1、第八章第八章 纺丝成网工艺和原理纺丝成网工艺和原理8-1 聚合物原料基本性能聚合物原料基本性能 8-2 纺丝成网工艺原理与过程纺丝成网工艺原理与过程8-3 典型纺丝成网工艺与设备典型纺丝成网工艺与设备 8-4 纺丝成网工艺与产品性能纺丝成网工艺与产品性能 纺丝成网法纺丝成网法是非织造材料生产的主要方法之一，又被称是非织造材料生产的主要方法之一，又被称为纺粘法。为纺粘法。其原理是利用化纤纺丝的方法，将高聚物纺丝、其原理是利用化纤纺丝的方法，将高聚物纺丝、牵伸、铺叠成网，最后经针刺、热轧或自身粘合等方法加牵伸、铺叠成网，最后经针刺、热轧或自身粘合等方法加固形成非织造材料固形成非织造材料。特点：特点
2、：工艺流程短，产量高工艺流程短，产量高 产品机械性能好产品机械性能好 产品适应面广产品适应面广 可制得细纤维纤网可制得细纤维纤网 成网均匀度不及干法工艺成网均匀度不及干法工艺 产品变换的灵活性较差产品变换的灵活性较差 纺丝成网法聚合物原料基本性质通常包括以下几个方面：纺丝成网法聚合物原料基本性质通常包括以下几个方面：聚合物分子量和分布聚合物分子量和分布(MWD)高分子链结构对成纤高聚物性质影响高分子链结构对成纤高聚物性质影响成纤高聚物分子间的作用力成纤高聚物分子间的作用力 高分子结构与结晶能力高分子结构与结晶能力 成纤高聚物的热性质成纤高聚物的热性质 聚合物降解与含杂聚合物降解与含杂 不同聚合
3、物原料还有不同的要求，如不同聚合物原料还有不同的要求，如聚丙烯原料的等规聚丙烯原料的等规度和熔融指数，聚酯原料的粘度度和熔融指数，聚酯原料的粘度等。等。返回纺丝成网法聚合物原料的基本性能纺丝成网法聚合物原料的基本性能 聚合物原料的分子量聚合物原料的分子量体现其聚合度的高低，分子量及分子体现其聚合度的高低，分子量及分子量分布对加工性能和成纤后的性能等具有明显的影响。量分布对加工性能和成纤后的性能等具有明显的影响。分子量过高或过低，均不利于丝束强力的提高，因此纺丝分子量过高或过低，均不利于丝束强力的提高，因此纺丝成网工艺要求聚合物原料的分子量适中。成网工艺要求聚合物原料的分子量适中。分子量分布对纤
4、维结构的均一性有很大的影响，分子量分分子量分布对纤维结构的均一性有很大的影响，分子量分布宽时，内部取向杂乱，表面存在不均匀裂痕。分子量分布布宽时，内部取向杂乱，表面存在不均匀裂痕。分子量分布越宽，熔体粘弹性越显著，挤出膨大现象越严重。因此越宽，熔体粘弹性越显著，挤出膨大现象越严重。因此纺丝纺丝成网工艺要求聚合物原料的分子量分布要窄成网工艺要求聚合物原料的分子量分布要窄。返回主链结构主链结构：当聚合物主链结构引入双键时，由于诱导效应或共轭效应，当聚合物主链结构引入双键时，由于诱导效应或共轭效应，而改变链中原子间的相互作用。引入与主链原子不同价的原而改变链中原子间的相互作用。引入与主链原子不同价的
5、原子、双键或环结构，则会改变链的柔性。子、双键或环结构，则会改变链的柔性。高聚物链的结构变高聚物链的结构变化，均会改变分子间相互作用力的大小，和改变链的构型和化，均会改变分子间相互作用力的大小，和改变链的构型和晶格，以及分子间距离晶格，以及分子间距离。大分子链中侧基的性质大分子链中侧基的性质：改变大分子链中侧基的性质，使分子中的电子云密度重新改变大分子链中侧基的性质，使分子中的电子云密度重新分布，分布，改变键的长度、能量和极性改变键的长度、能量和极性。由于未结合原子和基团。由于未结合原子和基团相互作用而引起大分子链的柔性发生改变，同时对大分子链相互作用而引起大分子链的柔性发生改变，同时对大分子
6、链的平衡构型、分子间的相互作用力和晶格产生显著影响。的平衡构型、分子间的相互作用力和晶格产生显著影响。返回 分子间的作用力包括范德华力分子间的作用力包括范德华力（静电力、诱导力和色散力）（静电力、诱导力和色散力）和氢键和氢键。静电力是极性分子之间的引力，极性分子都具有永久偶极，静电力是极性分子之间的引力，极性分子都具有永久偶极，永久偶极之间的静电相互作用的大小与分子偶极的大小和定永久偶极之间的静电相互作用的大小与分子偶极的大小和定向程度有关。向程度有关。诱导力诱导力是极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱是极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱导偶极之间的相互作用力。导偶极之间的相互作
