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1、第五章 聚丙烯纖維 第一節(jié) 概述 1953年 zieglar和 natta發(fā)明了能夠使烯烴定向聚合的 有機金屬絡合催化劑 ， 同年意大利的納塔用這種催化 劑合成了等規(guī)聚丙烯 ， 1957年意大利開始工業(yè)化生產(chǎn) 聚丙烯 。 1960年工業(yè)化生產(chǎn)聚丙烯纖維 。 隨著石油工 業(yè)的發(fā)展 ， 丙烯來源豐富 ， 價廉使聚丙烯纖維的發(fā)展 很快 ， 七十年代末產(chǎn)量已達一百多萬噸 ， 居合纖第四 位 。 聚丙烯纖維的主要商品名稱： 我國 意大利 美國 日本 丙綸 Meraklon Herculon Pylen 丙綸纖維的主要特點： 1、 比重?。罕]是目前所有纖維中比重最小的 0.918/cm3 2、 強度高：

2、丙綸是強度比較高的一種纖維 ， 由于丙綸 不吸水 ， 其干濕強度基本相同更適用濕態(tài)的使用要求 。 3、 彈性好：回彈率與滌綸 、 腈綸 、 尼龍類似 ， 彈性模 量略低于滌綸 4、 光熱穩(wěn)定性差：易于老化 ， 在加工使用中容易失去 光澤 、 強伸度下降 。 5、 染色性差： PP上沒有極性基因缺乏對一般染料的親 和性 。 表 5-1 PP纖維的主要性能 性 能 指 標 復 絲 短 纖 維 斷裂強度 /cNdtex-1 斷裂伸長 /% 彈性回復率 /% （ 在 5%伸長時 ） 初始模量 /cNdtex-1 沸水收縮率 /% 回潮率 /% 3.1-6.4 15-35 88-98 46-136 0-

3、5 0.03 2.5-5.3 20-35 88-95 23-63 0-5 0.03 第二節(jié) 紡絲級聚丙烯 聚丙烯的生產(chǎn)一般都是由較大型的石油化工企業(yè)完成 的 ， 化纖廠基本上都采用聚丙烯切片紡絲 。 切片的主要指標： 等規(guī)度 95 2dl/g 分子量 18 20萬 熔融指數(shù) 6g/10min 水分 0.1% 用齊格勒納塔催化劑可以獲得高規(guī)整性的聚丙烯 ， 從而得到較高結晶性和較高的熔點及良好的物理機械 性能 。 丙 烯 單元中沒有極性基因 ， 為了增加分子間作 用力 ， 其分子量比一般成纖高聚物要高 。 等規(guī)度的測定： 丙稀聚合物中含有等規(guī) 、 間規(guī) 、 無規(guī)三種結構組成 。 而正庚烷能溶解無

4、規(guī) 、 間規(guī)聚合物 ， 可以采用沸騰的正 庚烷對聚丙烯聚合物試樣進行萃取 、 萃取后所剩殘渣即 為等規(guī)聚丙烯 。 用萃取前后試樣質(zhì)量之比即為等規(guī)度 。 熔融指數(shù)的測定： “ MI”是熱塑性高聚物在規(guī)定地溫度和壓力下在十分鐘 內(nèi)通過指定長度和內(nèi)徑的毛細管的重量值 。 單位 “ g/10min”。 PP的測定條件：溫度 230 ， 壓力 2160g， 毛細管 d=2.095mm ， l=8mm。 MI可表征 PP的流動特性 ， 估量其分子量的大小 。 PP切片不用干燥可直接用于紡絲 。 （ 吸水性差并對熱 降解影響小 ） 第三節(jié) 聚丙烯的熔體紡絲 一 、 熔體紡絲 與 PET、 PA熔體紡絲過程一

