高分子材料加工工艺学.ppt

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1、高分子材料加工工艺学,第四章 聚丙烯纤维,山东理工大学教案2011 2012 学年 第 2 学期课 程 名 称 高分子材料加工工艺学A（第四章）授 课 对 象 材化09级高分子方向主 讲 教 师 孟凡涛/杨彦功教师所在院（部）、系（室）材料科学与工程学院材化教研室选 用 教 材 高分子材料加工工艺学A学 时/学 分 48学时/3学分山 东 理 工 大 学2012.2,第四章 聚丙烯纤维,聚丙烯纤维在我国简称丙纶。1954年Ziegler和Natta发表了等规聚丙烯的制造专利，即Ziegler-Natta催化剂，于l 957年意大利Montefibre公司实现了聚丙烯纤维的工业化生产。以后英国、

2、美国相继开始生产等规聚丙烯短纤维。丙纶原料来源丰富，制造工艺简单、成本低廉。丙纶具有许多优良的性能，可供服装、装饰及产业用品使用，并在此三大领域内有广阔的前景。我国近年丙纶获得了极大发展，目前产量已达百万吨以上。,第一节 聚丙烯纤维的原料,聚丙烯纤维的原料是等规聚丙烯，等规聚丙烯是以丙烯为原料，用配位阴离子作催化剂聚合而成的，下面简要介绍等规聚丙烯的制造方法一、等规聚丙烯的合成 等规聚丙烯的制造，理论上可使用配位阴离子催化剂进行聚合反应，而在生产上则有独自的聚合催化体系和制造工艺。如表1,1.丙烯的聚合工艺,聚丙烯生产工艺按聚合类型可分为淤浆法、溶液法、本体法、气相法和本体-气相法组合工艺5

3、大类。近年来，气相和本体工艺的比例逐年增加，界各地在建和新建的PP 生产装置将基本上采用气相工艺和本体工艺，尤其是气相工艺的快速增加正挑战居世界第一位的Spheripol 工艺（本体-气相法组合工艺）。,据NTH 公司称，1997 年以来，世界范围内许可的PP 新增产能的55%都是采用Novolen 气相工艺，今后气相工艺还将有逐步增加的趋势。目前，世界上气相法PP 生产工艺主要有BP 公司的Innovene 工艺、智索公司的Chisso 工艺、联碳公司的Unipol 工艺、BASF 公司的Novolen 工艺、住友化学公司的Sumitomo 工艺以及Basell 公司开发的Spherizon

4、e 工艺等。,(1)Spherizone 工艺Spherizone 工艺采用的是Basell 公司开发的多区循环反应器（MZCR）技术，是目前世界上最新颖、最先进的聚丙烯生产工艺。其工艺流程如图1所示。Spherizone 工艺采用的特殊设计的环型反应器由两个反应区组成，聚合物颗粒在多区循环反应器的两个不同反应区之间循环。在上升反应区，聚合物颗粒被单体气流以流态化的形式向上带走。在反应器的顶部，聚合物颗粒进入下降反应区，在重力作用下聚合物颗粒沉降到反应器底部，然后又被送到上升反应区，重复上述反应循环。,Spherizone 工艺的采用气相循环技术，采用MC系列Z-N 催化剂，可生产出保持韧性和

5、加工性能同时又具有高结晶度和刚性的更加均一的聚合物。它可在单一反应器中制得高度均一的多单体树脂或双峰均聚物。目前该工艺在世界范围内总生产能力为三百多万吨/年，共有11 套装置。,(2)Novolen 工艺1969 年BASF 和Shell 的合资ROW 公司在德国Wesseling 采用立式搅拌床反应器建成世界上第一套2.5 万吨/年的气相聚丙烯工业装置，命名为Novolen 工艺，其工艺流程如图5所示。Novolen 气相工艺采用两台带双螺带搅拌的立式反应器，该反应器使气相聚合中气固两相之间分布比较均匀。目前世界上采用Novolen 工艺的生产装置有25套，总生产能力约为470.0 万吨/年

6、。,(3)Innovene 工艺Innovene 工艺又名BP-Amoco 工艺，其工艺流程如图2 所示。该工艺的主要特点是采用独特的近活塞流的卧式搅拌床反应器。反应器为卧式圆柱形压力容器，在轴向设有搅拌器，相当于3 台以上完全混合槽式反应器的效果。目前世界上采用Innovene 工艺技术的聚丙烯生产装置有20 多套，总生产能力约为625.5 万吨/年.,(4)Chisso 工艺Chisso 工艺是在Innovene 气相法工艺技术基础上发展起来的，两者有很多相似之处，尤其是反应器的设计基本相同，工艺流程如图3 所示。Chisso 工艺的设计要更简单，能耗更小；Chisso 气相法聚丙烯工艺采

7、用由Toho Titanium 公司研制的THC-C 催化剂，该催化剂具有很高的活性和选择性，典型活性为2500040000 g PP/g cat.目前世界上采用Chisso 气相法聚丙烯工艺的生产装置有6 套，总生产能力为142.2 万吨/年。,(5)Unipol 工艺Unipol 工艺是联碳公司和壳牌公司在20 世纪80 年代中期联合开发的一种气相流化床PP 工艺，是将应用在聚乙烯生产中的流化床工艺移植到PP生产中的工艺，其工艺流程如图4所示。该工艺反应器为上部扩径的圆柱形立式压力容器。聚合反应热是靠循环的冷丙烯气体的显热除去。Unipol 工艺有许多独一无二的优势，其中最大的优势是其单线