7、用力。氢键可以在分子间形成，如极性的液体水、醇、氢氟酸和氢键可以在分子间形成，如极性的液体水、醇、氢氟酸和有机酸等都有分子间的氢键，在极性的高聚物如聚酰胺、纤有机酸等都有分子间的氢键，在极性的高聚物如聚酰胺、纤维素、蛋白质等中，也都有分子间的氢键。维素、蛋白质等中，也都有分子间的氢键。返回 高聚物应具有一定规律性的化学结构和空间结构高聚物应具有一定规律性的化学结构和空间结构，可能，可能形成最佳超分子结构的纤维。为制得具有最佳综合性能的形成最佳超分子结构的纤维。为制得具有最佳综合性能的纤维，纤维，成纤高聚物应有形成半结晶结构的能力成纤高聚物应有形成半结晶结构的能力。高聚物中。高聚物中无定型区的存
8、在，决定了纤网中纤维的柔软性、染色性、无定型区的存在，决定了纤网中纤维的柔软性、染色性、吸收性等。吸收性等。成纤高聚物的成纤高聚物的结晶能力结晶能力非常重要，非常重要，结晶度结晶度在很大程度上在很大程度上影响纺丝成网纤维的影响纺丝成网纤维的物理机械性能物理机械性能。通过结晶作用，纤维。通过结晶作用，纤维中的大分子与其聚集体沿着纤维轴向排列的取向状态才能中的大分子与其聚集体沿着纤维轴向排列的取向状态才能固定下来。固定下来。返回 高聚物制造纺丝成网非织造材料的高聚物制造纺丝成网非织造材料的可能性和纤维的性质与可能性和纤维的性质与高聚物的热性质关系密切高聚物的热性质关系密切，高聚物的，高聚物的热性质
9、取决于分子链结热性质取决于分子链结构构。高聚物在受热过程中将产生两类变化。高聚物在受热过程中将产生两类变化。物理变化物理变化：软化、熔融。：软化、熔融。化学变化化学变化：交联、降解、分解、氧化、水解等。：交联、降解、分解、氧化、水解等。表征这些变化的温度参数是：表征这些变化的温度参数是：玻璃化温度（玻璃化温度（Tg）、）、熔点温熔点温度（度（Tm）和热分解温度（和热分解温度（Td）。）。从非织造材料应用的角度来从非织造材料应用的角度来看，聚合物耐高温的要求不仅是能耐多高温度的问题，还必看，聚合物耐高温的要求不仅是能耐多高温度的问题，还必须同时给出须同时给出耐温的时间耐温的时间，使用环境以及性能
10、变化的允许范围。，使用环境以及性能变化的允许范围。典型成纤高聚物的典型成纤高聚物的Td（热分解）（热分解）和和Tm（熔点）（熔点）高聚物高聚物热分解温度热分解温度(C C)熔点熔点(C C)聚乙烯聚乙烯350350400400138138等规聚丙烯等规聚丙烯350350380380176176聚丙烯腈聚丙烯腈200200250250320320聚氯乙烯聚氯乙烯150150200200170170220220聚乙烯醇聚乙烯醇200200220220225225230230聚己内酰胺聚己内酰胺300300350350215215聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯30030035035026526
11、5纤维素纤维素180180220220返回 聚合物降解聚合物降解有助于有助于修正聚合物熔体粘度和分子量分布修正聚合物熔体粘度和分子量分布。通常有三。通常有三种降解方式：种降解方式：化学、机械剪切和热降解化学、机械剪切和热降解。纺丝成网工艺可采用氧或。纺丝成网工艺可采用氧或过氧衍生物来实现化学降解；过氧衍生物来实现化学降解；增加挤压速率、热量和熔体滞留时间增加挤压速率、热量和熔体滞留时间均可达到均可达到机械剪切降解和热降解机械剪切降解和热降解的目的。的目的。对于聚合物熔体来说，对于聚合物熔体来说，要求均匀发生降解，避免聚合物熔体降解要求均匀发生降解，避免聚合物熔体降解不一致而造成粘度不均匀不一致
12、而造成粘度不均匀，分子量分布离散。同时还要求不能过度，分子量分布离散。同时还要求不能过度降解。降解。聚合物原料中铝、钛、铁及灰分含量的增加，将影响纤维的耐气聚合物原料中铝、钛、铁及灰分含量的增加，将影响纤维的耐气候性能，同时缩短纺丝组件的使用周期，引起生产成本上升。候性能，同时缩短纺丝组件的使用周期，引起生产成本上升。因此，改善聚合物切片原料生产环境，因此，改善聚合物切片原料生产环境，优化切片生产工艺，降低优化切片生产工艺，降低切片含杂量切片含杂量，可提高产品性能，降低产品生产成本。，可提高产品性能，降低产品生产成本。返回(一一)聚丙烯聚丙烯(PP)聚丙烯是纺丝成网工艺常用的一种聚合物，主要性
13、能参数聚丙烯是纺丝成网工艺常用的一种聚合物，主要性能参数有有等规度、熔融指数等规度、熔融指数(MFI)和灰分和灰分。纺丝成网工艺要求聚丙烯的纺丝成网工艺要求聚丙烯的等规度等规度在在95%以上，若低于以上，若低于90%则纺丝困难。则纺丝困难。聚合物等规度直接影响聚合物等规度直接影响纤维的各种性能。等规度高，熔点纤维的各种性能。等规度高，熔点高，易结晶，纤维的物理机械性能好，而且耐化学药品的性高，易结晶，纤维的物理机械性能好，而且耐化学药品的性能也高。能也高。熔体指数（熔体指数（MFI）是纺丝成网、熔喷实际生产中对原料性能是纺丝成网、熔喷实际生产中对原料性能的主要指标，其定义为：在一定的温度下，熔