5、樣 PP也可以用熔體紡絲法 制成長絲 、 短纖維 。 工業(yè)生產(chǎn) PP纖維一般采用普通的熔 體紡絲法和膜裂紡絲法 。 隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展 ， 近年來 又有許多新的生產(chǎn)工藝出現(xiàn) ， 如復合紡絲 、 短程紡 、 膨 體長絲 、 紡 牽一步法 （ FDY） 、 紡粘和熔體噴射法非 織造布工藝等 。 主要的工藝參數(shù)及其分析如下： 1、紡絲溫度 PP熔體溫度高出其熔點 100 左右，原因如下： (1)PP的分子量高，熔融后的熔體粘度很高，因此要提 高紡絲溫度以增加流動性使紡絲順利進行。 (2)PP中沒有強極性基因，內(nèi)聚能較小，紡絲時容易 出現(xiàn)熔體破裂 (3)PP分子量分布寬 ， 熔體彈性較大牛頓性能差 。

6、 (4)高溫下紡絲 ， 卷繞絲的預取向度低并生成不穩(wěn)定 的碟狀液晶結構以利于后拉伸倍數(shù)的提高 。 2、 冷卻條件 冷卻速率快 ， 卷繞絲易生成不穩(wěn)定的碟狀液晶結構 。 冷卻速率慢 ， 卷繞絲易生成穩(wěn)定的單斜晶體結構 。 實際生產(chǎn)中絲室溫度偏低 ， 側吹風時 35 40 ， 環(huán)狀 吹風 30 40 冷卻風溫 25 風速 0.30.4m/s。 3、 噴絲頭拉伸 噴絲頭拉伸倍數(shù)比滌綸紡絲低 ， 一般為 60倍左右 ， 若 預拉伸倍數(shù)過高會導致卷繞絲生成穩(wěn)定的單斜晶體從而 使后拉伸倍數(shù)降低 ， 影響纖維質(zhì)量 。 4、 后處理 丙綸短纖維后處理的流程也和滌綸 、 錦綸相似 : 集束 第一拉伸機 第二拉伸

7、機 過熱蒸汽加熱器 第三拉伸機 卷曲 熱定型 切斷 打包 丙綸長絲的熔體紡絲過程也與滌綸絲錦綸絲相似 。 下面以聚丙烯復絲生產(chǎn)的錄象為例介紹常規(guī)聚丙烯 纖維的生產(chǎn)過程 。 二 、 聚丙烯纖維的老化及防止措施 聚丙烯纖維雖具有許多優(yōu)點 ， 但由于等規(guī)纖維的結 構非常單一 ， 在分子鏈上含有許多不太穩(wěn)定的叔碳原 子 ， 而且大分子中不含極性基團 ,導致聚丙烯有容易老 化和染色性差的缺陷 。 老化：高分子材料在加工 、 貯存和使用過程中逐漸 失去原有的優(yōu)良性能以致最后喪失使用價值的現(xiàn)象 。 丙綸老化：失去光澤 、 退色 、 強伸度下降 。 老化外因：光 、 熱 、 氧的作用結果 。 1、 熱氧老化

8、（ 主要發(fā)生在加工過程中 ） PP本身結構不耐老化 ， 加工溫度比較高在加工中很容 易發(fā)生熱氧化降解 。 （ 分子鏈中生成一些羥基基團 ） 2、 光氧老化 （ 主要發(fā)生在使用過程中 ） PP在使用過程中 ， 由于日光中紫外線 、 熱 、 氧等作用 發(fā)生的老化 。 （ 羥基化合物能強烈地吸收紫外線成為 激發(fā)態(tài) ， 使高分子降解老化 ） 熱老化與光老化有密切的關系 ， PP在熱氧化老化中產(chǎn) 生的化合物是光氧化的先導 、 反過來光老化又會誘導 熱氧降解的繼續(xù)發(fā)生 ， 兩者互為因果彼此促進 。 3、 穩(wěn)定老化的措施 添加各種穩(wěn)定劑 、 高聚物改性 、 改進聚合和加工工 藝 。 工業(yè)中主要采用添加穩(wěn)定劑

