聚酰胺熔体纺丝成型过程

熔体纺丝成型包括以下几个过程:纺丝熔体的制备;熔体通过喷丝板微孔挤出形成熔体细流;熔体细流的拉伸、冷却、固化,形成纤维;纤维的上油给湿和卷绕。

通过间接法或直接法得到的高聚物熔体,在一定压力下,从喷丝孔挤出,在冷却气流冷却的同时,进行较大的喷丝头拉伸,由熔体细流转化为预取向度较低的固态初生纤维(卷绕速度在1500m/min以下)，然后以一定的速度卷绕在筒管上。这是一个伴随着传热和在力的作用下产生的物态变化过程。

(一)熔体细流的挤出和固化

纺丝成型过程中,应严格控制膨化率。熔体细流经膨化区后，受卷绕拉伸力的作用，流动速度逐渐加快,细流在被拉伸的同时,又不断和周围气流进行热交换,细流所放出的热量被冷却气流带走,温度不断下降,当降低到某一温度值时，聚酰胺大分子的运动被冻结,这个温度在丝条上所对应的点称为固化点。从固化点开始,丝条的纵向速度梯度为零。从细流最大直径处到固化点称为形变区。由于在形变区内高果物处于粘流态,对外界的各种影响非常敏感。因此在这一区间控制冷却风的均匀性十分重要。固化点之后,熔体细流变为固体丝条,基本上已形成一定的超分子结构,其直径,速度已不再变化。固化点之后的区间称为固化纤维行走区。一般膨化区的长度在10mm左右,形变区的长度在50~150cm。

(二)纺丝成型过程中的受力和传热

聚合物熔体从喷丝孔挤出后,立即受到卷绕力的轴向拉伸作用,熔体细流在克服各种阻力的同时,被拉长细化。摩擦阻力与丝条和空气之间相对速度的平方成正比，丝条运行速度越高，摩擦阻力越大。流变阻力是阻碍熔体细流拉伸流动的力,它与高聚物熔体的拉伸黏度和形变区的速度梯度有关。重力、表面力、惯性力在总作用力中所占比重较小,各种力沿纺程而变化。在稳态条件下,各种力相互达到一定的平衡，并沿着纺丝线形成一个稳定的分布。

纺丝线上的受力情况,直接影响初生纤维的超分子结构的形成及后加工性能。因此，必须控制纺丝线上张力的稳定性。

(三)纺丝成型过程中的热交换

熔体细流在向环境介质传热的同时伴随着固化过程的进行。纺丝熔体的温度较高,一般聚酰胺66熔体温度在285℃左右,聚酰胺6熔体温度在250℃左右。纺丝冷却空气温度在25℃左右,熔体细流不断释放出热量,温度逐渐下降。这个热交换过程是冷却气流使熔体细流表面冷却,熔体细流轴心的热量再不断传给温度比较低的表面,使轴心的温度也逐渐下降。当细流表面冷却到凝固温度时,轴心还未降低到凝固温度,表面固化以后，芯层还处于熔融状态,凝固过程是温度降低而逐渐推向轴心,即表面的固化层越来越厚,最后轴心凝固。

聚酰胺熔体细流在离喷丝板50~80cm处就已凝固，在这个形变区,如果冷却凝固速度过快,形变区缩短，凝固点上移,就必然在比较短的路程中进行比较大的喷丝头拉伸,因此拉伸应力急剧增加,引起断头率急剧增加,使初生纤维的预取向度增大,对其后加工性能产生不利的影响。如果冷却速度过快，也不易冷却均匀,使纤维的不均匀性增大。如果冷却速度过慢,形变区延长,凝固点下移,可在较长的路程内进行喷丝头拉伸,使拉伸应力下降,初生纤维的预取向度降低。但缓慢冷却使纺丝线上较长的区域处于最适宜结晶的温度,有利于结晶的生成。而初生纤维结晶度太高,或形成稳定的结晶变体,就使其拉伸性能降低,在后加工时断头率和毛丝率增加。因此,必须选择适当的冷却凝固速度并保持稳定，以保证生产稳定,纤维质量均匀。　　

(四)初生纤维的预取向和结晶

在纺丝过程中,既有大分子或链段在卷绕拉力作用下的取向排列,又有由无规热运动引起的解取向,初生纤维的预取向是取向和解取向的综合结果。取向度是指纤维内的结构单元沿纤维轴平行排列的程度。影响初生纤维预取向度的因素很多,如卷绕速度、冷却条件、高聚物相对分子质量等,一般常规纺丝时希望初生纤维的预取向度低一些,以利于提高初生纤维的后拉伸倍数,改善成品纤维的质量。一般认为,适合于高聚物结晶的温度在熔点和玻璃化温度之间。在适宜的结晶温度下,不同的高聚物,由于大分子化学结构的刚柔性和对称性等因素不同,其结晶速度也有差异。聚酰胺66大分子的对称性较好,结晶速度较快。

聚酰胺纤维结晶参数

Tm为熔点;T。为结晶速度最快时的温度;K为结晶速度常数;T,为玻璃化温度;(Ti一T2)为半结晶宽度，它表示从玻璃化温度到熔点之间存在着的一段最适宜结晶的温度范围,在同样的冷却速度下,这个温度范围越大,快速结晶的时间越长;G为动力学结晶能力,是某一高聚物从熔点以单位冷却速度冷却至玻璃化温度时得到的相对结晶度。从以上所述可知，如果在同样冷却速度下纺丝，所得到聚酰胺66纤维的结晶度将是聚酰胺6纤维的20倍。

由于聚酰胺纤维的玻璃化温度与室温接近，常规纺丝的初生纤维在存放过程中,其大分子的取向和结晶将进一步发展下去。对于常规纺丝的初生纤维，其结晶度低一些，有利于后拉伸过程的进行,减少拉伸应力。这就要求在纺丝过程中控制适宜的冷却成型速度,初生纤维存时间不宜过长。

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