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1、第二章 再生纖維素纖維 第一節(jié) 概述 2、纖維素的分類 纖維素不是一種均一的物質(zhì),而是一種不同相對(duì)分子 質(zhì)量的混合物。在工業(yè)上分為: 纖維素、纖維 素、纖維素。后兩種纖維素統(tǒng)稱為半纖維素。 纖維素是植物纖維素在特定條件下不溶于20 的17.5%naoh溶液的部分；溶解的部分稱為半纖維素。 纖維素是以上溶解部分用酯酸中和又重新沉淀分離。 出來(lái)的那一部分纖維素。不能沉淀的部分為纖維素。 聚合度越低纖維素越易溶解，顯然，纖維素的聚合 度高于半纖維素的聚合度。纖維素的聚合度一般在 200以上，纖維素為140200, 而纖維素則為 10140。漿粕的纖維素含量越高越好。 1.50 3、纖維素的物理性質(zhì)

2、纖維素是白色、無(wú)味、無(wú)臭的物質(zhì)。密度為1.50 1.56g/cm3, 比熱容為 0.320.33, 不溶于水、稀酸、稀 堿和一般的有機(jī)溶劑 ,但能溶解在濃硫酸和濃氯化鋅溶液 中,同時(shí)發(fā)生一定程度的分子鏈斷裂,使聚合度降低。纖維 素能很好地溶解在銅氨溶液和復(fù)合有機(jī)溶液體系中。 纖維素對(duì)金屬離子具有交換吸附能力。纖維素中含雜質(zhì) 如木質(zhì)素及半纖維素越多,其對(duì)金屬離子的吸附能力越強(qiáng)。 纖維素對(duì)金屬離子的交換吸附能力與溶液的phph值有關(guān)值有關(guān),ph 值越高,交換吸附能力越強(qiáng)。 纖維素一般具有良好的對(duì)水或其它溶液的吸附性。吸 附性的強(qiáng)弱與纖維素的結(jié)構(gòu)及毛細(xì)管作用有關(guān)。 纖維素在200200以下熱穩(wěn)定性尚

3、好；當(dāng)溫度高于以下熱穩(wěn)定性尚好；當(dāng)溫度高于200 時(shí),纖維素的表面性質(zhì)發(fā)生變化,聚合度下降。影響纖維素 裂解的因素除溫度和時(shí)間外,水分和空氣的存在亦有很大 關(guān)系。 4、纖維素的化學(xué)性質(zhì) 在纖維素分子結(jié)構(gòu)中,每個(gè)葡萄糖殘基含有三個(gè)羥基 (oh)及一個(gè)末端醛基,在某些化學(xué)試劑的作用下,纖維 素可發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。 氧化反應(yīng): 纖維素對(duì)氧化劑十分敏感。受氧化劑 作用時(shí), 纖維素分子中的部分羥基被氧化成羧基(-cooh) 或醛基(cho),同時(shí)分子鏈發(fā)生斷裂,聚合度降低 。 與酸反應(yīng):纖維素與酸作用時(shí),在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)發(fā)生 酸性水解。這是由于纖維素大分子的配糖聯(lián)接對(duì)酸不穩(wěn)定 性引起的。纖維素的酸性水

4、解,可分為單相及多相水解。 多相水解時(shí),水解后的纖維素形態(tài)仍保持固態(tài),并不溶解, 這種不溶解的纖維素稱為水解纖維素。水解后，纖維素 聚合度降低。單相水解時(shí),纖維素首先溶解,然后發(fā)生水 解,聚合度下降。如條件劇烈,則水解的最終產(chǎn)物為葡萄 糖。 與堿反應(yīng):纖維素與堿作用時(shí),在適當(dāng)條件下發(fā)生配 糖聯(lián)接堿性降解及端基的“剝皮”反應(yīng), 導(dǎo)致纖維素的 聚合度降低。纖維素與濃naoh溶液作用,生成堿纖維素。 堿纖維素是制備纖維素酯或醚的中間產(chǎn)物。 酯化反應(yīng):纖維素與各種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸反應(yīng),生成 各種酯化物,如硝化纖維素、酯酸纖維素、纖維素黃酸 酯等。 醚化反應(yīng):纖維素與鹵代烷、鹵代酸或硫酸酯作用 生成纖維素

5、醚,比較重要的有:纖維素甲基醚、乙基醚及 羧甲基纖維素(cmc)等,它們有廣泛的用途。 三、纖維素漿粕 1、纖維素漿粕的制造 纖維素漿粕的生產(chǎn)過(guò)程與造紙工業(yè)的制漿過(guò)程區(qū)別 不大 , 但對(duì)漿粕的化學(xué)純度及反應(yīng)性能要求嚴(yán)格,對(duì)機(jī) 械強(qiáng)度等物理性質(zhì)無(wú)特殊要求,因而生產(chǎn)工藝與造紙工 業(yè)有所不同。其生產(chǎn)工藝流程可用圖2-4表示。 備料：制漿原料要進(jìn)行預(yù)處理。甘蔗渣原料要經(jīng)過(guò) 開松和除髓,除去其中的蔗髓及其它機(jī)械雜質(zhì)；棉短絨則 要進(jìn)行開松、除塵,除去砂粒和礦物性雜質(zhì)以及棉籽殼 等；木材原料則要經(jīng)過(guò)剝皮、除節(jié)、切片等處理。 蒸煮：植物原料經(jīng)過(guò)以上的預(yù)處理后與蒸煮藥劑混 合,在規(guī)定的溫度與壓力下進(jìn)行蒸煮成為漿

6、料。蒸煮工序 是制漿中的重要工序之一。根據(jù)蒸煮藥劑的不同, 粘膠纖維漿粕生產(chǎn)的方法一般可分為三種,即亞硫酸鹽法、 預(yù)水解硫酸鹽法及苛性鈉法。其中亞硫酸鹽法適用于結(jié) 構(gòu)緊密的纖維原料,如針葉木等。預(yù)水解硫酸鹽法適用于 樹脂和多縮戊糖含量高的植物纖維原料 , 如落葉松、闊 葉樹及甘蔗渣等?？列遭c法適用于棉短絨制漿。對(duì)于禾 本科植物原料也有采用預(yù)水解苛性鈉法和亞硫酸鹽法制 漿。 在蒸煮過(guò)程中,纖維細(xì)胞發(fā)生膨潤(rùn),初生壁被破壞,漿粕 反應(yīng)性能提高,大部分半纖維素及其它非纖維素化合物 得以除去,漿粕的聚合度降低。蒸煮條件則視纖維原料 的種類、化學(xué)組成、密度、水分、成熟程度及漿粕品質(zhì) 要求不同而異。 精選：

7、蒸煮后的漿料要經(jīng)過(guò)洗滌、打漿、篩選、除 砂、濃縮等過(guò)程,以提高其純度和反應(yīng)性能。 漂白：除去漿料中的有色雜質(zhì)和殘存的木素、灰分、 鐵質(zhì) , 進(jìn)一步提高纖維素的反應(yīng)性能, 并最終調(diào)節(jié)纖維 素的聚合度。 漂白精選后的漿料送至抄漿機(jī),在此成型、脫水、烘 干、整理并成包,即為成品漿粕。 2、粘膠纖維漿粕的質(zhì)量要求 由于漿粕生產(chǎn)原料不同,纖維素纖維品種及制造方法、 工藝、設(shè)備不同 , 因此對(duì)纖維素漿粕的質(zhì)量要求也不盡 相同。但均應(yīng)具有純度高,堿化及黃化時(shí)能與化學(xué)試劑迅 速而均勻地反應(yīng),纖維素酯在堿溶液中擴(kuò)散及溶解性能良 好,并且有良好的過(guò)濾性能,以保證紡絲順利進(jìn)行。漿粕 的理想質(zhì)量如表2-4所示。 表2

