05粘胶纤维的纺丝成型.doc

第五节 粘胶纤维的纺丝成型
一、粘胶纤维纺丝工艺流程
粘胶纤维通常只能用湿法纺丝。由于纤维素未熔融即分解，不可能采用熔纺；又因为要在纺丝过程中完成纤维素黄酸酯分解的化学过程，故难以采用干法纺丝。
按照纺丝浴槽的数量及要求不同，粘胶纤维纺丝方法通常分为一浴法纺丝和二浴法纺丝，个别情况还采用三浴法纺丝。一浴法纺丝是粘胶的凝固和纤维素黄酸酯的分解都在同一浴槽内完成〔如普通粘胶长丝〕；二浴法纺丝那么是粘胶的凝固主要在第一浴，纤维素黄酸酯分解主要在第二浴〔如强力粘胶长丝、粘胶短纤维〕，并且在第二浴中进行塑性拉伸，对短纤维生产还便于在第二浴中回收二硫化碳。
图4-30为粘胶短纤维纺丝工艺流程。粘胶由供胶管路送进纺丝机，由计量泵定量送入，通过烛形滤器再次滤去粒子杂质，并由曲管送入喷丝头组件。粘胶在压力下通过众多喷丝孔，形成众多粘胶细流。在凝固浴作用下，粘胶细流发生复杂的化学和物理化学变化，凝固和分解再生，成为初生丝条。初生丝条由导丝盘送去集束拉伸，在塑化浴中，初生丝条经受拉伸的同时，最终完成分解再生过程，纤维的结构和性能根本定型下来。
4-30 粘胶短纤维纺丝工艺流程
1—粘胶管 2—计量泵 3—桥架 4—曲管 5—烛形滤器 6—喷丝头组件 7—凝固浴 8—进酸管
9—回酸槽 10—导丝杆 11—纺丝盘 12—前拉伸辊 13—塑化浴 14—罩盖 15—后拉伸辊
图4-31为粘胶长丝纺丝及后加工工艺流程。
图4-31 粘胶长丝生产工艺流程
在一定压力下进入纺丝机进胶管，经计量泵计量、过滤器过滤，由喷丝头喷入凝固浴进行抽丝。丝条经导丝钩、纺丝盘进行牵神。离心式纺丝机再通过漏斗在离心罐内进行叠丝，进一步凝固、分解、落丝。半连续式纺丝机牵神后，在凝固辊上进一步凝固分解，再绕到去酸辊上去酸，然后由漏斗将丝条在离心罐内叠成丝饼，最后落丝。
离心纺丝机流程如下：粘胶→计量泵→过滤器→喷丝头→导丝钩→纺丝盘〔上、下〕→漏斗→离心罐
半连续纺丝机流程如下：粘胶→计量泵→过滤器→喷丝头→凝固辊→去酸辊→漏斗→离心罐
二、粘胶纤维的成型原理
粘胶纤维的成形过程，实际上就是粘胶细流通过喷丝头孔道进入凝固浴，凝固成初生纤维的过程。
(一)纺丝成型过程中的化学反响
〔1〕主反响
黄酸酯的分解与纤维素的再生：
C4H9O4OCS2Na+H2SO4→C6H10O5+NaHSO4+CS2↑
中和反响：粘胶中的NaOH被凝固浴中的H2SO4中和
2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O
〔2〕副反响：粘胶中多种副反响产物被凝固浴的H2SO4分解，成为一系列不稳定产物。
Na2CS3+ H2SO4→Na2SO4+CS2↑+H2S↑
Na2S+ H2SO4→Na2SO4+H2S↑
Na2Sx+ H2SO4→Na2SO4+H2S↑+〔x-1〕S↓
Na2SO3+ H2SO4→Na2SO4+H2O+SO2↑
Na2S2O3+ H2SO4→Na2SO4+H2O+SO2↑+S↓
Na2CO3+ H2SO4→Na2SO4+H2O+CO2↑
纤维素黄酸酯分解成纤维素的过程称为再生过程，再生纤维素与原料浆粕的纤维素具有相同的化学组成，但其分子结构和聚集结构〔包括分子量、结晶态、宏形态〕发生了变化。
主反响和副反响都消耗大量的H2SO4，生成大量NaSO4、水和硫磺，使凝固浴被稀释且浑浊，故凝固浴必须不断循环，除去水、NaSO4等杂质，并不断补充H2SO4，保证凝固浴组成稳定。
主副反响都生成CS2、H2S、SO2和CO2等有毒气体，要保证纺丝过程的通风排毒。
(二)凝固浴
纺丝凝固浴是由硫酸、硫酸钠、硫酸锌按一定比例配成的浴液。是使粘胶细流按控制的速度完成凝固和纤维素黄酸酯的分解过程，以配适宜当的拉伸，获得具有所要求的结构和性能的纤维。
如果单独用硫酸溶液进行粘胶纤维成形、纤维素黄酸钠分解，生成再生纤维素，虽然也能成形，但这种再生纤维不能承受拉伸，强度极低，无实用价值。因此，必须采用多组分的凝固浴来完成纤维素的再生。
硫酸①使纤维素黄酸酯分解，纤维再生并析出〔再生凝固〕；②中和粘胶中的NaOH，使粘胶凝固〔中和凝固〕；③使粘胶中的副反响产物分解。
硫酸钠①作为强电解质，能促使粘胶脱水凝固〔盐析凝固〕；②作为强电解质硫酸盐与硫酸的同离子效应，能有效地降低凝固浴中H+的浓度，延缓纤维素黄酸酯的分解，有利于硫酸向纤维内层渗透，使纤维内外层结构均匀、紧密，同时使初生丝束离开凝固浴时仍具有一定的剩余酯化度，具有一定的塑性，能经受一定程度的拉伸并使分子取向，有利于提高纤维的物理机械性能。
硫酸锌①与纤维素黄酸钠反响，生成纤维素黄酸锌，纤维素黄酸锌在凝固浴