关于化纤工艺学概论课件

第一节、聚酰胺纤维的后加工一：聚酰胺普通长丝后加工：普通长丝（拉伸加捻丝DT丝）：高取向、高强力、低伸长：UDY或POY→DT全拉伸丝FDY：1．工艺流程：UDY—DT工艺流程图单区拉伸机示意图（a）拉伸机结构（b）拉伸机的加热板（c）拉伸机的加热盘1—未拉伸丝筒子；2—上压辊；3—给丝罗拉；4—拉伸棒；5—分丝棒；6—拉伸盘；7—导丝钩；8—钢领板；9—锭子；10—加热板；11—热锭；图双区拉神加捻机示意图图拉伸加捻机示意图1—未牵伸丝筒子；2—分丝瓷棒；3—橡胶压辊；4—送丝罗拉；5—上牵伸盘小转子；6—上牵伸盘；7—加热板；8—下牵伸盘小转子；9—下牵伸盘；10—导丝钩；11—牵伸后的卷取筒子；12—钢领、钢丝圈、升降钢领板；13—锭子POY丝筒→导丝器→喂入罗拉→热盘→热板→拉伸盘→钢丝圈→加捻→卷线筒管→（后加捻）↓→→→→→→→→→→↑→压洗（锦纶6直接纺丝专用）→热定型→络丝（拉伸加捻丝DT丝）2．拉伸与加捻：（1）卷绕丝质量：*卷绕丝可拉伸性：分子量↑→可拉伸性↑→分子量增大到极限→可拉伸性↓*卷绕丝中单体含量：单体（低分子）→增塑作用→降低大分子间作用力→纤维拉伸容易，但强度不能改善→游离在丝的表面→沾污拉伸机械（2）拉伸倍数：（后拉伸倍数）拉伸倍数↑→取向度及结晶度↑→强度↑、延伸度↓、沸水收缩率↑*范围：自然拉伸比＜拉伸倍数＜断裂拉伸比（否则拉伸点会由给丝辊移向拉伸辊，而在另一段上形成的新拉伸点，产生未拉伸丝）*拉伸倍数与成品的质量要求有关：——民用丝：一定延伸度、柔软、弹性、染色好——拉伸倍数选择较低；UDY丝3.5～4倍，POY丝1.2～1.3——高强丝及帘子线：强度高、延伸度低——拉伸倍数选择较高，＞5倍（对UDY）*拉伸倍数与支数及打滑：——支数高（细）：拉伸易断——拉伸倍数选择较低——支数低（粗）：在拉伸盘上易打滑——拉伸倍数选择稍为高些（3）拉伸温度：*范围：Tg＜拉伸温度＜软化点（软化点=熔点-20～40）聚酰胺6：Tg=35～50℃；Tm=215～220℃（有小分子增塑，Tg会低于室温）聚酰胺66：Tg=40～60℃；Tm=265℃民用丝聚酰胺6：室温拉伸，最大拉伸应力出现在50℃强力丝或短纤或聚酰胺66：热拉伸（～150℃）*讨论：拉伸区实际温度→加热罗拉温度↑→纤维拉伸区温度↑→被拉伸丝的温度升高→拉伸热效应↓→拉伸区温度↓适当提高拉伸温度→拉伸应力↓→断头率↓（4）拉伸速度：*影响：拉伸速度↑→拉伸应力↑→沸水收缩率↑→拉伸热效应↑→拉伸应力↓→沸水收缩率↓*范围：200～1000m/min拉伸温度高→分子链活动↑→松弛时间↓→拉伸速度可提高（5）拉伸车间温湿度：低分子物含量越高对车间湿度越敏感恒温恒湿：22±1℃，RH65±5%（6）拉伸形式：普通聚酰胺长丝：单区拉伸；高强度或较粗纤维（帘子线）：双区拉伸；3．后加捻：（1）目的：*捻度↑→抱合力↑→强力↑（有个最大值）↑→捻度↑→强力↓*提高纤维抱合力*把丝条绕到多孔的铝合金筒管上→压洗定型（2）工艺控制：纤度（tex）捻度（捻/米）加捻张力（g/tex）1.11～2.22 500～800800～1200 0.72 0.993.33～7.78 150～250250～600600～12002000～4000 0.720.901.082.257.78～13.3 200～600200～600 1.35 1.8023.3～93.3 200～600 1.80加捻张力↓↓→小辫子丝加捻张力↑↑→纤维弹性将丝层压紧成丝条嵌入→压洗困难→筒子内、中、外层压洗定型不均匀→纤维收缩把网眼筒管压紧扁加捻张力调节：张力器及丝条遇到丝器的角度4．压洗：（直接纺）（1）目的：洗出丝条中的低分子物（2）原因：低分子物→丝条染色均匀性↓→存放时间稍长，低分子物析出在丝条表面→似霉点→丝条发黄变脆（3）设备：压洗锅、烛筒形过滤器、加热器、卧式循环水桶、抽吸台、真空泵、水泵（4）工艺：网眼筒管叠放在筒管座的烛芯上图VC501型压洗机流程示意图*流程：卧式循环水桶→水泵→软水→烛筒形过滤器→加热器→压洗锅→由筒管底部进入烛芯→从烛芯上的圆孔出来→网眼筒管孔→丝层→卧式循环水桶压洗后的丝筒自压洗锅取出→抽吸台（真空抽吸）*控制：压洗：加热98～102℃，热水穿过丝层时溶解了单体，带走了油污，也起到定型作用压洗后丝筒指压洗锅取出后：真空抽吸600mmHg、20min；除去水分，缩短干燥时间；除去游离在丝条表面难溶的低分子物；5．