化學(xué)纖維紡絲formation of man-made fibre
紡絲方法 成纖聚合物在溶劑中溶解成溶液，或?qū)⒊衫w聚合物切片在螺桿擠出機中加熱熔融成熔體，經(jīng)紡前準(zhǔn)備工序后入紡絲機，用紡絲泵（計量泵）將紡絲溶液或熔體定量、連續(xù)、均勻地從噴絲頭的細孔壓出，這種細流在水、凝固液或空氣中固化，生成初生纖維，此過程即纖維成形。在紡絲過程中，成纖聚合物要發(fā)生幾何形態(tài)和物理形態(tài)的變化，如聚合物的溶解或熔化，紡絲流體的流動和形變，絲條固化過程中的膠凝、結(jié)晶、二次轉(zhuǎn)變和拉伸流動中的大分子取向，以及過程中的擴散、傳熱和傳質(zhì)等。紡制人造纖維（粘膠纖維、銅氨纖維）時，還發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。這些變化彼此影響，故改變紡絲條件，可在一定范圍內(nèi)改變所得纖維的物理機械性能。
常用紡絲方法 有熔體紡絲和溶液紡絲兩類。通常在熔融狀態(tài)下不發(fā)生顯著分解的成纖聚合物采用熔體紡絲，例如聚酯纖維、聚酰胺纖維等。熔體紡絲過程簡單，紡絲速度高。溶液紡絲法適用于熔融時要分解的成纖聚合物，將成纖聚合物溶解在溶劑中制得粘稠的紡絲液，然后進行紡絲。按從噴絲孔擠出的紡絲液細流的凝固方式，溶液紡絲又分為濕法紡絲和干法紡絲兩種。溶液紡絲紡速較低，尤其是濕法紡絲。為提高紡絲能力，需采用孔數(shù)很多的噴絲頭。干法紡絲的紡速高于濕法紡絲，但遠低于熔體紡絲。
新型紡絲方法 在工業(yè)上應(yīng)用的新型紡絲方法，主要有干噴濕紡法、乳液或懸浮液紡絲法、膜裂紡絲法。
?、俑蓢姖窦彿ā∮址Q干濕法紡絲，是干法與濕法相結(jié)合，將紡絲液從噴絲頭壓出，先經(jīng)過一段空間，然后進入凝固浴槽，從凝固浴槽導(dǎo)出初生纖維。
與一般濕法紡絲比較，干噴濕紡法的紡絲速度要高若干倍，還可采用孔徑較大(0.5～0.3mm)的噴絲頭，同時采用濃度較高、粘度較大的紡絲溶液，顯著提高了紡絲機的生產(chǎn)能力。目前，這種紡絲方法已在聚丙烯腈纖維、芳香族聚酰胺纖維等生產(chǎn)中得到應(yīng)用。
?、谌橐杭徑z法 又稱載體紡絲法，是將聚合物分散于某種可紡性較好的物質(zhì)（作載體）中呈乳液狀態(tài)，然后按載體常用的方法紡絲。載體常用粘膠或聚乙烯醇水溶液，所以乳液紡絲工藝類似于濕法紡絲。得到的初生纖維經(jīng)拉伸后在高溫下燒結(jié)，載體炭化，聚合物顆粒在接近粘流溫度下被粘連形成纖維。適宜于乳液紡絲的成纖聚合物應(yīng)具有高于分解溫度的熔點，沒有合適的溶劑使其溶解或塑化，因而無法制成熔體和紡絲溶液。目前，該法在聚四氟乙烯纖維等的生產(chǎn)中已得到應(yīng)用。
?、勰ち鸭徑z法 是將聚合物先制成薄膜，然后經(jīng)機械加工方式制得纖維。根據(jù)機械加工方式不同，所得纖維又分為割裂纖維和撕裂纖維兩種。割裂纖維又稱為扁絲，其加工方式是將薄膜切割成一定寬度的條帶，再拉伸數(shù)倍，并卷繞在筒子上得到成品。撕裂纖維的加工方式是將薄膜沿縱向高度拉伸，使大分子沿軸向充分取向，同時產(chǎn)生結(jié)晶，再用化學(xué)和物理方法使結(jié)構(gòu)松弛，并以機械作用撕裂成絲狀，然后加捻和卷曲獲得成品。前者纖維較粗，用于代替麻類作包裝材料。后者纖維稍細，用于制作地毯和繩索。目前，應(yīng)用于聚丙烯纖維等生產(chǎn)。
