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1、第五章 聚丙烯纖維,,第一節(jié) 概述,聚丙烯（PP）纖維是以丙烯聚合得到的等規(guī)聚丙烯為原料紡制而成的合成纖維，在我國的商品名為丙綸。 1953年，Ziegler和Natta發(fā)明了能夠使烯烴定向聚合的有機金屬絡(luò)合催化劑，同年Natta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，聚丙烯纖維實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。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)量達一百多萬噸，居合纖第四位。2000年，世界聚丙烯纖維產(chǎn)量達550萬噸。,2009年1-12月中國化纖產(chǎn)量完成情況,,丙綸纖維的主要特點： 比重小：丙綸是目前所有纖維中比重最小的（0

2、.90-0.92 g/cm3）。 強度高、耐磨、耐腐蝕：丙綸是強度比較高的一種纖維，干濕強度基本相同，更適用濕態(tài)的使用要求，且回彈性好。 具有電絕緣性和保暖性：在各種化學(xué)纖維中其電絕緣性和保暖性最好。 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。 染色性差：PP上沒有極性基因，缺乏對一般染料的親和性。,PP纖維的主要性能,第二節(jié) 紡絲級聚丙烯,一、等規(guī)聚丙烯的結(jié)構(gòu)和性能 分子結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,聚丙烯的螺旋結(jié)構(gòu),聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)模型圖,等規(guī)聚丙烯的最佳結(jié)晶溫度為125135，聚丙烯初生纖維的結(jié)晶度為3340%，經(jīng)后拉伸，結(jié)晶度上升至3748%，再經(jīng)熱處理，結(jié)晶度可達6575%。 相對

3、分子質(zhì)量及其分布 相對分子質(zhì)量及其分布對聚丙烯的熔融流動性質(zhì)和紡絲、拉伸后纖維的力學(xué)性能有很大影響。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（纖維級聚丙烯的平均相對分子質(zhì)量為1830萬）比一般成纖高聚物（如聚酯和聚酰胺為2萬左右）要高。,工業(yè)上常采用熔融指數(shù)（Melting Index，MI）表征PP的流動性，可粗略地估量其分子量的大小。 熔融指數(shù)是熱塑性高聚物在規(guī)定的溫度和壓力下，在10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熔融指數(shù)的測定條件：溫度230，壓力2160g，毛細管D=2.095mm ，L=8mm。 等規(guī)聚丙烯相對分子質(zhì)量分布的多分

4、散性較大，一般為47，而聚酯和聚酰胺為1.52。,熱性質(zhì) 聚丙烯的玻璃化溫度大致在-35-10 ，熔點為165176 ，熱分解溫度為350380 （因PP切片吸水性差并對熱降解影響小，其不用干燥可直接紡絲）。 耐化學(xué)藥品性與抗生物性 室溫下在無機酸、堿和鹽的水溶液以及油類中有很好的穩(wěn)定性，但抗氧化試劑（如過氧化氫、濃硫酸等）會侵蝕聚丙烯。在大多數(shù)烷烴、芳烴、鹵代烴中，升高溫度會使等規(guī)聚丙烯溶脹和溶解。其還具有極好的耐霉性和抑菌性，不被蟲蛀。,耐老化性 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。 聚丙烯纖維在熱、光及大氣綜合影響下，失去光澤、褪色、

5、強伸度下降。因為聚丙烯的叔碳原子對氧十分敏感，在熱和紫外線的作用下易發(fā)生熱氧化降解（主要發(fā)生在加工過程中）和光氧化降解（主要發(fā)生在使用過程中） 。為此需在聚丙烯中添加抗氧劑、抗紫外線穩(wěn)定劑等。,二、成纖聚丙烯的性能特點和質(zhì)量要求 切片的主要指標： 等規(guī)度95 粘均分子量 1820萬 熔融指數(shù) 615 g/10min 含水率<0.1% 灰分<0.05%,第三節(jié) 聚丙烯纖維的生產(chǎn),一、常規(guī)熔體紡絲 紡絲的主要工藝參數(shù)： 紡絲溫度 PP熔體溫度高出其熔點100左右，原因如下： PP的分子量大，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。,PP中沒有強極性基因，內(nèi)聚能較小，紡絲

