PLA纤维熔融纺丝生产工艺探讨
pla纤维的生产工艺

1、PLA纤维的生产工艺、结构特点和主要性能生产工艺:工艺? PLA切片→干燥→螺杆挤压→预过滤→纺丝箱→冷却上油→卷绕→热盘拉伸→DT纤维(1)切片干燥:像PET一样,PLA切片必须经过干燥处理后才能进行熔融纺丝。
PLA属聚酯类产品,由于其聚合物在活跃和潮湿的环境中会通过酯键断裂发生水解而产生降解,造成分子量大幅下降,从而严重影响成品纤维的品质,因此纺丝前要严格控制PLA聚合物的含水率。
PLA切片干燥后含水率与干切片特性粘度的控制尤为重要,因为含水率控制不当引起的分子量损失将给正常的熔融纺丝带来困难。
(2)熔融纺丝:由于具有高结晶性和高取向性,PLA纤维具有高耐热性和高强度,且无需特殊的设备和操作工艺,应用常规的加工工艺便可进行纺丝。
但 PLA纤维不同于芳香酯的PET,其熔点175℃(由差示扫描量热DSC法测定)与PET的260℃差距较大,且熔融纺丝成形较PET困难,主要表现在PLA的热敏性和熔体高粘度之间的矛盾。
要使PLA在纺丝成形时具有较好的流动性和可纺性,必须达到一定的纺丝温度,但PLA物料在高温下,尤其是经受较长时间的相对高温时极易发生热降解,因此造成PLA熔融成形的温度范围极窄。
(3)? 纺丝组件:由于PLA熔体的表观剪切粘度随剪切速率的增大而下降,表现为切力变稀流动现象。
因为在剪切应力的作用下,大分子构象发生变化,长链分子偏离平衡构象而沿熔体流动取向,表现出预取向性,从而使体系解缠并使大分子链彼此分离,导致PLA熔体的表观剪切粘度下降。
因此,必须通过加强剪切来降低其表观粘度,进而解决PLA聚合物热敏性和熔体高粘度之间的矛盾,实现纺丝的顺利进行。
(4)速率和卷绕超喂:在生产过程中,为保证PLA纤维有一定的取向度,同时希望拉伸应力和卷绕应力在纺丝过程中得到及时有效地消除,有效控制卷绕张力是关键。
另外,由于PLA纤维的玻璃化温度较低,易造成卷绕过程中应力松驰加剧,使纤维沿轴向发生一定尺寸的收缩。
可降解聚乳酸纤维(PLA)开发生产方案(二)

可降解聚乳酸纤维(PLA)开发生产方案一、实施背景随着全球对环境保护的关注日益提高,绿色、可持续的产业发展成为了主流趋势。
聚乳酸纤维,作为一种生物可降解材料,具有优良的环保性能和广阔的市场前景。
然而,其生产成本高、技术难度大等问题成为了制约其广泛应用的主要障碍。
因此,从产业结构改革的角度出发,探讨聚乳酸纤维(PLA)的开发和生产方案具有重要意义。
二、工作原理聚乳酸纤维(PLA)是以乳酸为原料聚合得到的聚合物。
其工作原理主要包括以下步骤:1.乳酸聚合:通过催化剂的作用,将纯度较高的乳酸分子聚合形成长链,得到聚乳酸。
2.熔融纺丝:将聚乳酸熔融,通过纺丝机喷丝,形成纤维。
3.冷却拉伸:纤维经过冷却装置后进行拉伸,强化纤维结构。
4.卷绕成型:经过卷绕装置,使纤维卷绕成卷,完成PLA纤维的生产。
三、实施计划步骤1.资源整合:整合相关乳酸原料资源,确保原料的稳定供应。
2.技术研发:研发高效、环保的PLA生产技术,降低生产成本。
3.生产线建设:根据PLA纤维生产工艺要求,建设或改造生产线。
4.试生产与调试:进行试生产,对生产过程进行监测和调试。
5.批量生产:经过试生产验证成功后,开始批量生产。
6.市场推广:对PLA纤维进行市场推广,扩大销售渠道。
四、适用范围1.纺织服装:PLA纤维具有优良的生物相容性和可降解性,适用于制作医疗用品、运动服、内衣等。
2.包装材料:PLA纤维制成的包装材料可替代传统塑料,应用于食品、药品等领域。