8、生产能力高。目前，世界上有18 个国家的51 条生产线采用Unipol工艺进行生产，总生产能力为1150.0 万吨/年。,2.配位阴离子催化剂及其种类等规聚丙烯的聚合反应，需要使用配位阴离子催化剂进行催化聚合。工业上最常用的是TiCl3和烷基化合物的组合体，具体种类如下。(1)三氯化钛：TiCl3通常是用H2、金属或金属有机化合物还原TiCl4而得。它是离子型的结晶，有、和四种晶型，其制备方法及催化作用参见表1。,(2)烷基铝化合物,烷基铝化合物通常有三乙基铝A1(C 2H 5)3和二乙基氯化铝A1(C 2H 5)2Cl等。三乙基铝可用铝、异丁烯及H2在高温下进行反应得到三异丁基铝，再加入乙烯

9、置换得三乙基铝；也可用氮乙烯与活化了的铝反应，再用钠还原制得 在工业生产中除使用上述两种催化剂外，添加适当的第三组分以使其活性提高，从而使聚合物立构规整性改善。加入的第三组分包括无机化合物有机金属化合物及含有N、o、P、s或卤素等的有机化合物，它们多数是供电子体与TiCl3或烷基铝形成络合物。,（3）第五代聚丙烯催化剂茂金属催化剂,80年代初，德国汉堡大学 W Kaminsky等发现茂金属在甲基铝氧烷（MAO）的活化下可以进行乙烯聚合且活性很高，也可使丙烯聚合产生无规聚丙烯。茂金属催化剂是20 世纪90 年代以来最受关注的烯烃聚合催化剂茂金属催化剂的工业化为生产物理机械性能明显改进的聚丙烯树脂

10、创造了条件,如可生产超高刚性的等规聚丙烯高透明的间规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯的共混物及超高性能的聚丙烯抗冲共聚物等,二、等规聚丙烯的结构,聚丙烯是由碳原子为主链的大分子所组成的，根据其甲基在空间排列位置的不同，存在等规、间规、无规三种立体结构形式(见图)。（1）等规聚丙烯是一种相同构型的有规则的重复单元，侧甲基(一CH3)在主连平面的同一侧，这种有规则的结构很容易结晶。,（2）间规聚丙烯是一种相反的构型单元交替有规则地排列，侧甲基(一CH3)交替分布在主连平面的两侧，这也是一种有规则的立体结构，容易结晶。(3)无规聚丙烯是一种无规则排列结构，侧基(CH3)完全无秩序地立体配置，所以结晶困

11、难，是一种无定形的聚合物。(4)成纤聚丙烯通常是等规聚合物，具有高度结晶性。其结晶是一种有规则的螺旋状链，这种三维的结晶，在链轴的直角方向也具有规则的链堆砌。如图45所示。,(5)等规聚丙烯结晶有、和拟六方变体五种。其中与成形加工有关的主要有、和拟六方变体。变体为普通的单斜晶系晶体。变体为六方晶系晶体。,（6）将渐冷等温结晶的薄膜试样用偏光显微镜观察，可见到球晶结构。球晶的数目、大小和种类对二次加工性质均有很大影响。,表43为等规聚丙烯的几种球晶特征。,聚丙烯的结晶速度随结晶温度而变化。通常在125135c时结晶速度较快。聚丙烯等规度高，结晶速度也高，添加少量有机金属盐，如苯甲酸铝等成核剂，可

12、使结晶速度增加。表114列举了各种聚丙烯样品的结晶度。,三、等规聚丙烯的性质,（一）分子量及其分布 聚丙烯分子量及其分布对于熔融时的流动性质和成品纤维质量有很大的影响。（1）聚丙烯分子量可用特性粘数来表征，特性粘数的测定常用的溶剂有十氢萘、四氢萘和1，2，4三氯代苯等，在一定的测定温度条件下特性粘数与分子量间的关系如表；,（2）工业上常用熔融流动指数(MI)表示聚丙烯的流动特性，可粗略的衡量其分子量大小。图为特性粘数与熔融流动指数(MI)和分子量的关系。,（二）等规度等规聚内烯的等规度一般大于95%，因此有很强的结晶能力，且结晶后可大大提高产品的力学性能。（三)热性质 1.文献报导的聚丙烯玻璃

13、化温度有不同的数值，大致在-35-10 范围内，无规聚丙烯-12-15，等规聚丙烯而言是在-3025 随试样纯度、测定方法和条件而定。2.聚丙烯的熔点为176，较聚乙烯高3555，比聚酰胺等要低。等规度越高，熔点也越高。3.聚丙烯的导热系数是所有纤维中最低的，为(8.7917.58)10 2W(mK)，用作保温材料比羊毛还好。,（四）熔体的流动性能,1.图49为聚丙烯和几种常见熔纺高聚物的流动曲线，可以看出在不同的切变应力下其粘性行为的比较，等规聚丙烯和高密度聚乙烯相似，较为明显地显示出假塑性行为。而聚酯和聚酰胺66则在较低的切变应力(10410 5Pa以下)下显示牛顿流动性质。,2.聚丙烯试

