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1、 第七章 纺粘法非织造布生产技术 第一节 概述 纺粘法非织造布是聚合物挤压成网法非织造布中技术最成熟、产品应用最广泛的非织造布生产方法。纺粘法非织造技术是化纤技术与非织造技术紧密结合的典范，它是利用化学纤维纺丝成型原理，在聚合物纺丝过程中使连续长丝纤维铺置成网，纤网经机械、化学或热粘合加固成布，整个过程由一套设备完成。其结构特点是由连续长丝随机组成纤网(纤维集合体)，具有很好的物理机械性能。纺粘技术是 DuPont 和 Freudenberg 两大公司于 20 世纪 50 年代末和 60 年代初分别在美国和欧洲同时开发和工业化的。然而第一条商业化的纺粘生产线却是德国 Lurgi 公司开发的 D
2、ocan 技术，它需要高额的投资，且生产成本高，是中小型企业无力购买和经营的。80 年代中期，德国莱芬豪舍公司开发了一种新的纺粘工艺，它的造价低，生产规模小，生产成本低，深受中小型企业的欢迎。与此同时，出现了若干家能提供整套纺粘生产线的公司，从此纺粘法生产进入了高速增长时期。据世界最大的纺织机械制造商苏拉（Saurer）公司的统计，2005 年全球纺丝成网法非织造布（包括纺粘、熔喷及其复合产品）产量为 220 万吨，占当年非织造布总产量万吨的%，而我国 2005 年纺丝成网法非织造布（包括纺粘、熔喷及其复合产品）产量为万吨，占我国当量总产量的%，占全球纺丝成网法非织造布产量的%，成为世界最大的
3、纺粘法非织造布生产基地。我国纺粘法非织造布的工业化生产始于 1987 年，当时广州第二合成纤维厂从Reifenhauser 公司引进年产 l000t 的生产线，而后上海合成纤维研究所和纺织工业非织造布技术开发中心也相继分别由意大利 NWT 公司引进年产 l000t 的生产线。这 3 条生产线开拓了中国纺粘法非织造布工业之先河。此后，我国继续从 STP、NWT、Reifenhauser等公司引进纺粘生产线，并成为世界纺粘法非织造布发展最快的国家。l991 年全国仅有3 条生产线，年生产能力 3000t，到 2006 年，全国已有 342 条生产线（其中绦纶生产线15 条），年生产能力达万 t（其
4、中 PET54400 吨），实际产量已达到 53 万 t，位居全球之首。以生产能力来计算，从 1000 吨到 81 万 t,二十年间我国纺粘产能增长了810 倍，平均年增长率达 52%，如此高的增长率，在全球纺织行业中十分罕见。中国 20 年来纺 粘法非织造布发展如表 3-7-1 所示：表 3-7-1 中国 20 年来纺粘法非织造布发展,序号年生产工厂（间）生产线（条）生产能力（吨）产量（吨）较上年增长率%11987111000362219881110006778731989333000672-14199033300012708951991333000158725619925550002442
5、547199355500024450819942223300001067833791995222652000229861151019962628760003435249111997283284300473273812199833351000005472516131999354311800069869281420004552148900100124431520014965167000137386371620025376242800170483241720036211535255026739657182004143242614200360107351920051552827120004295001
6、920200617934281320053308124 总体来说，我国纺粘法生产技术发展可分为 4 个阶段。第 1 阶段（19871991 年）：全国仅 3 条生产线，生产能力还只有 3000 t，设备全部进口，作为国家“七五”计划攻关项目，这一阶段主要是消化、吸收国外技术，开发产品的应用领域。产品的主要用途是席梦思基布。第 2 阶段（19931998 年）：以沈阳纺织工业非织造布技术开发中心和中航六零六所为主在大连金州(今瑞光无纺布厂)建立了第 1 条门幅 2 5m，产量 1000 t 的国产线，上海合纤所在江苏常熟建立了门幅 32 m，年产 2000t 的国产线。这段时间广东开平、梅县、上