9、的方法 ， 這種方法簡單 易行收效快 。 第四節(jié) 聚丙烯全拉伸纖維（ FDY） 下面我們以一段錄象進行介紹。 第五節(jié) 聚丙烯的裂膜紡絲 特點：生產(chǎn)過程簡單 、 原料要求低 ， 產(chǎn)量高 、 能耗 低 。 膜裂纖維包括：割裂纖維和撕裂纖維 一 、 割裂纖維 （ 扁條 、 扁絲 ） 割裂纖維是把 T型機頭擠出的平膜或吹塑得到的管狀 膜通過具有一定間隔的刀具架被切割成扁帶 、 再經(jīng)拉 伸 、 熱定型得到扁絲 。 一般寬 2.5-6mm,厚 20 50m 纖度 1100dtex左右 ， 強度 4.4cn/dtex 。 平膜擠出法：纖度較均勻 ， 手感和耐沖擊性較差 。 吹型薄膜法：產(chǎn)量高 、 手感好 、

10、 纖度均勻性較差 。 主要用途：地毯底布 、 編織袋 、 工業(yè)織物 、 繩索等 。 二 、 撕裂纖維 （ 原纖化纖維 ） 將擠出或吹塑得到的薄膜經(jīng)單軸拉伸使大分子沿拉 伸方向取向 ， 拉伸方向強度 ， 垂直拉伸方向強度 ， 然后薄膜通過針輥或齒輥等破纖裝置 ， 被開纖 ， 再經(jīng) 物理 、 化學或機械作用使開纖薄膜進步離散成纖維網(wǎng) 狀物或連續(xù)絲條 ， 長絲 。 主要用途：地毯 、 人造草坪 、 包裝材料 、 繩索 、 工 業(yè)用織物 。 圖 5-7 針輥法撕裂纖維生產(chǎn)工藝流程 1-擠出機 -歧管式機頭 -冷卻水箱 -切割設備 -加熱烘箱 -拉伸機 -熱定型烘箱 -抗靜電油劑 -橡膠壓輥 -機械原纖

11、化輥 -去卷取 第六節(jié) 聚丙烯的短程紡絲 短程紡絲技術是較常規(guī)紡絲的工藝流程短 ， 紡絲工序 與拉伸工序直接相連 ， 噴絲頭孔數(shù)增加 ， 紡絲速度降低 的一種新工藝路線 。 整套生產(chǎn)線可縮短到 50m左右 ， 從 切片輸入到纖維打包全部連續(xù)化 ， 可生產(chǎn)單絲線密度為 1200dtex的短纖維 。 它具有占地面小 ， 產(chǎn)量高 ， 成本 較低 ， 操作方便 ， 宜于迅速開發(fā)且適應性強等優(yōu)點 。 近年來短程紡有很大發(fā)展 ， 在技術與設備上都有所突破 。 如機器高度由三層壓縮到一層 ， 該技術主要以生產(chǎn)丙 綸為主 ， 也可用于滌綸 、 錦綸生產(chǎn) 。 1. 工藝流程 短程紡設備雖不盡相同 ， 但工藝流程

12、基本相似 ， 即： 切片喂入 添加劑注入 切片共混 螺桿擠出 熔體 過濾 熔體分配 紡絲 冷卻成形 上油卷曲 張力調(diào)節(jié) 拉伸 卷取 熱定型 張力消除 切斷 打包 。 2. 設備與工藝特點 紡絲箱體有 6-32個紡絲位 ， 噴絲板有環(huán)形和矩形兩種 ， 噴絲孔數(shù)多達 15萬孔 ， 冷卻吹風形式有側吹 、 中心 放射和真空環(huán)吸等 。 采用環(huán)形噴絲板 、 中心放射冷卻 形式時 ， 噴絲孔均勻分配在圓環(huán)上 ， 紡出的絲像吹塑 圓形薄膜 ， 冷卻氣體由中心向外吹 ， 以便迅速冷卻 。 圖 5-5RIETEX公司短程紡流程圖 1-自動計量與混料系統(tǒng) 2-螺桿擠出機 3-紡絲機 4-卷繞裝置 5- 排煙裝置