14、样分子量越大，分子量分布愈宽，试样在较低温度(190一210)和切变应力较高的情况下。易产生熔体破裂，聚丙烯出现熔体破裂的临界切变应力为31075l0 5Pa。3.在受切变应力的情况下，熔体在压缩和形变时显现弹性性质，聚丙烯的弹性行为是十分显著的，熔体在出口处产生出口胀大效应。,(五)耐化学性及抗生物性,等规聚丙烯是碳氢化合物，因此其耐化学性很强。在室温下，聚丙烯对无机酸、碱、无机盐的水溶液、去污剂、油及油脂等有很好的化学稳定性。氧化性很强的试剂，如过氧化氢、发烟硝酸、卤素、浓硫酸及氯磺酸会侵蚀聚丙烯；有机溶剂也能损害聚丙烯。大多数烷烃、芳烃、卤代烃在高温下会使聚丙烯溶胀和溶解。聚丙烯具有极好

15、的耐霉性和抑菌性，不需任何整理手段即可防蛀。,四、成纤用聚丙烯的质量要求,聚丙烯树脂质量对纤维性能影响很大。用分子量分布较窄的树脂所得纤维的模量较高。国内纤维级聚丙烯粘均分子量=1820万，分子量分布的多分散性系数6。一般纺单丝用原料树脂的=2dlg，纺复丝用原料树脂的=1.5dLg左右。聚丙烯大分子链上不含有极性基团，其吸水性极差，所以对切片含水要求并不太严格。切片含水率一般应小于0.1。聚丙烯要求等规度为95%以上，若低于90时纺丝困难。熔点约稳定在164172C之间。灰分应小于0.05%，铁、钛含量应小于20ppm。,第二节 聚丙烯纤维的成形,等规聚丙烯是一种典型的热塑性高聚物，可熔融加

16、工成为各种用途的制品。工业生产丙纶的纺丝方法一般有两种，一种熔体纺丝法，一种是膜裂纺丝法。一、常规熔体纺丝 和聚酯纤维、聚酰胺纤维一样，聚丙烯可以用熔体纺丝法制得长丝和短纤维。由于成纤聚丙烯具有较高的分子量和较高的熔体粘度，熔体的流动性差，故需采用高于聚丙烯熔点100 C左右或更高的挤出温度（熔体温度)才能使其熔体具有必要的流动性并顺利进行纺丝。,纺制长丝时，卷绕丝收集在筒管上。经热板或热辊拉伸48倍。在拉伸之后进行热定型。并使纤维收缩至稳定结构。纺制短纤维的喷丝板采用500孔或更多的孔数出生纤维集束成几十至几百万分特的丝束，在蒸汽箱中于100130 下拉伸，拉伸倍数较长丝为低，通常仅为34倍

17、。拉伸后的丝束进行卷曲，然后进行松弛热处理，最后切断成棉型或毛型短纤维。,（一）混料,聚丙烯含水率极低，可不必干燥直接纺丝。由于聚丙烯染色困难，所以常在纺丝时加入色母粒以制得有色纤维。加入色母粒有两种方法：一种是直接将色母粒混入聚丙烯切片中再加入螺杆机熔融纺丝。第二种是先将色母粒熔融，然后在加入到挤出机的压缩段末端，与熔融好的聚丙烯混合，后者投资大，但混合精度高。,（二）纺丝,聚丙烯纤维的纺丝设备和聚酯、聚酰胺纤维相似，但也有其特点。通常使用大长径比单螺杆挤出机。虽然等规聚丙烯是结晶的，但仍然像其它热塑性高聚物那样容易挤出成型。改变纺丝条件可获得不同取向度、结晶度、强度的纤维，图36为聚丙烯纤

18、维取向度和结晶度对强度的影响。由图可见，要得到高强度的纤维必须进行高倍拉伸，以提高纤维的取向度和结晶度。,1.纺丝温度纺丝温度是纺丝过程的重要工艺参数,聚丙烯纺丝时，螺杆各区的温度控制也与涤纶或锦纶纺丝时一样。一、二区为预热和部分熔融区，三、四区为主要加热熔融区，五区为均化和计量区。（1）树脂的分子量增大，纺丝温度也要相应提高；分子量分布越宽，则采用的纺丝温度也越高。（2）聚丙烯具有较高的特性粘数和熔体粘度，所以，在较低纺丝温度下，易引起取向和结晶，并形成高度有序的单斜晶体结构：而在较高温度下纺丝，初生纤维的预取向度低，形成不稳定的碟状液晶结构。可以采用较高的后拉伸获得高强力纤维。,2.冷却成

19、形条件,（1）成形过程中冷却速度对聚丙烯纤维质量有很大影响，冷却较快，纺丝得到不稳定碟状液晶结构的初生纤维，晶区尺寸小，有利于纤维后拉伸。如缓慢冷却，则得到的初生纤维是稳定的单斜晶体结构。（2）降低丝室温度，增大吹风速度有利于冷却，初生纤维的密度就有所下降。在实际生产中丝室温度以偏低较好。采用侧吹风时丝室温度可取3040，送风温度为25，风速0.30.4m/s。,3.喷丝头拉伸喷丝头拉伸不仅使纤维变细，而且对纤维的后拉伸及纤维结构有很大影响。喷丝头拉伸过大，会导致初生纤维产生稳定的单斜晶体结构，从而使后拉伸很难进行。聚丙烯纺丝时，喷丝头拉伸倍数一般以60倍左有为宜，这样得到的卷绕丝具有较少稳定

