《聚合物成型原理与工艺》课程授课教案（讲稿）第四篇 合成纤维的纺丝与加工 第十一章 纺丝液体的性质及制备

第四篇合成纤维的纺丝与加工一、本章基本内容：1、化学纤维发展概况2、熔体纺丝工艺原理3、湿法纺丝工艺原理4、拉伸工艺二、学习目的与要求：1、流变学基本概念，纺丝流体的非牛顿剪切粘性；2、初生纤维的拉伸曲线，拉伸形变机理3、湿法成形的运动学和动力学。三、本章重点、难点：重点：1、影响纺丝流体剪切粘性的因素2、热定型机理难点：1、连续拉伸的运动学和动力学；2、拉伸中纤维结构和性能小变化课时：4

第四篇 合成纤维的纺丝与加工 一、本章基本内容： 二、学习目的与要求: 三、本章重点、难点： 课时：4

11纺丝液体的性质及制备11.1、成纤聚合物的性质线性结构具有良好的结晶性Tg>T用Tm>T洗、T烫分子量分布窄亲水极性基团染色、吸附、耐热、耐水等抗菌、耐光、导电PPPANPVCPETNylon6 et al温度特性及热稳定性Tg在T用以上Tm在T洗、T以上纺丝在 Tf 以上松弛热处理在Tg~Tm之间影响因素：作用介质氧、热、水分等杂质成纤聚合物应有很高的热稳定性成纤聚合物的结晶性能无定形成纤聚合物Tg低无实用价值结晶纤维形状稳定综合性能好耐磨影响因素：链的结构、立构规整性链柔性热力学性质结晶动力学高结晶的纤维拉伸性能可能降低分子链的结构对性能的影响影响结晶的因素影响性能分子量及其分布分子量在2万~10万窄分子量分布低分子级分过多纤维强度下降高分子级分过多粘度增大，难拉伸bo=-a.M.成纤聚合物的其它性能11.2成纤聚合物的熔融与溶解非极性结晶聚合物熔融法PEPP等极性聚合物溶液法PVCPANPVA溶剂的选择

11 纺丝液体的性质及制备 11.1、成纤聚合物的性质 线性结构 具有良好的结晶性 Tg>T 用 Tm>T 洗、T 烫 分子量分布窄 亲水极性基团 染色、吸附、耐热、耐水等 抗菌、耐光、导电 PP PAN PVC PET Nylon6 et al 温度特性及热稳定性 Tg 在 T 用以上 Tm 在 T 洗、T 烫以上 纺丝在 Tf 以上 松弛热处理 在 Tg~Tm 之间 影响因素：作用介质 氧、热、水分等杂质 成纤聚合物应有很高的热稳定性 成纤聚合物的结晶性能 无定形成纤聚合物 Tg 低 无实用价值 结晶 纤维形状稳定 综合性能好 耐磨 影响因素：链的结构、立构规整性 链柔性 热力学性质 结晶动力学 高结晶的纤维拉伸性能可能降低 分子链的结构对性能的影响 影响结晶的因素影响性能 分子量及其分布 分子量在 2 万~10 万 窄分子量分布 低分子级分过多 纤维强度下降 高分子级分过多 粘度增大，难拉伸 成纤聚合物的其它性能 11.2 成纤聚合物的熔融与溶解 非极性结晶聚合物 熔融法 PE PP 等 极性聚合物 溶液法 PVC PAN PVA 溶剂的选择 Mn b  = a −

高浓度时低粘度沸程50~160℃热及化学稳定性毒性小、情性不引起聚合物的降解和其它变化聚合物溶解过程主要取决于溶剂的扩散速度温度搅拌聚合物颗粒减小23重时间图11-3聚合物试样在溶胀及溶解时的重量变化曲线1一有限溶胀（速度小），曲线2一有眼溶胀（速度大)：曲3一有限溶胀，件随萃出低分子级分，曲线4一有限溶胀转化成溶解纺丝液体的净化与脱泡净化杂质来源：不完全溶解的聚合产物分子量很高的未溶解级分部分交联聚合物其它的杂质颗粒，如砂粒尘埃操作中引入的固体粒子筛网、石英砂、素烧瓷喷丝孔大过滤：熔融法溶液法布或石英砂、素烧瓷喷丝孔小脱泡升高温度和减压的办法脱泡纺丝液体的净化与脱泡11.3纺丝液体的性能粘度与温度、压力的关系n=A·eE/RTE为粘度的活化能，R为通用气体常数，A为常数，T为绝对温度粘度与聚合物结构的关系