热定型：（1）工艺：蒸汽加热定型*流程：压洗抽吸后的丝筒装在小车上→定型锅→关闭定型锅门→抽真空（排除锅内空气，防止高温定型纤维氧化变黄）→同时开启间接蒸汽加热→锅内真空度＞600mmHg→通直接蒸汽→锅内压力上升至0.8～1kg/cm2→定型1h→关闭直接蒸汽→抽真空→定型完毕→关间接蒸汽→解除真空→开启定型锅*控制：注意定型前高真空或定型后低温出料表聚酰胺纤维的热定型温度纤维种类热水定型蒸汽定型干热定型聚酰胺6 聚酰胺66 100～110℃100～120℃110～120℃110～130℃160～180℃170～190℃6．络丝：（1）平衡：RH60～65%，20～22℃，24h（2）络丝：*目的：纤维在网眼筒管商定型后，卷装疏松易散乱，故要络筒压洗中纺丝卷绕油剂基本除去，要上油把丝卷绕成双锥形筒子，防止光滑的丝条从筒子端面脱落*工艺流程：上油后丝条含油率1.0～2.0%丝条→导丝钩→绒布面→上油盘→张力器→检制缝→导丝器→小压辊→宝塔纸管二：弹力丝（高弹丝）后加工：聚酰胺纤维模量较低，织物不够挺括——高弹丝（一个加热器）1．弹力丝对原丝质量的要求：（1）支数和股数：100旦（24～34孔），70旦（16～24孔）单纤维根数↑→织物柔软（但纺织加工要求高）→内衣单纤维根数↓→织物丰满厚实→袜子（2）强力：原丝=120%弹力丝弹力指标（因弹力加工后强力会损伤）；＞4.5～5g/旦（3）伸长：24～32%原丝伸长↑→后加工变形↑原丝伸长↓→织物收缩率↑（4）捻度：原丝捻度小为好，＜20捻/米→弹力丝蓬松↑（5）原丝不要求压洗定型：定型后纤维处于低能级的稳定状态→要使它在受热变形困难聚合物中含低分子物→增塑作用→弹力丝受热加工容易变形（降低假捻定型温度）（6）消光剂均匀分布在纤维上2．弹力丝生产方法工艺流程：拉伸丝→加捻、热定型、解捻→→→→→络筒→→→→→→预取向丝→内拉伸加捻热定型、解捻→→合股并捻→上油→→倒框成绞→平衡→→包装*经热定型再解捻的丝，会发生与解捻方向相反的转矩，其转矩在针织加工时由于丝松弛而缠结——针织加工用变形丝，需将捻向不同的两束丝合捻，以抵销转矩；合股后并捻对增加抱合力有利，但对蓬松性不利（后加捻数要小）；——机织加工的高弹丝不需要合股并捻3．聚酰胺高弹丝工艺控制：工艺参数聚酰胺66 聚酰胺6POY原丝规格加工速度m/min 假捻形式D/Y值44dtex/10f700摩擦式1/5/12.2392dtex/24f600摩擦式1/7/12.0～2.2拉伸比假捻张力T1/T2 加热器温度℃加热时间s冷却时间s卷绕超喂率% 1.35212/102200.20.15.41.2521700.20.15.2（1）加热温度和时间：*影响：加热温度和时间↑→弹力丝卷缩刚性↑（但0.2s后变化很小）→弹力丝卷缩稳定性↑*控制：单区加热双区加热：第一加热区（高温）+第二加热器（低温）（2）冷却：*影响：冷却距离1～1.25m，卷缩刚性最大（聚酰胺66）冷却距离1m，卷缩刚性最大（聚酰胺6）（3）张力：张力调节：输入罗拉和输出罗拉的线速度；等喂或超喂4%→维持弹力丝加捻时的张力；欠喂→高张力下定型→良好卷曲度（4）合股捻度：100～200捻/米合股捻度↑→弹性伸长率↓（5）弹力丝筒存放：丝筒存放时间↑→弹性损失↑（为减少损失，应尽快倒框成绞）三：聚酰胺短纤维后加工：与聚酯短纤维后加工相似，只是对锦纶6要增加热水洗、上油、压干、开松、干燥等工序1．热水洗：将单体含量降至1.5%以下；定型；长束洗涤或切断成短纤维后淋洗2．开松：湿开松（水洗后开松）：便于干燥干开松（干燥后开松）：增加纤维的开松程度3．干燥：链板式干燥机、网式圆筒干燥机四：纺丝机——高聚物熔融装置：螺杆挤出机——熔体输送、分配、纺丝及保温装置：弯管、纺丝箱体（熔体分配管、计量泵、纺丝头组件）——丝条冷却装置：纺丝窗及冷却套筒——丝条收集装置：给湿上油机构、导丝结构、卷绕机或受丝装置1．