14、融状态的高聚的主要指标，其定义为：在一定的温度下，熔融状态的高聚物在一定负荷下，物在一定负荷下，10分钟内从规定直径和长度的标准毛细管分钟内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的重量，单位为中流出的重量，单位为g/10min，熔体指数越大，流动性越好。熔体指数越大，流动性越好。纺丝成网工艺要求聚丙烯的熔融指数纺丝成网工艺要求聚丙烯的熔融指数(MFI)大于大于27，熔融指熔融指数高，则熔体流动性好。数高，则熔体流动性好。通常情况下，聚合物分子量提高，通常情况下，聚合物分子量提高，则熔融指数减小。则熔融指数减小。纺丝成网工艺要求将聚丙烯原料的灰分控制在纺丝成网工艺要求将聚丙烯原料的灰分控制在0.05
15、%以下。以下。(二二)聚酯聚酯(PET)聚酯的熔点比聚丙烯要高得多，工业化生产的聚酯的熔点比聚丙烯要高得多，工业化生产的PET熔点一熔点一般在般在255264之间。熔点是之间。熔点是PET切片的一项重要指标，如切片的一项重要指标，如熔点波动较大，则纺丝成网工艺中的加热温度条件要适当调熔点波动较大，则纺丝成网工艺中的加热温度条件要适当调整。整。熔体粘度是熔体粘度是PET熔体流变性能的表征熔体流变性能的表征，与纤维成形好坏密，与纤维成形好坏密切相关。切相关。影响熔体粘度的因素有温度、压力、聚合度和切变影响熔体粘度的因素有温度、压力、聚合度和切变速率等速率等。随着温度的升高，熔体粘度以指数函数关系而
16、降低；。随着温度的升高，熔体粘度以指数函数关系而降低；随着随着PET分子量的提高，在相同温度下的熔体粘度增加，纤分子量的提高，在相同温度下的熔体粘度增加，纤维级的维级的PET的分子量通常为的分子量通常为1500022000；PET熔体粘度与熔体粘度与切变速率有密切关系。通常，切应力在切变速率有密切关系。通常，切应力在9.65105达因达因/cm2以下为牛顿流动，以上为非牛顿流动。当切片的分子量以下为牛顿流动，以上为非牛顿流动。当切片的分子量增大时，牛顿区变窄变长，且温度对粘度的影响增大。增大时，牛顿区变窄变长，且温度对粘度的影响增大。PET可能发生的降解有三种：可能发生的降解有三种：热降解、热
17、氧化降解和水热降解、热氧化降解和水解。解。由于由于PET分子结构中存在酯基，在熔融时极易水解，使分子结构中存在酯基，在熔融时极易水解，使分子量下降，影响纤维质量。另外，分子量下降，影响纤维质量。另外，PET切片造粒时，其熔切片造粒时，其熔体铸带是在水中急剧冷却的，所得到的切片是无定形结构，体铸带是在水中急剧冷却的，所得到的切片是无定形结构，软化点较低。这种切片如不经过干燥，进入螺杆挤压机后，软化点较低。这种切片如不经过干燥，进入螺杆挤压机后，会很快软化粘结，造成环结阻料。因此，熔喷前，会很快软化粘结，造成环结阻料。因此，熔喷前，PET切片切片必须进行干燥，使其含水率从必须进行干燥，使其含水率从
18、0.4降到降到0.01以下，还可提以下，还可提高切片的结晶度和软化点，切片变得坚硬，且熔程狭窄，熔高切片的结晶度和软化点，切片变得坚硬，且熔程狭窄，熔体质量均匀，不再发生粘结阻料现象。体质量均匀，不再发生粘结阻料现象。PET切片干燥后应密封充氮保护，以防止切片重新吸湿。切片干燥后应密封充氮保护，以防止切片重新吸湿。(三三)聚乙烯聚乙烯 美国美国Dupont公司公司溶剂纺丝成网工艺溶剂纺丝成网工艺采用线性聚乙烯采用线性聚乙烯(LPE)，与聚丙烯相比，其结构没有长链分枝，而且与聚丙烯相比，其结构没有长链分枝，而且MWD分布较窄，因此更容易获得较细的纤维。此外，分布较窄，因此更容易获得较细的纤维。此
19、外，LPE 通常通常具有较好的耐气候性，溶剂纺丝成网工艺制成的非织造材具有较好的耐气候性，溶剂纺丝成网工艺制成的非织造材料具有高强度、抗撕裂、耐穿刺、防水透气、可印刷等特料具有高强度、抗撕裂、耐穿刺、防水透气、可印刷等特点。点。(四四)聚酰胺聚酰胺(PA)纺丝成网工艺所用的聚酰胺主要是纺丝成网工艺所用的聚酰胺主要是PA6。聚酰胺是一种部分结晶高聚物，具有较窄的熔融范围。差聚酰胺是一种部分结晶高聚物，具有较窄的熔融范围。差热分析表明，热分析表明，PA6的熔点范围为的熔点范围为220226，PA66为为261269。聚酰胺的熔体粘度与温度、剪切速率以及单体含量等因素聚酰胺的熔体粘度与温度、剪切速率
