粘胶纤维纺丝凝固浴的配制.doc

粘胶纤维纺丝凝固浴的配制摘要：凝固浴,又称纺丝浴制造化学纤维时，使纺丝胶体溶液经过喷丝头的细流凝固或同时起化学变化而形成纤维的浴液如制造粘胶纤维时，常用硫酸和硫酸钠等配成的水溶液作为凝固浴 ，硫酸钠使粘胶凝固，硫酸使纤维素黄原酸钠分解而成再生纤维素凝固浴以温水（90℃以下）为凝固介质，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，原液细流中聚合物的浓度不断提高，于是高聚物在凝固浴中析出形成纤维，再经洗涤干燥后进行卷绕纤维品种不同，凝固浴组成及成型温度等也不同关键词：粘胶纤维 凝固浴 组成与配制一、 不同组成凝固浴的设计1 黏胶纤维及凝固浴简介粘胶纤维——长丝又叫人造丝、粘胶长丝；短纤维又叫粘胶、粘纤等近年，粘纤又出现了一种名为“天丝”的新品种粘纤是以棉或其它天然纤维为原料生产的纤维素纤维在12种主要纺织纤维中，粘纤的含湿率最符合人体皮肤的生理要求，具有光滑凉爽、透气、抗静电、染色绚丽等特性 粘纤是古老的纤维品种之一在1891年，克罗斯（Cross）、贝文（Bevan）和比德尔（Beadle）等首先以棉为原料制成了纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名为“粘胶”粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。

根据这一原理，1893年发展成为一种制造纤维素纤维的方法，这种纤维就叫做“粘胶纤维”到1905年，米勒尔（Muller)等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产凝固浴，英文名称为:coagulating bath;spinning bath,又称纺丝浴制造化学纤维时，使纺丝胶体溶液经过喷丝头的细流凝固或同时起化学变化而形成纤维的浴液如制造粘胶纤维时，常用硫酸和硫酸钠等配成的水溶液作为凝固浴 ，硫酸钠使粘胶凝固，硫酸使纤维素黄原酸钠分解而成再生纤维素2 凝固浴的设计 根据凝固浴是由硫酸及硫酸盐所组成，因此可以调整硫酸、硫酸钠、硫酸锌物料的纯度和凝固浴中该组分的浓度，从而得到所需的不同要求的凝固浴鉴于此，我们可以变化组分百分比浓度，和物料纯度来得到多组不同组成的凝固浴由凝固浴配制计算公式，硫酸、硫酸钠、硫酸锌等物料的加量可按下式计算： G=VC/Co式中：G—物料加入量（千克） V—配制凝固浴量（立方米） Co—凝固浴中该组分浓度（克/升或千克/立方米） C—加入物料的纯度（%）加水量按下式计算： Vh=Vd-W式中：Vh—加入水量（立方米） d—凝固浴比重 W—加入物料总在重量因此，按照所需要凝固浴要求给出不同的Vi、Coi、Ci，依据公式算出Gi、Vhi、Wi(i为不同组分数)，然后进行量取、配制，就可以得到不同组成的凝固浴。

溶液通过一定的机械设备及凝固介质，转变为具有一定性能的固态纤维，即溶液被挤出喷丝孔后形成细流而进入凝固浴中，在凝固浴中被中和凝固而成溶胀丝条凝固浴组成：H2SO4118+2 g/L，Na2SO4320+10 g/L，ZnSO411.0-12.0 g/L，凝固浴温度470C-500C在纤维成形过程中的双扩散是指凝固浴中各组分（H2SO4,ZnSO4 和Na2SO4）扩散到细流内部，而细流中的低分子组分（NaOH和H2O）则扩散到凝固浴中细流和凝固浴内各组分相互扩散的结果，使细流产生凝固、中和、盐析、分解、再生而形成固体纤维二、 凝固浴各成分对成品性能的影响凝固浴是由硫酸、硫酸钠、硫酸锌按一定的比例组成的溶液单独的硫酸水溶液虽然也能用于黏胶纤维成型，但所得纤维的质量很差主要是因为纤维素磺酸酯的分解速度过快，大分子还来不及经受足够的拉伸定向，纤维素已经再生出来，使得纤维的结构疏松，内外层结构不匀，强度低，纤维无实用价值故一般要用组合凝固浴纤维品种不同，凝固浴组成及成型温度等也不同1 硫酸在成型过程中硫酸的作用，一是使纤维黄酸钠分解，再生出纤维素和二硫化碳；二是中和粘胶中的NaOH，使粘胶凝固；三是使黄化时产生的副产物分解。

