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熔體紡絲成型包括以下幾個(gè)過(guò)程:紡絲熔體的制備;熔體通過(guò)噴絲板微孔擠出形成熔體細(xì)流;熔體細(xì)流的拉伸、冷卻、固化,形成纖維;纖維的上油給濕和卷繞。

通過(guò)間接法或直接法得到的高聚物熔體,在一定壓力下,從噴絲孔擠出,在冷卻氣流冷卻的同時(shí),進(jìn)行較大的噴絲頭拉伸,由熔體細(xì)流轉(zhuǎn)化為預(yù)取向度較低的固態(tài)初生纖維(卷繞速度在1500m/min以下)，然后以一定的速度卷繞在筒管上。這是一個(gè)伴隨著傳熱和在力的作用下產(chǎn)生的物態(tài)變化過(guò)程。

(一)熔體細(xì)流的擠出和固化

紡絲成型過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格控制膨化率。熔體細(xì)流經(jīng)膨化區(qū)后，受卷繞拉伸力的作用，流動(dòng)速度逐漸加快,細(xì)流在被拉伸的同時(shí),又不斷和周?chē)鷼饬鬟M(jìn)行熱交換,細(xì)流所放出的熱量被冷卻氣流帶走,溫度不斷下降,當(dāng)降低到某一溫度值時(shí)，聚酰胺大分子的運(yùn)動(dòng)被凍結(jié),這個(gè)溫度在絲條上所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)稱為固化點(diǎn)。從固化點(diǎn)開(kāi)始,絲條的縱向速度梯度為零。從細(xì)流最大直徑處到固化點(diǎn)稱為形變區(qū)。由于在形變區(qū)內(nèi)高果物處于粘流態(tài),對(duì)外界的各種影響非常敏感。因此在這一區(qū)間控制冷卻風(fēng)的均勻性十分重要。固化點(diǎn)之后,熔體細(xì)流變?yōu)楣腆w絲條,基本上已形成一定的超分子結(jié)構(gòu),其直徑,速度已不再變化。固化點(diǎn)之后的區(qū)間稱為固化纖維行走區(qū)。一般膨化區(qū)的長(zhǎng)度在10mm左右,形變區(qū)的長(zhǎng)度在50~150cm。

(二)紡絲成型過(guò)程中的受力和傳熱

聚合物熔體從噴絲孔擠出后,立即受到卷繞力的軸向拉伸作用,熔體細(xì)流在克服各種阻力的同時(shí),被拉長(zhǎng)細(xì)化。摩擦阻力與絲條和空氣之間相對(duì)速度的平方成正比，絲條運(yùn)行速度越高，摩擦阻力越大。流變阻力是阻礙熔體細(xì)流拉伸流動(dòng)的力,它與高聚物熔體的拉伸黏度和形變區(qū)的速度梯度有關(guān)。重力、表面力、慣性力在總作用力中所占比重較小,各種力沿紡程而變化。在穩(wěn)態(tài)條件下,各種力相互達(dá)到一定的平衡，并沿著紡絲線形成一個(gè)穩(wěn)定的分布。

紡絲線上的受力情況,直接影響初生纖維的超分子結(jié)構(gòu)的形成及后加工性能。因此，必須控制紡絲線上張力的穩(wěn)定性。

(三)紡絲成型過(guò)程中的熱交換

熔體細(xì)流在向環(huán)境介質(zhì)傳熱的同時(shí)伴隨著固化過(guò)程的進(jìn)行。紡絲熔體的溫度較高,一般聚酰胺66熔體溫度在285℃左右,聚酰胺6熔體溫度在250℃左右。紡絲冷卻空氣溫度在25℃左右,熔體細(xì)流不斷釋放出熱量,溫度逐漸下降。這個(gè)熱交換過(guò)程是冷卻氣流使熔體細(xì)流表面冷卻,熔體細(xì)流軸心的熱量再不斷傳給溫度比較低的表面,使軸心的溫度也逐漸下降。當(dāng)細(xì)流表面冷卻到凝固溫度時(shí),軸心還未降低到凝固溫度,表面固化以后，芯層還處于熔融狀態(tài),凝固過(guò)程是溫度降低而逐漸推向軸心,即表面的固化層越來(lái)越厚,最后軸心凝固。