20、以及单体含量等因素密切相关密切相关。随着水萃取物含量的增加，。随着水萃取物含量的增加，PA熔体粘度呈下降趋势。熔体粘度呈下降趋势。和聚酯一样，聚酰胺在纺丝成网工艺前必须进行干燥，以和聚酯一样，聚酰胺在纺丝成网工艺前必须进行干燥，以防止聚酰胺熔融时发生水解。通常，干燥可使聚酰胺的含水率防止聚酰胺熔融时发生水解。通常，干燥可使聚酰胺的含水率从从0.20.4下降到下降到0.06，同时伴随着聚合物内部结构的变，同时伴随着聚合物内部结构的变化。为了防止切片泛黄，化。为了防止切片泛黄，PA6干燥温度不得超过干燥温度不得超过135，宜采用，宜采用115130。返回 一、纺丝成网工艺类型一、纺丝成网工艺类型
21、纺丝成网工艺按纺丝原理可分为：熔融纺、干纺、湿纺。纺丝成网工艺按纺丝原理可分为：熔融纺、干纺、湿纺。纺丝方法纺丝方法熔融法熔融法干法干法湿法湿法纺丝原液的状态纺丝原液的状态熔融体熔融体溶液溶液溶液或变性体溶液溶液或变性体溶液原液的粘度（原液的粘度（PasPas）10001000100001000020020040004000202020002000喷丝孔直径（喷丝孔直径（mmmm）0.10.10.80.80.020.020.20.20.010.010.10.1凝固介质凝固介质冷却空气冷却空气加热空气加热空气凝固液凝固液 凝固机理凝固机理冷却冷却溶剂蒸发溶剂蒸发脱溶剂和伴有反应的脱脱溶剂和伴有反
22、应的脱溶剂溶剂一般特征一般特征卷取速度大卷取速度大或纺丝速度高或纺丝速度高喷丝孔孔数少喷丝孔孔数少中中卷取速度中卷取速度中或纺丝速度中或纺丝速度中喷丝孔孔数少喷丝孔孔数少中中卷取速度小卷取速度小或纺丝速度小或纺丝速度小喷丝孔孔数少喷丝孔孔数少多多回收工序配备回收工序配备无需回收工序无需回收工序 要回收、再生工序要回收、再生工序 要回收、再生工序要回收、再生工序典型的聚合物原料典型的聚合物原料聚丙烯、聚酯、聚酰聚丙烯、聚酯、聚酰胺胺6 6、聚酰胺、聚酰胺66 66 醋酯、聚乙烯、聚醋酯、聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈氨酯、聚丙烯腈维纶短纤维、粘胶、铜维纶短纤维、粘胶、铜氨纤维、聚丙烯腈氨纤维、聚丙烯腈
23、熔融、干法、湿法纺丝的内容和特征熔融、干法、湿法纺丝的内容和特征 8-2 纺丝成网工艺原理与过程纺丝成网工艺原理与过程二、二、纺丝成网工艺原理纺丝成网工艺原理（熔融纺丝成网）（熔融纺丝成网）聚合物切片送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计聚合物切片送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，长丝丝束经气流冷却牵伸后，均匀量后，由喷丝孔喷出，长丝丝束经气流冷却牵伸后，均匀铺放在凝网帘上，形成的铺放在凝网帘上，形成的长丝纤网经热粘合、化学粘合或长丝纤网经热粘合、化学粘合或针刺加固后成为纺丝成网法非织造材料针刺加固后成为纺丝成网法非织造材料。工艺流程为：工艺流程为：聚合物切片聚合物切片
24、切片烘燥切片烘燥熔融挤压熔融挤压纺丝纺丝冷却冷却牵伸牵伸分丝分丝铺网铺网加固加固切边切边卷绕卷绕熔融纺丝成网工艺原理熔融纺丝成网工艺原理 料斗料斗螺杆挤出机螺杆挤出机计量泵计量泵纺丝箱纺丝箱冷却风冷却风牵伸装置牵伸装置分丝分丝至卷绕至卷绕加固加固成网装置成网装置三、纺丝成网工艺过程三、纺丝成网工艺过程(一一)切片烘燥切片烘燥 PET、PA切片用于纺丝成网工艺需进行烘燥。切片用于纺丝成网工艺需进行烘燥。1.目的目的 含水含水PET切片在熔融时会水解，使分子量下降，影响成丝切片在熔融时会水解，使分子量下降，影响成丝质量。水在高温下汽化，可形成气泡丝，易造成纺丝断头或质量。水在高温下汽化，可形成气泡
25、丝，易造成纺丝断头或毛丝。毛丝。含水含水PET切片是无定形结构，软化点低，在螺杆的加料段切片是无定形结构，软化点低，在螺杆的加料段易造成环结阻料现象，影响正常生产。易造成环结阻料现象，影响正常生产。2.烘燥原理烘燥原理 PET切片的含水形式有两种，一是吸附在切片表面和细小切片的含水形式有两种，一是吸附在切片表面和细小缝隙中的吸附水，所占比例较大，容易去除；另一种是存在缝隙中的吸附水，所占比例较大，容易去除；另一种是存在于切片内部的氢键结合水，所占比例较小，难以去除。于切片内部的氢键结合水，所占比例较小，难以去除。干燥时间干燥时间(min)min)干燥阶段干燥阶段预结晶阶段预结晶阶段101020