20、结构后拉伸较易进行。表37显示初牛纤维性质与喷丝头拉伸的依赖关系。,4.挤出胀大比,聚丙烯纺丝时，由于其熔体粘度较大，且非牛顿性强，故挤出胀大比B0要比聚酯为大。当B0增大时，熔体细流拉伸性能逐渐变坏，且往往随之产生熔体破裂，使初生纤维表面发生破坏有时呈锯齿形和波纹形，甚至生成螺旋丝。纺丝速度过高或纺丝温度偏低，至超过临界切变应力时，就出现熔体破裂影响产品质量或使卷绕不能正常进行。,表38时聚丙烯特性粘数与熔体温度对挤出胀大比的影响。,（三）拉伸,初生纤维结晶度约为33一40，其双折射约为1610-3。还须经拉伸和热定型处理，赋予纤维强力等性能。聚丙烯纤维的后拉伸温度以120一130为宜，在此

21、温度下拉伸性能好，结晶速度也最高。聚丙烯纤维的拉伸速度一般偏低些为好，这是由于过高的拉伸速度会增加拉伸断头率。卷绕丝放置时间延长，纤维的结晶度有所增加，在24L后变化就趋于平缓。国内丙纶短纤维拉伸，一般第一拉伸温度为60一65c，拉伸倍数3.94.4倍，第二段拉伸温度为135145c，拉伸倍数1.11.2倍，总拉伸倍数棉型4.64.8倍，毛型5.0一5.5倍。,（四）热定型,在松弛状态下热定型制得的纤维具有很好的尺寸稳定性，纤维的结晶度由51提高到61左右。实践表明，聚丙烯纤维的热定型温度以120130 左右为宜。热定型温度升高，纤维结晶度增大。,二、膜裂纺丝,膜裂纺丝法是取得丙纶的另一种方法

22、。这种膜裂纤维生严方法具有工序简单、消耗定额低、产量高等特点，且对原料要求不高，甚至聚合物中填充40有机物时，仍能进行膜裂加工。膜裂纤维包括割裂(切割)纤维和撕裂纤维,1.割裂纤维(扁条或扁丝),首先在工业上成功地由薄膜制得的纤维是聚乙烯和聚丙烯割裂扁条，或称为扁丝。割裂扁条是通过把挤出吹胀的管状薄膜或T型机头挤出平膜，用刀片切割成扁带，再经单轴拉伸，得到55一l 65tex左右的扁丝。主要用于代替黄麻制做的包装袋聚丙烯有耐腐烂和轻便等优点。聚丙烯切割扁丝也应用于地毯衬底织物由于它可以经受橡胶硫化时的温度条件，故可用于族绒地毯的支撑用织物。,扁丝生产的基本工艺流程有两种：,(1)切割薄膜，国外

23、主要采用同轴刀片切割法，割刀为厚约O.25mm的不锈钢单面刀片，刀片间用酚醛片隔开。将切膜条在加热箱中拉伸以成扁丝。(2)在热辊上拉伸薄膜，将其切割成合乎要求的扁丝。,2.撕裂纤维或称原纤化纤维,是将挤出或吹塑得到的薄膜，经单轴拉伸，使聚合物大分子沿拉伸方向取向，在轴向强度有很大提高，与此同时，垂直于拉伸方向(横向)的强度则下降很多，然后对薄膜施以外力，即通过针辊或齿辊等破纤装置，将薄膜开纤，再经物理、化学或机械作用使开纤薄膜进一步离散成纤维网状物或连续长丝。另外，还有一种方法是在薄膜拉神前，先在其表面压纹，或先挤出一种异形薄膜，然后经后拉伸和机械处理得到类似复丝一样的纤维，这可看成是介于割裂

24、纤维和撕裂纤维之间的一种成纤方法。撕裂纤维生产的关键是薄膜原纤化，通常有三种方法。,（一）无规则机械原纤化。,薄膜经机械原纤化得到一种网格大小不定的网状结构，或得到长度和宽度都不规则的单纤维。这种方法是将聚合物薄膜扁条在施加一定压力的两块橡胶板之间进行拉伸并使它在垂直于扁条拉伸方向作横向相对滑动，使这些扁条被撕裂成许多线条再将这单线条通过一个旋转的圆筒形刷子的作用。使其进一步裂纤，使彼此平行排列。,（二）可调节机械原纤化。,这是将薄膜用机械方法进行原纤化，形成具有均匀N格的网状结构或者形成具有均匀尺寸的纤维。近年来，工业生产的膜裂纤维大部分采用可调节机械原纤化方法。按造成裂纤条件的方法不同，分

25、为切削法(齿辊、针辊、钢丝辊等),异型口模挤出法，辊筒压纹法(固相冷压纹法、熔融压纹法)等。,1.针辊切割法,：在可调节机械原纤化生产方法中，针辊法己确认可在工业生产中使用。大量钢针安装在辊筒上，针辊的旋转方向一般与薄膜运行方向相同，针辊在旋转的同时刺透薄膜，并切割一定距离。由这种方法生产的纤维主要是长方形的，裂纤后可得到一个具有一定规则的网状结构物。,聚丙烯针辊法撕裂纤维生产工艺流程图如图14所示。,针辊切割法所得撕裂纤维的典型纤度在5553333dtex之间。这些制品适合于做地毯、人造草坪,包装材料以及股线、绳索等，也有用它做薄膜增强材料的。可调节机械原纤化网状物，能再分成狭窄的纤维网，然