聚酰胺熔體細(xì)流在離噴絲板50~80cm處就已凝固，在這個(gè)形變區(qū),如果冷卻凝固速度過(guò)快,形變區(qū)縮短，凝固點(diǎn)上移,就必然在比較短的路程中進(jìn)行比較大的噴絲頭拉伸,因此拉伸應(yīng)力急劇增加,引起斷頭率急劇增加,使初生纖維的預(yù)取向度增大,對(duì)其后加工性能產(chǎn)生不利的影響。如果冷卻速度過(guò)快，也不易冷卻均勻,使纖維的不均勻性增大。如果冷卻速度過(guò)慢,形變區(qū)延長(zhǎng),凝固點(diǎn)下移,可在較長(zhǎng)的路程內(nèi)進(jìn)行噴絲頭拉伸,使拉伸應(yīng)力下降,初生纖維的預(yù)取向度降低。但緩慢冷卻使紡絲線上較長(zhǎng)的區(qū)域處于最適宜結(jié)晶的溫度,有利于結(jié)晶的生成。而初生纖維結(jié)晶度太高,或形成穩(wěn)定的結(jié)晶變體,就使其拉伸性能降低,在后加工時(shí)斷頭率和毛絲率增加。因此,必須選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s凝固速度并保持穩(wěn)定，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定,纖維質(zhì)量均勻。　　

(四)初生纖維的預(yù)取向和結(jié)晶

在紡絲過(guò)程中,既有大分子或鏈段在卷繞拉力作用下的取向排列,又有由無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)引起的解取向,初生纖維的預(yù)取向是取向和解取向的綜合結(jié)果。取向度是指纖維內(nèi)的結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸平行排列的程度。影響初生纖維預(yù)取向度的因素很多,如卷繞速度、冷卻條件、高聚物相對(duì)分子質(zhì)量等,一般常規(guī)紡絲時(shí)希望初生纖維的預(yù)取向度低一些,以利于提高初生纖維的后拉伸倍數(shù),改善成品纖維的質(zhì)量。一般認(rèn)為,適合于高聚物結(jié)晶的溫度在熔點(diǎn)和玻璃化溫度之間。在適宜的結(jié)晶溫度下,不同的高聚物,由于大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的剛?cè)嵝院蛯?duì)稱性等因素不同,其結(jié)晶速度也有差異。聚酰胺66大分子的對(duì)稱性較好,結(jié)晶速度較快。

聚酰胺纖維結(jié)晶參數(shù)

Tm為熔點(diǎn);T。為結(jié)晶速度最快時(shí)的溫度;K為結(jié)晶速度常數(shù);T,為玻璃化溫度;(Ti一T2)為半結(jié)晶寬度，它表示從玻璃化溫度到熔點(diǎn)之間存在著的一段最適宜結(jié)晶的溫度范圍,在同樣的冷卻速度下,這個(gè)溫度范圍越大,快速結(jié)晶的時(shí)間越長(zhǎng);G為動(dòng)力學(xué)結(jié)晶能力,是某一高聚物從熔點(diǎn)以單位冷卻速度冷卻至玻璃化溫度時(shí)得到的相對(duì)結(jié)晶度。從以上所述可知，如果在同樣冷卻速度下紡絲，所得到聚酰胺66纖維的結(jié)晶度將是聚酰胺6纖維的20倍。

由于聚酰胺纖維的玻璃化溫度與室溫接近，常規(guī)紡絲的初生纖維在存放過(guò)程中,其大分子的取向和結(jié)晶將進(jìn)一步發(fā)展下去。對(duì)于常規(guī)紡絲的初生纖維，其結(jié)晶度低一些，有利于后拉伸過(guò)程的進(jìn)行,減少拉伸應(yīng)力。這就要求在紡絲過(guò)程中控制適宜的冷卻成型速度,初生纖維存時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

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