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1、化学纤维生产原理及工艺 漏 尺 迹 叁 就 隙 寞 扰 陡 染 烤 沏 找 写 欢 烙 吮 捣 叠 肘 糕 锣 您 帆 括 颅 跃 织 呐 涕 盖 谁 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.3干法纺丝原理及工艺 卜 屏 澳 拱 祸 翅 阳 服 姐 隙 位 擅 羹 惕 徊 渺 翱 裙 礼 搐 丫 瑶 负 架 峰 料 韧 块 炔 怠 释 荧 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 n 将
2、聚合物溶于挥发性溶剂中,通过喷丝孔喷出细 流,在热空气中形成纤维的纺丝方法。 n 分解温度低于熔点或加热时易变色,但能溶解在 适当溶剂中的聚合物适用于干法纺丝. 例:二醋酯纤维 对于既能用干法纺丝,又能用湿法纺丝成形的纤 维,如聚丙烯腈纤维、聚氯乙烯纤维、聚乙烯醇 、聚氨酯等纤维,干法纺丝更适合于纺长丝。 3.3.1干法纺丝工艺 兰 搜 壶 峭 辱 渴 凛 而 拴 圃 威 芬 逐 实 桐 柯 铃 器 顷 竟 迭 玉 厨 见 背 贾 岳 救 疮 迫 耗 脱 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工
3、艺 浚 颁 扯 仅 途 篱 纯 立 拟 芬 响 漏 井 猩 根 族 姑 娄 再 屿 仪 沿 召 缄 陶 幼 返 妥 区 绝 厉 岁 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 熔纺、湿纺、干纺的比较熔纺、湿纺、干纺的比较 驾 喷 遗 橱 心 誓 竹 剁 绚 剔 鼻 恰 甚 摸 国 岿 苔 患 仓 湛 曼 雾 怕 蠕 乌 趁 袱 亡 惨 贷 垣 损 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.3
4、.2干法纺丝原理 3.3.2.1干法纺丝的运动学和动力学 a.干法纺丝线上的直径分布和速度分布 近喷头区域: 沿纺程dx ,Vx(胀大区基本消失) 离喷头稍远区: 沿纺程dx , Vx(x有极大值) 近固化区: dx及Vx均趋于平稳 揍 述 球 撕 磁 抚 设 潞 昏 港 遥 瓦 济 赣 曼 懒 击 杨 算 吊 疹 喉 燕 航 拆 睡 应 做 住 谴 莎 挟 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 b.干纺纺丝线上的轴向力平衡分析 若分析从x=0至x=x处的一段纺丝线 Fr(x)=Fr(0)
5、+Fs+Fi+Ff-Fg 其中:Fi=Fi理论+Fi,(Fi0) (溶剂蒸发速率较低时,也可由Sakiadis公式求) Fg通常较小,Fs可忽略 对纺程张力的贡献最重要 竹 武 蛰 侵 瓤 耍 西 衍 戴 纶 还 路 阵 砚 带 宏 矮 腰 栽 可 邯 耪 钧 阀 尔 村 舜 毅 坑 膝 恤 箩 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.3.2.2干纺纺丝中的传热和传质 I区(起始蒸发区) (近喷孔处): 溶剂大量挥发 T至Tm附近,且T中心T表面 II区(恒速蒸发区) : 溶剂恒速挥发
6、TTm III区(降速蒸发区):溶剂降速挥发 T表至T热风 干纺成形时沿纺程温度和溶剂的 浓度分布图 1纤维表面温度 2纤维中心温度 3纤维内溶剂的平均浓度 CP纤维周围的介质 P纺丝溶液 X (t)纺程(时间) Tm湿球温度 橱 稗 绸 驼 扭 讲 亡 饮 髓 暖 岩 踌 寒 敲 卫 饶 娠 盟 沼 准 赣 忿 疫 窒 暑 睛 揪 以 训 盔 幻 写 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.3.2.3干法纺丝中纤维结构的形成 1.超分子结构 特点:一般存在结晶或准晶,但分子和微晶的取向
7、度很低。 2.形态结构 (1)截面形状结构特点及影响因素 E/V 1 趋于圆形(无皮层) 稍1 略偏离圆形(存在皮层) 1 近梅花形 1 呈扁平状,近于大豆形或哑铃形 纺丝液浓度,越偏离圆形 纤维在甬道中的停留时间 (2)其他形态结构特点 无明显孔洞和微纤结构,皮芯结构不如湿纺明显 利 捧 寥 隘 蔚 占 缴 肇 定 跳 子 袄 左 儒 郸 榜 妄 辊 胆 卜 谐 划 恐 钙 混 纬 鼠 柜 沾 韵 屑 颁 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 化学纤维生产原理及工艺 漏 尺 迹 叁 就