26、后可进行梳理和单独加捻，或与其他天然纤维混纺，得到普通纺织纱线，用于编织和针织加工。,2.异型模口挤出法,用一个在模口模唇的一侧或两侧带有确定几何形状的T型模口，将热塑性熔融物挤出，得到一幅宽的异型薄膜。模唇的几何形状可以是长方形、三角形或圆形。拉伸后每根条带又可分裂成多根连续长丝。长丝经过进一步热处理定型，可收集在筒子上。这类聚丙烯长丝的纤度为22.2327.78dtex，当完全分成单独长丝时，与熔体纺丝生产的复丝在外观上十分相似，且截面形状也很接近。纱线主要用于优质绳索、包装和保护材料以及地毯与工业用织物。,3.辊筒压纹法,在聚合物熔点以下由压纹辊对薄膜进行冷压压纹。当薄膜进入夹辊时，就被

27、压向旁侧。改变辊筒温度和施加的压力，可得到不同厚度的连接膜，可以在纵向上完全分离，也可以是保持压纹后的薄膜为具有足够厚度和强度的连接膜，以便于处理和最后加捻裂纤。将连接膜加热拉伸后，薄膜可分成长丝或用分丝梳分成一定纤度的丝束，再用多轴卷绕。,(三）化学机械原纤化,在原有聚合物中加入一些助剂，如在薄膜中引入真空泡或气泡、可溶性盐、不相容的聚合物以及膨胀剂等，以促进取向薄膜的原纤化。在薄膜中引入气泡是最有效方法，当泡沫薄膜取向时薄膜中的气泡被拉长，每一个汽泡都形成一个裂纤核心，用该法可得到很细的纤维。虽然这种化学与机械原纤化方法所得到的膜裂纤维也是典型的无规则的，且纤维的均匀较好。,三、聚丙烯纤维

28、短程纺丝、,短程纺丝是指有冷却丝仓而无纺丝甬道的熔体纺丝方法。短程纺丝的特点是工艺流程短，纺丝工序与拉伸工序直接相连，喷丝头孔数增加，占地小，产量高，成本低的一种新工艺路线。已经开发成功的有三种技术。,（一）、低速短程纺丝技术,意大利MODERNE公用生产的一种新的低纤度纤维设备。其工艺流程如下：,短程纺与普通纺比较，其特点为多孔低速，采用环形喷丝板，应用内冷却成形，产量大、流程短。不需高层建筑纺丝装置也只要一层7m高的单层建筑。纺丝与卷绕在同一层厂房内。纺速仅640m/min,但喷丝板孔数达79万孔。工艺流程如下图。,（二）中速短程纺丝,中速短程纺丝工艺流程与低速短程纺丝流程基本相同，但其拉

29、伸设备为三堆拉伸辊，因此占地更小。中速短程纺丝一般纺速为400600m/min，喷孔3501300孔。,（三）高速短程纺丝,高速短程纺丝的特点是纺丝速度高达3000，是常规丙纶纺丝速度的1020倍。纺丝来的丝束先在冷却导丝棍上集束，再进入一、二、三拉伸辊拉伸，拉伸比为9：1，拉伸后丝束可进行空气变形生产变形丝。,四、聚丙烯膨体长丝的生产,膨体长丝的缩略代号为BCF，是将丙纶未拉伸丝(UDY)经拉伸、变形或再经网络加工而成BCF长丝。该丝是三维卷曲的长丝。具有蓬松性、弹性，并有很好的手感，给人以丰满柔和的感觉。该长丝可用于地毯，家具布，装饰布等。膨体长丝分一步法、两步法和三步法，一步法生产流程为

30、：切片输送螺杆挤出纺丝拉伸变形卷绕。见图422,生产BCF的关键是在纺程上有一个膨化变形器部件，长丝进入变性器之后发生空气变形，形成三维卷曲的长丝。,影响BCF质量的因素主要有以下四个方面：1.长丝喂入速度对丝束膨化变形的影响喂入速度增加丝束膨化变形加大，丝束卷曲收缩率增加，如图4-23所示。（见P118)2.压缩空气温度对丝束膨化变形的影响3.压缩空气压力对丝束膨化变形的影响压缩空气压力增加丝束膨化变形加大，丝束卷曲收缩率增加，如图4-25所示。（见P119)4.长丝束的丝束特性对丝束膨化变形的影响非圆形截面丝的蓬松效果好，细特丝的蓬松效果好，含油率过大蓬松效果差。,五、纺粘法无纺布生产技术

31、,非织造布又称非织布、非织造织物、无纺织布、无纺织物或无纺布，是纺织工业中最年轻而最有发展前途的新产品。非织造布生产已在纺织工业中形成一个新的行业。非织造布的生产方法，有干法、纺丝成网法、湿法、射流喷网法及组合法(不同方法组合）等。图20是按纤维成网方法对无纺布进行的分类。,1.纺粘法非织造布,纺粘法非织造布是非织造布的一个种类，纺粘法的生产原理类似蚕吐丝成网的原理。70年初美国的杜邦公司把这种原理用于非织造布工业化生产，而且做到了纺丝成网一步完成，因而在非织造布领域具有极强的竞争力。目前，纺粘法非织造布已占非织造布总产量的三分之一以上。,2.纺粘法的工艺流程,纺粘法的工艺流程，包括切片熔融喷