13、6-控制柜 7-設備框架 8-五棍牽伸機 9-蒸汽箱 10-導 絲機 11-疊絲機 12-卷曲機 13-干燥熱定型機 14-切斷機 15-打 包機 表 5-3 RIETEX公司短程紡裝置的主要技術特征 每臺 紡絲 位數(shù) 細纖維 1.7-3.3dtex 粗纖維 6.7-200dtex 螺桿直徑 mm 小時產(chǎn)量 Kgh-1 年產(chǎn)量 t 螺桿直徑 mm 小時產(chǎn)量 Kg 年產(chǎn)量 t 6 8 10 12 28 210 212 216 120 150 170 170 150 170 170 180 300 400 500 600 800 1000 1200 1600 2520 3360 4200 5040

14、 6720 8400 10080 13440 150 170 180 200 170 180 200 200 450 600 750 900 1200 1500 1800 2400 3780 5040 6300 7560 10080 12600 15120 20160 下面以一段錄象使同學們對 短程紡絲有一個更直觀的 了解。 第六節(jié) 聚丙烯膨體長絲 膨體長絲的縮寫為 BCF。 其生產(chǎn)過程請看錄象： 第七節(jié) 紡粘法非織造布 紡粘法是指紡絲直接成布法，其工藝流程包括 PP切片 熔融紡絲、牽伸、分絲成網(wǎng)和粘合加固。紡粘法非織造 布其工藝流程如下： PP切片 熔融紡絲 冷卻成形 拉伸 鋪網(wǎng) 纖網(wǎng)輸送

15、纖網(wǎng)加固 卷裝 具體的生產(chǎn)過程我們還是來看錄象： 第八節(jié) 熔噴法 熔噴法非織造布和紡粘法非織造由一樣都是利用化纖 紡絲得到的纖維直接鋪網(wǎng)而成，但是它和紡粘法有原 則的區(qū)別，紡粘法是在聚合物熔體噴絲后才和拉伸的 空氣相接觸，而熔噴法則是在聚合物熔體噴絲的同時 利用熱空氣以超音速和熔體細流接觸，使熔體噴出并 被拉成極細的無規(guī)則短纖維，是制取超細纖維非織造 布的主要方法之一。熔噴法非織造布工藝流程如下： 圖 5- 熔噴法成網(wǎng)工藝原理 粉狀或粒狀 PP經(jīng)擠壓熔融后定量送入熔噴模頭，熔體 B 從模頭噴板的小孔噴出后在高速熱空氣流 A的作用下， 被拉伸成很細的細流，然后在周圍的冷空氣 C的作用下 冷卻固化

16、成纖維，其后被捕集裝置 D捕集，經(jīng)壓輥進入 鋪網(wǎng)機成網(wǎng)，切邊后卷裝為成品。 熔噴法非織造布空隙率高、孔徑小、過濾性好、手感 柔軟，生產(chǎn)設備緊湊。用途十分廣泛，并在不斷發(fā)展， 特別是在過濾材料、吸附材料和一次性用品方面。但 熔噴法非織造布強度不高，延伸度大，因此產(chǎn)品尺寸 不穩(wěn)定，從而限制了它在衣著、家用以及合成革等方 面的應用。 第三節(jié) 聚丙烯纖維的改性及新品種 PP纖維具有許多優(yōu)良的性能，但也有蠟感強、手感 偏硬、難染色、易積聚靜電等缺點。因此對其進行改 性，開發(fā)新品種已成為 PP纖維發(fā)展的主要方向。 一、可染聚丙烯纖維 PP大分子不含極性基團或可反應的官能團，而且聚 合物結構中缺乏適當容納染

17、料分子的位置，所以染色 相當困難。除原液染色外，解決 PP纖維染色問題的途 徑有以下兩條： 2、共聚改性：與丙稀酸、丙稀腈、乙烯基吡啶等共 聚，或接技共聚在聚合物中引入可接受染料的極性基 團。 3、共混改性：在熔體中混入少量染料接受劑。如引 入有機金屬化合物、陽離子有機氮化物。 主要產(chǎn)品包括：媒介染料可染 PP纖維；堿性染 料可染 PP纖維；分散染料可染 PP纖維；酸性染料 可染 PP纖維，其中酸性染料可染 PP纖維最有前途。 二、高強高模聚丙烯纖維 通過選用高分子、高等規(guī)度的 PP原料，從提高大分子 鏈伸展程度和結晶度著手，對紡絲和拉伸、熱處理工藝 過程合理控制可獲得高強高模 PP纖維。 高