8、-4 漿粕的理想質(zhì)量 指標(biāo)名稱 纖維素 雜度 聚合度分布 反應(yīng)性能 纖維長(zhǎng)度分布 漿粕成分均一性 理想要求 越高越好 越低越好 均勻一致，分布帶越窄越好 優(yōu)良 均勻 好 纖維素含量高、半纖維素含量低標(biāo)志著漿粕純 度高,在纖維生產(chǎn)中漿粕及cs 的單位消耗低,也容易進(jìn) 行堿的回收。 漿粕中的雜質(zhì)包括sio、鐵、鎂等,它們使粘膠的粘 度增高 ,并能與酸生成不溶性鹽如 cas0、mgs0,從而 降低酸浴的透明度或堵塞噴絲頭。雜質(zhì)中的鐵、銅、錳 等能加速堿纖維素的老成降解,使工藝不穩(wěn)定,最終 影響粘膠纖維的強(qiáng)度和色澤。雜質(zhì)中的木質(zhì)素具有特殊 的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)基團(tuán),可降低漿粕的潤(rùn)濕能力,延緩老成速 度,在漂白

9、時(shí)生成有色物質(zhì),使纖維產(chǎn)生色斑。木質(zhì)素含 量過(guò)高,將最終導(dǎo)致粘膠纖維的柔軟性變差。 纖維品種和生產(chǎn)方法的不同,對(duì)漿粕聚合度有不同 的要求,但都要求聚合度分布均勻。聚合度高于1200及低 于200的部分越少越好。較高聚合度的部分過(guò)多,其反應(yīng) 性能差,并影響過(guò)濾性能；聚合度低于200的部分過(guò)多,則 成絲質(zhì)量低劣,纖維品質(zhì)差。 漿粕的反應(yīng)性能實(shí)質(zhì)是一種綜合指標(biāo),對(duì)粘膠纖維 生產(chǎn)具有重要意義。反應(yīng)性能好，naoh 和 cs的 消耗量少,溶解性能和過(guò)濾性能好,所得到的粘膠可紡性 好。漿粕的反應(yīng)性能包括纖維素大分子的均一性；纖維 素形態(tài)結(jié)構(gòu),即纖維長(zhǎng)度及纖維初生壁破壞程度,以及植 物纖維的生長(zhǎng)條件等。 另

10、外,若吸堿性能差,則漿粕浸漬時(shí)易上浮,漿粥濃度 不易均勻,不利于生產(chǎn)工藝的控制。 漿粕中的樹脂含量少,則有利過(guò)濾；樹脂含量多,則 影響黃化反應(yīng)的均勻性,并容易堵塞噴絲頭。 第三節(jié) 粘膠原液的制備 一、粘膠纖維的生產(chǎn)過(guò)程 粘膠纖維的原料和成品,其化學(xué)組成都是纖維素,僅 僅是形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及物理機(jī)械性質(zhì)發(fā)生了變化。粘膠纖 維的生產(chǎn)任務(wù),就是通過(guò)化學(xué)和機(jī)械的方法,將漿粕中很 短的纖維制成各種形態(tài)并具有所要求品質(zhì)、適合各種用 途的纖維成品。各種粘膠纖維的生產(chǎn)，都必須經(jīng)過(guò)下列 四個(gè)過(guò)程：(1)、粘膠的制備；(2)、紡前準(zhǔn)備；(3)、纖 維成形；(4)、纖維的后處理。其具體生產(chǎn)工藝流程為： 二、堿纖維素的制

11、備 1、漿粕的準(zhǔn)備 漿粕的生產(chǎn)一般是分批進(jìn)行的,各批漿粕之間往往存 在著一定的差異,特別是當(dāng)漿粕的原料品種或質(zhì)量變化較 大以及生產(chǎn)工藝控制出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),就會(huì)對(duì)粘膠生產(chǎn)產(chǎn)生很 大的影響。為了減小各批漿粕之間的品質(zhì)差異,通常采用 多批混合的方法。在混合時(shí),各批漿粕的品質(zhì)差異應(yīng)有 一定的允許范圍。品質(zhì)差異太大,特別是相對(duì)分子質(zhì)量 分布差異太大的漿粕不能相混。 漿粕的含水率直接影響粘膠生產(chǎn)工藝。但含水率的 高低并不是重要因素,只要相應(yīng)地改變工藝條件亦可制 得符合工藝要求的堿纖維素。重要的是漿粕含水率的均 勻性。含水率波動(dòng),則浸漬時(shí)滲透到漿粕內(nèi)的堿液被稀 釋的濃度不同,漿粕的膨潤(rùn)不均勻,堿纖維素的生成也不

12、 均勻, 從而使以后的老成和黃化反應(yīng)不均勻,制得的粘膠 過(guò)濾性能變壞,成品纖維的品質(zhì)下降。所以含水率的波動(dòng) 應(yīng)控制2% 范圍內(nèi),否則要進(jìn)行烘干及調(diào)濕處理。但目前 生產(chǎn)廠家一般都沒(méi)有專門的調(diào)濕過(guò)程,而是通過(guò)加強(qiáng)漿粕 的生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸和貯存過(guò)程的管理,在使用前將含水 率相近的漿粕進(jìn)行混合和搭配,在使用時(shí)根據(jù)漿粕含水率 的不同而適當(dāng)調(diào)整浸漬工藝,以制得符合要求的堿纖維素。 2、纖維素浸漬 (1)、浸漬過(guò)程中化學(xué)及物理化學(xué)變化: 浸漬是粘膠纖維 原液制備的重要工序。堿與纖維素的相互作用,通?？煞?為兩個(gè)階段。首先生成加成化合物： 加成化合物還可進(jìn)一步形成醇化物： 這一過(guò)程進(jìn)行得極快,只需數(shù)分鐘。生成

13、的堿纖維 素的值在100左右。即平均一個(gè)葡萄糖殘基結(jié)合一個(gè)分 子的氫氧化鈉,其結(jié)合形式既有可能是醇鈉形式 (c6h9o4ona),又有可能出現(xiàn)分子化合物的形式 (c6h1005naohnh20)。一般在纖維素大分子上酸性較強(qiáng) 的仲羥基有可能生成醇鈉,而在酸性較弱的伯羥基上則生 成分子化合物。 與此同時(shí),纖維素在浸漬過(guò)程中除以上的化學(xué)變化 外,還要發(fā)生溶脹和部分低分子溶出,纖維素的聚合度有 所降低。纖維素的形態(tài)結(jié)構(gòu)受到破壞,超分子結(jié)構(gòu)也發(fā) 生了變化。纖維素對(duì)各種化學(xué)試劑的反應(yīng)能力有所提高, 從而有利于黃化反應(yīng)的進(jìn)行。 (2)影響纖維素溶脹作用的因素:漿粕的膨潤(rùn)作用, 包含了纖維間毛細(xì)管水的凝聚作

14、用和纖維素分子上羥基 的溶劑化作用。纖維素大分子的溶劑化程度受溶液中離 子的水化能力和水化層厚度的影響。如果升高溫度,使 水化層中水分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇,破壞水化層的穩(wěn)定性而 使其減薄,將導(dǎo)致纖維素的溶脹度減小。提高堿濃度會(huì) 使結(jié)合到纖維素大分子上的離子數(shù)增加,溶脹度增大。 但當(dāng)堿濃度超過(guò)一定限度時(shí),溶脹度反而減小,這是由于 堿液中自由離子數(shù)大量增加,對(duì)結(jié)合到纖維素大分子上 的水產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng),使離子水化層變薄,溶脹度反而減小。 如果在堿液中含有能降低鈉離子水化作用的各種鹽類, 同樣也會(huì)削弱纖維素的膨潤(rùn)效果。因此,當(dāng)碳酸鈉、氯 化鈉等雜質(zhì)存在時(shí),對(duì)纖維素的浸漬是不利的。 (3)、浸漬過(guò)程的工藝參數(shù) 堿

15、液濃度：理論上,常溫下當(dāng)堿液中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 10%12%時(shí)纖維素的溶脹最劇烈。實(shí)際生產(chǎn)中,還必須 考慮堿化過(guò)程中產(chǎn)生的水分和漿粕中的水分。因此,通 常浸漬堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在18%20% 。 浸漬時(shí)間：生成堿纖維素的反應(yīng)時(shí)間很短,但漿粕從 濕潤(rùn)到堿液逐步向纖維素內(nèi)部滲透達(dá)到均勻的程度,需 要一定的時(shí)間,而半纖維素的溶出則需要更長(zhǎng)的時(shí)間。 浸漬時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于漿粕的結(jié)構(gòu)形式,浸漬方式 以及浸漬工藝。通常古典法為4560min,連續(xù)法15 20min, 五合機(jī)法為 3omin。 浸漬溫度：堿化反應(yīng)是放熱反應(yīng),低溫有利于溶脹和 使半纖維素充分溶出。升高溫度會(huì)使堿纖維素發(fā)生水解 反應(yīng)。因此浸漬溫度