32、丝、牵伸、分丝成网和粘合，如图5所示。它的纺丝部分完全相同于化学纤维熔融纺丝，喷丝后仍要进行拉伸，以使纤维获得强度。牵伸后的纤维散乱地铺落在行进的网帘上，然后进行粘合，可以使用热熔粘合法、化学粘合法以及针刺粘合法等。,与化纤纺丝相比，纺粘法不同的地方在分丝成网部分，这也是纺粘法的关键性工艺部分。纺粘法分丝成网的方式有多种，日前在商业性生产中应用最广泛的是高速气流分丝成网和静电分丝成网。图22是一种高速气流分丝成网装置。,该方法的具体过程是：切片熔融后挤入一含6000孔的长方形纺丝板，经过纺丝板喷丝，受到高速气流的作用，进行第一次拉伸。牵伸时，有一侧面冷却系统进行冷却。然后，纤维在高速气流中进行

33、第二次牵伸。所有气流均从底网上吸走，经牵伸后的纤维迅速吸到底网上，气流的速度为200ms，纤维网的均匀性由喷丝板上喷丝孔的排列来控制，而网厚则由底网走速来控制，出来的纤维网再经过热压辊粘合。成无纺布。3.纺粘法的工艺条件纺粘法的工艺参数包括切片熔融挤压条件；纺丝工艺条件：如纺丝温度、压力、冷却等条件；气流拉伸条件；铺网条件；纤维往后加工条件等。我们不再作详细介绍。,六、熔喷法非织造布制造技术,1.熔喷法是一种超细纤维成网法，它是在1951年美国研究所研究的基础上发展起来的。所谓超细纤维，是指直径在0.015m的纤维，一股用得较多的是直径在13 m的纤维。用烯烃类纤维制作出的非织造布手感柔软、过

34、滤性好，但强度较低，日前多应用于过滤。2.熔喷成网的工艺原理，如图23所示。,成网过程是，在通道A喷出的高温、高压气流作用下，从通道B挤出的熔融高分子物变成长短粗细不一致的超细纤维，吸聚在凝聚帘子或转筒上而成网输出。3.影响熔喷非织造布质量的因素主要有以下几个方面（1）纺丝温度 纺丝温度高有利于喷出，但温度过高会引起纤维结块，对成网不利。（2）热空气流速 热空气的压力在343kPa，气流速度可达500ms。（3）热气流温度 热空气气流温度过低，易结块，过高，易熔断，一般要求热气流温度比模头高10 OC左右。,第三节 聚丙烯纤维的性能和用途,一、聚丙烯纤维的性能 1断裂强度 断裂强度随温度升高而

35、降低，聚丙烯鬃丝和复丝的强度范围为3.14.5cNdtex；绳索和渔网丝的强度可达5.0一6.4cNdtex。2断裂伸长 不同产品要求断裂伸长在15一35之间。3杨氏模量 伸长l0时复丝杨氏模量为6l.6792cNdtex。,4回弹性 伸长5%时，聚丙烯复丝的回弹率为88一98。5吸湿性和密度 在整个合成纤维品种中是最小的，回潮率小于0.03%。密度为0.900.92。6染色性 聚丙烯染色相当困难，常用纺前着色的方法着色。7.耐光性 聚丙烯纤维的耐老化性比较差。可以使用有机紫外光吸收剂，吸收聚丙烯最为敏感的波长为300一560nm紫外光。8化学性能 聚丙烯耐化学性优良，在常温下有很好的酸碱性能

36、。优于所有其它合成纤维。,二、聚丙烯纤维的用途,1.产业用途(1)绳索和缆绳；(2)渔具：如渔网，拖网和钓鱼纤维等；(3)汽车安全带：(4)缝纫线：(5)过滤布：(7)涂层织物：(8)电缆包皮：(9)人造草坪(10)造纸用毡和纸的增强材料。2室内装饰用途 如地毯；装饰织物；毯子和絮料。3服装用途如运动服，针织内衣，游泳衣，儿童外衣。4其他用途(1)土工用纤维；(2)香烟过滤嘴填料；（3）植物防晒网。,第四节 聚丙烯纤维的改性与新品种,聚丙烯纤维具有许多优良的性能，但也有蜡感强、手感偏硬、难染色、易积聚静电等缺点。因此对其进行改性，开发新品种已成为聚丙烯纤维发展的主要方向。聚丙烯纤维的改性包括化

37、学改性和物理改性化学改性包括改善聚丙烯纤维对热和光降解的稳定性、本体着色以及聚丙烯纤维的开发。及抗静电性、防燃性、抑菌性、耐光性、耐磨性、防污性以及纤维摩擦性能的改善。物理改性如共混改性、复合、异型、超细等改性。,一、可染聚丙烯纤维,目前聚丙烯纤维大都是通过纺前着色而获得的颜色。但如何将通常的染色技术应用于聚丙烯纤维，已成为人们关注的问题。目前已开发出多种可染聚丙烯纤维技术大体分为两类：一是通过接枝共聚将含有亲染料基团的聚合物或单体接枝蓟聚两烯分子链上，使之具有可染性；二是通过共混纺丝使含有亲染料基团的聚合物混到聚丙烯纤维内，使染料能够顺利渗透到纤维中去并与亲染料基团结合。共混法是目前制造可染

