嘉兴学院纺织导论第五章长丝纱成纱基本工艺作业流程及其原理薛元.doc

本章知识关键点1、了解长丝纤维纺丝成形原理；2、了解长丝复合变形和多重加工概念；3、掌握长丝纱线加工工艺步骤及其原理第五章 长丝纱线成纱原理及其工艺步骤由若干根长丝经过拉伸和变形工艺组合形成含有一定力学性能细而长纤维集合体即为长丝纱线长丝纱线通常加工过程可分为四步，即①纺丝成型：包含到高分子材料纤维化技术；②拉伸-定型：在低应力纺丝条件下，分子链未得到充足伸展，拉伸使分子链伸展并沿纤维轴向取向，深入拉伸取向会造成结晶度提升（取向由诱导结晶），同时使得初生纤维物理力学性能、染色性能发生改变；③变形：加捻、假捻、空气变形、空气网络、BCF变形等等；④卷绕：高速卷绕成形，使长丝含有一个便于运输、便于管理、便于退绕、便于使用卷装形式依据纺丝速度不一样和对长丝风格和手感不一样要求，能够设计不一样纺丝--拉伸—变形加工工艺，以较低廉成本取得最好织物效果第一节 长丝纺丝成型加工原理一、纺丝液制备纺织纤维是含有特定形状固体柔性材料纺丝关键任务是将固体材料纺制成细长状且含有一定力学性能柔性纤维材料任何一个物质只有在液态时才能随意改变本身形状所以，纺丝关键过程应该包含了将固体聚合物制备成液态（或粘流态），再将液态聚合物转变成纤维形状，然后固化形成纤维材料。

二、纺丝成形将纺丝流体，用纺丝泵连续、定量而均匀地从喷丝头或喷丝板毛细孔中挤出而成液态纺丝液细流，再在空气、水或凝固浴中固化成丝条过程称为纺丝或纤维成形纺丝是化学纤维生产过程中关键工序，改变纺丝工艺条件，可在较大范围内调整纤维结构，从而对应地改变所得纤维物理机械性能表5-1.关键纺丝方法液体化方法工艺特点纺丝方法使用电加热加热成熔体状态加热聚合物成熔体状态螺杆挤出后在空气中冷却，固化成纤维熔融纺丝使用溶剂溶解制备成悬浊液或乳液，成为液体状态溶剂溶解聚合物成液体状态螺杆挤出后溶剂在空气中蒸发，溶质固化成纤维溶液溶剂纺干法纺丝溶剂溶解聚合物成液体状态螺杆挤出后在固化液中溶剂和固化液中和，溶质固化成纤维溶液溶剂纺湿法纺丝按成纤高聚物性质不一样，化学纤维纺丝方法关键有熔融纺丝法和溶液纺丝法两大类，另外，还有特殊或很规纺丝方法其中，依据凝固方法不一样，溶液纺丝法又分为湿法纺丝和干法纺丝两种在化学纤维生产时，多数采取熔融纺丝法生产，其次为湿法纺丝生产，只有少许采取了干法或其它很规纺丝方法生产一)熔融纺丝熔体纺丝工艺步骤图5-1所表示聚合物切片由加热装置加热成粘流态熔融体，伴随螺杆转动，熔体被推进并逐步升压，然后进入纺丝计量泵，经过过滤器，最终由喷丝板喷丝孔压出，使其成细流状射入空气中，并在纺丝通道中冷却成丝。

纺丝计量泵是一个主动式输送齿轮泵，它作用是等量、均匀地输送聚合物熔体至喷丝板进行纺丝通常一个喷丝板只配置一个纺丝泵聚合物熔体流量波动将造成纺制长丝线密度不均匀，即而造成丝束线密度不均匀纺丝液从喷丝板喷出进入空气当中并发生热量交换，熔融态丝条逐步冷却并由粘流态变成粘弹态，最终凝固成固体其次，因为纺丝卷饶头高速卷饶，从喷丝板挤出熔融态丝条，立即被快速牵离喷丝孔并被拉伸为了确保恒定热交换条件，还采取横向侧吹风以加速熔体凝固侧吹风流速和温度是恒定，以确保长丝长度方向均匀度热塑性长丝在固化之前拉伸倍数最高可达100倍（通常最少可达25倍）纺制涤纶长丝时，熔融状丝条在喷丝板下方约0.6m处固化，在喷丝板下方约1m至10m处集束，然后经过一系列导丝盘，卷绕到筒管上长丝集束后，在导丝盘之前有一个润湿给油装置润湿给油过程是当长丝经过带有油膜坚硬表面时，吸收表面油剂完成给湿上油给油装置下方紧接着是导丝罗拉导丝罗拉速度通常称为纺丝速度纺丝吐出量和导丝罗拉速度相配合，可调整纺出丝条粗细（线密度）丝条粗细或单丝纤度取决于纺丝计量泵吐出量、长丝根数、纺丝速度和后拉伸倍数在吐出量恒定条件下，纺丝速度越块，长丝单丝纤度越细；在吐出量、纺丝速度恒定情况下，后拉伸倍数越大，长丝单丝纤度越细。