16、不宜太高。對(duì)于不同的漿粕原料和 設(shè)備,浸漬溫度有較大的差異。一般古典法為20左右, 連續(xù)法為4060,五合機(jī)法為3060 。 浸漬浴比：漿粕的絕干重量和堿液體積之比,稱為浴 比。增大浴比,可以增加堿液與纖維素的接觸機(jī)會(huì),提高 浸漬堿的均勻。但浴比過(guò)大,會(huì)影響單機(jī)生產(chǎn)能力,反而 會(huì)造成堿化不勻。一般連續(xù)法為1：201：40,五合機(jī) 法為1：2l：3。 3、堿纖維素的壓榨與粉碎 漿粕經(jīng)過(guò)浸漬以后,必須與過(guò)剩的堿液加以分離。 因?yàn)檫^(guò)量的水和堿會(huì)直接影響黃化反應(yīng)的正常進(jìn)行,還 會(huì)發(fā)生多種副反應(yīng),消耗大量的二硫化碳,所以浸漬后的 纖維素需要進(jìn)行壓榨,使-纖維素含量控制在28% 30%,naoh含量控制在

17、16%17% 范圍內(nèi)。 經(jīng)過(guò)壓榨后的堿纖維素非常致密,表面積減小,所以必須 進(jìn)行粉碎,使其成為細(xì)小的松屑粒狀,從而增加了堿纖維 素反應(yīng)的表面積,使在以后各工序中的反應(yīng)能夠更加均 勻地進(jìn)行。 4、堿纖維素的老成 老成是借空氣中的氧化作用,使堿纖維素分子鏈斷 裂,聚合度下降,以達(dá)到適當(dāng)調(diào)整粘膠粘度的目的。 堿纖維素老成的程度,主要通過(guò)調(diào)節(jié)老成時(shí)間、老成溫度 及采用氧化劑或催化劑來(lái)控制。延長(zhǎng)老成時(shí)間,可以增加 堿纖維素氧化降解的程度；提高老成溫度,則可加快堿纖 維素氧化降解反應(yīng)進(jìn)行的速度,但是溫度過(guò)高,裂解劇烈, 纖維素分子鏈長(zhǎng)分布均勻性變差。因此,低溫長(zhǎng)時(shí)間比高 溫老成效果好。實(shí)際的老成溫度應(yīng)根據(jù)

18、生產(chǎn)的纖維品種 和設(shè)備而定。另外,如含錳、鈷等化合物能 明顯加速堿纖維素降解,縮短老成時(shí)間。 三、纖維素黃酸酯的制備 1、堿纖維素的黃化反應(yīng) 黃化是粘膠制造工藝中非常重要的一步。在此工序 中,使難溶解的纖維素變成可溶性的纖維素黃酸酯。反應(yīng) 過(guò)程如下:c 6h 9o 4ona+cs2c6h9o4ocs2na c6h10o5onaohnh2o+cs2c6h9o4ocs2na+(n+1)h2o 2 黃化反應(yīng)首先發(fā)生在纖維素大分子的無(wú)定形區(qū),以及 結(jié)晶區(qū)表面,并逐步向結(jié)晶區(qū)內(nèi)部滲入。與此同時(shí)，堿纖 維素的超分子結(jié)構(gòu)受到破壞，從而提高其溶解性。 2、黃化時(shí)的副反應(yīng) 在黃化時(shí),堿纖維素中存在的大量游離堿,

19、與二硫化 碳可發(fā)生一系列的副反應(yīng); 2 c s+ 4 n ao hna2cs3+na2co3+h2s+h 2cs2+6naoh 3cs2+6naoh cs2+4naoh na2s+na2co3+na2cs3+3h2o 2 na2cs3+na2co3+3h2o na2co3+2nahs+h2o 副反應(yīng)產(chǎn)物三硫代碳酸鈉(na2cs3) 是一種油狀桔紅 色物質(zhì),它使黃酸酯著色。由于黃化反應(yīng)中主、副反應(yīng) 是同時(shí)進(jìn)行的,所以根據(jù)體系色澤的變化可以判斷黃化 反應(yīng)的終點(diǎn)。 3、黃化反應(yīng)的機(jī)理 黃化反應(yīng)主要是氣固相反應(yīng),反應(yīng)過(guò)程包括二硫化碳 蒸氣按擴(kuò)散機(jī)理從堿纖維素表面向內(nèi)部滲透的過(guò)程, 以及二硫化碳在滲透部

20、分與堿纖維素上的羥基進(jìn)行反應(yīng) 的過(guò)程。黃化反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以低溫有利黃化反應(yīng), 而較高溫度則容易生成更多的副產(chǎn)物。 黃化反應(yīng)是可逆反應(yīng),主要取決于燒堿和二硫化碳 的濃度。二硫化碳對(duì)堿纖維素的滲透，在無(wú)定形區(qū)易于 進(jìn)行、而結(jié)晶區(qū)的二硫化碳主要在微晶表面進(jìn)行局部化 學(xué)反應(yīng)。在溶解過(guò)程中 , 甚至在以后的粘膠溶液中, 二硫化碳繼續(xù)向微晶內(nèi)部滲透,稱之為后黃化 。因此, 二硫化碳的擴(kuò)散和吸附對(duì)反應(yīng)起著重要作用。 四、纖維素黃酸酯的溶解和混合 1、纖維素黃酸酯的溶解 纖維素黃酸酯與溶劑接觸 ,首先黃酸基因會(huì)發(fā)生強(qiáng) 烈的溶劑化作用,纖維素開始溶脹,大分子之間的距離增 大。當(dāng)有足夠量的溶劑存在時(shí),纖維素黃

21、酸酯就大量 吸收溶劑分子而無(wú)限溶脹,纖維素的晶格徹底破壞,大分子 不斷分散,直至形成均相的粘膠溶液。 纖維素黃酸酯的溶解過(guò)程在帶攪拌的溶解釜內(nèi)進(jìn)行。 塊狀分散的纖維素黃酸酯在此經(jīng)連續(xù)攪拌和循環(huán)研磨,逐 步被粉碎成細(xì)小顆粒,從而加速溶解過(guò)程。 溶解過(guò)程中,甚至溶解結(jié)束后若干小時(shí)內(nèi),黃酸基團(tuán)沿 著纖維素大分子鏈繼續(xù)再分配,使黃化較充分部分的黃酸 基團(tuán)結(jié)合在黃化不充分的部分,這種作用稱為脫黃化和 再黃化。 2、堿纖維素黃酸酯的混合 溶解過(guò)程實(shí)際包括兩個(gè)階段,即粉碎和混合階段。 在開始溶解時(shí), 存在著黃酸酯團(tuán)塊,研磨粉碎作用是主 要的,隨著黃酸酯團(tuán)塊的消失,粉碎逐漸不起作用。在溶 解的最后階段主要是混

22、合作用。溶解結(jié)束后,為了盡量 減小各批粘膠間的質(zhì)量差異,需將溶解終了的數(shù)批粘膠 進(jìn)行混合,使粘膠均勻,易于紡絲。 五、粘膠的紡前準(zhǔn)備 1、粘膠的熟成 纖維素黃酸酯在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,既使在常溫下放 置也會(huì)引起逐步分解,酯化度下降。粘膠在放置過(guò)程中 發(fā)生一系列的化學(xué)和物理化學(xué)變化,稱為粘膠的熟成。 (1)粘膠在熟成過(guò)程中的化學(xué)變化 水解反應(yīng)： 皂化反應(yīng)： 水解反應(yīng)和皂化反應(yīng)同時(shí)存在。當(dāng)粘膠中堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 低于8%9%時(shí),則以水解為主。一般粘膠的堿的質(zhì)量分 數(shù)都在4%7%, 因此,粘膠在熟成過(guò)程中主要發(fā)生水解 反應(yīng)。除以上反應(yīng)外，在熟成過(guò)程中,一些熱力學(xué)上潛 能較高的副產(chǎn)物如過(guò)硫代碳酸鹽及過(guò)渡的

