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直接纺丝法制造超细纤维的技术要点分析

出自:http://www.sdmicrofiber.com 发布时间:2013年12月1日

1. 直接纺丝工艺适用的纤维品种

直接纺丝法超细纤维的制造主要用于PET纤维、PP纤维、PA6 纤维以及PA66纤维等品种, 其中关于PET超细纤维的研究工作最 多,这与PET纤维的高性价比有关。

2. 使用低熔体粘度的原料有利于改善流动性能

专利JP 55-132708.JP 55-084416及JP 56-123409直接提出需要使用低熔体粘度的原料,认为纺丝工艺条件下的熔体粘度为95Pa.s时,可以改善熔体的流动性能,有利于纺丝成型。但应当注意,相对分子质量过低会影响纤维的强度。

3. 超细纤维的纺丝可以采用POY.FDY及UDY多种工艺

大多数的PET超细纤维都采用了POY工艺, 纺丝速度达到 3000m/rnin以上,也有纺丝速度高达5000m/lrnin的报道。纺制PA6. PA66超细纤维时, 采用POY纺丝工艺的纺丝速度都在4000m/min以上。尤其是纺制PA6超细纤维时,还要设法控制初生纤维中仪晶型和y晶型的含量,a晶型有利于保证纤维的染色牢度,Y晶型会使纤维更加柔软。 也可采用FDY生产工艺制造超细纤维。

4. 多孔数、小孔径的喷丝板利于降低纤维线密度

有多个专利使用了喷丝孔直径小于0. 2mm的喷丝板,同时保证单孔熔体吐出量小于0. 15g/min,以保证喷丝头拉伸倍数在 200 ~-700范围。根据报道,日本旭化成公司利用熔体直接纺丝工艺制造的超细纤维,其线密度最细可以达到0. 11dtex,所用喷丝头孔径为0.138mm(也有喷丝头孔径为0.094mm的报道)。当然,使用小孔径喷丝头的同时必须使用多孔喷丝板,以保证复丝的线密度适用于纺织加工以及生产能力的合理性。例如,欲生产单纤维线密度为0. ldtex的超细纤维,复丝的总线密度为50dtex,则单纤维的根数就应当是500,即复丝的规格应为50dtex/500f。当然,喷丝孔径愈细,孔愈难加工;单块板上的孔数愈多,成本也愈高。但喷丝孔径愈细,所得纤维愈细,超细纤维性能愈优异,纤维的附加价值也必然更高。

5. 喷丝孔在喷丝板面上的分布要有利于丝条的均匀冷却

为了制造超细纤维,多个专利对喷丝板上小孔的分布做了精心 的研究。如将喷丝孔排列成扇形、方格形、环形、同心圆形、双层正方形等。但喷丝孔无论是设计成哪一种排列方式,都是以满足整个 喷丝板上所有小孔喷出的熔体丝条能够得到完全、均匀的冷却效果 为目的,这样才能得到不仅线密度均匀性良好,而且结构和性能均匀性也良好的纤维。JP 07-300716设计了一种特殊的喷丝孔结 构,在喷丝板上一个导孔的下部分布着多个喷丝孔,导孔与喷丝孔 之间以锐角相连接,可以避免纺丝熔体在纺丝组件内形成死角。

6. 在纺丝组件内设置静态混合器可以改善和提高熔体的质量

JP 64-040613专利为了提高纺丝熔体的质量及温度的均匀性,在组件内的喷丝板上方设置了一个静态混合器,提高了纤维的 可纺性和最终纤维的质量。

7.在喷丝板下方设置缓冷区可以降低熔体丝条的粘度和拉伸应力

JP 55-026203等专利提出,在喷丝板下方加装保温板,可在喷丝板下方形成一个覆盖熔体细流的缓冷区,将喷丝头下方1~ 3cm 区段内的环境温度控制在规定范围内,使丝条缓慢冷却。缓冷的目的主要是通过降低熔体丝条的粘度来降低纺丝应力,从而有利于熔体丝条在成型过程中的拉长变细,同时也提高纤维结构与性能的均匀性。纺制PET超细纤维时,通常缓冷区温度低于200℃,而在纺制PA6纤维时,缓冷区温度应低于220℃ ( 或更低)。

8.环吹风有利于提高丝条冷却的均匀性

丝条的冷却成型有采用侧吹风的,但大多是使用环吹风方式, 这主要是由于纺制超细纤维时单丝根数较多,采用环吹风有利于提 高丝条冷却的均匀性。

9.丝条尽早集束可降低纺丝应力

将导丝钩设置在距离喷丝板较近处(如700~1300mm之间)使 丝条尽早集束可降低纺丝应力。在距离喷丝板适当高度处(各专利 提出的距离不等,大多在700 ~1300mm之间)用导丝钩尽早将分散的单根纤维集聚成束,可降低丝束的比表面积,减小丝束与空气间 的摩擦阻力,从而降低纺丝应力,减少断头及毛丝发生。在具体实 施时,可使用上油嘴或网络喷嘴作为橥束器。

10.改进超细纤维织物染色性能的方法

由于超细纤维比表面积大,因而染色时易出现上染快、易染花、显色性差的缺点。对此,也有许多专利提出了改进超细纤维织物染 色性能的建议和方法。

JP 55-152814使用高温高压型阳离子染料可染聚酯、常压沸染型阳离子染料可染聚酯,或使用分散染料常压可染聚酯为原料生 产出了可深染型的超细纤维。

JP 56-004715通过调节纺丝一拉伸一定型工艺条件控制纤维的超分子结构,最终获得了具有高取向度和大晶粒尺寸结构的纤 维,实现了超细纤维可深染。

关于如何改善聚己内酰胺超细纤维的染色问题,主要提出了两 种措施:一是通过控制纺丝一拉伸一定型工艺条件,使纤维具有适 宜取向度、适度0[晶型及7晶型含量的超分子结构,从而得到了手 感柔软、染色牢度高的超细纤维织物;二是设法将纤维中的链端氨 基基团和双折射指数控制在指定范围内,可得到染色牢度及染色耐 久性优良的超细纤维。

11.控制初生纤维形成次晶结构是聚丙烯( PP)超细纤维的生产技术关键

聚丙烯( PP)超细纤维的生产技术原理与PET超细纤维大体相同,但由于原料PP具有易结晶,以及不同晶形结构的PP具有不同 的拉伸性能,因此PP超细纤维的生产技术另有其特点。利用高速纺丝技术纺制单纤维线密度小于1dtex的PP超细纤维时,最关键的 技术是控制卷绕丝形成次晶为主体的结构。因此,应当选用值较高,且分子量分布较窄的原料,或是采用较高的纺丝温度(其目的均是为了降低纺丝熔体粘度)。另外, 还应在喷丝板下方设置一 个缓冷区,并采用低温、小风量的吹风工艺等。这些措施控制卷绕丝形成以次晶为主体的结构,从而提高初生纤维的可拉伸性能,降低纤维线密度、强度、断裂伸长率等性能的不匀率。关于超细纤维的制造,研究者们提出了以上技术要点。但在实际应用中,通常需要将其中的几项技术配合使用,才能达到最佳的综合效果。

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