熔融装置：螺杆挤出机（1）作用：固体物料的供给、聚合物熔融、熔体定量挤出（2）螺杆三段：进料段、压缩段、计量段（3）螺杆挤出机结构与技术要求短纤维：国产：VD403、VD404、VD405、VD406、VD408、HV451-481；进口：日本帝人SSM-70、日本东洋纺TK48、瑞士伊文达常规长丝：国产：VC401（炉栅）、VC402（炉栅）、VC403、VC404、VC405、VC406、VC408Δ螺杆挤出机结构特点：*螺杆和螺杆套筒：单头短区渐变或突变螺杆；38CrMoAlA（螺杆和螺杆套筒）*传动部分：电动机+减速器+轴承*加热和冷却装置：加热（电阻加热、电感应加热）；冷却（夹套或盘管通冷却水）Δ螺杆挤出机的结构参数：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与套筒的间隙、螺杆头部形状、套筒Δ螺杆挤出机工作原理：*螺杆的分区和物料在螺杆各区中的运动——进料区（固化区）：等深螺杆前半部（冷却区）：夹套盘管或螺杆内芯通冷却水，＜100℃防止物料过早熔融而环结堵料；保护螺杆传动机构不受热后半部（预热区）：防止物料从进料区到压缩区温度突变——压缩区（熔融区）：渐变或突变螺杆熔融物料（加热、剪切）并压缩（螺槽容积变小）；将空气或水蒸气返回进料区——计量区（均化区）：等浅螺杆加热和搅拌均化，熔体以一定温度、压力、流量均匀挤出顺流：螺杆转动而使物料随旋转方向向前推挤形成逆流：螺杆头部阻力引起；沿着螺槽的通道的回流漏流：螺杆头部阻力引起；螺杆和套筒间隙的回流环流：螺杆转动时横向分力造成物料在螺槽内的环形流动（对物料混合、热交换、均化有影响；对螺杆挤出机生产能力关系不大）*螺杆挤出机生产能力：Q= Q顺流-（Q逆流+Q漏流）Q=2．熔体输送、分配、纺丝及保温装置：弯管、纺丝箱体（1）弯管：螺杆挤出机至纺丝箱体的熔体输送管道（一端与螺杆出口相接，另一端与纺丝机熔体分配管相接）——夹套内联苯－联苯醚混合物加热（熔体保温）（2）纺丝箱体：熔体分配管+联苯加热箱+纺丝泵及其传动装置+纺丝头组件图VC406A型纺丝机的箱体每台VC406A纺丝机：3个纺丝箱体（对应3根螺杆）→6个纺丝位/纺丝箱体→2个纺丝组件/纺丝位→2个喷丝头/纺丝组件①熔体管道分配：*原则：确保熔体到达各纺丝位的距离相同；熔体在分配管中停留时间短；折回少；*形式：分支式、辐射式②纺丝箱体的加热（联苯加热箱）：*作用：对熔体分配管、计量泵、纺丝头组件其保温加热作用；*方式：联苯—联苯醚热载体（联苯/联苯醚=26.5%/73.5%），用电热棒加热*保温：80～100mm保温层，填充超细玻璃纤维或其他绝热材料③计量泵：高温齿轮泵1—熔体进口；2—熔体出口；3—主动齿轮；4—被动齿轮5—上板；6—中板；7—下板；8—联轴节图计量泵的结构示意*作用：定量、均匀把熔体输入纺丝头组件，以确保纺丝纤度均匀*分类：单泵（三块钢板）；双叠泵（四块钢板）*工作原理：两个齿轮转动→吸入孔1成低压→熔体有吸入孔1进入→充满齿轮的齿隙→随齿轮的转动→在孔2处形成压力→将熔体从压出孔压出（齿隙容积恒定，精确计量）*材质：铬—钼—钒模具钢或高速钢*规格：长丝：0.4—3.0cm3/r；短纤维：9—40cm3/r；④纺丝头组件：*作用：过滤熔体，防止堵塞喷丝孔熔体充分混合，减少熔体粘度差异把熔体均匀分散到喷丝孔的每个小孔中去形成熔体细流*结构：喷丝板+熔体分配板+熔体过滤材料+组装套的结合件（1）高压式（2）低压式图纺丝组件结构示意图1—组件壳体；2—喷丝板；3—耐压分配板；4—过滤材料（20、40、60目/英寸）；5—自封压板；6—螺纹压板；7，8—铝填圈；9—圆形铝密封环；10，11—薄形铝填圈；12—熔体进口；13—过滤网（400、6000、10000孔/厘米2）低压式组件：承压＜100公斤/厘米2人工的扭力旋紧螺纹压板6，使薄形铝填圈11在耐压分配板3和螺纹压板6之间紧密吻合，同时也使密封环在喷丝板2与壳体1之间密合，防止熔体向上或向下两个方向渗漏。