3.生物医用:PLA纤维可用于制作手术缝合线、人工韧带等医疗用品。
4.环境治理:PLA纤维可用于制作生物降解塑料,有助于减少白色污染。
五、创新要点1.开发高效、环保的PLA生产技术,降低生产成本。
2.探索新的生产工艺,提高产品质量和性能。
3.结合市场需求,开发多样化的PLA制品,满足不同领域的需求。
4.加强产业链上下游合作,实现资源共享和优势互补。
六、预期效果1.提高PLA纤维的生产效率和产品质量。
PLA纤维熔融纺丝工艺

PLA纤维熔融纺丝生产工艺合成纤维在纺织纤维中所占比重较高,现已广泛应用于工农业生产、服饰、家居等领域,但由于其原料大都取自石油、煤炭等不可再生资源,且使用后难降解,易造成污染,因此,可降解、再生的“绿色环保”纤维材料成为今后合成纤维研究的方向。
近年来,随着聚乳酸(PLA)纤维聚合工艺的局部成熟,它被认为是最具发展前景的“绿色环保”纤维之一,它具有良好的生物降解性和循环再生性,同时又具有芯吸导湿性、良好的抗紫外线性和耐菌性、优良的阻燃性、出色的回弹性及悬垂性。
PLA纤维POY-DT技术由于工艺路线简单、成本低、污染小,且常规设备进行适当改造后可以工业化生产,已经成为PLA纤维的一大生产方向。
浙江上虞新天龙化纤通过北京中丽POY纺丝线及山西晋中改造的平行牵伸机设备,已成功开发生产了50D、98D系列PLA长丝纤维,较大程度地克服了PLA可纺性差、易水解、纺丝成形温度窄等技术难题,提高了纤维织物的档次。
一、生产实例设备北京中丽POY纺丝试验线,日本汤浅导丝系统,山西晋中改造的平行牵伸机(KV 505)。
原料美国Largill Dow 公司生产的PLA切片,日本竹本公司生产的POY油剂。
工艺PLA切片→干燥→螺杆挤压→预过滤→纺丝箱→冷却上油→POY卷绕→热盘拉伸→DT纤维二、工艺探讨1. 切片干燥像PET一样,PLA切片必须经过干燥处理后才能进行熔融纺丝。
PLA属聚酯类产品,由于其聚合物在活跃和潮湿的环境中会通过酯键断裂发生水解而产生降解,造成分子量大幅下降,从而严重影响成品纤维的品质,因此纺丝前要严格控制PLA聚合物的含水率(<50×10-6)。
PLA切片干燥后含水率与干切片特性粘度的控制尤为重要,因为含水率控制不当引起的分子量损失将给正常的熔融纺丝带来困难。
从生产试制55dtex/24 f PLA纤维的工艺来看,长丝生产要求PLA干切片的含水率最好在30ppm以下。
适用的干燥条件为:结晶温度控制在105℃左右,切片经过脉动阀板和两两隔开的结晶热风循环通道的气流;再由氧化铝分子筛脱湿器和夹套式闭式热空气干燥;由于其熔点和玻璃化温度较低,干燥温度可控制在120℃左右,干燥时间6 h以上,实现露点温度60℃。
熔纺法制备超高分子量聚乙烯纤维的相关问题探讨

技术与信息2019年4月| 75将PE 送入螺杆中进行熔融,螺杆挤出机分为三段加热,对应温度分别为185℃、192℃、210℃。
第一段为输送段,从料口最后一道螺纹开始,物料在此要求不能塑化,但要预热受压挤实;第二段叫压缩段,此段螺槽体积由大逐渐变小,并且温度要达到物料塑化程度;第三段叫计量段,此时物料保持塑化温度,准确、定量输送熔体物料,供给机头,机头温度要略高于计量段温度,以保证物料的熔融状态。
(3)计量纺丝冷却装置。
计量泵选用50cc 的容积泵,选用3.0mm 直径的喷丝装置,螺杆中的熔融物料经过计量泵挤出后从喷丝板喷出,计量泵的温度要保持物料塑化温度。
物料经喷丝板喷出后形成初生纤维,利用纺丝水槽对初生纤维进行冷却,冷却温度为60℃,纤维在纺丝水槽里迅速进行冷却定型。