23、硫氧化合物等 也不斷地轉(zhuǎn)化為潛能較低的碳酸鈉和硫化鈉等。 (2)熟成過(guò)程中粘膠粘度的變化:粘膠在熟成開始粘度就 急劇下降,粘膠中游離的二硫化碳進(jìn)入纖維素的結(jié)晶部 分,引起后黃化,使部分結(jié)晶區(qū)繼續(xù)分散溶解于堿液中, 分散粒子逐漸變小。粘度經(jīng)最低點(diǎn)緩慢上升,這是因?yàn)?隨著熟成的繼續(xù)進(jìn)行,酯化度下降,使溶劑化和結(jié)構(gòu)化程 度增加,因而粘膠的粘度開始上升。隨著副產(chǎn)物的不斷 增加,酯化度的進(jìn)一步下降,纖維素大分子因氫鍵的作用 而不斷凝集,使粘膠的粘度開始急劇上升。直至形成凝 膠。 (3)熟成過(guò)程中黃酸基基團(tuán)的再分配及熟成度的變化：粘熟成過(guò)程中黃酸基基團(tuán)的再分配及熟成度的變化：粘 膠在熟成過(guò)程中,由于仲羥基

24、上的黃酸基和伯羥基上黃酸 基的離解速度不同,隨著熟成過(guò)程的進(jìn)行,總的酯化度呈 緩慢下降的趨勢(shì), 其仲羥基位置上的酯化度急劇下降, 伯羥基位置上的酯化度稍有上升,結(jié)果使黃酸基基因在 纖維素分子鏈上分布均勻,從而使粘膠均勻穩(wěn)定。 粘膠的熟成度是指粘膠對(duì)凝固作用的穩(wěn)定程度。 一般以 nhcl或nacl值來(lái)表示。熟成開始時(shí),穩(wěn)定值急 劇上升,達(dá)到最大值后便逐漸減小。隨著黃酸酯分解,粘 膠的結(jié)構(gòu)化程度增加,降低了溶液的穩(wěn)定性。熟成度是 粘膠的重要指標(biāo)之一,它直接影響紡絲成形過(guò)程的快慢 及成品纖維的性能。 2、粘膠的過(guò)濾 在溶解以后的粘膠溶液中,含有大量的微粒,其數(shù)量可 達(dá) 34萬(wàn)/cm, 尺寸約0.15

25、0m,含量一般不超過(guò)粘膠 重量的0.01%0.02%。這些微粒主要是末反應(yīng)的纖維及其 片斷、未溶解的纖維和溶解不完全的凝膠粒子,以及半纖 維素與fe、ca 、cu的螯合體等。此外還有原料、設(shè)備和 管道中帶入的各類雜質(zhì)。這些微粒在紡絲過(guò)程中會(huì)阻塞 噴絲孔,造成單絲斷頭，或在成品纖維結(jié)構(gòu)中形成薄弱 環(huán)節(jié)，使纖維強(qiáng)伸度下降。 通常粘膠在紡絲前,要經(jīng)過(guò)三道過(guò)濾。過(guò)濾介質(zhì)一 般為絨布和細(xì)布。目前，大多數(shù)還是采用板框式過(guò)濾 機(jī)，也有采用以pvc粒子作載體的桶式過(guò)濾機(jī)和連續(xù)篩 濾機(jī)作為頭道過(guò)濾的。 3、粘膠的脫泡 粘膠的粘度越高,越容易因攪拌、輸送和過(guò)濾而帶 入大量尺寸不一的氣泡, 如果不加以除去將加速粘膠

26、的 氧化過(guò)程。過(guò)濾時(shí)氣泡會(huì)破壞濾材的毛細(xì)結(jié)構(gòu),使凝膠 粒子滲漏 ；成形時(shí)氣泡會(huì)使纖維斷頭和產(chǎn)生疵點(diǎn),而微 小的氣泡則容易形成氣泡絲,降低纖維的強(qiáng)度。因此， 必須要嚴(yán)格控制粘膠中的氣泡含量。一般采用抽真空的 方法加速氣泡的除去,控制氣泡在粘膠中的體積分?jǐn)?shù)為 0.001%以下。 六、粘膠的質(zhì)量指標(biāo)及分析方法 粘膠的過(guò)濾性能及組成、粘度、熟成度是粘膠的主 要質(zhì)量指標(biāo),對(duì)纖維產(chǎn)量及質(zhì)量有很大影響。 1、過(guò)濾性能 漿粕制造、浸漬、壓榨、粉碎、黃化和溶解各工序中 存在的質(zhì)量問(wèn)題,將集中體現(xiàn)在粘膠過(guò)濾性能的好壞。因 此，過(guò)濾性能是衡量漿粕和粘膠制造工藝的一個(gè)重要指 標(biāo)，并直接影響原材料的消耗和紡絲能否順利進(jìn)

27、行。 在生產(chǎn)中,常采用阻塞值表征粘膠過(guò)濾性能的指標(biāo)。阻塞 值(kw)用下式表示: 一般在4345 式中：p1恒壓下20min后通過(guò)規(guī)定過(guò)濾介質(zhì)的粘膠 量； p2同一試驗(yàn)中繼續(xù)測(cè)定40min后通過(guò)規(guī)定過(guò)濾介質(zhì)的粘 膠量。 阻塞值越小，表明粘膠的過(guò)濾性能越好。 2、粘膠組成 粘膠組成與成品纖維的線密度、染色均勻性和耐多 次變形性有關(guān)。 纖維的粗細(xì)與粘膠中纖維素含量及泵供量有關(guān)。纖 維素含量或泵供量的波動(dòng)直接影響最終纖維的線密度偏 差及不勻率。線密度不勻會(huì)造成染色不勻。 粘膠中的游離堿含量對(duì)粘膠的性質(zhì)影響很大。未與 纖維素及其它雜質(zhì)結(jié)合的堿含量增加時(shí), 粘膠的粘度降 低,過(guò)濾性能改善,熟成變緩。 粘

28、膠組成的化學(xué)分析比較復(fù)雜,在實(shí)際生產(chǎn)中一般通 過(guò)黃化及溶解工序中加入的堿量、二硫化碳量和水量來(lái) 控制粘膠的組成。 3、粘膠粘度 纖維的強(qiáng)度隨纖維素聚合度的增加而提高,在實(shí)際 生產(chǎn)中,粘膠粘度間接表示纖維素聚合度,所以粘膠粘 度直接影響纖維的強(qiáng)度。 生產(chǎn)中采用落球法測(cè)定粘膠的粘度,先將粘膠灌入 垂直安放的測(cè)定管內(nèi),然后,在粘膠中放入一粒直徑 3mm 、重約0.120.13g 的小鋼球,使其靠自重下降, 用秒表計(jì)測(cè)小鋼球在粘膠中沉降20cm所需要的時(shí)間s， 表示粘膠粘度。 粘度低于20s時(shí),粘膠幾乎沒(méi)有形成絲條的可能性。粘度 大于50s后,最大噴絲頭拉伸則隨粘度的上升而下降,可紡 性也變差。 熟成

29、度對(duì)成品纖維的染色均勻性和強(qiáng)伸度有較大影 響。熟成度越低(即nhcl值越高),成形速度越慢,所形 成的纖維結(jié)構(gòu)緊密,染色越淺；熟成度高,成形速度快,纖 維結(jié)構(gòu)不均勻,則染色深且不勻,纖維的強(qiáng)伸度也明顯降 低。 生產(chǎn)上的測(cè)定方法為:在燒杯中放入20g粘膠和30ml蒸餾水, 攪拌后,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的 nhcl 溶液滴定。在滴定時(shí) 一邊用玻璃棒攪拌,一邊徐徐加入nh4cl溶液,待至玻璃棒 上的粘膠在玻璃棒約呈450c傾斜時(shí),5min鐘內(nèi)不落下為止。 此時(shí)所消耗的nh4cl的毫升數(shù)即為粘膠的 nhcl值,表示粘 膠的熟成度。 第四節(jié)普通粘膠短纖維 一、凝固浴的組成和作用 凝固浴是由硫酸、硫酸鈉、硫

