1.粘膠的組成及其性能
粘膠的組成在很大程度上決定了粘膠的特性(如黏度和熟成度)。提高粘膠中纖維素的含量,使黏度上升,熟成速度加快,纖維素凝膠結(jié)構(gòu)較緊密,有利于提高成品纖維的強度。含堿量的高低也影響粘膠的穩(wěn)
定性、熟成度及凝固浴中硫酸的濃度。
粘膠的黏度對可紡性和最大噴頭拉伸有一定的影響。普通粘膠纖維的紡絲黏度一般控制在30~50s。黏度低
于20s的粘膠可紡性很差,成型困難;黏度超過160s,也要對某些成型參數(shù)做相應調(diào)整,否則紡絲困難。
為了保證成型均勻,紡絲粘膠的黏度波動范圍應控制在士(3~5)s內(nèi)。粘膠的黏度還對噴絲頭拉伸有較大
的影響。通過實驗數(shù)據(jù)得知,在黏度較低的情況下,最大噴絲頭拉伸隨著黏度的增加而急劇上升,黏度為
50s時,最大噴絲頭拉伸增至最大值,當黏度超過50s時,最大噴絲頭拉伸則隨黏度的上升而下降。
對成型有影響的另一重要因素是粘膠的熟成度。
采用熟成度較高的粘膠紡絲時,所得纖維的機械指標較低,特別是斷裂強度較差,纖維的延伸度也有所降
低。此外,由熟成度較高的粘膠紡制的絲條的結(jié)構(gòu)均勻性較差(由于纖維素黃原酸酯在凝固浴中的分解過
快),因而染色不均勻,但纖維的染色能力較強(由于無定形區(qū)較大,纖維素大分子的取向度較差),在
水中的膨潤度也較高。結(jié)構(gòu)的不均勻可以借改變成型過程參數(shù)以及凝固浴的成分來降低纖維素黃原酸酯的
分解速度而得到改善。如提高凝固浴中ZnSO4的濃度,或降低H2SO4的濃度,都可以使高熟成度的粘膠順
利紡絲。
2.成型速度
提高紡絲速度,可以提高紡絲機的生產(chǎn)效率。但是提高紡絲速度會帶來下列困難:
(1)大量的凝固浴被絲條帶出浴外;
(2)增加絲條在凝固浴內(nèi)的阻力,容易產(chǎn)生毛絲或單絲斷頭;
(3)纖維素黃原酸酯來不及凝固和分解再生。
這些困難可通過在紡絲機上加一對滾筒,使絲條在上面繞成幾圈,以擠掉被纖維帶走的過量凝固溶液等措
施而得以克服。高速紡絲時,最重要的是降低凝固浴對運動絲束的阻力和提高紡絲的穩(wěn)定性。即使在紡絲
速度較低(50~60m/min)的情況下,凝固浴對運動絲束的阻力,通常占絲條總阻力的30%~35%。
由于凝固浴的阻力增大,所得纖維的物理機械性能降低,特別是斷裂伸長率下降更多。有人采用管中成
型,即增加凝固浴在管中的流速,使其與粘膠液流在浴中的流速相接近,以此來降低凝固浴的阻力,使紡
絲速度提高到160m/min。在凝固浴流速低于粘膠的噴出速度時,提高凝固浴流速,纖維的斷裂伸長率也
不斷提高。實驗表明,凝固浴流速比粘膠噴出速度高5%~10%為強力纖維最合適的紡絲條件。增加凝固浴
的浸長、升高凝固浴溫度以及提高凝固浴中H2SO4的濃度,可以加速纖維素黃原酸酯的凝固和分解,因而
可以提高紡絲速度。粘膠纖維的成型速度不僅因品種而異,還因紡絲機的類型而各有不同。筒管式長絲紡
絲機的紡絲速度一般為65~90m/min,有的高達125~135m/min,離心式紡絲機一般速度為50~75m/min,高的可達90~100m/min;使用連續(xù)式紡絲機紡制長絲時,紡速一般為50~65m/min。
棉型短纖維的紡速一般為80~90m/min,毛型纖維的紡速一般為55~80m/min,富纖的紡速一般為
20~30m/min、強力纖維的紡速一般為40~60m/min,高濕模量纖維的紡速一般為25~50m/min。
3.凝固浴組成、循環(huán)量以及成型溫度
粘膠纖維成型時,凝固浴的組成必須保證粘膠經(jīng)過凝固浴的作用后,在離開凝固浴的纖維素凝膠仍具有
一定剩余酯化度,這一過程通常在0.1~0.2s內(nèi)完成。確定凝固浴濃度主要與下列因素有關(guān):粘膠液流在
凝固浴中的長度越短,紡絲速度越高,粘胺中的含堿量越高,熟成度越低(鹽值越高),單纖維的線密
度越高,則凝固浴中H2SO4的濃度也應越高。為了保證成型的穩(wěn)定性,必須使凝固浴濃度的波動限制在
一定范圍內(nèi),這就要使凝固浴的循環(huán)量保持在一定水平上。凝固浴中的H2SO4與粘膠中的NaOH發(fā)生中
和反應,另一部分硫酸則消耗在纖維素黃原酸酯的分解和粘膠副產(chǎn)物的反應上;由于酸堿中和作用,使
硫酸鈉的絕對量不斷增加;粘膠中大量水分帶入凝固浴,使凝固浴各組分濃度下降,絲束引出時,也帶
出一部分凝固浴,使各組分絕對量減少。為使各組分濃度保持不變,必須使凝固浴進行循環(huán),補充H2SO4
及ZnSO4,蒸發(fā)多余的水,結(jié)晶出過量的Na2SO4,并調(diào)整凝固浴的溫度。
凝固浴的循環(huán)量取決于紡絲速度和纖維的總線密度。紡絲速度越高,纖維的總線密度越大,循環(huán)量就越
大。提高凝固浴溫度,可加快各種化學反應的速度、雙擴散速度和凝固速度。還應保證浴溫的均勻性,
以保持纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的穩(wěn)定。
4.噴絲孔形狀
噴絲孔的形狀及大小,對成型穩(wěn)定性及纖維的物理機械性質(zhì)有較大的影響。
增加噴絲孔的長度,能增加粘膠液流在噴絲孔道中的逗留時間,由于入口效應有較大的回復,使出口的
膨化效應有所降低,從而提高紡絲穩(wěn)定性,增加噴絲頭的最大拉伸值,并使成品纖維的斷裂強度有所提
高。噴絲頭孔道的形狀,在很大程度上影響粘膠液流的流動和入口效應。圓柱形的噴絲孔道,入口處需
要消耗較大的能量,這部分能量作為彈性能儲藏在體系中,在出口處產(chǎn)生較大的膨化。如果將入口改為
圓錐形,則其消耗的能量大為降低,出口膨化率也明顯降低。如把噴絲孔道制成雙曲線形,由于膨化率
大為降低,使纖維的斷裂強度有較大的提高。減小噴絲頭的孔徑不僅能提高成型的穩(wěn)定性,而且能改善
粘膠纖維的物理機械性能。降低噴絲頭孔徑能增加最大噴絲頭拉伸,如孔徑為0.05mm,最大噴頭拉伸
為274%,當孔徑增至0.20mm時,最大噴頭拉伸僅為46%。在給定的成型條件下,最大噴絲頭拉伸值
是衡量粘膠的彈黏性、表面張力、凝固浴的凝固能力以及其他因素的綜合指標,又是成型穩(wěn)定性的指標。
由此可見,減小噴絲頭孔徑,可提高成型穩(wěn)定性,從而降低絲條的斷頭率和噴頭的更換率。
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