7、海枫围等地引进了 Reifenhauser 生产线；广东中山、辽宁清远、河北华阳引进了意大利 NWE 生产线；杭州华银、河南南阳、广东冠南引进了 STP 生产线；湖南益阳、江苏仪征、江西合达等引进了涤纶线，这一时期发展的特点是以引进生产线为主，以丙纶热轧线为主，但涤纶针刺和热轧生产线也有了。设备的国产化能力已基本具备。此时的产品以一次性卫生材料为主，沿海地区特别是广东等地卷材出口也很多。第 3 阶段（19992002 年）：上海市合纤所为温州永得利投产了一条年产 3000 t的国产线，迈出了民营经济投资纺粘法的第一步，使民营经济逐渐成为纺粘法投资的主 体，也使温州在极短的时间内成为我国纺粘法设
8、备和产品的主要产地。这期间，沈阳纺织工业非织造布技术开发中心，中航六零六所和上海合纤所建造的生产线成为投资主流，国产线数量超过了进口线数量。国产线的技术主要是NWE 公司的翻版。产品也拓展了用途，如鞋材辅料、箱包、过滤支撑材料、包装材料等。第 4 阶段（20032006 年）：SARS 的流行与 Reifenhauser 生产线的国产化成功，使我国纺粘法得到了高速发展。出现了一批国产化线生产厂，我国也从纺粘线的进口国，变成出口国。引进线虽然不多，但档次大大提高，具有规模大，速度高、产品新的特点，但市场难以消化生产量。(一、纺粘法的基本工艺流程 以厚型聚酯纺粘非织造布生产流程为例，纺粘法的基本工
9、艺流程为:切片干燥螺杆挤压机熔融过滤喷丝冷却气流牵伸分丝铺网预针刺主针刺热定型切边卷绕成品，如图1 所示。图 1 常见纺粘法工艺示意图 未经干燥的非晶态聚酯切片，用气流输送入高位料仓，通过旋转阀喂入结晶器中，经处理的干热空气自下而上穿过结晶器与切片错流接触，通过调节、控制空气温度和切片在结晶器中的停留时间，使切片达到预定的结晶度并进行预干燥。结晶和预干燥后的切片在干燥塔中借重力自上向下运动，与由干燥塔底部通入的干热空气逆流接触，进行湿、热传递。达到所要求的湿含量（一般为 30mg/kg）后进入下一工序。结晶、干燥用的干热空气由专设的空气处理加热和循环系统来提供。结晶、干燥后的热切片从干燥装置喂
10、入螺杆挤压机中，挤压机套筒分区加热，切片在挤压机中熔融后进入预过滤器，再进入纺丝箱体，熔体经计量泵进入纺丝组件，靠计量泵准确地计量，将熔体定量地输送到喷丝板，经喷丝孔喷出形成细流，即初生纤维。初生纤维经骤冷风冷却进入空气动力学牵伸系统。牵伸速度可高达 45005000m/min，使纤维达到全牵伸状态。!从牵伸装置出来的长丝经分丝和摆丝均匀地铺放到运行中的成网帘上形成纤网。成网机成网帘下有吸风装置，在负压的作用下，纤网均匀稳定，纤网通过一台预针刺机得到初步缠结，然后进入主针刺机完成最后的针刺加固。针刺后的纤网通过速度补偿器后经分切卷绕机按要求幅宽切去边料后卷绕成定长的卷材，包装入库。从纺粘非织造
11、布的生产流程可以看出，纺粘法实际是将化纤生产与非织造布生产两者合二为一，在同一条生产线上同时进行两个工序生产，其牵伸之前的部分与合成纤维的生产工艺基本相同，均有螺杆熔融、过滤、熔体计量、纺丝、冷却。纺粘法属于合成纤维的长丝类型，是一步法高速纺丝，纤维经过牵伸有较高的取向度和结晶度。牵伸之后两者的区别在于：1)合成纤维产品是短纤或长丝，最后是打包或卷装，而纺粘法则是纤维经过牵伸后直接铺网一次成布；2)牵伸方式差异较大，合成纤维采用机械牵伸，容易控制，而纺粘法基本上是用气流牵伸，较难控制。纺粘法非织造布由连续的长纤维组成，纤维经过高速气流的牵伸，有较高的取向度和结晶度，纤维成网时纵横交错，纤网又经
12、过热轧加固，因而具有以下特点：1)有较高的断裂强力和较低的断裂伸长率；2)纵横强度比较小；3)纤度较低；4)5)可以在纺丝前加入各种不同性能的添加剂，使非织造布具有不同的性能。二、纺粘法非织造布生产原料与产品的应用 纺粘法非织造布工艺是非织造布工业的一门较新的技术，由化学纤维纺丝技术发展而来。因此，适用于传统熔融纺丝工艺制备纤维的聚合物一般都可以用来生产纺粘法非织造布，其中常用的包括聚烯烃类（聚丙烯，聚乙烯等）聚酯类、聚酰胺类及今年出现的聚氨酯类聚合物。而使用聚丙烯为原料的丙纶纺粘非织造布占第一位，据 2001 年统计，世界纺粘非织造布总量中，丙纶纺粘布占%，涤纶纺粘布占%，锦纶纺粘布占%，此