此外，為紡制具有特殊性能纖維的需要，還發(fā)展了，若，干其他紡絲方法，例如：凍膠紡絲法（將濃聚合物溶液或塑化的凍膠從噴絲頭細孔擠出到某氣體介質(zhì)中，細流冷卻，伴隨溶劑揮發(fā)，聚合物固化得到纖維，又稱半熔體紡絲）；相分離紡絲法（以聚合物溶液作為紡絲原液，通過改變溫度使紡絲液細流固化）；閃蒸紡絲法（聚合物在高溫高壓下溶解于特殊溶劑中，原液細流出噴絲頭時溶劑閃蒸而形成纖維）；噴霧凝固紡絲法（紡絲溶液被壓入封閉室內(nèi)，受噴入室內(nèi)的霧狀凝固劑作用形成纖維）；靜電紡絲法（聚合物熔體或其在揮發(fā)性溶劑中的溶液在靜電場中形成纖維）；液晶紡絲法（用處于液晶狀態(tài)的溶液紡絲），等等。
初生纖維的后處理 在紡絲工序得到的未經(jīng)拉伸的絲條，統(tǒng)稱初生纖維。其結(jié)構(gòu)尚不完善和穩(wěn)定，物理-機械性能也差，尚不宜于紡織加工。因此，必須經(jīng)過后處理工序，其流程隨纖維品種和類型（長絲、短纖維等）而異。拉伸和熱定形直接影響成品纖維結(jié)構(gòu)和性能，是后處理各種流程中不可缺少的主要工序。用濕法紡絲得到的纖維還要經(jīng)過水洗，以除去附著的凝固浴液和溶劑；生產(chǎn)短纖維時需要進行卷曲和切斷；生產(chǎn)長纖維則需要進行加捻、絡(luò)筒等。這些工序?qū)w維超分子結(jié)構(gòu)的改變不大，因而對性能的影響較小。為賦予纖維以某些特殊的性能，如抗皺、耐熱水、蓬松、回彈等性能，還需在后處理過程中進行一些特殊加工。
拉伸 又稱纖維二次成形。后處理過程中最重要的工序。紡絲后得到的卷繞絲或經(jīng)集束后的大股絲束在拉伸機上進行拉伸，使大分子沿纖維軸向取向排列，同時發(fā)生結(jié)晶，以進一步提高初生纖維的結(jié)晶度，或改變晶型結(jié)構(gòu)，形成一定的超分子結(jié)構(gòu)，從而顯著提高纖維強度。
生產(chǎn)短纖維時，拉伸在幾臺速度不同的拉伸機之間進行。隨纖維品種不同，拉伸方式有：一道拉伸和多道拉伸、冷拉伸和熱拉伸、濕熱拉伸和干熱拉伸等。拉伸介質(zhì)可用空氣、蒸汽、水浴、油浴或其他浴液。拉伸溫度、拉伸介質(zhì)、拉伸速度和多級拉伸配比等工藝條件對所得纖維的結(jié)構(gòu)和性能有很大影響，常需正確選擇。另外，為了得到纖度和其他物理-機械性能均勻的纖維，拉伸點（絲條上細頸開始出現(xiàn)的位置）必須固定。否則會形成拉伸不足或未拉伸纖維，所得纖維粗細不一，染色不勻。
生產(chǎn)長絲時，卷繞絲經(jīng)存放平衡后，在拉伸-加捻機上進行拉伸。根據(jù)不同品種的要求，拉伸-加捻機有單區(qū)拉伸和雙區(qū)拉伸兩類。如生產(chǎn)滌綸、高強力錦綸，采用雙區(qū)拉伸（圖1），頭道拉伸發(fā)生在喂入輥與上拉伸盤之間，稱為常溫拉伸；二道拉伸則發(fā)生在上下拉伸盤之間，稱為熱拉伸。上拉伸盤也稱熱盤，上下拉伸盤之間有加熱板或縫式加熱器，拉伸后絲條穿過導(dǎo)絲鉤、鋼領(lǐng)圈而卷繞于插在鋼領(lǐng)板的雙錐筒子上。
熱定形可在張力或無張力下進行。前者稱緊張熱定形（包括定張力熱定形和定長熱定形）；后者稱松弛熱定形。兩者的工藝條件以及所得纖維的結(jié)構(gòu)、性能均不同。
此外，合成纖維長絲（特別是聚酯纖維和聚酰胺纖維）可用于制造彈力絲（見化學(xué)纖維）。彈力絲的加工方法很多，有假捻法、填塞箱法、賦形法、空氣噴射法等，其中假捻法應(yīng)用最廣泛，它可一次完成絲條的加捻、定形和退捻（圖2）。此法工藝簡單，所得絲條具有三維的螺旋形卷曲，質(zhì)量好。
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