粘胶纤维的成分

粘胶短纤维生产工艺

- 1 - 第1章 绪论

1.1概述

粘胶纤维是以天然纤维素（浆粕）为基本原料，经纤维素磺酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。

粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量较大，品种繁多，用途广泛的化学纤维。根据纤维的结构和性能不同，粘胶纤维分成普通纤维、高湿模量类纤维、强力纤维、特殊纤维等不同品种。粘胶纤维仅迟于纤维素硝酸酯纤维，是最古老的化学纤维品种之一。在1891年，克罗斯、贝文和比德尔等首先制成纤维素磺酸酯钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名“粘胶”。粘胶遇到酸后，纤维素又重新析出。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维叫做“粘胶纤维”到1905年，米勒尔等发明了一种稀硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。

一百多年来，粘胶纤维生产不断发展和完善。在上世纪的三十年代末期，出现了强力粘胶纤维；五十年代初期，高性能（高湿模量类）粘胶实现了工业化；六十年代初期，粘胶纤维的发展达到了高峰，其产量曾占化学纤维总产量的80%以上。从六十年代开始，因合成纤维的发展，其发展速度趋于平缓。到九十年代以后，随着人们对衣着服用性能的改变，这种既有与棉相似的性质的纤维重新受到人们的青睐。又进入一个新的发展时期。

1.2粘胶纤维的发展前途与应用

1.2.1粘胶纤维的发展前途

粘胶纤维的发展，有无限的原料基础。它的基本原料---纤维素的贮备量很大，并有巨大的回复量。大自然每年都在同化着以兆亿吨计的碳，将其变为含纤维素的各种植物资源。只要有阳光和水源，树木、野生植物和各种含丰富纤维素的农作物就能生长并不断再生。而合成纤维所以赖发展的原料（石油、煤、天然气等）随着人们的不断开发利用，已渐进枯竭。所以纤维素纤维从原料意义上具有长远的发展意义。

粘胶纤维具有一系列可贵的物理机械性能和符合卫生要求的性质。粘胶纤维最大的特点是与天然纤维---棉的某些性质极为类似，如吸湿性好、容易染色、抗静电、粘胶短纤维生产工艺

粘胶纤维生产安全

safety in the manufacture of viscose fiber 用粘胶法生产人造纤维过程的安全问题。它又分为长丝、短纤维、强力纤维3种。

生产粘胶纤维用的主要原料是以木材、棉短绒、，甘蔗渣等制成的浆粕，以及烧碱、二硫化碳、硫酸等。

粘胶纤维生产包括下列过程。

1．原料二硫化碳的生成 目前，国内的粘胶纤维厂大多以木炭和硫黄作原料，用煤气外烧炉法生产二硫化碳。硫黄蒸气和灼热的木炭在850～920℃高温下反应生成二硫化碳。

2．粘胶原液的制备 将原料浆粕，经过浸渍、压榨、粉碎、老化、黄化、溶解等化学机械加工工序，制成粘胶原液。其中主要有两个化学反应：

3．纺丝 粘胶纤维的成形过程。粘胶原液通过细孔喷入酸浴，使其中纤维再生而成为固体的连续丝条。

酸浴的主要成分是硫酸，此外还包含硫酸钠、硫酸锌等物质。粘胶溶液进入酸浴后，粘胶中的游离碱被酸中和，同时硫酸盐对粘胶起强烈脱水作用，使之凝固、分解出纤维素，并析出硫酸盐和二硫化碳。

4．粘胶纤维的后处理 后处理是将纤维经过水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、干燥等基本工序，使丝条纯净并符合纺织加工需要。

粘胶纤维生产中，二硫化碳是用量较多而且火灾危险性最大的物质。从二硫化碳车间到原液、纺丝车间，几乎都有一定数量的二硫化碳存在。二硫化碳是一级易燃液体，闪点－35．5℃，爆炸极限2％～32％，自燃点112℃，遇到微小的火星就能爆炸着火，受高热或日晒能自燃，着火后容易蔓延，燃烧热值高，为14031kJ／kg，火焰温度达2195℃。二硫化碳是电介质，在设备系统中流动时能带电，静电放电火花有引起火灾的危险。

在生产和使用二硫化碳过程中，有硫化氢和硫氧化碳生成，它们都是易燃有毒的气体，其爆炸极限分别为4．3％～45．5％和12％～29％，容易爆炸起火。

制备二硫化碳还需用大量的硫黄，它也是易燃物质，熔点113℃，燃点255℃，蒸气闪点207℃，其粉尘和蒸气与空气混合有爆炸危险，粉尘爆炸下限为2．3g／m3。

粘胶纤维的问世仅迟于纤维素硝酸酯纤维，是最古老的化学纤维品种之一。1891年，克罗斯（Cross）、贝文（Bevan）和比德尔（Beadle）等首先制成纤维素黄酸钠溶液，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。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维被命名为粘胶纤维。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。