高浓度时低粘度 沸程 50~160℃ 热及化学稳定性 毒性小、惰性 不引起聚合物的降解和其它变化 聚合物溶解过程主要取决于溶剂的扩散速度 温度 搅拌 聚合物颗粒减小 纺丝液体的净化与脱泡 净化 杂质来源：不完全溶解的聚合产物 分子量很高的未溶解级分 部分交联聚合物 其它的杂质颗粒，如砂粒 尘埃 操作中引入的固体粒子 过滤：熔融法 筛网、石英砂、素烧瓷 喷丝孔大 溶液法 布或石英砂、素烧瓷 喷丝孔小 脱泡 升高温度和减压的办法脱泡 纺丝液体的净化与脱泡 11.3 纺丝液体的性能 粘度与温度、压力的关系 粘度与聚合物结构的关系

粘度随分子量的增大而增加n=KP。-K为比例常数，α为指数在P.>P时，α=3.4，P.<P.时，1<a≤2.5P.为临界聚合度，P.为平均聚合度11.3纺丝液体的性能粘度与浓度的关系Ig"=A+BC-→A、B为常数，C为浓度，n为粘度聚合物液体在陈化过程中粘度的变化4到生6810121410时间，小时黏胶液的粘度与陈化时间的关系11-912纤维成形原理与方法熔法纺丝湿法纺丝干法纺丝12.1纤维纺丝成形方法的一般特性熔法纺丝PCPAPEPP等聚合物颗粒加入纺丝机后，受热熔融而成为熔体。此熔体通过纺丝泵打入喷丝头，在一定的压力下熔体通过喷丝头的小孔流出，形成液体细流。细流在纺丝通道流出时同空气接触，进行热交换冷却固化成为初生纤维。纺丝中丝线的粗细及根数受到通道冷却速度的限制纺丝速度：1000~1500m/min纤度：0.25~20特

11.3 纺丝液体的性能 粘度与浓度的关系 聚合物液体在陈化过程中粘度的变化 12 纤维成形原理与方法 熔法纺丝 湿法纺丝 干法纺丝 12.1 纤维纺丝成形方法的一般特性 熔法纺丝 PC PA PE PP 等 聚合物颗粒加入纺丝机后，受热熔融而成为熔体。此熔体通过纺丝泵打入喷丝头，在一定的 压力下熔体通过喷丝头的小孔流出，形成液体细流。细流在纺丝通道流出时同空气接触，进 行热交换冷却固化成为初生纤维。纺丝中丝线的粗细及根数受到通道冷却速度的限制 纺丝速度 ：1000~1500m/min 纤度：0.25~20 特

12.2纤维纺丝成形方法的一般特性干法纺丝醋酸纤维、聚烯烃、PVC等聚合物溶液成形时用纺丝泵喂料，从喷丝孔流出的液体细流送入成形通道，在此通道中吹入热空气蒸发溶剂，制得的丝线送入卷绕装置。纺丝速度：100~150m/min纤度：0.2~0.1特1空营保空气或蒸汽混合物10湿法纺丝粘胶纤维、PAN、PVC、PVA等聚合物溶液湿法成形时用纺丝泵加料，通过过滤器，通入沉浸在凝固池中的喷丝头：从喷丝孔中流出液体细流，在凝固浴中与凝固剂产生传质过程。纺丝速度：100~120m/min纤度：0.1~2.0特传质凝固脱水分离拉伸取向纺丝液凝固浴1一喷丝头，2一凝固浴

12.2 纤维纺丝成形方法的一般特性 干法纺丝 醋酸纤维、聚烯烃、PVC 等 聚合物溶液成形时用纺丝泵喂料，从喷丝孔流出的液体细流送入成形通道，在此通道中吹入 热空气蒸发溶剂，制得的丝线送入卷绕装置。 纺丝速度 ：100~150 m/min 纤度：0.2~0.1 特 湿法纺丝 粘胶纤维、PAN、PVC、PVA 等 聚合物溶液湿法成形时用纺丝泵加料，通过过滤器，通入沉浸在凝固池中的喷丝头．从喷丝 孔中流出液体细流，在凝固浴中与凝固剂产生传质过程。 纺丝速度 ：100~120 m/min 纤度：0.1~2.0 特

思考题什么是熔法纺丝、干法纺丝和湿法纺丝，它们在纺丝速度和纤度上有何不同？

思考题 什么是熔法纺丝、干法纺丝和湿法纺丝，它们在纺丝速度和纤度上有何不同？