30、酸鋅按一定比例組成 的溶液。單獨(dú)的硫酸水溶液雖然也能用于粘膠纖維成形, 但所得纖維的質(zhì)量很差。主要是因?yàn)槔w維素黃酸酯的分 解速度過(guò)快,大分子還來(lái)不及經(jīng)受足夠的拉伸定向,纖維 素已經(jīng)再生出來(lái),使得纖維的結(jié)構(gòu)疏松,內(nèi)外層結(jié)構(gòu)不勻, 強(qiáng)度低,纖維無(wú)實(shí)用價(jià)值。故一般要用組合凝固浴。纖 維品種不同,凝固浴組成及成形溫度等也不同。 凝固浴中三種組分的作用如下。 1、硫酸 在成形過(guò)程中硫酸的作用,一是使纖維素黃酸鈉分 解,再生出纖維素和cs；二是中和粘膠中的naoh,使粘 膠凝固；三是使黃化時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物分解。 酸的濃度要根據(jù)成形參數(shù)的波動(dòng)而進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。凝固 浴中硫酸的濃度除與生產(chǎn)纖維品種有關(guān)外,還與粘膠

31、的熟 成度、粘膠的組成、紡絲速度以及噴絲頭大小等有關(guān)。 2、硫酸鈉 硫酸鈉的主要作用是抑制硫酸的離解,從而延緩纖維 素黃酸鈉的再生速度。硫酸鈉是一種強(qiáng)電解質(zhì),能促使粘 膠脫水而凝固,這些作用能改善纖維的物理機(jī)械性能。 3、硫酸鋅 當(dāng)凝固浴中只含有硫酸和硫酸鈉時(shí),雖能制得強(qiáng)度較 高的纖維,但因其剛性太高,不能全面符合紡織加工的要求。 硫酸鋅的加入,可改進(jìn)纖維的成形效果,使纖維具有較高的 韌性和較優(yōu)良的耐疲勞性能。 硫酸鋅除具有與硫酸鈉相同的作用外,還有以下兩個(gè)特殊 的作用。 一是能與纖維素黃酸鈉作用生成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物纖維素 黃酸鋅。這種中間產(chǎn)物的分解速度比纖維素黃酸鈉慢得 多,有利拉伸,從而得到

32、強(qiáng)度較高的纖維。 二是纖維素黃酸鋅具有交聯(lián)結(jié)構(gòu),能形成結(jié)晶中心, 生成均勻而細(xì)小的結(jié)晶，避免大塊結(jié)晶體的形成，從而 使纖維結(jié)構(gòu)均勻,強(qiáng)度、延伸度和鉤接強(qiáng)度都可得到適當(dāng) 提高。 二、紡絲成形工藝 1、粘膠短纖維的成形特點(diǎn) (1)、噴絲頭的選用:采用直徑較大或組合式噴絲頭,單頭 孔數(shù)上千乃至數(shù)萬(wàn),合并后的絲束總線密度在百萬(wàn)分特以 上,紡絲機(jī)的單臺(tái)生產(chǎn)能力較大。 (2)、成形條件:由于噴絲頭孔數(shù)較多,所以除了要求噴絲 孔有合理的排列和分布外,還要求酸浴的分配和流向更加 (3)、雙浴成形:經(jīng)凝固成形后,絲束還要在專門的塑化槽 中進(jìn)行拉伸,纖維素在此完全再生, 即雙浴成形。從一浴 中紡出的絲束,合并成絲

33、束后,在95100的二浴中,進(jìn) 行60%100% 的拉伸。并充分分解成為水化纖維素。 2、成形過(guò)程中的化學(xué)及物理化學(xué)變化 粘膠纖維紡絲是將粘膠溶液通過(guò)多孔噴絲頭擠出進(jìn)入 凝固浴中,使纖維素黃酸酯凝固成為絲條,然后再分解成 為水化纖維素。凝固和分解兩個(gè)過(guò)程往往是同時(shí)發(fā)生的, 只是前后程度上有所不同。 (1)、成形過(guò)程中的化學(xué)變化： 纖維素黃酸酯遇酸的分解反應(yīng)： c6h9o4ocs2na+h2so4h2so4c6h10o5+na2so4+cs2 粘膠中的堿與酸的中和反應(yīng)： 2naoh+h2so4na2so4+2h2o 纖維素黃酸鈉和硫酸鋅的過(guò)渡反應(yīng)： 粘膠中雜質(zhì)與酸的各種副反應(yīng)： na2cs3+h

34、2so4na2so4+h2s+ cs2 na2s+h2so4na2so4+h2s na2sx+h2so4na2so4+h2s+(x-1)s na2s2o3+h2so4na2so4+h2s+so2+s (2)、成形過(guò)程中的物理化學(xué)變化：當(dāng)粘膠經(jīng)過(guò)噴絲孔道 時(shí),在切向力作用下使粘膠成為各向異性的粘膠細(xì)流。粘 膠細(xì)流和凝固浴各組分的雙擴(kuò)散結(jié)果,使纖維素黃酸酯被 分解而析出再生纖維素。細(xì)流被離析成雙相,即以纖維素 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主的凝膠相和以低分子物質(zhì)為主的液相。在初 生的凝膠纖維中,原來(lái)在粘膠中已形成的結(jié)晶粒子首先析 出。結(jié)晶粒子進(jìn)一步結(jié)合其它大分子或締臺(tái)體而不斷增大, 并逐漸形成較大的結(jié)晶區(qū)域。由于纖

35、維素大分子活動(dòng)性小, 結(jié)晶過(guò)程比較緩慢。另外,溶劑的擴(kuò)散速度常低于反應(yīng)速 度,因此,在纖維的表面首先形成皮膜,溶劑通過(guò)皮膜向內(nèi) 部滲透,形成截面結(jié)構(gòu)不均勻的皮芯層結(jié)構(gòu)。 3、拉伸在粘膠短纖維成形中的意義 粘膠短纖維的成形過(guò)程是在兩個(gè)浴內(nèi)完成的,由于凝 固纖維所處的狀態(tài)不同,因此,不同部位拉伸所獲得的效果 亦不同。短纖維拉伸一般由三個(gè)階段組成,即噴絲頭拉伸、 導(dǎo)盤拉伸和塑化拉伸。 (1)、噴絲頭拉伸:噴絲頭拉伸是指第一紡絲導(dǎo)盤的線速度 與粘膠從噴絲頭噴出速度之間的比值。 粘膠從噴絲頭噴出時(shí),粘膠細(xì)流尚處于粘膠態(tài),不宜施 加過(guò)大的噴絲頭拉伸,否則容易造成斷頭和毛絲。纖維品 種不同,酯化度不同，噴絲

36、頭拉伸率有較大差異。棉型短 纖維控制一定的正拉伸,而高濕模量粘膠短纖維因酯化度 較高，故常采用噴絲頭負(fù)拉伸。 (2)、導(dǎo)盤拉伸:亦稱空氣浴拉伸。導(dǎo)盤拉伸在導(dǎo)盤與第 一集束輥之間進(jìn)行。此時(shí)絲束上附著有一部分凝固浴液, 纖維素黃酸酯繼續(xù)凝固并分解,大分子活動(dòng)能力降低。經(jīng) 拉伸的纖維素大分子可以沿軸向達(dá)到一定程度的排列。 但這一階段的拉伸率較小。 (3)、塑化拉伸:塑化拉伸在第一集束輥和第二集束輥之 間進(jìn)行。纖維絲束在高溫酸性塑化浴中一方面得到完全 再生,另一方面使絲條處于可塑狀態(tài),大分子鏈有較大的 活動(dòng)余地,加以強(qiáng)烈的拉伸,就能使大分子和締合體沿拉 伸方向取向。在拉伸的同時(shí),纖維素基本全部再生,使

37、拉 伸效果得到鞏固。塑化拉伸是拉伸中最有效的部分。 三、粘膠短纖維的后處理 1、后處理方式及工藝流程 短纖維紡絲機(jī)紡出的纖維經(jīng)集束、塑化拉伸后,纖 維含有一系列雜質(zhì),其中包括絲條所帶出的酸性殘余浴 液,成形過(guò)程中生成的膠態(tài)硫黃,以及附著在纖維上的鈣、 鎂等金屬鹽類。這些雜質(zhì)的存在對(duì)纖維質(zhì)量及其紡織加 工有很大影響,故必須加以清除。根據(jù)絲束是否被切斷, 后處理可以分成四種方式,如表2-5所示。 表2-5 粘膠短纖維后處理方式 散 狀 纖 維 后 處 長(zhǎng)絲束后處理長(zhǎng)絲束后處理絲束成形 理（濕切）（干切）（不切斷） （酸切） 切 斷 后處理 上 油 烘 干 打 包 后處理 切 斷 上 油 烘 干 打