(4)热拉伸装置。
热拉伸装置由牵伸机1、热水浴1、牵伸机2、热水浴2、牵伸机3组成,从纺丝水槽出来的初生纤维经过牵伸机、水浴设备进行两级热拉伸,水浴的温度设定为75~95℃,水浴的甬道长为5m,介质为纯净水。
为了保护纺丝水槽的初生纤维,牵伸机1的速度不宜太快,一般为5m 左右,牵伸机2与牵伸机1的拉伸倍数要在5~8倍,牵伸机3也要与牵伸机2具有一定的速度差进行再次热拉伸,以提高纤维的强度和模量。
(5)烘干定型、卷绕。
再通过烘箱对纤维进行烘干定型处理,烘箱温度设定为115~125℃之间,最后卷绕上卷完成半成品的制备。
3.1.2 复牵拉伸介绍复牵线主要是通过对半成品纤维的再次拉伸,达到纤维生产的各项指标,比如纤度、强力、模量等;整个复牵线由几个牵伸辊、烘箱组成,烘箱的温度一般设定为150℃左右,边加热边拉伸,将纤维拉细的同时,强力和模量也有大幅度的提高,可以满足预设的性能指标。
4 结语熔融纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维,制备过程中不添加溶剂因而工艺路线简单,但由于其粘度超高,分子链大量缠结,使得在熔点以上无粘流态,因此无法进行一般的直接熔融纺丝。
超高分子量聚乙烯纤维熔融纺丝法制备工艺研究

超高分子量聚乙烯纤维熔融纺丝法制备工艺研究超高分子量聚乙烯纤维是一种高强度、耐磨性能强、化学稳定性好的新型纤维材料。
在军事、航天、航空、运动装备、工程防护等领域有着广泛的应用。
熔融纺丝法是超高分子量聚乙烯纤维制备的一种重要方法,其制备工艺的研究对于提高纤维的性能具有重要意义。
熔融纺丝法的制备过程是将聚合物熔融后通过喷丝孔将其喷出,经气流冷却后形成丝线,再经拉伸、定型等加工工艺得到纤维。
超高分子量聚乙烯是一种高分子链非常长的聚合物,采用熔融纺丝法制备具有技术难度和技术成熟度等方面的挑战。
超高分子量聚乙烯纤维熔融纺丝法制备工艺的研究主要包括原料的选择、纺丝工艺的优化、纤维性能的控制等方面。
首先,原料的选择对于超高分子量聚乙烯纤维的制备至关重要。
聚合物的分子量越高,纤维的耐磨性和强度就越好,但是高分子链长容易引起晶体穴、凝固块等缺陷,同时还会增加熔体粘度,导致纺丝困难。
因此,确定合适的分子量和分子量分布对于超高分子量聚乙烯的制备至关重要。
其次,纺丝工艺的优化是熔融纺丝法制备超高分子量聚乙烯纤维的重要环节。
纺丝工艺包括熔体温度、压力、喷丝孔形状和大小、冷却气流速度等多个参数的综合调节。
具体而言,纤维强度与纤维直径有很大关系,一般要控制在10~20微米范围内。
而纤维的强度与纺丝速度关系密切,一般在0.01~1m/min范围内,速度过快纤维难以拉伸;而过慢则会使纤维成形不良。
同时,纺织工艺还需要通过加入添加剂等方式提高纤维的均匀性、抗静电性和抗紫外线性。
最后,超高分子量聚乙烯纤维性能的控制也是熔融纺丝法制备的关键问题。
纤维性能因分子量、分子量分布、结晶度、拉伸程度、行向度等多个因素而异,因此需要通过拉伸、复合、改性等加工手段来优化其性能。
例如,纤维成形后可以进行拉伸、热定型等方式来提高纤维的强度和耐磨性能,同时还可以通过添加改性剂来改善纤维的结构、增加抗紫外线等性能。
总之,超高分子量聚乙烯纤维熔融纺丝法制备工艺的研究是非常重要的。
聚乳酸的熔融纺丝研究的开题报告

聚乳酸的熔融纺丝研究的开题报告一、研究题目:聚乳酸的熔融纺丝研究二、研究背景和意义:聚乳酸(PLA)是一种具有良好生物可降解性和生物相容性的生物塑料,被广泛应用于包装、医学、纺织和农业等各个领域。