粘胶纤维工业化生产已经一百年了，在这一百年里，生产技术不断进步，从普通型纤维发展到强力型纤维、高湿模量型纤维。目前世界粘胶纤维的产量约占化学纤维总产量的12%左右。

自20世纪90年代，欧、美、日等工业强国纷纷关闭它们的粘胶纤维厂，缩减粘胶纤维的产量，他们把粘胶纤维的生产集中在少数大公司，这样，有利于治理污染及新工艺、新品种的开发；(20世纪70年代以后，由于合成纤维的迅速发展，以及粘胶纤维生产工艺冗长，“三废”污染严重等原因，在发达国家产量开始下降)。与此同时，他们经过技术革新，大幅度提高粘胶纤维产品的质量，开发新品种、新技术，大大提高产品的附加值。例如，他们的粘胶长丝纺速已达14Om/min，丝的纤度已细到像最细的蚕丝那样纤细，并开发出中空、阻燃、防臭、竹节、异形、远红外等上百个差别化纤维品种；在产品质量方面，粘胶纤维的染色一致性明显提高、毛丝疵点和伸度变异系数大大降低；另外，他们不断向外输出新的粘胶纤维生产技术，比如我国各大化纤公司都在花巨资引进他们的先进技术和设备，如连续式纺丝机、酸浴闪蒸系统、丝饼内压洗设备、废气回收技术等。通过上述办法，欧、美、日等国家虽然缩减了粘胶纤维的生产量，但减少了劳务费用支出，降低了环境污染及治理费用，又因其产品附加值的大幅度提高，加之大笔的技术输出收入，整体的经济效益却大大提高了[1]。

我国化学纤维工业的建立是从粘胶纤维开始的。从20世纪50年代开始，我国先后建了粘胶纤维的生产厂，如丹东化学纤维厂、保定化学纤维厂等。50年来粘胶纤维稳步发展，从20世纪90年代起我国粘胶纤维工业快速发展，产量以平均每年10%以上的速度增长，2004年我国粘胶产量达90万吨，占世界总产量的1/3，保持粘胶纤维第一生产大国的地位。粘胶纤维在我国发展潜力巨大，有以下几个原因：

第三节 粘胶纤维生产用原料

粘胶纤维的基本原料是纤维素（浆粕），生产过程中还需用多种化工材料，如烧碱、二硫化碳、硫酸、硫酸钠、硫酸锌、硫化钠、水、油剂、消光剂及各种助剂。表4-2列出了几种粘胶纤维的主要原材料消耗量，仅供参考。

表4-2 几种粘胶纤维的主要原材料消耗量

项? 目 规? 格 每? 吨? 纤? 维? 消? 耗? 量

普通短纤维 普通长丝 富强纤维 强力纤维

浆粕/t

烧碱/t

二硫化碳/t

硫酸/t

硫酸锌/kg 水分10%

100%

100%

100% 1.02～1.06

0.60～0.67

0.30～0.32

0.87～0.89

54～57 1.08～1.12

0.65～0.69

0.31～0.32

1.20～1.26

54～60 1.04～1.12

0.68～0.77

0.34～0.40

1.05～1.20

40～50 1.12～1.16

1.11～1.18

0.30～0.34

1.40～1.50

370～400

备注：二硫化碳和硫酸锌消耗量中未扣除回收量

一、浆粕

（一）浆粕的结构特点

浆粕是生产粘胶纤维的主要原料，按原料来源，分为木浆、棉浆和草浆（甘蔗渣、芦苇、竹子）。纤维素是浆粕的主要成分。目前生产粘胶纤维的主要原料是木浆和棉浆。

纤维素分子量大，一般在100万以上，其化学结构是由D葡萄糖酐（1-5）以β-1，4甙键联接而成的线型大分子，分子式为(C6H10O5)n，结构式为：

n代表D葡萄糖酐的数目，即聚合度

纤维素和其它高分子一样，具有分子量的不均一性。纤维素不是一种均一的物质，而是一种不同分子量的混合物。在工业上分为：α－纤维素（也称为甲种纤维素，简称甲纤）、β－纤维素、γ－纤维素。后两种纤维素统称为半纤维素。α－纤维素是植物纤维素在特定条件下不溶于20℃的17.5%NaOH溶液的部分；溶解的部分称为半纤维素。β－纤维素是以上溶解部分用醋酸中和又重新沉淀分离出来的那一部分纤维素。仍然溶解而不能沉淀的部分为γ－纤维素。聚合度越低纤维素越易溶解，故α－纤维素的聚合度在200以上，β－纤维素的聚合度在140～200，γ－纤维素的聚合度在10～140。半纤维素含量越高，给粘胶制造工艺带来许多不利因素，同时，制出的产品机械性能较差。