26、20303040405050606070708080H H2 2O O含量含量(%)(%)0.300.300.200.200.100.100.020.02T=120T=120T=170T=170PET切片的干燥进程切片的干燥进程 通常以热空气干燥通常以热空气干燥PET切片，可分两切片，可分两个阶段，第一阶段为预结晶阶段，热空个阶段，第一阶段为预结晶阶段，热空气温度为气温度为120150；第二阶段为干燥；第二阶段为干燥阶段，热空气温度为阶段，热空气温度为160180。预结晶可提高预结晶可提高PET切片的软化点，切片的软化点，从而使切片不易粘连，为加快干燥速度从而使切片不易粘连，为加快干燥速度创造
27、有利条件。创造有利条件。切片进出口切片进出口回转接头回转接头检修进出口检修进出口夹层内通入蒸夹层内通入蒸汽或导热油汽或导热油真空抽吸真空抽吸(二二)熔融挤压熔融挤压 固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而固体切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送至后道工序。混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送至后道工序。螺杆挤出机：纺丝成网工艺一般使用单螺杆挤出机，主要由螺螺杆挤出机：纺丝成网工艺一般使用单螺杆挤出机
28、，主要由螺杆、套筒、传动系统、加料装置、加热和冷却装置等构成。杆、套筒、传动系统、加料装置、加热和冷却装置等构成。螺杆挤出过程示意图螺杆挤出过程示意图 螺杆挤出机的特征主要反映在螺杆挤出机的特征主要反映在螺杆结构上螺杆结构上，有等距不等深螺杆、，有等距不等深螺杆、等深不等距螺杆和不等深不等距螺杆。实际生产中主要应用等深不等距螺杆和不等深不等距螺杆。实际生产中主要应用等距不等距不等深螺杆等深螺杆，其又有四种形式：长区渐变型螺杆、短区渐变型螺杆、，其又有四种形式：长区渐变型螺杆、短区渐变型螺杆、突变型螺杆和计量型螺杆。突变型螺杆和计量型螺杆。螺杆的结构特征如螺杆直径、长径比、螺杆的结构特征如螺杆直
29、径、长径比、螺杆分段与分段长度、压缩比、螺距与螺槽深度等螺杆分段与分段长度、压缩比、螺距与螺槽深度等，决定了螺杆挤，决定了螺杆挤出机的使用特性。出机的使用特性。1.螺杆直径螺杆直径 通常指螺杆的外径，对挤出机有决定性的影响，直径加大，挤通常指螺杆的外径，对挤出机有决定性的影响，直径加大，挤出机产量增加，但加热和驱动能耗均增加。出机产量增加，但加热和驱动能耗均增加。2.螺杆长径比螺杆长径比L/D 螺杆长径比指螺杆工作长度螺杆长径比指螺杆工作长度(不包括鱼雷头及附件不包括鱼雷头及附件)与外径之比与外径之比。聚合物切片在这个工作长度上被加热熔化、压缩和输送。加热面聚合物切片在这个工作长度上被加热熔化
30、、压缩和输送。加热面积和切片停留时间都与螺杆长度成正比。积和切片停留时间都与螺杆长度成正比。3.螺杆分段与分段长度螺杆分段与分段长度 螺杆分进料段、压缩段和计量段，三段长度的分配与被加工螺杆分进料段、压缩段和计量段，三段长度的分配与被加工的聚合物切片性质有关。加工塑料等非结晶聚合物时因其没有明的聚合物切片性质有关。加工塑料等非结晶聚合物时因其没有明显的熔点，且有明显的高弹形变，故需要螺杆的压缩段较长，一显的熔点，且有明显的高弹形变，故需要螺杆的压缩段较长，一般为螺杆全长的般为螺杆全长的5055，聚合物切片原料在一个较长的距离，聚合物切片原料在一个较长的距离内逐渐被压缩、软化至熔融。而结晶型的成
31、纤高聚物有熔点，而内逐渐被压缩、软化至熔融。而结晶型的成纤高聚物有熔点，而无明显的高弹形变，因此加工此类聚合物螺杆的压缩段较短。无明显的高弹形变，因此加工此类聚合物螺杆的压缩段较短。4.压缩比压缩比 螺杆的压缩比是指螺杆进料口处螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之螺杆的压缩比是指螺杆进料口处螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。等距不等深螺杆的压缩比可用下式计算：比。等距不等深螺杆的压缩比可用下式计算：222212dDdD式中：式中：D螺杆直径螺杆直径 d1进料口螺杆根径进料口螺杆根径 d2出料口螺杆根径出料口螺杆根径 压缩比压缩比主要取决于聚合物性质、状态和切片截面形状，通常主要取决于聚合物性