目前,PLA的生产已经进一步发展,使得它成为了被广泛使用的替代传统塑料的可行选择。
熔融纺丝是一种常见的制备纤维的方法,越来越多的研究表明,PLA 的熔融纺丝是一种较为有效的方法去制备与传统塑料纤维相类似的可降解高分子纤维。
在这种方法中,技术参数如熔融温度、流量等对纤维的物理、化学性质均有重要影响。
因此,本研究将聚焦于聚乳酸的熔融纺丝过程,旨在研究不同制备条件下对纤维形态及物理、化学性质的影响,为PLA纤维的制备提供科学依据和理论支撑。
三、研究目标:1. 探究不同熔融温度和流量对聚乳酸的纤维形态的影响;2. 研究纤维的物理、化学性质在不同参数调节下的变化;3. 为聚乳酸的熔融纺丝提供理论支撑。
四、研究方法:1. 收集相关文献资料进行综述分析,了解PLA纤维的制备发展、特点和应用情况;2. 设计实验计划,通过长时间的熔融纺丝实验,探究不同熔融温度和流量对纤维形态和性质的影响;3. 使用SEM、DSC、TGA、FTIR等测试手段,分析纤维的形态、热学、力学以及表面化学性质;4. 分析统计实验结果,根据数据得出纤维制备最优参数,为PLA纤维可控制备提供理论指导。
五、论文结构:第一章:绪论1.1 研究背景与意义1.2 国内外研究现状1.3 研究目的与意义1.4 研究内容及方法1.5 论文结构第二章:聚乳酸的特性与制备工艺2.1 聚乳酸的特性及其优点2.2 PLA的生产技术2.3 PLA纤维的制备技术分析第三章:聚乳酸的熔融纺丝实验3.1 实验设备及材料3.2 实验条件与方法3.3 实验结果分析第四章:纤维形态和性质的测试与分析4.1 纤维形态的测试与分析4.2 纤维物理、化学性质的测试与分析4.3 实验结果分析与讨论第五章:结论5.1 实验结论与启示 5.2 研究不足及展望参考文献。
聚乳酸纤维工业生产流程

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可降解聚乳酸纤维(PLA)开发生产方案(一)

可降解聚乳酸纤维(PLA)开发生产方案一、实施背景随着人们对环境保护意识的提高,绿色生产和生活方式越来越受到重视。
传统纺织纤维的生产过程中,大量排放的二氧化碳和其他污染物对环境造成了严重影响。
因此,开发可降解、环保的纺织纤维成为了当务之急。
聚乳酸(PLA)作为一种生物可降解材料,具有良好的生物相容性和降解性,受到广泛关注。
本方案旨在从产业结构改革的角度,探讨可降解聚乳酸纤维(PLA)的开发生产。
二、工作原理聚乳酸(PLA)是一种由可再生植物资源(例如玉米)提取淀粉原料制成的生物降解材料。
其工作原理主要是通过微生物发酵方法,将淀粉原料转化为乳酸,再经过聚合反应生成PLA树脂。
最后,通过纺丝工艺将PLA树脂加工成为纤维。
这种纤维在一定的条件下可完全降解,对环境友好,且具有良好的生物相容性和力学性能。
三、实施计划步骤1.原料准备:首先需要准备足够的可再生植物资源,如玉米淀粉或其他淀粉类原料。
2.微生物发酵:利用特定的微生物将淀粉原料转化为乳酸。
3.聚合反应:将得到的乳酸进行聚合反应,生成PLA树脂。
4.纺丝工艺:将得到的PLA树脂进行纺丝,加工成为纤维。
5.后处理:对得到的纤维进行后处理,如拉伸、定型等,以获得所需的物理性能。
6.品质检测与评估:对生产的PLA纤维进行品质检测和评估,确保其满足相关标准。
7.市场推广与销售:将产品推向市场并进行销售。
四、适用范围1.服装纺织品:PLA纤维可用于制作各种服装,如运动服、内衣、外衣等。
2.家居纺织品:如床单、窗帘、地毯等。
3.医疗纺织品:由于其良好的生物相容性,PLA纤维可用于制作医疗用品,如手术服、口罩等。