硫酸的浓度要根据成型参数的波动而进行适当调整凝固浴中硫酸的浓度除与生产纤维的品种有关外，还与粘胶的熟成度、粘胶的组成、纺丝的速度以及喷丝头的大小有关2 硫酸钠硫酸钠的主要作用是抑制硫酸的离解，从而延缓纤维黄酸钠的再生速度硫酸钠是一种强电解质，能促使粘胶脱水和凝出这些作用能改善纤维的物理机械性能3 硫酸锌当凝固浴中只含有硫酸和硫酸钠时，虽然制得强度较高的纤维，但因其刚性太高，不能全面符合纺织加工的要求硫酸锌的加入，可改进纤维的成型效果，使纤维具有较高的韧性和较优良的耐疲劳性能 硫酸锌除具有与硫酸钠相同的作用外，还有以下两个特殊作用： 一是能与纤维素黄酸钠作用生成稳定的中间产物纤维素黄酸锌这种中间产物的分解速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利拉伸从而得到强度较高的纤维二是纤维素黄酸锌具有交联结构，能形成结晶中心，生成均匀而细小的结晶，避免大块结晶体的形成，从而使纤维结构均匀，强度、延伸度和钩接强度都可得到适当提高可以用硫酸铝作凝固浴组分代替硫酸锌纺制粘胶纤维，这种工艺技术方法的特点是采用原有制胶工艺，凝固浴中以硫酸铝代替硫酸锌，其浓度掌握在6-20g/l,纺丝温度控制在35-60℃之间，通常的拉伸好后续的纺丝工序不变。

生产的再生纤维素纤维具有新颖的截面（“C”形截面），所制得的粘胶纤维质量可靠，具有光泽度高、柔软性好的特点也解决了因锌离子造成的环境污染纺丝浴组成：6.5-12%的硫酸、0.3-2.0%的硫酸铝、18-26%的硫酸钠由纤维素原料提取出纯净的 α-纤维素（称为甲纤），用烧碱、二硫化碳处理，得到橙黄色的纤维素黄原酸钠，再溶解在稀氢氧化钠溶液中，成为粘稠的纺丝原液，称为粘胶粘胶经过滤、熟成（在一定温度下放置约 18～30h，以降低纤维素黄原酸酯的酯化度）、脱泡后，进行湿法纺丝，凝固浴由硫酸、硫酸钠和硫酸锌组成粘胶中的纤维素黄原酸钠与凝固浴中的硫酸作用而分解，纤维素再生而析出，所得纤维素纤维经水洗、脱硫、漂白、干燥后成为粘胶纤维由于生产中的二硫化碳有毒，与空气混合后易着火、爆炸，因而需对三废（废气、废水和废渣）进行处理，并要注意劳动保护和安全目前，正的探索无毒的纤维素溶剂三、优化凝固成型的工艺条件1 凝固液的温度与凝固时间     凝固液的温度高低，直接影响溶剂和凝固剂间的双扩散，因而影响纤维固化成形速度温度高，固化成形速度快、时间短，易形成皮、芯层结构，纤维强度低固化成形温度一般控制在15℃，适当延长凝固时间，有利于提高纤维的强伸度。

