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影响粘胶纤维成型的因素

发布时间:2022-04-26      点击次数:999

       1.粘胶的组成及其性能

粘胶的组成在很大程度上决定了粘胶的特性(如黏度和熟成度)。提高粘胶中纤维素的含量,使黏度上升,熟成速度加快,纤维素凝胶结构较紧密,有利于提高成品纤维的强度。含碱量的高低也影响粘胶的稳

定性、熟成度及凝固浴中硫酸的浓度。

粘胶的黏度对可纺性和最大喷头拉伸有一定的影响。普通粘胶纤维的纺丝黏度一般控制在30~50s。黏度低

于20s的粘胶可纺性很差,成型困难;黏度超过160s,也要对某些成型参数做相应调整,否则纺丝困难。

为了保证成型均匀,纺丝粘胶的黏度波动范围应控制在士(3~5)s内。粘胶的黏度还对喷丝头拉伸有较大

的影响。通过实验数据得知,在黏度较低的情况下,最大喷丝头拉伸随着黏度的增加而急剧上升,黏度为

50s时,最大喷丝头拉伸增至最大值,当黏度超过50s时,最大喷丝头拉伸则随黏度的上升而下降。

对成型有影响的另一重要因素是粘胶的熟成度。

采用熟成度较高的粘胶纺丝时,所得纤维的机械指标较低,特别是断裂强度较差,纤维的延伸度也有所降

低。此外,由熟成度较高的粘胶纺制的丝条的结构均匀性较差(由于纤维素黄原酸酯在凝固浴中的分解过

快),因而染色不均匀,但纤维的染色能力较强(由于无定形区较大,纤维素大分子的取向度较差),在

水中的膨润度也较高。结构的不均匀可以借改变成型过程参数以及凝固浴的成分来降低纤维素黄原酸酯的

分解速度而得到改善。如提高凝固浴中ZnSO4浓度,或降低H2SO4的浓度,都可以使高熟成度的粘胶顺

利纺丝。

        2.成型速度

提高纺丝速度,可以提高纺丝机的生产效率。但是提高纺丝速度会带来下列困难:

(1)大量的凝固浴被丝条带出浴外;

(2)增加丝条在凝固浴内的阻力,容易产生毛丝或单丝断头;

(3)纤维素黄原酸酯来不及凝固和分解再生。

这些困难可通过在纺丝机上加一对滚筒,使丝条在上面绕成几圈,以挤掉被纤维带走的过量凝固溶液等措

施而得以克服。高速纺丝时,最重要的是降低凝固浴对运动丝束的阻力和提高纺丝的稳定性。即使在纺丝

速度较低(50~60m/min)的情况下,凝固浴对运动丝束的阻力,通常占丝条总阻力的30%~35%。

由于凝固浴的阻力增大,所得纤维的物理机械性能降低,特别是断裂伸长率下降更多。有人采用管中成

型,即增加凝固浴在管中的流速,使其与粘胶液流在浴中的流速相接近,以此来降低凝固浴的阻力,使纺

丝速度提高到160m/min。在凝固浴流速低于粘胶的喷出速度时,提高凝固浴流速,纤维的断裂伸长率也

不断提高。实验表明,凝固浴流速比粘胶喷出速度高5%~10%为强力纤维最合适的纺丝条件。增加凝固浴

的浸长、升高凝固浴温度以及提高凝固浴中H2SO4的浓度,可以加速纤维素黄原酸酯的凝固和分解,因而

可以提高纺丝速度。粘胶纤维的成型速度不仅因品种而异,还因纺丝机的类型而各有不同。筒管式长丝纺

丝机的纺丝速度一般为65~90m/min,有的高达125~135m/min,离心式纺丝机一般速度为50~75m/min,高的可达90~100m/min;使用连续式纺丝机纺制长丝时,纺速一般为50~65m/min。

棉型短纤维的纺速一般为80~90m/min,毛型纤维的纺速一般为55~80m/min,富纤的纺速一般为

20~30m/min、强力纤维的纺速一般为40~60m/min,高湿模量纤维的纺速一般为25~50m/min。

        3.凝固浴组成、循环量以及成型温度

粘胶纤维成型时,凝固浴的组成必须保证粘胶经过凝固浴的作用后,在离开凝固浴的纤维素凝胶仍具有

一定剩余酯化度,这一过程通常在0.1~0.2s内完成。确定凝固浴浓度主要与下列因素有关:粘胶液流在

凝固浴中的长度越短,纺丝速度越高,粘胺中的含碱量越高,熟成度越低(盐值越高),单纤维的线密

度越高,则凝固浴中H2SO4的浓度也应越高。为了保证成型的稳定性,必须使凝固浴浓度的波动限制在

一定范围内,这就要使凝固浴的循环量保持在一定水平上。凝固浴中的H2SO4与粘胶中的NaOH发生中

和反应,另一部分硫酸则消耗在纤维素黄原酸酯的分解和粘胶副产物的反应上;由于酸碱中和作用,使

硫酸钠的绝对量不断增加;粘胶中大量水分带入凝固浴,使凝固浴各组分浓度下降,丝束引出时,也带

出一部分凝固浴,使各组分绝对量减少。为使各组分浓度保持不变,必须使凝固浴进行循环,补充H2SO4

及ZnSO4,蒸发多余的水,结晶出过量的Na2SO4,并调整凝固浴的温度。

凝固浴的循环量取决于纺丝速度和纤维的总线密度。纺丝速度越高,纤维的总线密度越大,循环量就越

大。提高凝固浴温度,可加快各种化学反应的速度、双扩散速度和凝固速度。还应保证浴温的均匀性,

以保持纤维结构和性质的稳定。

        4.喷丝孔形状

喷丝孔的形状及大小,对成型稳定性及纤维的物理机械性质有较大的影响。

增加喷丝孔的长度,能增加粘胶液流在喷丝孔道中的逗留时间,由于入口效应有较大的回复,使出口的

膨化效应有所降低,从而提高纺丝稳定性,增加喷丝头的最大拉伸值,并使成品纤维的断裂强度有所提

高。喷丝头孔道的形状,在很大程度上影响粘胶液流的流动和入口效应。圆柱形的喷丝孔道,入口处需

要消耗较大的能量,这部分能量作为弹性能储藏在体系中,在出口处产生较大的膨化。如果将入口改为

圆锥形,则其消耗的能量大为降低,出口膨化率也明显降低。如把喷丝孔道制成双曲线形,由于膨化率

大为降低,使纤维的断裂强度有较大的提高。减小喷丝头的孔径不仅能提高成型的稳定性,而且能改善

粘胶纤维的物理机械性能。降低喷丝头孔径能增加最大喷丝头拉伸,如孔径为0.05mm,最大喷头拉伸

为274%,当孔径增至0.20mm时,最大喷头拉伸仅为46%。在给定的成型条件下,最大喷丝头拉伸值

是衡量粘胶的弹黏性、表面张力、凝固浴的凝固能力以及其他因素的综合指标,又是成型稳定性的指标。

由此可见,减小喷丝头孔径,可提高成型稳定性,从而降低丝条的断头率和喷头的更换率。

2022年3月湿纺.png


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