13、外还有少量的纺粘法功能性非织造布。纺粘法非织造材料已广泛用于国计民生的各个领域，主要有：1)工业方面：可用于制作汽车套、防尘罩、擦布、环保过滤物、土工布、CD 套、房屋防渗材料、包装材料；2)农业方面：可用作农用丰收布、香蕉袋、农作物的培养基、保暧防虫材料等；，3)医疗方面：可用于制作手术衣帽子、口罩、鞋套、隔离服、病人床单等；4)卫牛方面：可用于婴儿尿布及妇女卫生巾的面料、导流层、背衬、防侧漏边、包装物等；5)家居装饰方面：可用于家私底衬、墙布、购物袋、桌布、窗帘等。第二节 纺粘法纺丝工艺 纺粘法非织造布的纺丝特点是采用超高速纺丝一步成形而获得纳向长丝(FOY)，一般丙纶非织造布的纺丝速度控
14、制在3000 一 4500m/min，涤纶非织造布的纺丝速度控制在 5000 一 8000m/min。如果抵于这个速度，只能得到部分取向长丝(POY)，剩余牵伸大；这种长丝制成的纺粘布必然伸长大、强力低、尺寸不稳定，容易变形，不是高品质的纺粘布。因此，用于生产纺粘法非织造布的切片，必须使用生产化纤长丝 FOY 的原料，否则不可能进行超高速纺丝、生产出高品质产品。一、原料的干燥与混合 PET 纺粘法非织造布生产用切片需要较高的干燥效果，切片含水率必须小于0003%，干燥后切片的特性粘度差要001dl/g，生产中既要减少因切片中水分汽化形成的气泡丝、断丝，又要避免水解、热裂解造成的切片特性粘度降低
15、。采用高预结晶温度(170)，低干燥温度(160)，延长干燥时间(8h)，降低减湿空气露点(一 70)等一系列措施，可使干切片含水率在 0 002%0 0025%，干、湿切片的粘度降0 005dl/g。在非织造布中，除了少量不添加其它颜色的本色产品外，市场经常需要五颜六色的产品或具有某些持殊功能的产品，这就必须在原料中添加各种着色母粒(包括增白母粒)及特殊功能母粒(如抗静电、抗老化、亲水、阻燃等)，并使其与切片按预定的比例混合，搅拌均匀，从而生产符合特定要求的产品。一般情况下，当加进一种色母粒时，随着加入比例的增加，非织造布的颜色就会由浅到深变化，有时为了调配出某种颜色的产品，常会同时使用两种
16、以上不同的着色母粒，通过改变各母粒的加入量比例便能生产出仅用一种着色剂无法生产的产品，这对减少着色母粒的品种、减少库存都有实际意义。根据生产要求及产品不同使用特点和助剂质量设计生产工艺配方，确定生产配比后，在多组分电脑自动计量配料系统上进行定标，设计菜单，由电脑进行程序控制，自动、准确配料；或者在螺杆加料器中设计好螺杆转速和挤压机螺柠转速的对应关系，确定配方比例；使用人工计量时，用电子秤称量好助剂量，与原料在搅拌器中混合均匀后使用。二、纺粘法纺丝主要工艺参数 纺粘法在纺丝过程有许多工艺参数，这些参数决定纤维形成的历程以及纤维的结构和质量，在生产实际过程中必须合根据原料、设备及产品要求合理设定。
17、1、挤压机各区温度 挤压机一般分为进料区、熔融压缩区和计量区三个区段，其加热分 710 个加热区，各区的温度按其工作任务而不同。进料区的主要任务是预热，为保证螺杆的正常运转，在此区间切片不应过早熔化，又要使切片达到半熔状态。此区温度过高，易造成切片在进料口环结无法进料，若温度过低，则会加大熔融段压力，使切片不能全融化，造成进料的阻力。这个区的温度设计，丙纶一般为 200210，涤纶为 265270。熔融区为主要加热区，切片必须在此区保证百分之百的熔化，因此此区温度要高，但过高了又会使聚合物降解，质量下降。这个区温度丙纶一般为 225235，涤纶为275285。计量区的作用是使切片进一步熔化，保
18、持熔体流动在稳定的压力下前进，其温度可比熔融区稍低一点。2、法兰区和弯管区 此区加热的主要作用是对熔体起保温作用，因而温度不必太高，应与计量区温度大体一致，或稍低一些。3、纺丝箱体 纺丝箱体的温度应稍高一些，其目的是增加熔体的流动性能，保证喷丝的顺畅，但过高的箱体温度会发生大量断头丝、毛丝，不利于生产的顺利进行。各区温度分布根据设备不同、原料不同、工厂情况不同而不同。有的设备温度分布是低高低较高，有的是高低，还有的是温度平稳分布、各区温度一样，但不论如何分布均必须保证生产时不会发生“环结”现象。熔体本身实际温度应比切片的熔点高 2025，这样纺丝正常，纤维质量好。纺丝温度(即熔体温度)的控制直
19、接影响纺丝生产的正常进行以及单丝质量，从而影响成品的布面质量和内在质量。温度升高，熔体的流动粘度降低，熔体的均匀性和流变性能好，可纺性提高，经冷却后丝束的最大拉伸比和自然拉伸比增大，丝牵伸后丝束的 单丝强力和断裂伸长加大，成品的各项指标也可提高。但温度太高则加剧熔体降解、粘度降低，使螺杆压力产生波动，泵供量不稳，喷出丝均匀性差，无法牵伸，牵伸丝毛丝、断头多，极易产生注头丝，在成网布面产生浆点，而且极易污染喷丝板，缩短喷丝板使用周期。熔体温度过低，因粘度太高，使熔体在喷丝孔中剪切应力加大，造成熔体破裂，可纺性差、布面产生并丝。综上所述对于 PET 长丝纺丝，只要不污染喷丝板面、产生注头丝，纺丝温