38、 包 后處理 上 油 烘 干 切 斷 打 包 卷 曲 后處理 上 油 烘 干 卷 取 目前很多生產(chǎn)廠采用切斷后再進(jìn)行后處理的方法，其工 藝流程如下： 水洗脫硫水洗漂白水洗酸洗水洗上油 烘干打包。 2、后處理各工序的作用 (1)、水洗：用清水可洗去纖維上的硫酸、硫酸鹽及部 分硫黃。每一次化學(xué)處理后,還需進(jìn)行水洗,以除去化學(xué) 處理藥液及生成的雜質(zhì)。為了提高水洗效果,水洗溫度要 適當(dāng)。為了減小用水量,除了第一次洗水排放外,其余各 道洗水一般都回收利用,并采用逆流方式,后一道洗水送 至前一道使用。此外,硬水會(huì)在纖維上產(chǎn)生粘著的沉淀物, 在上油時(shí)易生成不溶性鈣皂粘附在纖維表面上，因此,后 處理過(guò)程必須使

39、用軟水。 (2)、脫硫：附著在纖維上的硫黃會(huì)使纖維帶有淡黃 色，并使纖維手感粗糙,而且在以后的紡織加工中產(chǎn)生灰 塵,惡化車間環(huán)境。 一般纖維表面的硫黃在熱水中容易被洗掉,而內(nèi)部 的膠質(zhì)硫黃卻難以洗去。為此，需要借助化學(xué)藥劑。常 用的脫硫劑有:naoh 、naoh和 nas的混合液及nas0, 它們能和不溶性的硫黃生成可溶于水的多硫化物和硫代 硫酸鹽而被除去。 (3)、漂白：由于原料和生產(chǎn)中帶入的各種色素,使纖 維的白度較低,如果要求纖維較白時(shí), 就需漂白。一般 采用次氯酸鈉和過(guò)氧化氫作為漂白劑,它們能氧化色素 使纖維變白。 (4)、酸洗：酸洗是為了除去纖維在處理過(guò)程中生成的 不溶性氫氧化鐵及其

40、它重金屬,以免影響纖維的質(zhì)地和 外觀。常用的酸為鹽酸或硫酸。 (5)、上油：上油的目的在于改善粘膠纖維的紡織加工 性能,調(diào)節(jié)纖維的表面摩擦力,既使纖維具有柔軟、平滑 的手感,又具有適當(dāng)?shù)谋Ш狭Α?纖維的上油率直接影響上油效果。通常上油率控制 在0.15%0.3%為宜。作為纖維用油劑 , 除要求改善纖 維的紡織加工性能外,油劑的穩(wěn)定性以及水乳液的穩(wěn)定性 要好,并且要求油劑應(yīng)無(wú)臭,無(wú)腐蝕性,洗滌性好,價(jià)廉 易得。 (6)、切斷：為使粘膠短纖維能像毛、棉一樣進(jìn)行紡織 加工,或能與毛、棉及合成纖維進(jìn)行混紡,就要將它切斷 成與毛、棉相近的長(zhǎng)度。 棉型纖維的長(zhǎng)度38mm左右,毛型纖維的長(zhǎng)度通常為 7611

41、4mm，中長(zhǎng)型纖維的長(zhǎng)度為5176mm 。 8% (7)、烘干：纖維在烘干前要先進(jìn)行脫水、烘干：纖維在烘干前要先進(jìn)行脫水,使其含水率由 300%400%400%降至降至130%130%150%150%。一般短纖維用軋輥脫。一般短纖維用軋輥脫 水機(jī)脫水。烘干通常采用熱風(fēng)烘干,烘干速度取決于熱空 氣的溫度、濕度、循環(huán)速度以及纖維厚度、開松程度。烘 干后纖維含水率一般為6%6%8%, 產(chǎn)品回潮率控制在8% 13%之間。之間。 (8)、打包：短纖維經(jīng)烘干和干開棉后、打包：短纖維經(jīng)烘干和干開棉后,借助氣流或輸送帶 100200kg 送入打包機(jī),打成一定規(guī)格的包，以便于運(yùn)輸和貯存。成 包重量一般為100

42、200kg。包上應(yīng)注明生產(chǎn)廠家、纖維。包上應(yīng)注明生產(chǎn)廠家、纖維 規(guī)格等級(jí)、重量、批號(hào)、包號(hào)等。 第五節(jié) 普通粘膠長(zhǎng)絲 一、粘膠長(zhǎng)絲生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 1、粘膠的制備特點(diǎn) 長(zhǎng)絲用纖維素漿粕的-纖維素含量，粘度均高于 粘膠短纖維漿粕,對(duì)樹脂、灰分、白度、含鐵等指標(biāo)的 要求也高于粘膠短纖維漿粕。纖維素漿粕質(zhì)量應(yīng)具有 如下特點(diǎn)。 -纖維素含量高,波動(dòng)范圍小。我國(guó)規(guī)定長(zhǎng)絲漿粕 的-纖維素含量不低于89%；國(guó)外粘膠纖維廠常將- 纖維素含量高達(dá)95%96%的優(yōu)質(zhì)木漿用于制造粘膠長(zhǎng)絲。 半纖維素含量低。如果其含量高,會(huì)使浸漬、老成、黃 化及堿液回收等工藝過(guò)程發(fā)生困難, 影響粘膠質(zhì)量,最 終影響長(zhǎng)絲的物理機(jī)械性能。

43、聚合度及其分布要適中,波動(dòng)范圍盡量小。 雜質(zhì)含量低。漿粕中的樹脂、蠟質(zhì)含量高,尤其是 漿粕中的ca、mg、fe、si等灰分含量高, 會(huì)增加粘膠過(guò) 濾和紡絲的困難并降低長(zhǎng)絲的白度。 在粘膠制備過(guò)程中,工藝條件緩和而嚴(yán)格。長(zhǎng)絲系 統(tǒng)浸液中半纖維素含量應(yīng)比普通短纖維系統(tǒng)中的含量低。 長(zhǎng)絲系統(tǒng)的老成溫度不宜過(guò)高, 適宜低溫或中溫老成, 溫度應(yīng)嚴(yán)格控制,不允許有較大波動(dòng)。長(zhǎng)絲系統(tǒng)的粘膠 過(guò)濾次數(shù)一般不低于三道,也有采用四道的,同時(shí)過(guò)濾介 質(zhì)要密, 出口壓力應(yīng)較低。 2、粘膠長(zhǎng)絲的成形工藝 (1)、成形速度：成形速度首先決定于所采用的紡絲機(jī) 類型。筒管式紡絲機(jī)的成形速度為 6590m/min,某些 特殊構(gòu)

44、造的筒管式紡絲機(jī),成形速度可高達(dá)125 130m/min。離心式紡絲機(jī)的成形速度通常為60 l00m/min。半連續(xù)式紡絲機(jī)也屬離心式紡絲機(jī)，成形速 度相同,只是紡絲得到的絲餅為中性。連續(xù)式紡絲機(jī)的 成形速度一般為5080m/min。如提高成形速度,則相應(yīng) 也要提高后處理的速度。 (2)、凝固條件：酸浴的溫度一般為4055。溫度過(guò) 高,黃酸酯分解太快,易產(chǎn)生毛絲,發(fā)生纏輥等現(xiàn)象；溫 度過(guò)低,則絲條凝固慢,成品中的膠塊多。 凝固浴的組成應(yīng)根據(jù)噴絲頭的規(guī)格、拉伸的方式及其分配、 紡絲速度、粘膠組成等來(lái)確定。普通粘膠長(zhǎng)絲成形時(shí)凝固 浴的組成及濃度一般為:hs0為120140g/l,nas0為 260

45、280g/l, zns0為1520g/l 。 (3)、浸沒(méi)長(zhǎng)度：絲條在酸浴中的浸沒(méi)長(zhǎng)度一般為20 38cm,浸沒(méi)時(shí)間為0.10.2s。絲條越粗, 則酸浴擴(kuò)散到纖 維內(nèi)層的速度就越慢。一般可采用增加絲條浸沒(méi)長(zhǎng)度的 方法來(lái)保證纖維素黃酸酯分解完全。浸沒(méi)長(zhǎng)度越長(zhǎng),則 成形越均勻,纖維的強(qiáng)度越高,柔軟性及韌性越好。 (4)、凝固浴的循環(huán)速度：為了保證在整個(gè)紡絲機(jī)上的 凝固浴濃度和溫度均勻,凝固浴的循環(huán)量每錠不少于 40l/h或每千克絲900950l,控制凝固浴中的硫酸落差 不大于23g/l。 二、粘膠長(zhǎng)絲的后處理及加工 粘膠長(zhǎng)絲的后處理工藝過(guò)程和短纖維基本相同,只 是設(shè)備及后處理方式有所不同。但粘膠長(zhǎng)

