孔中动时产生的法向应力差而胀大至2～4倍（点B）。产生 法向应力差的原因是纺丝原液在喷丝孔入口处以及在毛细孔 中流动时的剪切形变。法向应力差的大小以及与此有关的液 流胀大程度，取决于毛细孔长度和直径、原液粘度、弹性模 量、松弛时间以及原液的流动速度。 Ⅱ为液流在气体层中的轴向形变区：在此区内，胀大的液流 受到拉伸，根据纺丝原液的粘弹性、表面张力和液流的形变 速率可拉伸至10～20倍。 Ⅲ为液流在凝固浴中的轴向形变区：进入凝固浴中的丝条并 不是立即凝固的，而需要经过一定的时间，这取决于扩散条 件和发生相变的诱导期。在纤维表面形成固体皮层 (点S) 以 前，纤维能发生显著的纵向形变，特别是在凝固作用缓和的 浴中。 Ⅳ为纤维固化区：此区长度取决于丝条的运动速度和凝固剂 的扩散速度。到达D点时，此区结束，扩散的前沿达到纤维 中心，其凝固剂浓度等于临界过饱和浓废。在此区内主要发 生纤维结构的形成过程或各向异性溶液结构的固定过程。 Ⅴ为已成形纤维导出区：丝条在此区中运动时继续发生扩散 过程，并部分地发生结构形成过程。