18、強 PP纖維在產(chǎn)業(yè)用纖維領域中具極大競爭潛力。因 為其除具有優(yōu)良力學性能和耐化學性外，還具有生產(chǎn)設 備投資少、原料價格便宜、生產(chǎn)過程耗能少等明顯的技 術經(jīng)濟優(yōu)勢。國外高強 PP纖維的年銷量不斷遞增。 高強 PP纖維可以用作各種工業(yè)吊帶 、 建筑業(yè)安全網(wǎng) 、 汽車及運動的安全帶 、 船用纜繩 ， 冶金 、 化工 、 食品及 污水處理等行業(yè)的過濾織物 ， 加固堤壩 、 水庫 、 鐵路 、 高速公路等工程的土工布 ， 汽車和旅游業(yè)用的蓬苫布 ， 以及高壓水管和工業(yè)縫紉線等產(chǎn)業(yè)領域 。 三、細旦及超細旦聚丙烯纖維 普通 PP纖維手感較硬，有蠟狀感，因此服用數(shù)量很小。 細旦 PP長絲具有密度小、靜電小、

19、保暖、手感好及特殊 光澤、酷似真絲等特點，并且有 “ 芯吸 ” 效應及疏水、導 濕性，是制作內(nèi)衣及運動服的理想材料。 國內(nèi)用可控流變性能的 PP切片在常規(guī)紡、高速紡及 FDY 設備上開發(fā)出了單絲線密度達 0.71.2dtex的 PP細旦絲。 超細旦 PP纖維是指直徑小于 5m 的纖維。其制品作為 氣懸體的優(yōu)良過濾介質(zhì)，在防止空氣污染裝置、卷煙過濾 嘴、采礦、醫(yī)藥及工業(yè)用濾網(wǎng)、飲料的速過濾裝置等方面 得到廣泛應用。超細 PP纖維還可作離子交換樹脂的載體及 電絕緣材料。其生產(chǎn)方法有離心紡絲、熔噴紡和閃蒸紡及 不相容混合物紡絲。 四、阻燃聚丙烯纖維 由 PP纖維制成的織物易燃燒并伴有燃撓滴熔現(xiàn)象，這

20、 一點限制了它的使用范圍。 PP纖維的阻燃研究主要是通 過共混改性的方法。 共混阻燃改性是選用溴系 、 磷系或含氮阻燃劑或它們 的復合物與 PP預先制成阻燃母粒 ， 在紡絲時按比例與 PP切片共混紡絲 。 燃燒時 ， PP形成碳質(zhì)焦炭以阻礙與 氧氣接觸達到阻燃目的 。 也有使用磷與鹵素協(xié)同作用或 采用三氧化二銻與鹵素協(xié)同作用的阻燃劑 。 例如用 7.2 的八溴聯(lián)苯醚與三氧化二銻的混合物與 PP共混紡絲 ， 其極限氧指數(shù)可以從 18.1提高到 28.1。 高分子材料的阻燃研究經(jīng)歷了含鹵阻燃、低鹵阻燃 到無鹵阻燃的發(fā)展過程。阻燃加工中使用的有效阻燃 元素有：磷、氮、銻、溴、氯、硫等。而大多數(shù)阻燃

21、劑是以磷為中心元素的化合物。鹵素在阻燃性能方面 的次序為； I Br Cl F。不同阻燃劑的阻燃機理不 同，一般認為：磷化物主要是固相阻燃，促使纖維炭 化分解，減少可燃氣體產(chǎn)生，鹵素主要是氣相阻燃， 阻礙分解氣體的自由基燃燒反應。 五、遠紅外聚丙烯纖維 遠紅外丙綸纖維是一種具有優(yōu)良保健理療功能、熱效 應功能和排濕透氣、抑菌功能的新型紡織材料。它含有 特殊的陶瓷成分；這鐘成分能吸收人體釋放出來的輻射 熱，并在吸收自然界光熱后發(fā)射回人體最需要的 414m 波長的遠紅外線。這種遠紅外線具有 “ 輻射、 滲透 ” 和 “ 共振吸收 ” 特征，易被人體皮膚吸收，活化 組織細胞，促進新陳代謝，讓人體達到保