二、纤维的分类

化学纤维：是指用天然的或合成的高聚物为原 料，经过化学和机械方法加工制造出来的纤维。
再生纤维：以天然聚合物为原料，经过化学和机械
方法制成的，化学组成与原高聚物基本相同的化学 纤维。
如粘胶纤维(Vicose Rayon) 、醋酸纤维(Cellulose
acetate) 、铜氨纤维（Cuprammonium fibers） Lyocell纤维、Tencel纤维、Modal纤维等。

中空异形纤维：一般指三角形和五角形中空纤维。 可以用来制造质地轻松、手感丰满的中厚花呢，制 造有较高耐磨性、保暖性、柔软性的复丝长统袜。 也可以用来制造具有透明度低、保暖性好、手感舒 适、光泽柔和的各种经编织物。

某些中空纤维用于制作反渗透膜，织造人工肾脏， 用于海水淡化，污水处理等。
北极熊的毛就是中空的
本课程要求
掌握纤维生产中常用的基本概念 掌握常见纤维种类及性能 掌握纤维纺丝方法及工艺 掌握纤维的改性方法和手段
第一章 绪论
纤维的分类与发展
化学纤维常用的基本概念
主要的质量指标
纤维的生产方法概述
纤维的鉴别方法
你所了解的纤维应用范围？

服用纺织品
服装

装饰用纺织品
三、世界化学纤维的发展
发展最早的是天然纤维，如棉，麻，毛，
蚕丝。
棉花最早出产在埃及
蚕丝是我国特产

天然纤维的性能不错，但有什么缺点？
生产受到自然环境以及生长周期的限制。
合成纤维发展史
最早的人造纤维诞生于1855年：
奥德马尔（法）硝酸纤维
1884年黑塞尔得到丝光的碱纤维； 1892年克劳斯和比万（英）——粘胶纤维，适合纺丝； 1905年投产，至今仍在纺织工业中占有一席之地。 然以上并非真正意义上的人工制品？ 合成纤维的出现是在20世纪30年代。