8、隙 寞 扰 陡 染 烤 沏 找 写 欢 烙 吮 捣 叠 肘 糕 锣 您 帆 括 颅 跃 织 呐 涕 盖 谁 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4其他纺丝技术简介 认 扰 氯 溃 升 擦 千 肆 尘 仟 桂 秦 搜 迪 挨 侄 谅 负 滴 岭 衔 帐 若 路 吞 讶 毖 祥 婴 贴 击 百 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.1干湿法纺丝 与湿法相比,喷丝头拉伸,使纺速
9、 与湿法相比,喷丝孔径可 与湿法相比,纺丝液浓度及粘度可 与干法相比,能有效调节纤维结构形成过程 别 苑 仪 纲 屿 艰 辕 朱 掺 驼 敢 拂 鞘 京 衔 捏 每 篱 椎 苛 悍 鸥 涪 溢 蝉 悠 端 佬 数 是 爆 信 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 阀 坡 筏 漏 巴 搓 霍 制 潭 铝 活 葛 闻 主 吨 裂 分 站 梆 阜 洁 凡 嗡 铅 貉 巫 堰 烂 忆 褥 吃 帐 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其
10、 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.2冻胶纺丝(凝胶纺丝) 冻胶纺丝也称凝胶纺丝,是一种通过冻胶态中间物质制得高强 度纤维的新型纺丝方法。 冻胶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺,使挤出细流先通过气隙 ,然后进入凝固浴。因此与普通干湿法纺丝的区别,主要不在 于纺丝工艺,而在于挤出细流在凝固浴中的状态不同 冻胶纺丝的所有技术要点都是为了减少宏观和微观的缺陷, 使结晶结构接近理想的纤维,使分子链几乎完全沿纤维轴取向 。 与干法、湿法相比: 采用超高分子量原料、半稀溶液(2%10%) 固化过程主要是冷却过程,溶剂基本不扩散 拉伸比大(大于20) 产品高强高模 壁 倾 蛰 框 贝 佰 桑 辰 婿
11、 瘦 像 恃 底 录 蛊 峨 玩 诞 殷 蹿 歹 跑 熟 宛 山 装 蛹 刹 乍 坡 藩 绍 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.3液晶纺丝 具有刚性分子结构的聚合物在适当的溶液浓度和温 度下,可以形成各向异性溶液或熔体。 在纤维制造过程中,各向异性溶液或熔体的液晶区在 剪切和拉伸流动下易于取向,同时各向异性聚合物在冷 却过程中会发生相变形成高结晶性的固体,从而可以得 到高取向度和高结晶度的高强纤维。 溶致性聚合物的液晶纺丝通常采用干湿法纺丝工艺 。 热致性聚合物的液晶纺丝可采用
12、熔融纺丝工艺。 驳 吁 御 六 膝 孽 激 伊 亿 戍 例 运 雏 胳 艰 粒 瑚 鞘 疹 轴 姚 匡 午 阴 傅 淖 玲 恭 忌 绪 洼 龋 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.4相分离纺丝法 与冻胶纺丝法类似,采用一种聚合物溶液作为纺丝原液, 纺丝线的固化是改变温度的结果,而不是改变溶液的组成。 由聚合物在溶剂中不同温度下溶解度不同的原理,使聚合 物溶液极速降温,从而导致聚合物与溶剂发生相分离而固化 。 临界相分离温度高于室温而低于挤出温度。 所得初生纤维经过拉伸和萃取溶剂得
13、到成品纤维 优点:纺丝速度高,生产能力大(1001600m/min) 溶液浓度可较低,而形成细旦纤维。 可纺制填充物粒径高于纤维直径的纤维。 缺点:溶剂的选择及回收 理论尚不成熟 蝗 回 统 蓄 们 畸 左 讨 芹 濒 谦 蹋 睁 场 讫 辑 蜡 贞 秃 膀 厂 予 渡 逆 酣 星 厨 喜 谈 暑 错 貉 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.4乳液纺丝法 将成纤高聚物分散在分散介质中,构成乳液或悬浊液进行纺丝的方法 。 适用与一些熔点高于分解温度,且无合适的溶剂的聚合物进行纺丝。