22、濕及促進血液 循環(huán)的保健作用。 20世紀 80年代中期，日本鐘紡和可樂 麗公司在 PP中混人遠紅外陶瓷成分，制成遠紅外 PP短纖 維。遠紅外丙綸纖維在我國也有多家企業(yè)生產(chǎn)，該產(chǎn)品 的產(chǎn)量近年內(nèi)有很大程度的提高。 六、三維卷曲中空聚丙烯纖維 丙綸具有的導熱系數(shù)在所有纖維中是最低的，尤其是它 密度輕，適合作為保溫材料使用。國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)的一種中 空三維卷曲丙綸纖維的纖度 6.67 dtex，長度為 65mm，卷 曲數(shù)為 3.74 cm，壓縮率 76.5，壓縮回復率 35.2， 壓縮彈性率 16.6，該纖維除可作為玩具、被褥、睡袋填 充物使用外，還可作為服裝保溫內(nèi)襯使用。除了中空三維 卷曲丙綸，還開發(fā)

23、了四孔、七孔、九孔高彈中空丙綸，截 面形狀有圓形、方形和三葉形多種，使纖維的回彈性和保 暖性更好，同時該產(chǎn)品生產(chǎn)工藝簡單，能耗低，原料價格 低廉，來源廣泛。因此該產(chǎn)品有著十分廣闊的市場前景。 應用方面包括床上用品、玩具、汽車靠墊、服裝、被褥內(nèi) 襯等，還可用于仿制羊毛毯、仿羊羔皮等。 七、其它改性聚丙烯纖維 將微晶石蠟、肥皂、硅化物、有機酸的脂肪酸脂、高 相對分子質(zhì)量脂肪醇、含氟代烷基的蠟狀物、無規(guī) PP或 低相對分子質(zhì)量聚乙烯與 PP切片相混，可制得耐磨性良 好的 PP纖維。 將 PP切片與抗靜電劑混合紡成纖維，抗靜電劑以微原 纖形態(tài)分散在 PP基體中，使纖維具有抗靜電性能。 選用耐高溫而且與

24、 PP有良好的相容性及分散性的抗菌 劑，采用共混紡絲的方法可制得抗菌保健 PP纖維。 日本宇部將 PP與液體石蠟混合，熔融紡絲，拉伸熱處 理后浸漬在已烷中溶去液體石蠟，制得了孔隙率高達 25的多孔性 PP纖維，多孔性 PP纖維的孔隙率高、孔 徑小、比表面積大、過濾性好?？捎糜谇宄后w中的不 溶性物質(zhì)和物質(zhì)中的臭氣。 80年代以來，人們對芳香的認識不再限于感官的愉 悅，而是更注重于芳香的醫(yī)療保健價值等，開發(fā)出了芳 香整理織物和芳香纖維織物。其主要的研制途徑有三種 ：將芳香物質(zhì)與低熔點聚合物混合造粒后在較低的溫度 下紡絲；將芳香物質(zhì)包敷在微膠囊中后加入到紡絲溶液 (熔體 )中紡絲；將 PP與吸油物質(zhì)混合后紡絲，浸入芳香 物質(zhì)溶液中吸收香料，從而賦予纖維芳香功能。 復習題 1、聚丙烯纖維有哪些特點 2、 聚丙烯切片的等規(guī)度和熔融指數(shù)是如何測定的 3、 聚丙烯紡絲時為什么紡絲溫度要遠高于熔點 4、 為了抑制聚丙烯的老化經(jīng)常加入哪些添加劑 ， 它們 都有哪些作用 5、 簡述割裂纖維和撕裂纖維的制造過程 6、 簡述聚丙烯的短程紡絲 7、 簡述聚丙烯的熔噴紡絲法 8、 簡述聚丙烯的膨體長絲生產(chǎn)法 9、 簡述聚丙烯的紡粘法非織造布生產(chǎn)法 10、 簡述聚丙烯的常規(guī)長絲復絲生產(chǎn)法