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涤纶长丝的分类
• 未拉伸丝（常规纺丝）—UDY • 半预取向丝（中速纺丝）—MOY • 预取向丝（高速纺丝）—POY • 高取向丝（超高速纺丝）—HOY • 拉伸丝（低速拉伸丝）—DY • 全拉伸丝（纺丝拉伸一步法）—FDY • 常规变形丝—TY • 拉伸变形丝—DTY • 空气变形丝—ATY
纺丝工艺流程与设备简介
切片间接纺丝流程： 聚酯切片→切片料桶
（氮气保护） →螺杆挤出机（进
料、熔融压缩、计量
均化）→弯管→过滤 器→纺丝箱体→吹风 窗（冷却固化）→给 湿上油→甬道→卷绕
2
纺丝工艺流程简介
切片投料
二、FDY生产流程图
3
FDY纺丝工艺流程图
4
外检分级与包装
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生产设备简介
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运行中的卷绕头
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• 7、超细纤维 • 由于单纤维的粗细对于织物的性能影响很大，
所以化学纤维也可按照单纤维的粗细（线密度 ）分类，一般分为常规纤维、细旦纤维、超细 旦纤维和极细纤维。 • 常规纤维：线密度～7dtex； • 细旦纤维：线密度为～，主要用于仿真丝类的 轻薄型和中厚型织物； • 超细纤维：线密度为～，主要用于高密度防水 透气织物和人造皮革、仿桃皮绒织物等； • 极细纤维：线密度在以下，可通过海岛纺丝法 生产，主要用于人造皮革和医学滤材等特殊领 域。
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• 8、差别化纤维 • 差别化纤维系外来语，来源于日本。一般泛指通过化
学改性或物理变形使常规化纤品种有所创新或赋予某 些特性的服用化学纤维。 • 在聚合及纺丝工序中改性的有：共聚、超有光、超高 收缩、异染、易染、速染、抗静电、抗起毛起球、防 霉、防菌、防污、防臭、吸湿、吸汗、防水、荧光变 色等纤维。 • 在纺丝、拉伸和变形工序中形成的有：共混、复合、 中空、异形、异缩、异材、异色、细旦、超细、特粗 、三维卷曲、网络、混纤、混络、皮芯、并列以及竹 节、混色、包覆等等都属于差别化纤维的范畴。 • 差别化纤维主要用于服装及服饰织物，可提高经济效 益、优化工序、节约能源、减少污染、增加纺织新产 品。

化纤工艺学
附：第一、第二法向应力差
高分子液体在剪切流动中，除表现有粘性外，还表现出奇 异的弹性行为，存在法向应力差效应。第一、第二法向应 力差函数 N1、N2可定义为：
22-σ
33
在许多高分子材料加工过程中，如挤出、压延、注射等， 材料在机器和模具内的流动中存在简单剪切流场，其流场 形式示于图 中，材料只在一个方向流动，且流速只沿另 一个垂直方向有变化。一般约定，凡处理简单剪切流场， 一律取x1方向为流动方向，x2方向为速度梯度方向，第三 个方向x3为中性方向。
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毛型短纤维：长度为 70-150mm，纤维较粗，类似羊 毛，与羊毛混纺，得到的织物称为“毛涤”织物。 中长纤维：介于棉型和毛型之间，主要用于织造中长 纤维织物。 4、牵切纤维（Strech-broken tow）化学纤维丝束经 拉伸纵向断裂而成的长度不相等的短纤维，也称不等 长短纤维
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Ⅲ区 （固化丝条运动区）
熔体细流已固化为初生纤维，纤维不再细化，Vx保持不变，
dvx 0 dx
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第三节
熔体纺丝过程中纤维结构的形成
纤维结构的形成和发展主要指纺丝线上高聚物的取向和结晶 ， 卷绕丝的结构是纺丝过程中流变学因素（熔体细流的拉伸）， 纺丝线上的传热和聚合物结晶动力学之间相互作用的结果。
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三、断裂伸长率
式中：L0 ——纤维原长 L——纤维伸长至断裂的长度 Y大的纤维手感比较柔软，在纺织加工时，可以缓冲所受 的力。 毛丝断头较少，但断裂伸长也不宜过大，否则织物易变形。
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四、初始模量
初始模量表征纤维对小变形的抵抗能力，以小形变 时应力和应变的比值或拉伸曲线初始一段直线部分的斜 率表示。在衣着上反映纤维对小的拉伸作用或弯曲作用 所表现的硬挺度。纤维的初始模量越大，越不易变形， 亦即在纤维制品的使用过程中形状的改变越小。