20、度可适当提高。丙纶、涤纶的常见纺丝温度见表 3-7-2、表 3-7-3 和表 3-7-4。表 3-7-2 由低到高的丙纶纺丝温度 4、纺丝熔体压力 在纺丝过程中，除纺丝温度外，熔体压力也是影响纺丝非常重要的因素。熔体压力低，熔体分配不均匀，形成的熔体细流粗细不一、表面不规整；熔体压力过高，易造成熔体破裂。在聚丙烯纺枯法非织造布生产过程中，熔体压力一般控制在 610MPa 之间，因此在纺丝箱体上都安装有测量范围为 50MPa 的压力测量头，以测量熔体压力，安装有测量范围在 0400的铂电阻测量头，以测量熔体温度。PET 纺丝，熔体压力应控制在 1012Mpa.5、喷丝速度与纺丝速度 喷丝速度是指
21、熔体喷出喷丝板面时的每分钟喷出长度，纺丝速度是指纤维拉伸前进的速度。决定喷丝速度的因素主要是每分钟计量泵的泵供量、喷丝板的孔数和孔的直 径大小。若喷丝板不变，泵供量越多，喷丝速度越快；反之则越慢。而泵供量是由计量泵的每分钟转数所决定的。这与纺粘布的产量有直接关系对纤维的线密度与质量也十分重要。纺丝速度也影响纺丝的稳定性，纺丝速度低，从喷丝板上喷丝孔中喷出的熔体细流数量少，易冷却，只需要少量的冷却风即可满足工艺需要。但是，纺丝速度过低，从喷丝孔喷出的熔体细流量太少，极易冷却变硬，流动性差，延伸率低，拉伸过程易出现断丝现象。而纺丝速度太高，从喷丝板中喷出的熔体细流速度太高，冷却难度大，易发生熔体粘
22、连及并丝现象，且纤维线密度高。所以在纺丝过程中，合理设计纺丝泵转速对稳定生产、提高产品质量至关重要。三、侧吹风冷却系统的工艺控制 熔体纺丝时，熔体细流自喷丝孔喷出后，在空气介质中冷却凝固成形是一个单纯的物理过程。产品均匀度、丝条纤度、外观质量与丝条冷却效果好坏有密切的关系。在选择冷却方式时要着重考虑冷却气流与丝条热交换的能量传递，从喷丝孔喷出的熔体细流，放出大量的凝固热，必须对此热流进行热交换，故熔体离开喷丝板10mm 左右，要对其进行冷却吹风，要求冷却对每一根丝条都具有均匀性，冷却长度对丝条的扰动要尽量小。因此在喷丝板下面装有很严格的冷却风装置，要求在一定的长度内，对每根单丝均能进行均匀性冷
23、却，这对正常生产和丝的质量有重大影响。以下分析侧吹风(其装置结构如图 3-7-2 所示)对丝条纤度及产品质量的影响。1.风道；2蝶阀；3多孔板；4稳压室；5风窗；6蜂窝板；7金属网；8喷丝板；9缓冷室；10冷却风；l1纺丝甬道 图 3-7-2 侧吹风装置结构图 (1)蝶阀用于调节冷却风量，在阀后的风道上装有风量指示仪，指示各纺丝部位的冷却风量，多孔板成倾斜状态，采用开孔率为 50 80 的金属板，孔径为 13mm，用来克服风窗垂直面上风速分布的不均匀。(2)整流层采用金属薄板，制成蜂窝状结构，其作用是使冷却风呈层流状态水平吹出。如果蜂窝网有损坏，则对丝条冷却及布面外观有影响，冷却风在此处出现紊
24、流，布面乱丝较多，云斑较重。(3)过滤网采用不锈钢丝网，金属网以不同角度交错而成，在风压不变的情况下，其作用是使冷却均匀、混合稳定和过滤粉尘。通过测试证明，不锈钢网目数的大小对丝条纤度和产品均匀度有很大影响(如表 1 所示)。目数过大，丝条冷却不够，容易并丝，牵伸中易断丝；目数过小，丝条过早冷却，牵伸受影响，易出现粗丝。因此，一般采用100 目的不锈钢丝网。不锈钢网的平整度直接影响产品的均匀度，钢丝网的褶皱不平使布面显示明显的厚条和薄区，布面乱丝较多。为了保证丝条冷却均匀，产品均匀度高，要保证整个网面同一水平线上风速大小均一，这样将会大大减少布面的云斑和乱丝。丝条冷却条件对纤维结构与性能有决定
25、性的作用，冷却吹风系统工艺条件包括风压、风温、风速、风湿和冷却位置等。1、冷却风风压的设定 冷却吹风的风压必须十分稳定，力求所有单丝受冷均匀这主要取决于风压与风速的设计。决定冷却风风压的大小因素有送风设备能力、送风量和冷却窗的结构、材料等。冷风输送风机风压高，风量大，冷却风风压就高；冷却风窗的结构花板孔径小、密度低或过滤网密度高、空隙小、阻力大，冷却风窗的风室内压力就大，反之相反。冷却吹风风室压力大有利于冷风均匀分配或减少串风的干扰，但是压力过大，说明风窗透风效果差，不利于纤维冷却；压力过小，送风量不足或者屏蔽效果差，易产生送风不均现象。所以生产中控制冷却风的风压范围在 4001200Pa 之