6、時容易出現(xiàn)熔體破裂。 PP分子量分布寬，熔體彈性較大，牛頓性能差。 高溫下紡絲，卷繞絲的預(yù)取向度低并生成不穩(wěn)定的碟狀液晶結(jié)構(gòu)，有利于后拉伸倍數(shù)的提高。 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(jié)構(gòu)。冷卻速率慢，卷繞絲易生成穩(wěn)定的單斜晶體結(jié)構(gòu)。實際生產(chǎn)中絲室溫度以偏低為好，側(cè)吹風時可為3540，環(huán)吹風時可為3040，送風溫度為25，風速0.30.4m/s。,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(yù)拉伸倍數(shù)過高會導(dǎo)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。 拉伸和熱定型 聚丙烯纖維的后拉伸溫度以120130 為宜。拉伸速度一般偏低些為好，因為過高

7、的拉伸速度會使拉伸應(yīng)力大大提高，纖維的空洞率增加，因而增加拉伸斷頭率。 熱定型溫度為120130 。,二、聚丙烯短程紡絲技術(shù) 短程紡絲技術(shù)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(yīng)性強等優(yōu)點。 近年來短程紡有很大發(fā)展，在技術(shù)與設(shè)備上都有所突破。如機器高度由三層壓縮到一層，該技術(shù)主要以生產(chǎn)丙綸為主，也可用于滌綸、錦綸生產(chǎn)。,工藝流程 切片喂入添加劑注入切片共混螺桿擠出熔體過

8、濾熔體分配紡絲冷卻成形上油卷曲張力調(diào)節(jié)拉伸卷曲熱定型 張力消除切斷打包。 設(shè)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(cè)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。,三、聚丙烯膨體長絲（BCF） 四、聚丙烯FDY生產(chǎn)法 五、聚丙烯裂膜纖維 裂膜纖維也稱薄膜纖維，是高聚物薄膜經(jīng)縱向拉伸、切割、撕裂或原纖化制成的化學(xué)纖維。 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

9、伸、熱定型得到扁絲。一般寬2.5-6mm，厚20-50m，纖度1100dtex左右。,平膜擠出法：纖度較均勻，手感和耐沖擊性較差。 吹塑薄膜法：產(chǎn)量高、手感好、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。 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(xué)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。 六、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

10、網(wǎng)和粘合加固。 工藝流程： PP切片熔融紡絲冷卻成形拉伸鋪網(wǎng)纖網(wǎng)輸送纖網(wǎng)加固卷裝,氣流成網(wǎng) 1絲束 2噴嘴 3、4偏心輪 5成網(wǎng)簾,熱軋粘合法 1刻花輥 2光輥 3纖網(wǎng),針刺法基本原理 1纖網(wǎng) 2刺針,七、熔噴法非織造布 熔噴法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（紡粘法是在聚合物熔體噴絲后才和拉伸的空氣相接觸）。 工藝流程：,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的作用下冷卻固化成纖維，其后被捕集裝

11、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。,熔噴法成網(wǎng)工藝原理,熔噴法非織造布孔隙率高、孔徑小、過濾性好、手感柔軟，生產(chǎn)設(shè)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(yīng)用。,第四節(jié) 聚丙烯纖維的改性及新品種,一、可染聚丙烯纖維 二、高強高模聚丙烯纖維 三、細旦及超細旦聚丙烯纖維 四、阻燃聚丙烯纖維 五、遠紅外聚丙烯纖維 六、三維卷曲中空聚丙烯纖維 七、其它改性聚丙烯纖維,復(fù)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(fù)絲生產(chǎn)法,