32、质、状态和切片截面形状，通常为为2.53.5，加工，加工PET时，时，常采用常采用3.0左右，加工左右，加工PP时，时，最小为最小为2.8。5.螺距与螺槽深度螺距与螺槽深度 螺杆直径一定时，螺距决定了螺杆的螺旋角，由此影响螺螺杆直径一定时，螺距决定了螺杆的螺旋角，由此影响螺纹的推进力。通常螺杆的螺旋角取纹的推进力。通常螺杆的螺旋角取1738，螺距等于直径，螺距等于直径，螺杆制造时较方便。螺槽深度对产量和质量均有较大的影响，螺杆制造时较方便。螺槽深度对产量和质量均有较大的影响，深螺槽产量大，但对熔体压力反应灵敏；螺槽浅则产量小，深螺槽产量大，但对熔体压力反应灵敏；螺槽浅则产量小，但塑化作用好，挤
33、出量稳定。加工但塑化作用好，挤出量稳定。加工PET时一般采用浅槽螺杆。时一般采用浅槽螺杆。6.螺杆与套筒之间的间隙螺杆与套筒之间的间隙 这是螺杆挤出机的一个重要的结构参数，特别是在计量段，这是螺杆挤出机的一个重要的结构参数，特别是在计量段，对螺杆挤出机的产量影响很大。通常，对螺杆挤出机的产量影响很大。通常，漏流流量与间隙的三漏流流量与间隙的三次方成正比次方成正比，所以，在保证螺杆与套筒之间不产生刮磨的条，所以，在保证螺杆与套筒之间不产生刮磨的条件下，应尽可能地采用较小的间隙。通常，小螺杆间隙应小件下，应尽可能地采用较小的间隙。通常，小螺杆间隙应小于于0.002D，大螺杆应小于大螺杆应小于0.0
34、05D。(三三)纺丝工艺过程纺丝工艺过程 与传统纺丝类似，工艺过程为：与传统纺丝类似，工艺过程为：熔融挤压熔融挤压过滤过滤静态混和静态混和计量计量熔体分配熔体分配挤出成形挤出成形冷却冷却 过滤可去除聚合物熔体中一些凝胶和细小的固体粒子。过滤可去除聚合物熔体中一些凝胶和细小的固体粒子。静态混和，是指聚合物熔体输送管道中静态混和器对聚合静态混和，是指聚合物熔体输送管道中静态混和器对聚合物熔体的均匀混和作用。计量和熔体分配可精确控制产量物熔体的均匀混和作用。计量和熔体分配可精确控制产量和纤维细度的一致性。和纤维细度的一致性。聚合物熔体从喷丝孔挤出，经历入流、微孔流动、出流、聚合物熔体从喷丝孔挤出，经
35、历入流、微孔流动、出流、变形和稳定的变形和稳定的流变过程流变过程。(1)入流入流 聚合物熔体从直径较大的空间挤入较小的微孔，流动速度聚合物熔体从直径较大的空间挤入较小的微孔，流动速度急剧增大，动能增加。熔体的分子构象也发生改变，并贮存急剧增大，动能增加。熔体的分子构象也发生改变，并贮存了一定的变形弹性能，称为了一定的变形弹性能，称为“入口效应入口效应”。熔体单位体积贮。熔体单位体积贮存的变形弹性能超过一定限度时，将影响熔体的流动稳定。存的变形弹性能超过一定限度时，将影响熔体的流动稳定。因此，入口导角越小，熔体的流动越稳定。因此，入口导角越小，熔体的流动越稳定。纺纺PP时入口导角一般为时入口导角
36、一般为3050之间，纺之间，纺PET时入口导时入口导角一般在角一般在6570之间。入口导角太小制造比较困难。之间。入口导角太小制造比较困难。聚合物熔融指数上升有利于稳定流动。聚合物熔融指数上升有利于稳定流动。(2)微孔流动微孔流动 流动特点：流速不同，流动特点：流速不同，靠近孔壁速度小，孔中心速度大，靠近孔壁速度小，孔中心速度大，存在径向速度梯度。存在径向速度梯度。入口效应产生的高弹形变来不及消失，因为熔体在微孔中入口效应产生的高弹形变来不及消失，因为熔体在微孔中的流速很高，通过时间仅的流速很高，通过时间仅10-410-3s。如径向速度梯度过大，还会继续产生高弹形变。如径向速度梯度过大，还会继
37、续产生高弹形变。当高弹形当高弹形变达到极限值时，熔体细流就会产生破裂，从而无法成纤变达到极限值时，熔体细流就会产生破裂，从而无法成纤。研究表明，研究表明，径向速度梯度与微孔半径的三次方成反比径向速度梯度与微孔半径的三次方成反比，因此，因此，微孔大一些纺丝比较稳定。微孔大一些纺丝比较稳定。纺纺PP时微孔直径一般为时微孔直径一般为0.30.5mm，纺，纺PET时微孔直径时微孔直径一般在一般在0.3mm以下。以下。(3)出流出流 聚合物熔体从微孔挤出后即产生聚合物熔体从微孔挤出后即产生“膨化胀大膨化胀大”现象，其原现象，其原因是高弹形变的迅速恢复。膨胀严重时将出现熔体破裂现象，因是高弹形变的迅速恢复
38、。膨胀严重时将出现熔体破裂现象，此时丝条表面不光滑，出现波纹、竹节或螺旋等外观。此时丝条表面不光滑，出现波纹、竹节或螺旋等外观。熔体膨化胀大的程度可用膨化胀大率熔体膨化胀大的程度可用膨化胀大率X来表示：来表示：式中：式中：DB熔体细流膨化区最大直径熔体细流膨化区最大直径 D喷丝孔直径喷丝孔直径 研究表明，增大微孔直径和长度，升高纺丝温度，均可使研究表明，增大微孔直径和长度，升高纺丝温度，均可使膨化胀大率减小。膨化胀大率减小。DDXB(4)变形与稳定变形与稳定 聚合物熔体离开出口区时，温度仍然很高，流动性也较好，聚合物熔体离开出口区时，温度仍然很高，流动性也较好，在张力的作用下能迅速拉伸变形。同