38、聚丙烯纤维的主要而实用的方法，主要产品包括：媒介染料可染聚丙烯纤维；碱性染料可染聚丙烯纤维；分散染料可染聚丙烯纤维；酸性染料可染聚丙烯纤维，其中酸性染料可染聚丙烯纤维最有前途。,二、高强聚丙烯纤维,高强聚丙烯纤维是指断裂强度大于6.5cNdtex的纤维。因为高强聚丙烯纤维除具有优良力学性能和耐化学性外，还具有投资少、原料价格便宜、生产过程耗能少等明显的技术经济优势，因此其在产业用纤维领域中具有极大的竞争潜力。2005年我国高强聚丙烯纤维的产能为6万吨，实际产量为5万吨。高强聚丙烯纤维生产有两种工艺，即一步法工艺与二步法工艺。两种工艺灼对比见表419。,高强聚丙烯纤维可以用作各种工业吊带、建筑业

39、安全网、汽车及运动的安全带、船用缆绳，冶金、化工、食品及污水处理等行业的过滤织物，加固堤坝、水库、铁路、高速公路等工程的土工布，汽车和旅游业用的篷苫布，高压水管和工业缝纫线等产业领域。,烯烃有相类似的物理化学性能，通过共聚或共混得到的烯烃共聚物或混合体系仍具有良好的可纺性，用烯烃共聚物或混合体系纺丝可改善单种烯烃纤维的性能。使不同MI的聚丙烯或聚丙烯与不同烯烃(较常用的为聚乙烯)混合，能得到各种特色的聚丙烯纤维，如日本窒素公司用PEPP、改性PEPP、改性PPPP的复合纤维生产的ES纤维、EA纤维、Epc纤维等。,三、烯烃共聚物或混合体系聚丙烯纤维,四、多孔性聚丙烯纤维,聚丙烯纤维耐酸碱、抗腐

40、蚀、对化学品稳定、无毒性、不发霉，因此可作多种行业的过滤材料。多孔性聚丙烯纤维的孔隙率高、孔径小，进一步拓宽了其应用领域，提高了其过滤功能。例如，日本宇部将聚丙烯与液体石蜡混合，熔融纺丝，拉伸热处理后浸渍在己烷中溶去液体石蜡，制得了孔隙率高达25的多孔性聚丙烯纤维，这种纤维比表面积大，能瞬时吸收、吸附各种物质，可用于清除液体中的不溶性物质和物质中的臭气。如果在本工艺中添加成核剂，能使孔径变得更小而均匀，可用作人工肺的材料。日本三菱利用特殊的冷拉技术制得了孔隙率高达80以上的多孔中空聚丙烯纤维，其透气性大于4105L(m2h)，48kPa。,五、细旦及超细聚丙烯纤维,普通聚丙烯纤维手感较硬，有蜡

41、状感，因此主要用于地毯、非织造布、装饰布和产业等方面，服用数量很小。随着可控流变性能树脂制造技术，短程纺、细旦高速纺(POY、FOY)及纺丝拉伸联合(FDY)、纺丝拉伸加弹联合(细旦BCF)等纺丝技术的开发，细旦聚丙烯纤维得到迅速发展，也为其在服装领域的应用打下了基础。用细旦聚丙烯长丝作为服用材料具有密度小、静电少、保暖、手感好及特殊光泽、酷似真丝等特点，并且有“芯吸”效应及疏水、导湿性，是制作内衣及运动服的理想材料。国内用可控流变性能的聚丙烯切片在常规纺、高速纺及FDY设备上，成功地开发出单丝线密度达0712dtex的聚丙烯细旦长丝。,超细聚丙烯纤维是指直径小于5pm的纤维。其制品作为气悬体

42、的优良过滤介质，在防止空气污染装置、卷烟过滤嘴、采矿、医药及工业用滤网、饮料的微过滤装置等方面得到广泛应用。超细聚丙烯纤维还可作为离子交换树脂的载体及电绝缘材料，其生产方法有离心纺丝、熔喷纺和闪蒸纺及不相容混合物纺丝。(1)离心纺丝，离心纺丝是将聚合物熔体从一个旋转的圆盘边缘抛甩到移动的筛网上以形成絮垫、粗纱或非织造物。,(2)喷纺成形和闪蒸纺丝；喷纺成形是将空气和聚合物的混合物，经喷嘴喷到一个移动的筛网上。闪蒸纺丝法是喷纺工艺的一种变化。先把聚合物溶解在高挥发性溶剂中，然后使聚合物溶液通过喷纺形成超细液流，进入蒸发室，在蒸发室里随着溶剂的挥发，超细纤维被收集在移动着的筛网或其他收集装置上。(