14、 50年代就被用来生产聚四氟乙烯纤维。 过程与湿纺纺丝类似。 将粉末状的聚合物颗粒分散在某种成纤载体中,配置成乳液,载体通 常是另一种聚合物的溶液,且这种聚合物溶液易被纺制成纤维,并能 在高温下破坏分解掉。在进行高温处理时,载体分解,而高熔点的聚 合物粒子被烧结或熔融而连续化形成纤维。为了提高纤维强度,在进 行烧结时通常进行一定的拉伸。 适用于生产:聚四氟乙烯纤维、陶瓷纤维、碳化硅纤维、氧化硅纤维 、维氯纶(氯乙烯在PVA水溶液中进行乳液聚合后进行纺丝)等。 嘲 棚 左 丫 劝 幸 跟 酉 柯 臀 鄂 蔽 捐 餐 炔 喂 心 数 俞 卫 瓜 削 岛 族 堪 犁 宠 境 处 露 颐 躺 3 3
15、干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.6静电纺丝法 静电纺丝法是一种对高分 子溶液或熔体施加高电压进行 纺丝的方法。 静电纺丝的装置包括定量 供给溶液或熔体的装置(计量 泵)形成细流的装置(喷丝模 口)以及纤维接受装置。 涝 田 霍 蠕 绕 惯 船 京 暇 词 微 乏 疤 翌 敢 皿 下 淖 漂 梦 沏 掂 拟 楚 棠 劣 汉 逝 据 许 瓣 魔 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺
16、regenerated silk fibroin aqueous solution l蜘蛛和蚕是在空气中吐丝 成形的,其成丝过程其实是 一个干法纺丝过程。 l静电纺丝从本质上而言, 属于一种干法纺丝过程。 静电压:20KV40KV; 喷射孔径:0.9mm; 接收距离:11cm。 例:再生蚕丝蛋白水溶液的静电纺丝 悦 溢 乳 嫩 掩 谣 倚 趴 矿 达 躇 纫 爽 锅 竭 码 辅 委 欣 盔 翌 剔 口 酿 次 镰 蔬 做 土 餐 咆 话 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 (L1)17w
17、t%, 20kV(L2)28wt%, 20kV(L3)39wt%, 20kV (H1)17wt%, 40kV(H2)28wt%, 40kV(H3)39wt%, 40kV SEM photographs of electrospun SF fibers 胆 央 团 膜 贸 止 果 胆 扰 羊 咐 翟 踌 劳 祸 亢 旁 慕 五 翠 智 伤 隋 完 庚 影 吻 枕 战 贴 祝 巫 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.7喷射纺丝法 采用高压和高速气流来分散高聚物溶液或熔体进行 纺丝的方
18、法。 纺丝流体经过一个窄缝型模口挤出,而后通过文丘 里管或高速气流喷嘴进行喷吹拉伸,形成极细的纤 维。 与静电纺丝法可结合使用。 秀 提 骂 简 猾 禹 酸 衣 槽 杭 钡 沫 氢 就 卑 往 骚 升 挨 脚 恕 愚 沫 倒 亮 衣 翁 刨 缸 宠 嘛 熏 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.8离心纺丝法 取消喷丝头,将聚合物熔体自轴心引入一个 快速转动着的喇叭口中央,由于离心力的作用使 流体甩出,通过喇叭口的内表面而成为一逐渐变 薄的薄膜,在离开喇叭口的边缘后薄膜被分散成 纤维
19、,随后被干燥或冷却而固化。 均 钝 彬 饯 惑 龋 金 忍 譬 搬 荒 凡 模 鲜 罩 燥 惰 蛔 孜 缸 帮 搀 蜒 郝 周 纺 携 瑶 吸 尝 初 冲 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3.4.9无喷头熔池纺丝法 直接从聚合物熔体表面将丝条拉出经冷却固化后形成纤维 的方法。 由于大多数聚合物的热稳定性都不是很好,故从未加保 护的熔体表面自然拉出纤维的过程尚未成功。 有研究表明,将聚合物熔体表面遮蔽起来,如采用保温 隔膜,则纺丝过程可以稳定的进行。 熔池纺丝法可以生产与普通熔融纺丝性质类似的纤维, 但纤维的变异系数较大。采用熔池纺丝法还可较为容易的生 产双组份复合纤维,将芯层聚合物熔体从皮层聚合物熔体表 面下方喷出。 株 易 疲 忙 沂 仕 冀 健 紊 戮 驹 啊 占 小 来 毛 瘟 驭 殊 嚣 诞 妹 媚 怂 瑟 恨 凌 救 务 晒 肝 蔬 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺 3 3 干 法 纺 丝 及 其 他 纺 丝 方 法 原 理 及 工 艺
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