比如，将导丝罗拉加热，并使它们速度从后到前逐步增大，即可实现对丝束拉伸拉伸能提升聚合物大分子取向度，进而提升丝束强度保持恒定导丝盘速度是确保纤维均匀性关键现在熔融纺丝法纺丝速度通常为1000～m/min采取调整纺丝时，可达4000～6000m/min喷丝板孔数：长丝为1～150孔，短纤维少为400～800孔，多可达1000～孔喷丝板孔径通常在0.2～0.4mm图5-1.熔融纺丝—卷绕工艺步骤(二)溶液溶剂法纺丝溶液纺丝法是将高聚物溶解于合适溶剂以配成纺丝溶液，再将纺丝液从喷丝孔中压出射入热空气中或凝固浴中凝固成条纺丝方法溶液纺丝方法用于那些不适合熔体纺丝聚合物这类聚合物高温熔化时很不稳定，或是加热后不经熔化直接就会产生热分解现象溶液纺丝法有干法纺丝和湿法纺丝两种，干法纺丝中，纺丝液中溶剂在循环热空气中蒸发而凝固；湿法纺丝中，因为聚合物纺丝液中溶剂和凝固液发生中和反应，使聚合物产生固相分离，于是纺丝液在液体凝固剂中凝固而固化成丝图5-2.溶液溶剂纺干法纺丝工艺步骤1、溶液溶剂纺干法纺丝干法纺丝是将溶液纺丝制备纺丝溶液从喷丝孔中压出，呈细流状，然后在热空气中因溶剂声速挥发而固化成丝，图5-2所表示。

干法纺丝速度通常为200～500m/min，当增加纺丝甬道长度或纺纺制较细纤维时，纺丝速度可提升到700～1500m/min干法纺丝喷头孔数较少，为300～600孔干法纺丝制得纤维结构紧密，物理机械性能和染色性能较发，纤维质量高但干法纺丝投资比湿纺还要大，生产成本高，污染环境现在用于干纺丝产生合成纤维较少，仅醋酯纤维和维纶可用此法另外对于既能用于干法纺丝，又能用湿法纺丝纤维，干法纺丝更适合于纺制长丝2、溶液溶剂纺湿法纺丝湿法纺丝是将溶液法制得纺丝溶液从喷丝头细孔中压出呈细流状，然后在凝固液中固化成丝，图5-3所表示因为丝条凝固慢，所以湿法纺丝纺丝速度较低，通常为50～100m/min，而喷丝板孔数较熔融纺丝多，通常达4000～孔混法纺丝防得到纤维截面大多呈非圆形，且有较显著皮芯结构，这关键是由凝固液固化作用而造成湿法纺丝特点是工艺步骤复杂，投资大、纺丝速度低，生产成本较高通常在短纤维生产时，可采取多孔喷丝头或级装喷丝孔来提升生产能力，从而填补纺丝速度低缺点通常不能用熔融法纺丝成纤高聚物，才用湿法纺丝和生产短纤维和长丝束腈纶、维纶、氯纶和粘胶多采取湿法纺丝图5-3.溶液溶剂纺湿法纺丝工艺步骤3. 其它纺丝法⑴裂膜成纤法裂膜成纤法是指将高分子物熔融挤压为薄膜，然后再用切刀或针刺使之破裂成条，如丙纶扁丝成型方法。

⑵喷射纺丝法喷射纺丝是将纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速气流喷吹，并进行高倍拉伸而制成直径小于0.5～3μm化学纤维长丝现在该法关键用于超细纤维纺丝⑶复合纤维纺丝法复合纤维纺丝法是将两种或两种以上不一样化学组成或不一样浓度纺丝流体，同时经过一个含有特殊分配系统喷丝头而制得在进入喷丝孔之前，两种成份相互分离，互不混合，在进入喷丝孔瞬间，两种液体接触，凝固粘合成一根丝条，从而形成含有两种或两种以上不一样组分复合纤维此法纺制纤维分为：并列型、皮芯型、海岛型和散布型等多个结构⑷异形纤维纺丝异形纤维纺丝是用非圆形喷丝孔，制取多种不一样截面形态异形纤维常见异形纤维有扁平形、三角形、Y型、五叶形、星形和中空型等⑸原液染色纺丝法原液染色纺丝法是在化学纤维纺丝熔融或溶液中加入合适着色剂（或色母粒），再经纺丝后直接制成有色纤维长丝该方法可提升染色牢度，降低染色成本，降低环境污染另外，还有相分离纺丝法、冻胶纺丝法、乳液或悬液纺丝法、液晶纺丝、静电纺丝法等新型纺丝方法三. 长丝后加工纺丝成形得到化学纤维丝称为初生丝初生丝强度低、伸长大、沸水收缩率大、往往不能直接用于纺织加工，所以初生丝还需经过一系列后加工其中关键工序是集束牵伸和热定形。