39、时，由于空气的冷却作在张力的作用下能迅速拉伸变形。同时，由于空气的冷却作用，熔体细流的温度越来越低，而粘度越来越高，因此，粘用，熔体细流的温度越来越低，而粘度越来越高，因此，粘流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维。流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维。如果不再创造新的拉伸条件，纤维直径将稳定不变，但刚如果不再创造新的拉伸条件，纤维直径将稳定不变，但刚成形的初生纤维的性能是很低的。成形的初生纤维的性能是很低的。返回入流区入流区孔流区孔流区出流区出流区挤出膨化胀挤出膨化胀大大纺丝过程纺丝过程纺丝过程纺丝过程(四四)冷却冷却 该过程与熔体细流的变形同时进行。从喷丝板挤出的丝束温该过程与熔体细流的变形
40、同时进行。从喷丝板挤出的丝束温度相当高，度相当高，冷却可防止丝条之间的粘连和缠结冷却可防止丝条之间的粘连和缠结，配合拉伸，使，配合拉伸，使粘流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维粘流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维。纺丝成网工艺常采用纺丝成网工艺常采用单面侧吹和双面侧吹的形式单面侧吹和双面侧吹的形式，冷却介质，冷却介质为洁净空调风，为洁净空调风，风量应保证流动方式为稳定的层流状态风量应保证流动方式为稳定的层流状态，从而，从而避免影响丝条的均匀性。避免影响丝条的均匀性。冷却过程伴随着结晶过程，初期由于温度过高，分子的热运冷却过程伴随着结晶过程，初期由于温度过高，分子的热运动过于剧烈，晶核不易生成
41、、或生成的晶核不稳定。随着温度动过于剧烈，晶核不易生成、或生成的晶核不稳定。随着温度的降低，均相成核的速度逐渐加快，熔体粘度增大，链段的活的降低，均相成核的速度逐渐加快，熔体粘度增大，链段的活动能力降低，晶体生长速度下降。动能力降低，晶体生长速度下降。(五五)牵伸牵伸1.取向取向:线性高分子的长度是其宽度的几百、几千甚至几万倍，线性高分子的长度是其宽度的几百、几千甚至几万倍，这种结构上悬殊的不对称性使它们在某些情况下很容易沿特定这种结构上悬殊的不对称性使它们在某些情况下很容易沿特定方向作占优势的平行排列，称为取向。方向作占优势的平行排列，称为取向。2.牵伸的作用牵伸的作用:牵伸的目的，在于让构
42、成初生纤维的分子长链牵伸的目的，在于让构成初生纤维的分子长链以及结晶性高聚物的片晶沿纤维轴向取向，从而提高纤维的拉以及结晶性高聚物的片晶沿纤维轴向取向，从而提高纤维的拉伸性能、耐磨性，同时得到所需的纤维细度。伸性能、耐磨性，同时得到所需的纤维细度。取向后应使温度迅速降到聚合物玻璃化温度以下，以取向后应使温度迅速降到聚合物玻璃化温度以下，以“冻结冻结”取向结果，防止解取向。取向结果，防止解取向。3.牵伸装置牵伸装置:主要方式有罗拉机械牵伸和气流牵伸，纺丝成网主要方式有罗拉机械牵伸和气流牵伸，纺丝成网工艺多数采用气流牵伸。工艺多数采用气流牵伸。气流牵伸是利用高速气流对丝条的摩气流牵伸是利用高速气流
43、对丝条的摩擦进行牵伸，分正压牵伸和负压牵伸擦进行牵伸，分正压牵伸和负压牵伸。典型的纺丝成网和拉伸系统典型的纺丝成网和拉伸系统(六六)分丝分丝 将经过牵伸的丝束分离成单丝状，防止成网时纤维间互相将经过牵伸的丝束分离成单丝状，防止成网时纤维间互相粘连或缠结粘连或缠结。常用形式有：。常用形式有：气流分丝法气流分丝法:利用气流拉伸过程中的高速气流在拉伸装置某利用气流拉伸过程中的高速气流在拉伸装置某一一部位截面积突然扩大而产生部位截面积突然扩大而产生coanda效应效应，造成气流在此扩，造成气流在此扩散和减速，同时使纤维与纤维形成紊流，纤维的运动状态呈散和减速，同时使纤维与纤维形成紊流，纤维的运动状态呈
44、无规则运动，无规则运动，以达到随机均匀分丝和成网的目的以达到随机均匀分丝和成网的目的。机械分丝法机械分丝法:丝束牵伸后与挡板、摆丝辊、振动板、回转导丝束牵伸后与挡板、摆丝辊、振动板、回转导板等装置发生撞击反弹达到分丝目的。板等装置发生撞击反弹达到分丝目的。静电分丝法静电分丝法:丝束牵伸后经过高压静电场或摩擦带电，使丝丝束牵伸后经过高压静电场或摩擦带电，使丝条带上同性电荷，利用同性电荷相斥的原理，达到分丝目的。条带上同性电荷，利用同性电荷相斥的原理，达到分丝目的。返回机械拉伸机械拉伸管式气流拉伸管式气流拉伸多套狭缝式气流拉伸多套狭缝式气流拉伸整体矩形喷丝板整体矩形喷丝板狭缝式正压拉伸狭缝式正压拉