4.包装材料:PLA纤维可用于制作环保包装材料,如购物袋、食品包装等。
五、创新要点1.生物可降解性:与传统纺织纤维相比,PLA纤维具有生物可降解性,对环境友好。
2.可再生资源:PLA纤维的生产原料来源于可再生植物资源,如玉米淀粉,有利于资源的可持续利用。
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PLA纤维熔融纺丝生产工艺探讨合成纤维在纺织纤维中所占比重较高,现已广泛应用于工农业生产、服饰、家居等领域,但由于其原料大都取自石油、煤炭等不可再生资源,且使用后难降解,易造成污染,因此,可降解、再生的“绿色环保”纤维材料成为今后合成纤维研究的方向。
近年来,随着聚乳酸(PLA)纤维聚合工艺的局部成熟,它被认为是最具发展前景的“绿色环保”纤维之一,它具有良好的生物降解性和循环再生性,同时又具有芯吸导湿性、良好的抗紫外线性和耐菌性、优良的阻燃性、出色的回弹性及悬垂性。
PLA纤维POY—DT技术由于工艺路线简单、成本低、污染小,且常规设备进行适当改造后可以工业化生产,已经成为PLA纤维的一大生产方向。
浙江上虞新天龙化纤有限公司通过北京中丽POY纺丝线及山西晋中改造的平行牵伸机设备,已成功开发生产了50 D、98 D系列PLA长丝纤维,较大程度地克服了PLA可纺性差、易水解、纺丝成形温度窄等技术难题,提高了纤维织物的档次。
本文将结合生产实例对PLA纤维的生产工艺作一定探讨。
一、生产实例设备北京中丽POY纺丝试验线,日本汤浅导丝系统,山西晋中改造的平行牵伸机(KV 505)。
原料美国Largill Dow 公司生产的PLA切片,日本竹本公司生产的POY油剂。
工艺PLA切片→干燥→螺杆挤压→预过滤→纺丝箱→冷却上油→POY卷绕→热盘拉伸→DT纤维二、工艺探讨1. 切片干燥像PET一样,PLA切片必须经过干燥处理后才能进行熔融纺丝。
PLA属聚酯类产品,由于其聚合物在活跃和潮湿的环境中会通过酯键断裂发生水解而产生降解,造成分子量大幅下降,从而严重影响成品纤维的品质,因此纺丝前要严格控制PLA聚合物的含水率(<50×10-6)。
PLA切片干燥后含水率与干切片特性粘度的控制尤为重要,因为含水率控制不当引起的分子量损失将给正常的熔融纺丝带来困难。
从生产试制55 dtex/24 f PLA纤维的工艺来看,长丝生产要求PLA干切片的含水率最好在30 ppm以下。
适用的干燥条件为:结晶温度控制在105℃左右,切片经过脉动阀板和两两隔开的结晶热风循环通道的气流;再由氧化铝分子筛脱湿器和夹套式闭式热空气干燥;由于其熔点和玻璃化温度较低,干燥温度可控制在120℃左右,干燥时间6h以上,实现露点温度60℃。
而从108 dtex/48 f PLA纤维的试纺情况来看,其预结晶和干燥温度可比55 dtex/24 f的略高3~4℃,干燥时间可略短。
2. 熔融纺丝PLA纤维具有同PET纤维相似的物理特性,不仅具有高结晶性,还具有相似的透明性。
由于具有高结晶性和高取向性,PLA纤维具有高耐热性和高强度,且无需特殊的设备和操作工艺,应用常规的加工工艺便可进行纺丝。
但PLA纤维不同于芳香酯的PET,其熔点175℃(由差示扫描量热DSC法测定)与PET的260℃差距较大,且熔融纺丝成形较PET困难,主要表现在PLA的热敏性和熔体高粘度之间的矛盾。
例如可用于纺丝成形的PLA相对分子量达10万左右,但其熔体粘度远高于PET熔体的粘度。