46、絲后處理完成 后還需加捻、絡(luò)筒、分級(jí)和包裝等工序,也稱為后加工。 一般長(zhǎng)絲在成形過(guò)程中已加捻,所以加捻工序可省去。 目前，我國(guó)采用連續(xù)式紡絲生產(chǎn)粘膠長(zhǎng)絲發(fā)展速度很 快，紡絲、后處理及后加工全部在紡絲機(jī)上完成，生產(chǎn) 效率高，生產(chǎn)成本低。 1、絡(luò)筒絡(luò)筒是把后處理好的絲餅打成筒子或成絲絞以 便絲綢廠使用。大多數(shù)打成筒子。對(duì)于先染色后織造的 品種,使用絞裝較為方便。成筒在絡(luò)筒機(jī)上進(jìn)行,成筒重 量一般為1.61.7kg。成絞在成絞機(jī)上進(jìn)行,通常單絞重 量為120g。 2、分級(jí)和包裝粘膠長(zhǎng)絲在出廠前需進(jìn)行檢驗(yàn)分級(jí),確 定等級(jí)，以便用戶使用。等級(jí)的確定根據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。 絲筒經(jīng)分級(jí)后,逐個(gè)放上代表等級(jí)的顏色

47、標(biāo)簽,然后用光 滑柔軟的包裝紙包裝,并按品種和等級(jí)將絲筒裝入一個(gè) 包裝箱中。包裝箱上注明生產(chǎn)品種、批號(hào)、箱號(hào)、等級(jí)、 重量、商標(biāo)和生產(chǎn)廠名等項(xiàng)目。 絲絞分級(jí)后,同一等級(jí)絞裝進(jìn)一個(gè)塑料袋中,并放進(jìn) 一枚顏色等級(jí)標(biāo)簽,用繩捆成小包。然后放入紙箱中,進(jìn) 行捆扎,在包裝箱上注明與筒子包裝箱同樣項(xiàng)目的標(biāo)記后 即可入庫(kù)或出廠。 第六節(jié)其它類型粘膠纖維 一、粘膠強(qiáng)力纖維 1、強(qiáng)力纖維生產(chǎn)的工藝特點(diǎn) (1)、纖維素漿粕:采用-纖維素含量高的漿粕 , 要求 纖維素的平均聚合度高而相對(duì)分子質(zhì)量分布均勻 （2）、粘膠制備工藝:堿纖維素必須進(jìn)行較強(qiáng)的壓榨, 以降低游離堿的含量。堿纖維素的老成要緩慢而均勻, 黃化時(shí)cs

48、2用量比普通粘膠纖維稍多。要求纖維素黃酸酯 的酯化度較高,分布較均勻。 (3)、粘膠變性劑：在粘膠中加入變性劑以延緩纖維素黃 酸酯的再生速度同時(shí)加入表面活性劑,以提高可紡性并防 止噴絲頭的堵塞。 (4)、成形條件：凝固浴中zns04含量與普通粘膠纖維相 比,含量明顯提高,h2s04和na2s04含量較低。粘膠細(xì)流在 一浴中凝固,在二浴中分解并進(jìn)行高度拉伸,以提高纖 維的斷裂強(qiáng)度。紡絲速度較低,并采用噴絲頭負(fù)拉伸成 形和多級(jí)后拉伸。由于粘膠粘度高，成形時(shí)粘膠先經(jīng) 預(yù)熱并在管中成形。 (5)、后處理：粘膠強(qiáng)力纖維的后處理不需漂白和脫硫, 但需進(jìn)行加捻。油劑品種的選用與普通粘膠纖維亦不 同。 2、粘

49、膠變性劑的作用機(jī)理 粘膠強(qiáng)力纖維在工藝上的最大特點(diǎn)是在粘膠中加入 變性劑。粘膠變性劑一般可分為:含氮化合物；無(wú)氮 化合物；乙氧基含氮化合物；乙氧基無(wú)氮化合物； 其它化合物。較普遍采用的是膠類、脂肪胺聚氧乙烯 醚和聚氧乙烯衍生物。 關(guān)于變性劑的作用機(jī)理說(shuō)法較多,但一般認(rèn)為由于鋅 的作用使纖維素黃酸鈉轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的纖維素黃酸鋅,變 性劑的存在將影響這種轉(zhuǎn)化的速率和轉(zhuǎn)化量,變性劑與鋅 和副產(chǎn)物三硫代碳酸鈉相互作用,結(jié)果在凝膠絲條的外表 形成一層薄膜,這層薄膜延緩了反應(yīng)離子從初生凝膠絲內(nèi) 部向外部酸浴或相反的方向擴(kuò)散,結(jié)果使中和作用減慢,形 成全皮層的結(jié)構(gòu)。 3、強(qiáng)力纖維生產(chǎn)設(shè)備特點(diǎn) 粘膠強(qiáng)力纖維在使

50、用時(shí)對(duì)外觀沒(méi)有什么特殊要求,不 需要漂白和脫硫,后處理工序大為簡(jiǎn)化。一般只需用熱水 洗去絲條上的凝固浴液及機(jī)械雜質(zhì),再經(jīng)上油、烘干、初 捻后即為成品,故粘膠強(qiáng)力纖維紡絲機(jī)一般為連續(xù)式紡絲 機(jī)。 連續(xù)式粘膠強(qiáng)力纖維的紡絲機(jī)主要有三種型式:籠條轉(zhuǎn) 鼓式；納爾生式；雙面式強(qiáng)力絲紡絲機(jī)。 二、波里諾西克纖維富強(qiáng)纖維 1、定義 波里諾西克纖維在我國(guó)稱為富強(qiáng)纖維,在日本稱為 虎木棉,國(guó)際波里諾西克協(xié)會(huì) (aip)規(guī)定了凡符合下列 指標(biāo)的纖維才能稱為波里諾西克纖維。 (1)、未處理纖維潤(rùn)濕時(shí),于0.44dn/tex 負(fù)荷下延伸度 在4%以下；在20下,經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5%的naoh溶液處理 后,纖維潤(rùn)濕時(shí),于

51、0.44dn/tex負(fù)荷下的延伸度在8%以 下； (2)、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的naoh溶液處理后,纖維潤(rùn)濕時(shí)的 斷裂強(qiáng)度在1.76dn/tex以上； (3)、打結(jié)強(qiáng)度在0.40dn/tex 以上； (4)、纖維聚合度在450以上。 2、富強(qiáng)纖維生產(chǎn)工藝特點(diǎn) (1)、原液制備特點(diǎn)：富強(qiáng)纖維在原液制備中要求保持較 高的聚合度，并盡量保持天然纖維中的原纖結(jié)構(gòu)。為此要 求: 采用聚合度在650以上、純度較高的漿粕,取消老成工 序,以獲得高聚合度的粘膠。 為了使聚合度高的纖維素溶解良好,黃化時(shí)二硫化碳用量 一般控制在45%55%,黃酸酯的酯化度在70以上,所得粘 膠的熟成度較低(nh4cl值較高),即粘膠

52、較嫩。 為了盡量保持纖維素分子間的天然原纖結(jié)構(gòu),防止纖 維素分子間羥基結(jié)合被破壞,粘膠中的naoh含量要低。其 次,粘膠熟成時(shí)間盡量短。 由于粘膠的落球粘度高達(dá)30os左右,故需采用快速脫 泡裝置。同時(shí),需要相應(yīng)增加過(guò)濾面積。 (2)、紡絲成形工藝特點(diǎn):采用低酸、低鹽、低速的紡絲 工藝。因?yàn)槟淘〉乃釢舛仍降?纖維素黃酸酯分解速度 越緩慢,容易促進(jìn)纖維素分子的結(jié)晶化。同理,硫酸鈉的 濃度也不宜太高。少量的硫酸鋅存在,可使絲束有較大的 塑性,故可改善紡絲可紡性。若凝固浴的酸濃度過(guò)高,將 生成微細(xì)結(jié)構(gòu),原纖結(jié)構(gòu)遭到破壞,導(dǎo)致纖維的濕強(qiáng)下降。 浴溫過(guò)高,會(huì)加快纖維素黃酸酯的再生速度,使纖維脆弱。 紡