43、3)不相容混合物纺丝；将大于10的不相容的成纤聚合物与聚丙烯相混，经挤出机挤出后，熔体高速拉伸，最后将冷拉伸的单丝碾压，并用由适当喷嘴所形成的湍流体使其弯曲，借以完成原纤化。用于这个目的的不相容的成纤高聚物有尼龙、聚配、聚苯乙烯以及乙烯的共聚物。得到的单丝具有由许多非常细的低旦原纤维构成的复合结构。这些原纤维彼此不连续，但却是互相衔接的。,六、阻燃聚丙烯纤维,聚丙烯纤维的阻燃改性研究一直是研究热点。目前，聚丙烯纤维及织物的阻燃改性方法主要有两种：一是织物阻燃整理；二是共混阻燃改性。织物阻燃整理的方法是采用含有碳一碳双键或羟甲基之类反应性基团的阻燃剂与有相似反应性基团的多官能度化合物(交联剂)，

44、在聚丙烯纤维织物上共聚形成聚合物而固着在织物上。整理法一般多用于地毯等洗涤次数较少的制品。共混阻燃改性是选用磷系或含氮阻燃剂或它们的复合物与聚丙烯预先制成阻燃母粒，在纺丝时按比例与聚丙烯切片共混纺丝。燃烧时，聚丙烯形成碳质焦炭以阻碍与氧气接触，达到阻燃目的。,第四章 小结,本章共讲了4节内容，我们重点注意以下问题：第1节讲述了聚丙烯纤维原料的制备、结构、性质以及对成纤聚合物的质量要求，要了解清楚。第2节是纤维成型与加工方法，特别是讲了裂膜纤维、短程纺技术、无纺布加工技术，要很好掌握。第三节是产品性能与用途，可适当了解。第4节是产品改性与新品种简介，对丙纶来说也是比较重要的内容，要适当掌握。,第

45、四章 习题与思考题,1.什么是裂膜纤维，裂膜纤维的生产方法有哪些？2.什么是短程纺，短程纺的生产方法有哪些？3.什么是彭体变形丝，彭体变形丝的生产工艺有何特点？产品有哪些用途？4.什么是非织造布，其生产方法有哪些？纺粘法、熔喷法的生产工艺如何？,第四章 复习题,1.等规聚丙烯的结构特征与性质。2.丙纶纺丝的工艺特点。3.什么是膜裂纤维，其生产方法有哪些？4.什么是短程纺丝，其生产技术有哪些？5.什么是丙纶BCF，其 BCF生产方法及用途如何。6.什么是非织造布，熟悉纺粘法，熔喷法非织造布生产工艺与流程。7.了解丙纶纤维的性能、用途及改性。,日本大阪的瑞龙寺展示了一个小型的干制龙标本,这个龙标本

46、据说是明朝时由渔夫在海边捕获，后由中国商人出口到日本，被日本著名收藏家万代藤兵卫买下。万代藤兵卫又将标本捐给了瑞龙寺，一直保存至今。,西元一九三四年夏天，位于中国东北的营口地区发生了神秘的龙自天上坠落地面的事件。据目击者的描述，龙的长相与图画中的龙一模一样。此龙坠地之后显得相当虚弱，在地上痛苦的挣扎，眼睛睁不开，尾巴绻着，两只龙爪子在前边。龙离开水之后，身体越来越干，开始腐烂生蛆。这个事件发生后，引起很大的轰动，人们都热烈地议论着。当时的盛京时报做了报导，题目为营川坠龙研究之一：水产学校教授发表：蛟类涸毙，这篇报导至今仍完整的保存下来。,另在二零零四年六月二十二日一位摄影爱好者，从西藏拉萨乘飞

47、机返回内地的途中，在飞行到西藏雪山上空，从翻腾的云层中意外地拍摄到两条活生生传说中的龙，起名为“西藏龙”。,黑白二龙坠落黑山子村 2000.8.4西元二零零零年八月四日，一场倾盆大雨刚过，中国山东省青龙镇的黑山子村，整个村庄就像笼罩在云雾里一样。突然天地间乌云滚滚，以排山倒海之势上下翻腾，人们从来没见过这种现象，家家户户屋门紧闭不敢外出。一位二十几岁的年轻人走出家门来探个究竟，他走遍了整个村庄，除了浓云密布外没什么异常。直到走到村子外，出现在眼前的状况让他震惊：两条活生生的黑龙、白龙趴在地上！他小心翼翼地走上前去打量检视一番，龙的角、鳞、爪、尾都和画像中画得一模一样，只是龙须短了些。他转身往回

48、就跑，一边跑一边喊：“快出来看呀，天上的龙掉下来啦，大家快来看呀！”人们听到这一消息都涌出家门，奔走相告，这一惊人消息迅速的传遍了乡里。短时间之内，大量的群众、警察、政府官员涌入这个小村，顿时黑山子村热闹非凡。有关部门的专家学者也来了，然而他们说了一大堆听不懂的理论，却否定摆在眼前的龙的存在。很快的警察把人们赶走，留派专人看守。就在这看管期间，那条白龙在一阵乌云翻腾之后消失。官员们对白龙的消失无法解释，对留下来的黑龙也束手无策。这时一位七十多岁的老农夫说：“我听说几十年前也出现过同样的事，人们为了让龙能返回去就往龙身上泼水。”他让几个年轻人去村里拿了几张席子搭成一个帐篷，再用车拉来水，用水管往席子上浇水，让水从席子缝中滴到龙的身上。就这样这黑龙到二零零零年八月底还活着。站上揭露出来。然而查询那段时间点附近的媒体资讯，并未发现任何与龙相关的报导，显然这则龙现人间的消息被刻意封锁了。,