要使PLA在纺丝成形时具有较好的流动性和可纺性,必须达到一定的纺丝温度,但PLA物料在高温下,尤其是经受较长时间的相对高温时极易发生热降解,因此造成PLA熔融成形的温度范围极窄。
目前有文献报道“连续共沸除水直接缩聚合成的成纤PLA分子量可达30万以上”,为PLA纤维的品质和可纺性提供了基础。
由于PLA聚合物的热稳定性较差,为避免较大量的聚合物热降解,在保证熔体流变性好的情况下,需要设定较低的纺丝温度。
从纺丝实例看,冷却区设定为41℃,螺杆各区温度控制在205~212℃,而联苯加热气相温度控制在210~213℃为宜(为便于低温控制,必须用低沸点联苯);从生产实例看,熔体温度宜控制在216℃以内,高于216℃时,预取向纤维拉伸较为困难,而当该温度较低时,毛丝、断头严重,生头困难。
同时,在保证均压和纤维均匀挤出的前提下,可降低预前压力到7.5 Mpa,以减少熔体在螺杆的回流,从而减少熔体在高温区的停留时间,减少熔体热降解的程度,进而降低纤维成品质量特别是强度指标的下降。
从55 dtex/24 f PLA纤维的试纺情况来看,其螺杆各区的温度比108 dtex/48 f的可略低2~3℃,而纺丝箱温度低1~2℃左右。
3. 纺丝组件由于PLA熔体的表观剪切粘度随剪切速率的增大而下降,表现为切力变稀流动现象。
因为在剪切应力的作用下,大分子构象发生变化,长链分子偏离平衡构象而沿熔体流动取向,表现出预取向性,从而使体系解缠并使大分子链彼此分离,导致PLA熔体的表观剪切粘度下降。
因此,必须通过加强剪切来降低其表观粘度,进而解决PLA聚合物热敏性和熔体高粘度之间的矛盾,实现纺丝的顺利进行。
通过试纺比较,发现24 f和48 f喷丝板在孔径适当降低而长径比同步提高的情况下(φ0.25调整为φ0.18~φ0.22),熔体破裂现象比未调整前有明显改善的趋势。
这种情况跟PET相似:熔体具有一定的储能模量,大分子的伸展与已伸展的大分子弹回最低能态处需一定的松驰时间,为了取得大分子的净伸展或净取向效果,剪切速率必须大于大分子的松驰速率。
在纺丝时,调整后的孔径和长径比有利于剪切速率的加强,从而为纺丝稳定创造条件。
建议PLA纺丝用喷丝板长径比控制在2.3~3.0,高于同规格的PET纺丝用喷丝板的长径比2.0~2.5;在组件安装上,我们把24 f和48 f喷丝板分别底装20%~35%的金属砂,跟海砂分层混装,在可纺性相同的情况下降低初始压力。
实测组件的初始压力要小2.0 Mpa~2.5 Mpa左右,此时纺丝情况尚可,断头较少,组件滴浆能有效控制。
4. 速率和卷绕超喂Mezghani K等通过在环境温度(25±3)℃的条件下进行的PLA纤维高速纺丝的研究表明:从纺丝速率(0~5 000 m/min)对PLA初生纤维结晶度和力学性能的影响来看,初生纤维的结晶度随纺丝速率的增加呈线性增加趋势,并在纺丝速率为3 000 m/min时达到最大;此后随着纺丝速率的继续增大,初生纤维的结晶度和力学性能有所下降。
这是因为随着纺丝速率的增加,初生纤维的拉伸形变速度梯度变大,即初生纤维的声速取向因子变大,从而使拉伸强度等增加;而较高的纺丝速率会导致分子取向并使纤维发生诱导结晶,过高的纺丝速率使PLA结晶时间过短,结晶不完全。
在生产过程中,为保证PLA纤维有一定的取向度,同时希望拉伸应力和卷绕应力在纺丝过程中得到及时有效地消除,有效控制卷绕张力是关键。
另外,由于PLA纤维的玻璃化温度较低,易造成卷绕过程中应力松驰加剧,使纤维沿轴向发生一定尺寸的收缩。
在尽可能保证卷绕稳定的情况下,适当增大卷绕超喂率,在不影响成形的前提下,减少卷绕张力,相应调整摩托辊与筒子的接触压力,可以得到优质的大卷装丝。