2 凝固液的选择     目前，一般多采用NaOH水溶液为凝固液，主要是由于粘胶纤维在碱性条件下溶解度小，NaOH与乙酸的传质通量比小，固化速率缓慢，有利于纤维固化成形，易形成圆形截面的初生纤维此外，NaOH具有很强的渗透纤维芯层的能力，使得纤维内外层结构趋于一致，不易形成皮、芯层结构NaOH的浓度一般控制在5％～10％之间，浓度偏低不利于中和喷丝液中的乙酸，这不仅影响初生纤维的凝固，而且初生纤维在拉伸过程中容易断裂3 喷孔的直径     根据湿纺成形的机理，当纺丝原液经喷头进入凝固浴后，溶剂和凝固浴中的凝固剂间进行双扩散，最终固化成形因此，喷头孔径的大小，直接影响双扩散系数和纺丝的凝固速度，从而影响纺丝的强度四、凝固浴配制工艺计算1、 凝固浴配制计算（1） 硫酸、硫酸钠、硫酸锌等物料的加量可按下式计算： G=VC/Co 式中：G—物料加入量（千克） V—配制凝固浴量（立方米） Co—凝固浴中该组分浓度（克/升或千克/立方米） C—加入物料的纯度（%） （2）加水量按下式计算： Vh=Vd-W式中：Vh—加入水量（立方米） d—凝固浴比重 W—加入物料总在重量2、设计条件： 原料含量（%）A原料凝固浴DE100M3比重为1.3201硫酸92.51202硫酸锌9693硫酸钠903204表面活性剂1.0注：水未列出根据设计条件可知：配制凝固浴100立方米，组分要求是：硫酸120克/升，硫酸锌9克/升，硫酸钠320克/升，表面活性剂1.0克/升，比重为1.320，所使用物料纯度硫酸92.5%，硫酸锌96%，硫酸钠90%，求各组分加料量及加水量。

解答：由浴配制计算公式，可得：（1） 硫酸加入量G1=100*120/92.5%=12973千克（2） 硫酸锌入量G2=100*9/（96%*161/287）=1671千克（3） 硫酸钠加入量G3=100*320/90%=35556千克（4） 凝固浴总质量=100*1000*1.320=132000千克（5） 加入物料总质量W=12973+35556+1671=50200千克（6） 加入水量Vh=132000-50200=81800千克=8108立方米3、 凝固浴补正计算：在纺丝过程中，凝固浴中的硫酸、硫酸锌都有一定的消耗，其补加量按下式计算：W=(W1+W2)/C W1=ab/24,W2=V△C式中：W—补加物料量（千克） W1—每小时消耗量（千克） W2—补正浓度落差耗量（千克）△C—浓度落差（克/升） a—每吨产量单耗（千克/吨成品） b—成品日产量（吨/日）计算例题中单耗参考数据如下项目单位硫酸（100%）硫酸锌（100%）粘胶长丝千克/吨成品120025粘胶短丝千克/吨成品90022.4例：短丝生产量为30吨/日，凝固浴在循环的总质量为120立方米，硫酸要求浓度为120克/升，分析浓度我诶117克/升，浓硫酸为92.5%的工业硫酸，硫酸锌要求浓度浓度9克/升，分析浓度为8.3克/升，使用纯度为97%的硫酸锌（含结晶水）。

计算硫酸每小时补加量及硫酸锌每班补加量a、硫酸补加量计算： W1(小时耗酸量)=900*30/24=1125千克/小时 W2(补正浓度落差量)=120*（120-117）=360千克 补加硫酸总质量W=1125+360=1485千克 需补加92.5%的浓硫酸量=1485/92.5%=1605.4千克 92.5%浓硫酸比重为1.8262 则补加浓硫酸体积为1605.4/1.8262=879升/时b、硫酸锌补加量计算： W1(每班消耗量)=30*22.4/3=224千克/班 W2（补正浓度落差）=120*（9-8.3）=84千克 补加硫酸锌总量=224+84=308千克 换成含7个结晶水的硫酸锌量为308*276/161=566千克 补加纯度为97%硫酸锌（含结晶水）的量为：549/97%=566千克/班4、 凝固浴比重计算：凝固浴中硫酸、硫酸钠、硫酸锌的浓度影响凝固浴的比重其中，硫酸增加1克/升，比重增加0.00038a 硫酸钠每增加1克/升，比重增加0.000795b 硫酸锌每增加1克/升，比重增加0.00085c 凝固浴比重=1+0.00038a+0.000795b+0.00085ca 、b 、c为物料纯度例、长丝凝固浴组成为硫酸134克/升，硫酸钠265克/升，硫酸。