26、间。2、冷却风风速的设定 管式拉伸纺丝机采用单向吹风冷却，冷却要从熔体细流的一面吹向另一面，吹风距离长，熔体细流对冷风的阻力大，因此在设计冷却风风速时要适当高一些。又因挤出量的变化，需要的冷却风风量也不相同，因此冷却风风速不同。根据经验，生产过程中冷却风风速一般设定在 0816m/s 之间；宽狭缝式风速为 2m/s 左右，而窄狭缝牵伸工艺的冷却系统是由两面向熔体细流同时吹风冷却，吹风距离短，热量损失小，所以 风速设计较低，一般在 0408m/s 之间。风速不能过低，否则达不到冷却的目的，但也不能过大，风速过大丝束会大幅飘荡，并在喷丝板处形成涡流，影响纺丝。3、冷却风风温设定 经喷丝扳喷出的熔体
27、细流温度高，熔体处于无定型的粘流状态，需要进行骤冷，使熔体呈高弹状态进行拉伸。为了达到骤冷的目的，在控制冷却风风量的同时还要设定好冷却风风温。风温高，冷却效率差，难以达到冷却的目的；风温低，冷却效率好，但过低易使丝条冷却过分，丝条不易拉伸、易断丝，形成僵头丝，而且还会影响板面温度，使喷丝板更换率增加。因此，在生产过程中应根据挤出量的大小、工艺温度高低及环境温度的变化，决定冷却风风温的高低。根据生产经验 冷却风风温一般设计在 820之间较好，寒冷的冬季使用外界风就可满足纺丝过程中的冷却需要。吹风湿度大小对纺丝也有严重影响，其相对湿度纺 PP 一般应控制在 65左右，纺PET 在 85左右。冷吹风
28、位置对于冷却效果及成丝的质量也有一定影响。吹风窗顶部距离喷丝板约10cm 左右。冷吹风部位一般在 4080cm 高处，过长的冷却距离会使拉伸应力上升，造成拉伸气流增大，不利于拉伸。吹风面离丝束外缘距离也不能过大，一般为 12cm。除了上述冷却风条件外，丝室温度亦会影响纤维的冷却成形过程，应加以控制。生产时，丝室温度最好保持在40左右。四、牵伸点及其控制 熔体细流在离开喷丝板面一定距离时，温度仍然很高，流动性较好。在牵伸力的作用下，细流很快被拉长变细，速度增快；同时由于接触到冷却风，细流从上到下温度逐渐降低。当达到一定距离后，温度下降造成的熔体细流粘度增高愈来愈明显，细流变细的速度也愈来愈缓慢，
29、最后细度的变化基本停止，粘流态的熔体细流变成了固态纤维。从微观上看，拉伸过程中丝条内大分子得到初步取向，取向诱导结晶，到达某一位置大分子取向最好，同时出现结晶取向，这一点是丝条受拉伸被超延伸的效果。过此点丝条不再变细，保持其细度不变，这个细度变化的终点是细颈处，一般叫牵伸点，其位置见图 3-7-3所示。图 3-7-3 细颈变形过程 由图 3-7-3 看出可将拉伸过程分为 3 部分：第一部分：细化变形阶段，变形是渐进式分子初步取向，非结晶或少结晶。第二部分：细颈变形阶段，超延伸变形，分子取向中间相到分子完全取向，纤维结构初步形成，结晶和取向结晶同时出现。第三部分：细度不变，丝条直径一定，进一步分
30、子取向和结晶，取向进一步促进细晶度提高，结晶完善和稳定，取向和结晶由丝条外部向内层扩展。在细颈变形牵伸点附近分子大尺寸和小尺寸取向同时出现，这是熔体纺丝过程中最重要的拉伸变形区域，此点位置应控制好，与纺丝速度、冷却降温和拉伸倍数等有关，当纺丝速度提高，牵伸倍数大，拉伸张力应力大时，此点均会向喷丝板靠近，若冷却降温快则此点也向喷丝板靠近，如降温慢则此点会远离喷丝板。另外还与挤出速有关，这因纺丝速和挤出速的比即喷头牵伸值，决定拉伸张应力大小。如喷丝板喷丝孔径选定则挤出速又由泵供量决定，当泵供量减小时，则挤出速减小，拉伸比增加，则牵伸点也向喷丝板靠近。牵伸点也可看成一段变形区间，一般约 l2mm 以
31、内，影响其变化的是两个因素：一个是温度，另一个是张力。此点的丝条温度应稍高于或等于玻璃点转变温度，(各种聚合物玻璃点温度相差很大)，如丝条温度过高于玻璃点则分子流动太好，拉伸张应力小，丝条变形小，不出现细颈，分子取向低；若丝条温度比玻璃点低得太多，则拉伸张应力过大，牵伸点难以固定，发生振动，这又与冷却降温有关，如降温太快，没有充分实现自然拉伸，牵伸效果差，纤维粗，且手感差；若降温太慢，熔体温度高的区域长，则丝条易粘连产生并丝，取向和结晶也差。降温快牵伸点上移靠近喷丝板。降温慢则牵伸点下移远离喷丝板。牵伸点适当位置能使丝条有个冷却过程，适当延长大分子链自由拉伸时间，熔体温度稍高于玻璃点温度，由纺