45、伸整体矩形喷丝板整体矩形喷丝板狭缝式负压拉伸狭缝式负压拉伸(七七)铺网铺网 控制经牵伸和分丝的长丝以一定的方式铺放到凝网帘控制经牵伸和分丝的长丝以一定的方式铺放到凝网帘上，上，主要有两种控制方式：主要有两种控制方式：气流控制气流控制:利用气流扩散和附壁效应使长丝束按一定方式铺放到凝网利用气流扩散和附壁效应使长丝束按一定方式铺放到凝网帘上，如圆周运动或椭圆运动；也有利用侧吹气流交替吹风使帘上，如圆周运动或椭圆运动；也有利用侧吹气流交替吹风使长丝左右摆动而铺置成网。长丝左右摆动而铺置成网。机械控制机械控制:利用罗拉、转子、摆片或牵伸分丝管道的左右往复运动将利用罗拉、转子、摆片或牵伸分丝管道的左右往
46、复运动将丝束规则地铺放到凝网帘上。丝束规则地铺放到凝网帘上。纺丝成网工艺的成网均匀度不及干法工艺，产品单位面积纺丝成网工艺的成网均匀度不及干法工艺，产品单位面积质量越小，质量越小，cv值越大。值越大。狭缝牵伸铺网狭缝牵伸铺网 (八八)加固加固主要方式有：主要方式有：热粘合热粘合 聚丙烯薄型产品采用热轧。聚丙烯薄型产品采用热轧。针刺加固针刺加固 厚型产品采用，可配高速针刺机，如厚型产品采用，可配高速针刺机，如Dilo公司的公司的DI-LOOM OD-SC或或Fehrer公司的公司的NL3000。自身粘合自身粘合 如如PA66纤网采用盐酸水溶液处理产生自身粘合，已较少应纤网采用盐酸水溶液处理产生自
47、身粘合，已较少应用。用。此外，还有此外，还有针刺加固针刺加固高温拉幅定型高温拉幅定型化学粘合等组合加化学粘合等组合加固和后整理的方法固和后整理的方法。四、溶剂纺丝成网工艺原理与过程四、溶剂纺丝成网工艺原理与过程 溶剂纺丝成网工艺也可称作闪蒸法、闪纺法和瞬时溶剂挥溶剂纺丝成网工艺也可称作闪蒸法、闪纺法和瞬时溶剂挥发纺丝成网法发纺丝成网法，其产品名称为，其产品名称为“Tyvek”，具有高强度、抗撕裂、具有高强度、抗撕裂、耐穿刺、防水透气、可印刷等特点。耐穿刺、防水透气、可印刷等特点。工艺原理与过程工艺原理与过程：将将LPE溶于溶于200的二氯甲烷中，浓度为的二氯甲烷中，浓度为13%，并以，并以CO
48、2在在6.9Mpa的压力下饱和制成纺丝溶液，然后从刀口状的喷丝孔中的压力下饱和制成纺丝溶液，然后从刀口状的喷丝孔中喷出，长丝丝束直径约喷出，长丝丝束直径约1120dtex，喷出速度约为，喷出速度约为1011km/min。丝束喷出过程中，二氯甲烷瞬间挥发，丝束变细，丝束喷出过程中，二氯甲烷瞬间挥发，丝束变细，并形成速度梯度，从而使丝束得到牵伸，形成并形成速度梯度，从而使丝束得到牵伸，形成0.110.17dtex的超细单纤维的超细单纤维，其取向度极高，强度很大。同时采用，其取向度极高，强度很大。同时采用静电分丝静电分丝和凝网技术和凝网技术，使纤维成网，再经，使纤维成网，再经热轧加固热轧加固后成为溶
49、剂纺丝成网后成为溶剂纺丝成网法非织造材料。法非织造材料。挡板挡板喷丝板喷丝板纺丝溶液纺丝溶液分丝静电器分丝静电器凝网静电器凝网静电器热轧加固热轧加固Tyvek纤网结构纤网结构返回1.DOCAN纺丝成网工艺与设备纺丝成网工艺与设备 德国德国Lurgi公司的专利。常用原料为公司的专利。常用原料为PP，第一条以第一条以PET为原料的工业为原料的工业化生产线于化生产线于1994年投产。年投产。(一一)原料要求原料要求PP：MFI2732，灰分灰分4ppm，无规度无规度3.5%；PET：含水含水0.0010.0059%；PA：含水含水0.019%，氮封。，氮封。(二二)厂房要求厂房要求 占地面积为占地面
50、积为1848m2，其中，要求其中，要求12m长的厂房高度为长的厂房高度为12m，其其余余36m的厂房高度为的厂房高度为7m。DOCAN纺丝成网工艺示意图纺丝成网工艺示意图8-3 典型纺丝成网工艺与设备典型纺丝成网工艺与设备(三三)主要技术特点主要技术特点螺杆挤出机螺杆挤出机：6个加热区，个加热区，1个冷却区。个冷却区。螺杆长径比螺杆长径比：纺纺PA为为24：1，纺，纺PP为为30：1。纺丝系统纺丝系统：计量泵、管道、纺丝箱体均用联苯加热，熔体温度误：计量泵、管道、纺丝箱体均用联苯加热，熔体温度误差为差为11.5。矩形喷丝板矩形喷丝板，4520cm，分成分成7个喷丝孔区，纺个喷丝孔区，纺1.65