53、速不能過(guò)高,否則容易形成膠塊。 紡絲時(shí)采用較大的噴絲頭負(fù)拉伸。由于成形緩慢,靠近噴 絲頭處的絲條經(jīng)不起拉伸,故一般采用30%40%的負(fù)拉伸。 然后采用多級(jí)拉伸。絲束經(jīng)多級(jí)拉伸后,常呈堿性,在此 條件下予以松弛,高度取向的分子略有回縮,可以改善纖 維的彎曲性能。 3、富強(qiáng)纖維的結(jié)構(gòu)與性能 富強(qiáng)纖維的橫截面為圓形的全芯結(jié)構(gòu)，有原纖結(jié) 構(gòu)， 2-6。 結(jié)晶度高。富強(qiáng)纖維的干、濕強(qiáng)度可與棉纖維媲美,大大 高于普通粘膠短纖維；耐堿性能好,能夠像棉一樣經(jīng)受絲 光處理；形態(tài)穩(wěn)定,具有較高的彈性恢復(fù)率和較低的水中 溶脹度,耐穿, 耐洗,耐褶皺。 (1)、富強(qiáng)纖維的結(jié)構(gòu)、富強(qiáng)纖維的結(jié)構(gòu):富強(qiáng)纖維的結(jié)構(gòu)與普通粘膠

54、短纖維 有很大差異，見(jiàn)表2-6 dp） dp） 表 2-6 富強(qiáng)纖維與普通粘膠短纖維的結(jié)構(gòu)差異 項(xiàng)目 橫界面 聚合度（dp 微結(jié)構(gòu)細(xì) 結(jié)晶度/% 晶區(qū)長(zhǎng)度（dp 晶區(qū)厚度/nm 取向度/% 羥基可及度/% 普通粘膠纖維 皮芯結(jié)構(gòu)，呈鋸齒形 300400 原纖結(jié)構(gòu)無(wú)或少 30 80 5.07.0 7080 65 富強(qiáng)纖維 全芯結(jié)構(gòu)，呈圓形 500600 有原纖結(jié)構(gòu) 44 110130 8.010.0 8090 50 5%的的naoh 7%的的naoh (2)、富強(qiáng)纖維的性能：富強(qiáng)纖維的主要性能如表2-7所 示。 表2-7 富強(qiáng)纖維與普通粘膠短纖維及棉纖維的性能比 較 項(xiàng)目 干強(qiáng) /dn tex-

55、1 濕強(qiáng) /dn tex-1 濕、干強(qiáng)比 /% 干伸 /% 濕伸 /% 經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% naoh溶液處理后濕溶液處理后濕 高強(qiáng)纖維 2.73 4.4 2.1 3.08 70 80 9 12 10 16 1.76 2.64 普通粘膠短纖維 1.94 2.64 1.23 1.58 50 60 15 22 20 30 0.88左右 棉纖維 2.1 3.52 2.29 3.7 1.05 1.15 7 12 9 14 3.0左右 強(qiáng) /dn tex-1 經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% naoh溶液處理后微溶液處理后微無(wú)影響被破壞無(wú)影響 纖結(jié)構(gòu) 彈性恢復(fù)率 /% 濕模量 /dn tex-1 0.144n/tex負(fù)荷下

56、的伸長(zhǎng)負(fù)荷下的伸長(zhǎng) /% 水中溶脹度 /% 96 8.8 26.4 3.0 55 75 65 1.76 5.28 11 90 115 95 6.16 14.08 3.5 35 45 三、高濕模量纖維 1、高濕模量纖維的生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 粘膠短纖維的濕模量低，富強(qiáng)纖維克服了這一不足, 但纖維的鉤接強(qiáng)度較低,脆性較大,紡絲速度較低，生產(chǎn)效 率低，工藝也比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。為了克服富強(qiáng)纖維 的上述缺點(diǎn),在參照粘膠強(qiáng)力纖維生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 生產(chǎn)出另一類濕模量可與棉相當(dāng)鉤接強(qiáng)度優(yōu)良的變化型高 濕模量纖維,即高濕模量纖維(hwm)。 高濕模量纖維生產(chǎn)中所用粘膠是采用加入多種變性劑 的高堿化粘膠,在高鋅

57、凝固浴內(nèi)紡絲成形。其主要生產(chǎn)工 藝條件見(jiàn)表2-8。 表2-8 項(xiàng)目 高濕模量纖維的生產(chǎn)工藝條件 工藝條件 粘膠中纖維素含量 /%5 8 粘膠中堿含量 /% （對(duì)纖維素） 5 10 二硫化碳加入量 /%（對(duì)纖維素） 30 38 變性劑加入量 /%（對(duì)纖維素） 堿纖維素聚合度（dp） 0.2 5 450 600 nacl值）值） 粘膠粘度 /s 酯化度 鹽值（nacl 100 150 35 65 8 12 凝 固 浴 h2so4 /% na2so4 /% znso4 /% 6 9 10 14 2 5 紡速 /ms-1 浴溫 /oc20 40 20 40 2、高濕模量纖維的結(jié)構(gòu)與性能纖維的平均聚合度

58、介于 普通粘膠纖維與富強(qiáng)纖維之間, 約450550。橫截面為 圓形或近似圓形,屬皮芯結(jié)構(gòu)。成品纖維結(jié)晶度在41%左 右,晶體長(zhǎng)度約 8095nm,晶區(qū)厚度約701onm,纖維取 向度70%80%,羥基可及度約60%。 由于高濕模量纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),它的性能介于普通纖 維和富強(qiáng)纖維之間。它的濕強(qiáng)度雖不如富強(qiáng)纖維,但 鉤強(qiáng)比富強(qiáng)纖維高,易于進(jìn)行紡織加工。它同時(shí)還保持 了粘膠纖維吸濕性好及易染色的優(yōu)點(diǎn)。表2-9為高濕模 量粘膠纖維的主要性能。 naoh處理處理 表2-9 項(xiàng)目 高濕模量粘膠纖維的主要性能 指標(biāo) 干強(qiáng) /dntex-1 濕強(qiáng) /dntex-1 干伸 /% 濕伸 /% 鉤強(qiáng) /dntex-

59、1 濕模量 /dntex-1 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%5%的的naoh 3.34 4.05 2.28 3.0 17 21 19 23 0.6 2.64 8.8 17.6 1.32 1.76 四、永久卷曲粘膠短纖維 1、卷曲機(jī)理 永久卷曲粘膠短纖維是由化學(xué)卷曲法得到的,其基 本原理是紡絲中使纖維形成不對(duì)稱的橫截面。在特殊的 成形條件下,凝固浴沿粘膠細(xì)流呈徑向流動(dòng),使在細(xì)流兩 側(cè)的酸浴濃度不同,一側(cè)濃度較高,所形成的粘膠細(xì)流皮 層較厚,而在另一側(cè)濃度較低,所形成皮層較薄,從而 形成具有不對(duì)稱橫截面的纖維。當(dāng)纖維經(jīng)受拉伸作用時(shí), 由于應(yīng)力分布不均勻,使薄側(cè)皮層破裂,而形成不對(duì)稱結(jié) 構(gòu)。然后給纖維以松弛或膨化,

60、使纖維因發(fā)生不均勻的收 縮而產(chǎn)生三維空間的永久自由卷曲。 此外,還可以利用兩種不同性能的粘膠溶液在同一個(gè) 噴絲孔內(nèi)復(fù)合噴出。由于兩種組分的凝固能力不同,所以 形成的纖維在結(jié)構(gòu)上亦產(chǎn)生差異,拉伸后收縮效果 不同,由此形成卷曲。 卷曲粘膠短纖維的橫截面形狀及其成形條件，如表2- 10 所示。 nacl值）值） /m cs2用量/%3438 變性劑用量 紡絲粘膠 一 浴 二 浴 二甲胺/%/%（對(duì)纖維素）（對(duì)纖維素） 聚乙二醇/%/%（對(duì)纖維素）（對(duì)纖維素） 粘度/s 鹽值（nacl h2so4/% naso4/% znso4/% 浴 溫/ 拉伸值/% h2so4/% 浴 溫/ 紡速/mmin-1