32、丝速度控制有细颈出现，在细颈处丝条温 度略高于玻璃点，在细颈变形处达到平衡，即纺丝速度和牵伸值决定的丝条张力与细颈处超拉伸引起的变形达到平衡状态，由丝条外形观察其细变不再变细，而丝条内部分子取向，分子取向诱导结晶，丝条结晶度提高，完成取向和结晶的精巧组合。若此点温度过高则为均匀拉伸，细颈消失；若温度过低则丝条被拉断无法连续纺丝。也有人把丝条达到玻璃点温度叫固化点，这是由降温过程去衡量的，有时和牵伸点是同一点，有时不同。丝条的降温区问要选好，最好先缓冷，再冷却加速，到某一点控制好降温，与拉伸张力配合好，最后可适当升温，再拉伸和热定型，开始降温吹冷风 应在喷丝板下 lOcm 左右。可适当保持喷丝板
33、温度也可增加均匀流动拉伸的时间，降低径向差异，虽分子取向有所减少，但因喷头拉伸张力降低，这对分子链间束状结晶发展有利。可适当提高结晶度，有人提出在丝条完成冷却固化初步成形后，可以在较热的通道中进行拉伸对纤维的取向和结晶均为有利，不过要控制较恰当的环境和丝条温度才行。拉伸时若温度过高，由于分子链的布朗运动较强，则得不到较高的分子取向；而拉伸温度过低，也会因丝条受拉伸力不能承受，丝条上局部出现微孔或裂纹，严重时会将丝条拉断。经过用激光对纺丝过程中丝条测速可得到拉伸应变速率变化和丝条降温关系的曲线图，测试结果见图 3-7-4。是用涤纶选择纺丝速度为 5 O00m/min，测出距喷丝板不同位置的拉伸速
34、率变化，有 3 个区间：工区出喷丝板喷丝孔后 lcm 左右出口挤出胀大。区拉伸形变区由 lcm 到 lOOcm，形变逐渐加大，到达最大值后再迅速降低。区固化区，丝条直径不再变化，拉伸速率接近为零。图 3-7-4 丝条降温与丝条加速变形 五、聚酯与聚丙烯的纺粘工艺比较 聚酯和聚丙烯虽均能进行熔体纺丝以纺粘法成布，但两者性能差异较大，聚酯为 缩聚型高聚物，其分子键两端为羟基(-OH)，中间是一系列苯环是通过酯基()与乙烯基一(CH2)2相连接而成，有对称性，轴向拉伸好，是近牛顿型熔流体，以代表牛顿型的特征指标流动指数 n 来表示，n 为 1 左右，表观粘度低约为 065，对剪切速度变化不敏感，受力
35、后分子链运动的弛豫时间短，所以形变的消散较快，纺丝过程中不易发生内聚破坏，可承受较高纺丝速度和较大的拉伸力，另外为得到成丝较高的结晶和较好的分子取向也需使用高一些的纺丝速度，以形成纺丝时较大的丝条受力。聚丙烯为加聚型高聚物，其分子链由多个炭原子相串联而成，没有活性基团，纺丝时很容易发生内聚破坏，且分子链受力后变形的弛豫时间较长，形变消散慢，则纺丝速度和拉伸力均不能太高，同时聚丙烯也较易结晶，纺丝速度也不需太高即能得到结晶度较高的结果，聚丙烯为非牛顿型流体，流动指数 n 为 032，是切力变烯型，表观粘度随切变速率增大而减小，表观粘度一般约为 156 左右，粘度较大些，流动困难，需提高纺丝温度和
36、增加切变速率来降低粘度，这个粘度能维持表面张力的稳定，不会引起丝条因表面张力波动大而形成的扰动，进行传播扩大出现丝条的毛细波动，使丝条上出现毛细波，最细处收缩成滴状而丝条断裂，这种毛细破坏在加工聚酯时因其粘度小，如纺丝温度过高和因含水或含杂等均会使粘度降低，因而丝条表面张力波动大则较易形成毛细破坏，这要加以防止。聚酯和聚丙烯在喷丝孔中的流动和出孔后的胀大也差别很大，喷丝孔中的切变速率与熔体的流动指数 n 有关，计算公式如下：设切变速率(切变速度梯度)为 313rQnn(l/s)式中：n流动指数，涤纶为 1，丙纶为 032 Q每孔体积流量(cm3/s)r喷丝孔半径(mm)选用时应考虑喷头牵伸大小
37、，即喷口吐出速和丝条拉伸速的比值关系，也即喷口面积和成丝面积的关系，加工聚酯时一般用80009000，聚丙烯用 40006000。由于熔体在喷孔流道中流动时要受切力的作用，熔体形变要贮存弹性能，当挤出喷丝口后由于弛豫的过程导致挤出物胀大，因弛豫时间的不同，聚酯胀大比小为 115，而聚丙烯胀大比大为 1526，贮能的多少还与孔中流速(切变速率)和熔体粘度以及喷丝孔的长径比等有关，速度高和粘度大时贮能多，长径比小时入口收缩效应影响大贮能多，均使出口胀大多，且胀大点距喷丝板较远。为减少出口胀大，使纺丝能顺 利进行，可提高纺丝温度以降低粘度，适当增加纺丝速度和选用较大喷丝孔的长径比。因出口胀大的差异及
