[发明专利]立雾式化学纤维成型方法

说明书

技术领域

本发明属于化学纤维制造领域，尤其涉及一种立雾式化学纤维成型方法。

背景技术

纤维是以天然的或合成的高聚物为原料而加工成为细长而柔韧的物质。从原料来源来分类，化学纤维可分成再生纤维和合成纤维两大类。合成纤维是用合成高聚物(树脂)为原料而纺制得到的纤维，其中占合成纤维总量60％以上的为聚酯纤维，也称为涤纶。还有聚酰胺(尼龙)、聚丙烯(丙纶)、聚丙烯腈(腈纶)等；其次，聚乙烯醇(维尼龙)、聚氨酯(氨纶)等。再生纤维为以天然的高聚物为原料，经过物理、或物理化学处理，用专用设备而制得的纤维，如：纤维素纤维(棉短绒再生粘胶纤维、玉米纤维、竹纤维、秸秆等再生纤维)、蛋白质纤维(牛奶纤维)、甲壳质纤维等。

按照纤维的长度来分类可分成长丝与短纤维。长丝是连续的，常以千米长度来计算。短纤维是指切断成类似于天然纤维长度的纤维，长度通常以毫米计算。根据长度和用途区分，一般可分成超短纤维、短纤维、中长纤维和毛型短纤维。目前，全世界化学纤维总产量达到纤维总需求量的60％以上。化学纤维中90％以上为合成纤维，再生纤维素纤维不到10％。化学纤维中长丝和短纤维的总比例基本上各为50％。

纺丝成型是指以含有一定天然纤维素含量的高分子材料或合成高聚物所制备成具有一定粘度和流动性的原液(用于溶剂纺)或熔体(用于熔融纺)，经过计量泵以一定压力通过喷丝头孔形成的稳定的细流后，通过特殊设计的冷却(或高温挥发)成型装置，逐渐固化成为具有一定机械性能的丝条(纤维)的过程。

现有的化学纤维纺丝成型技术可分成两大类：熔融纺和溶剂(溶液)纺。化学纤维冷却成型的介质有空气(惰性气体)冷却、水冷却、溶剂(溶液)冷却等形式。具体的又可以细分为熔体纺、干法纺、湿法纺、干喷湿法等。

熔融纺要求成纤高聚物其分解温度(Td)高于熔融点(Tm)或流动温度(Ts)的分子成线性排列的高聚物才能采用该纺丝方法。所用的熔体纺中由于其熔体温度远远高于空气，一般以空气作为冷却介质，随手可得，生产成本低廉。经恒温恒压恒湿处理后的空气通过专门设计的整流装置，均匀地与纤维运行方向成90°夹角吹到热的丝条表面；熔融的熔体细流和低温的洁净气流之间发生热交换，细流沿纺程从外到内逐渐固化成为丝条，经导丝辊集为一束纤维进入下一工段。常见的整流装置为侧吹风窗和环吹风头套等。吹风整流装置的结构设计关键为吹风有效面积和整流过滤材料的选择，以保证满足丝条需冷量的同时，风速均匀有效地吹到各根丝条表面，形成品质均匀和优良的初生纤维。吹风窗(头套)有效吹风高度、面积和丝条的固化点的控制、纤维的纤度大小、单纺位的产量密切相关。纺丝速度长丝目前产业化的速度在2000～6000m/min；短纤维在500～1800m/min。此种方法丝条离开喷丝板后立即进入水中成型。吸收了熔体热量的水用冷交换原理降温，冷媒采用≤8℃的水。虽然与空气冷却相比，冷却效果很好，但是冷量的损耗非常大。

适用于溶剂纺的干法纺的设备和原理与熔纺冷却成型原理不同，它是采用高温惰性气体强制对流，来带走纺丝原液细流中挥发出来的溶剂。气体在经过冷却分离，再加热循环使用；丝条在充满气体的管状甬道中冷却成型，冷却风与丝条运行方向相同。优点是丝条运行在空气(惰性)气体内，运动阻尼非常小，气流随丝条向下牵引力的作用同向在甬道下部流出，自然的有序的气流减少了扰动和发生概率，有利于得到高品质的丝条。干法溶剂纺纺丝速度可达到2000m/min，而且纺丝设备竖向布置，占地面积小。缺点是纺丝工段建筑物高度比溶剂纺湿纺、干喷湿法高，受到建筑物高度的制约(造价)，喷丝板孔数量和单根丝的纤度都受到一定制约。

对于分解温度低于熔融点的成纤高聚物(或熔纺单丝纤度≥20d)的纤维多采用湿法纺或干喷湿法(浸没式水冷却法)。

湿法纺所用的设备如图1所示，溶剂纺原液通过计量泵2和过滤器3进入到喷丝板4中，喷丝板4放置在凝固浴槽14中被凝固浴液浸没。喷丝板4喷出的原液细流在凝固浴液中同时发生冷却和相分离过程，以得到表面固化内部初步产生相分离的丝条，然后由导丝转向辊8带出纤维丝，通过导丝辊9进入后处理阶段完成；一般凝固点的长度控制在100～300cm。这种方法的优点是，20℃水的比容是20℃空气的4.13倍，导热系数是23.73倍；水与空气相比，是优良的传热体和贮能体；因此喷丝板4的喷丝孔数(束纤维的根数)和单丝纤度远远高于熔纺，最高可达200000孔；采用水冷的熔纺的单丝纤度＞20d，甚至可以达到200d～500d。同时浴液采用主辅槽循环，工艺条件稳定，控制方法简便，易操作，适用于所有溶剂纺成纤高聚物。