一）集束牵伸集束牵伸是将若干个喷丝头喷出丝束以均匀张力集合成要求粗细大股丝束，再将大股丝束经多辊拉伸机进行一定倍数拉伸过程集束牵伸是化学纤维长丝制造关键工序，合理改变集束牵伸工艺，可产生不一样力学类型纤维当纺丝成形条件一定时，影响拉伸最关键参数有加热介质和温度，拉伸倍数及其分配比，拉伸速度等拉伸倍数确实定关键取决于对成品纤维性质要求，原丝质量和纺丝速度．如成品纤维要求高强低伸，则拉伸倍数大，反之，则小相关原丝质量和纺丝速度对拉伸倍数影响也很大，尤其是后者，因为纺丝速度对原丝预取向度影响最大，通常来说，纺丝速度每提升100m／min，拉伸倍数下降约0.1倍，如纺丝速度为600m／min时，拉伸4.5倍，而当纺丝速度提升至I000m／min时，仅能拉伸4.0倍拉伸倍数在两次拉伸工艺中要进行分配，通常把第一次拉伸比控制在总拉伸比80～90％，使拉伸细颈基础消除第一次拉伸是关键，其拉伸倍数通常大于自然拉伸倍数，而总拉伸倍数要小于长丝能承受最大拉伸倍数拉伸速度对拉伸也有影响，拉伸速度应从拉伸设备情况，操作条件和加热温度来全方面考虑在拉伸温度不变条件下，伴随拉伸速度提升，拉伸应力增加；在拉伸速度不变情况下，拉伸温度升高，则拉伸应力会降低，也即温度升高则越轻易产生变形。

所以，在拉伸速度提升情况下，能够合适提升拉伸温度，以使拉伸应力在合理范围内在生产中，提升拉伸速度可增加产量，而且拉伸温度较高时，合适提升拉伸速度能够稳定拉伸工艺，但拉伸速度不能太高，不然会造成大量毛丝和断头，影响正常生产，所以拉伸速度通常为100～240m／min二）上油为改善化学纤维工艺性能或化纤加工需要，将丝束经过油浴，在纤维表面上加一层很薄油膜，方便于后道加工化学纤维长丝上油后可提升其柔软性、润滑性和抗静电性等三）热定形热定形是为消除纤维长丝在拉伸时所产生内应力，确保结构在后期使用中稳定性，以提升纤维尺寸稳定性，保持卷曲效果，并改善机械性能和其它物理性能四）化纤消光为降低或消除化纤中强光泽，纺丝时刻添加消光剂，通常采取二氧化钛，依据消光剂数量可生产有光、无光和半无光纤维五）络筒借助于分丝器，将加工好化学纤维长丝经过平行卷绕头卷绕制成圆柱形丝筒第二节 长丝纱线成纱工艺由若干根长丝经过拉伸和变形工艺组合形成含有一定力学性能细而长纤维集合体即为长丝纱线按图5-2所表示纺丝设备，改变纺丝速度可纺出力学性能和超分子结构差异较大长丝所以可依据纺丝速度对它们分类，通常把纺丝速度V≤1000m/min得到长丝称为未拉伸丝（低速纺丝，Undraw Yarn，简称UDY丝）；把纺丝速度1000m/min≤V<2500m/min得到长丝称为半预取向丝(中速纺丝，Medium Oriented Yarn，简称MOY丝);把纺丝速度2500m/min≤V<35000m/min得到长丝称为预取向丝（高速纺丝，Pre-Oriented Yarn，简称POY丝）; 把纺丝速度4500m/min≤V<6000m/min得到长丝称为高速取向丝（超高速纺丝，Highly Oriented Yarn，简称HOY丝）。

图5-4.不一样纺丝速度纤维DSC曲线 图5-5.不一样纺丝速度纤维沸水收缩率曲线图5-4.和图5-5.分别为从m/min至9000m/min纺丝速度得到原丝差热分析曲线及沸水收缩率曲线由图5-4.能够看出纺速高于四千米以后结晶放热峰消失,伴随纺速提升,融点峰向右偏移由图5-5.能够看出沸水收缩率在纺速为3000m/min时达成最高约50%～6。