38、熔体破裂最大切应力的不同，对聚酯和聚丙烯两种聚合物加工时选用纺丝条件应能由减少出口胀大和熔体断裂去考虑控制好以达到连续纺丝和均匀挤出丝条的加工要求，聚酯270纺丝温度时临界切应力为(116)105 Pa，聚丙烯 200 300时切应力为(0814)105 Pa，分子量加大临界切应力下降，纺丝温度提高切应力提高，这均影响纺丝可否正常进行。聚酯的玻璃化温度为 67 左右，纺丝时不易结晶，一般结晶度约为 20 40，而聚丙烯的玻璃化温度为一 20，较易结晶可达结晶度为 50 以上。由以上分析纺粘法加工聚酯和聚丙烯的不同归纳可分为以下各项：(1)纺丝速度纺聚酯时应高，一般需 4000m/min以上，最
39、好能达到 60008000m/min，而丙纶只需 30004000m/min 即可，当纺丝速度提高后如加工聚酯其固化点要上移向喷丝板靠近，则需调节气流牵伸管的位置即把拉伸点也上调。纺丝速度与固化点位置及固化温度的关系为表 3-7-5：但纺丝速度提高后，丝的截面径向温差加大，取向和结晶径向的不匀加大，结晶粒子尺寸也变大。所以对冷却条件要求更为严格。（2）纺丝温度：熔体流出喷丝孔道前的温度叫纺丝温度，一般应高于聚合物的熔点温度 Tm，而低于热分解温度 Td，多数聚合物的分解温度 Td 为 300左右，纺丝温度Tn 应选用在熔体粘度可降到适用的范围，熔体粘度与聚合物分子量及分子量分布有关，而分子量又
40、决定成丝的强度大小，聚酯(涤纶)的分子量为 1 92 1 万，等规聚丙烯(丙纶)的分子量为 18-30 万，这因丙纶分子链上没极性基团为了纤维强度分子量不能低，但分子量大必然熔体粘度提高，所以丙纶纺丝时为保证有良好流动性，纺丝温度应比熔点高出较多才行，而涤纶分子量低，加热熔点以上时已形成流动熔体，则不需高出熔点太多。丙纶纺丝温度选为 255290(熔点为 175)，涤纶纺丝温度为 275295(熔点为 265)。聚酯的分子量分布宽度为 152，聚丙烯为 57，这影响粘度变化。(3)对原料的含水及含杂要求不同：加工聚酯时随着纺丝速度的提高，其含水应进一步降低，要增加烘干装置，而聚丙烯不需要，对含
41、杂的去除，聚酯也比聚丙烯要求高，加工聚酯时采用石英砂较密的目数高的过滤装置，即可滤去夹杂又能因过滤阻力大有一定压降，使熔体流经该装置时的机械摩擦变成热量，则形成局部升温。可使聚酯熔体粘度下降，使流变性能变好。还因聚酯对温度敏感，不能采用提高纺丝温度来降低熔体粘度。聚丙烯加工一般采用不锈钢过滤网即能满足需要。可是聚丙烯原料的等规度和熔融指数应达到一定的数值，使用时应慎重选用，有些工艺参数也要相应改变。(4)螺杆挤压机和喷丝孔的不同：因聚丙烯粘度高，又对剪切速率敏感。而聚酯粘度低且对剪切速率不敏感，对温度变化敏感，故两者所用挤压机不同，挤压机三段分配为表 3-7-6：表 3-7-6 挤压机三段分配
42、 螺杆机的几何压缩比聚丙烯为 374，而聚酯为 3537(聚酯加工纺丝速度提高压缩比为 2535)。喷丝板孔径聚酯为025O4，长径比为 13，聚丙烯孔径为0506，长径比为 210。因此加工聚酯和聚丙烯应换螺杆挤压机及喷丝板和其过滤装置，不能通用。(5)由气流牵伸管到铺网间的距离也应调节，这对铺网均匀影响大，也因聚酯和聚丙烯加工时，牵伸管的风量和风压调节的要求不同，对铺网的影响也差异较大，所以应合理设计由喷丝板到铺网帘之间的空间距离尺寸按排，为便于调节相关距离应设有方便简易的调节装置，有的生产线采用液压调整装置，但需考虑造价多少是否合算。(6)对各种类型纤维的固网应由产品用途结合厚度和克重去
43、全面考虑，要充分发挥各种纤维的特性，发挥其优势，薄型产品用热粘合，聚酯和聚丙烯其软化温度不同，两者热粘合温度区别较大，若用热轧还要考虑轧辊的压花花形和所估粘合面积的比例等这对聚酯和聚丙烯也不相同，原型产品采用针刺要考虑纤维的摩擦系数和纤维的弯曲刚度以得到较好的加工效果。六、纺丝工艺计算(一)单位时间内三组分混合配料速度计算 1QpQN 式中：N配料罐底部计量齿盘每分钟转数；Q每分钟投料总量；p切片或色母粒占投料总量的百分比；Q1配料罐底部计量齿盘每转的投入量。(二)单位时间纺丝机产量 纺丝机产量主要取决于纺丝泵的主要技术参数。VnNq纺06.0 （1）式中：q纺纺丝机产量，kg/h；N运转的纺
44、丝泵位数，位；n纺丝泵工艺转速,rpm；熔体密度，g/cm3；V纺丝泵规格，mL/r；纺丝泵效率，；时间及重量单位换算系数。熔体密度与熔体温度有关：TPP41099.5897.0 TPET410535.1 TPA461066.51238.1 式中：T-熔体温度，OC。(三)单位时间成品产量 dvwq成06.0 （2）式中：q成成品产量，kg/h；d产品规格(定量)，g/m2；v成品卷绕速度，m/min w成品幅宽，m；时间及重量单位换算系数。(四)泵速、产品规格、幅宽及成品卷绕速度之间的相互换算 由式(1)=式(2)(生产中纺丝泵产量和成品产量相同)得：dvwVnN06.006.0 dwVnN