从55 dtex/24 f PLA纤维的纺制情况看,丝层厚度和卷绕角度宜分8~12步配套完成,超喂率控制在2.0%左右(比同规格PET略大),以实现表面成形和卷绕张力的平衡;纺108 dtex/48 f PLA纤维的卷绕参数基本跟55 dtex/24 f的相似,且二者的环境、侧吹风温度和湿度也基本一致。
5. 拉伸温度、速度在平牵机上,热盘的温度即为拉伸温度,作为影响纤维的重要条件之一,选择合适的拉伸温度是提高纤维物理-机械性能的关键。
在试纺过程中,同PET的初生纤维一样,低温时,拉伸初生PLA纤维时易发生脆性断裂,随着拉伸温度的提高,塑性变形越来越明显,PLA纤维结构单元包括链段和大分子的活动性随温度升高而增大。
同时,随着温度的提高,一方面由于PLA大分子在拉伸过程中发生取向,伸直链段的数目增多,而折叠链段的数目减少;另一方面,由于拉伸过程中发生了结晶,片晶之间的连接链相应增加,从而提高了PLA纤维的强度和抗拉性,表现在纤维的物理性能上是纤维的断裂强度明显增大,断裂伸长率也增加。
从试纺情况看:当拉伸温度高于75℃时,PLA纤维冷位发生的脆性断裂现象基本消除;但温度过高,结晶速度和拉伸应力上升过快,解取向增大,有效取向反而减少,导致拉伸不能正常进行。
实践表明,拉伸温度宜在80~85℃。
适当降低拉伸速度的影响类似于升高温度的影响,纤维的断裂伸长率、断裂强度及取向度均向有利于成纤的方向发展;但速度过低,易产生缓慢流动,导致纤维的拉伸应力不足,未能破坏不稳定结构,使分子链取向未向有利于成纤的方向发展,造成断裂强度下降而伸长增大。
从实际试纺55 dtex/24 f和108 dtex/48 f PLA纤维的情况来看,当拉伸速度在680 m/min 左右时,牵伸断头率尚可,成品退卷状况尚佳,成形情况良好;108 dtex/48 f的拉伸温度可比55 dtex/24 f的略高1~2℃左右,速度略高10~20 m/min。
6. 拉伸倍率随着拉伸倍率的增大,PLA纤维的初始模量和断裂强度均有所提高,而断裂伸长有所降低。
这是因为在拉伸过程中,纤维无定形区域的大分子链结构发生不同程度的取向,同时不完善的结晶结构也可能发生一定的重排。
随着拉伸的进行,拉伸倍率增大,纤维取向度提高,纤维的双折射率增大;由于分子取向诱导了大分子结晶,结晶度和密度增加,使拉伸丝的杨氏模量和断裂强度增加;而断裂伸长由于纤维大分子伸展能力的下降而下降,从而使纤维稳定性提高。
但过大的拉伸倍率易破坏分子的链段联接,从而产生大面积毛丝而导致丝束缠辊,难以顺利拉伸。
从试纺情况来看,稳定张力、将热拉伸均匀的一区的拉伸倍率控制在1.012以下,二区的拉伸倍率可根据POY原丝的指标进行调整。
表1是相关工艺调整后纺制的PLA纤维经拉伸后的物检指标。
表1 PLA纤维物检指标指标55 dtex/24 f 108 dtex/48 f纤度(dtex)55.40 108.20CV(%)0.76 0.66纤度偏差(%)0.57 0.28断袭强度(cN/dtex) 3.72 3.85CV(%) 2.97 3.42断裂伸长率(%)28.20 29.70CV(%) 4.56 3.98极限氧指数(%)85.30 84.60含油率(%)0.67 0.69三、结语1. 较好的干燥效果和较低的纺丝温度是减少水解和热降解的基础;2. 合理的的温度区间和优化的组件配制有助于解决聚合物热敏性和熔体高粘度之间的矛盾;3. 合适的纺丝速率和一定的卷绕超喂有利于正常纺丝;4. 适宜的牵伸倍率、拉伸温度及速度有利于制备高强、中伸、低模的PLA纤维。