45、v （五）纤维牵伸倍数 DRy2900000 式中：y纤维牵伸倍数；R喷丝板毛细孔半径，cm；D纤维旦数；1 旦=；熔体密度(与温度有关)，g/cm3 900000转换因子。(六)单孔的挤出量 aVnQ孔 式中：Q孔单孔挤出量；V纺丝泵规格，mL/r；n纺丝泵转速，rpm；熔体密度，g/cm3；纺丝泵效率，；a单泵供应的喷丝板孔数。七、纺丝生产常见故障、疵点及处理办法 纺丝生产中常见故障、疵点、产生原因及解决办法见表 7。第三节 纺粘法的牵伸工艺 纺粘法生产工艺与化学纤维最大区别是采用气流牵伸和直接成布，因此纺粘法的牵伸成为技术核心问题。纺粘法纤维的牵伸，过去也曾经用过机械牵伸方式，但这种方式
46、牵伸出的纤维成束片状，对纤维的铺网均匀性甚为不利，目前世界各国的纺粘法生产线基本上不再采用机械牵伸，均使用气流牵伸方式，这是由纺粘法生产的特点所决定的。气流牵伸是采用空气喷射的方法牵动纤维前进，从而形成牵伸，是以流体力学、空气动力学为基础的一项技术。目前世界上纺粘法的气流牵伸基本上形成三大流派，即管式牵伸、宽狭缝式牵伸和狭窄缝式牵伸。1、管式牵伸以意大利 STP 公司为代表。现在意大利的摩登(Modern)公司、ORV 公司及我国自行研制的纺粘法生产线(南海锦龙公司、浙江利达公司)均使用管式牵伸，它是将成网宽度方向上的纤维分成许多束，通过侧吹风冷却后，导人内径 10 mm 左右的不锈钢管中，用
47、喷射的气流(压缩空气)，夹持纤维高速向前，从而完成成纤过程。2、宽狭缝式牵伸以德国莱芬豪舍公司为代表。目前采用这种技术的还有日本 NKK公司、美国诺信(Nordson)公司、日本神户制钢公司、Hills(希尔)公司；德国 Neumag(纽马格)公司、瑞士 Rieter(立达)公司和中国纺织机械集团公司等。采用宽狭缝式拉伸均是用一块基本与生产线宽度相同的整体长条形喷丝板来喷丝的。在初生纤维进入一条相同宽度的狭缝式拉伸设备中，随着气流的高速前进，完成纤维的拉伸成纤过程。这种宽狭缝式牵伸的气流来源有三种方式，一种是喷丝板与拉伸器组成一个封闭系统，拉伸气流主要由双面冷却风和一些补充气流组成，通过成网机
48、底部排气抽吸系统和拉伸器内部截面积的变化，形成高速气流，完成成纤过程，称为负压拉伸。Reifenhauser 公司采用的就是这种方法。负压拉伸的最大优点是操作简单，能耗低，但缺点是拉伸速度有限，只能生产对纺速要求不高的聚烯烃类纺粘布。另一种是喷丝板与拉伸器分开，拉伸器有专门的风机提供高速气流来完成纤维拉伸过程，一般这种方法称为正压拉伸，日本 NKK公司、美国诺信公司均使用此技术。此类设备的长处是拉伸足，基本可满足所有熔融纺合纤原料的生产要求。第三是正负压相结合的牵伸，即下面抽风、上面射人压缩空气，使纤维在宽狭缝内受到上推下拉而高速向前，这种方法可使纤维前进速度大大提高，的 IV 型设备即采用此
49、技术，其效果很好。3、窄狭缝式牵伸以意大利 NWT公司为代表。目前采用这种技术的还有我国 沈阳非织造布中心、上海合成纤维研究所、沈阳六 O 六研究所等单位，他们是在距喷丝板下面 4050cm 处，每个喷丝板相应设 l 台 4050cm 的小狭缝式牵伸器，将成网宽度方向上的纤维数分成许多与网帘前进方向平行的行。一般 3.2m 宽的生产线有 2l22 块这样的矩形板。利用压缩空气，向狭缝高速喷射，从而牵动纤维高速向前，进行牵伸。一、管式牵伸机的结构形式与工艺控制 用管式牵伸方法进行纤维拉伸的产品有丙纶纺粘和涤纶纺粘，整个牵伸系统是由空压机、高压空气分配缸和牵伸管构成。由于产品及原料不同，使用的牵伸
50、风风量、风速、风压区别较大。生产涤纶纺粘布时，牵伸风风压常达、风速达 10000m/min；生产丙纶纺粘布时，牵伸风风压一般控制在，风速一般控制在 50007000m/min。两者区别较大，主要是牵伸管的结构设计有较大差别，但是牵伸管的工作原理基本相同。图 5 所示为两种管式牵伸机的结构示意图。图 5 左图的管式牵伸机由 a、b、c、d 四部分组成，相互间用螺纹连接，高压空气从空气入口 1 进入风室 2，通过环形切口 3 进入长丝通道 4 与长丝相交成一定角度，也可以与长丝平行而下。长丝由吸丝嘴 a 进入，在高速气流扶持下通过喷嘴，从而得到牵伸。牵伸喷嘴的供风压力及环形切口 3 的大小，可根据