第二章再生纖維素纖維

1、化學(xué)纖維概論天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料與工程系 丁長坤聯(lián)系方式：材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料系615室研究方向：生物醫(yī)用材料功能及高性能纖維材料 高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能課程要求一、課堂紀(jì)律爰遲到、早退；手機(jī)；飲食二、考勤三、作業(yè)自愿完成、不許抄襲四、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容隨時(shí)提醒五、復(fù)習(xí)和考試安排一次復(fù)習(xí)課平時(shí)以自習(xí)為主六、成績評定期末成績由兩部分組成：平時(shí)成績+期末考試卷面成績1 平時(shí)成績（1020%）2期末考試成績（9080%）第二章再生纖維素纖維植物募類做生物概述目 前全球天然纖維素產(chǎn)量達(dá)到1000億噸/年， 而世界紡織業(yè)的纖維素用量不到2200萬噸/年。 1838年，法國科學(xué)家安斯

2、姆佩心(AnselmePayen）發(fā)現(xiàn)大量植物細(xì)胞都具有相同的一種 物質(zhì)，并將其命名為纖維素（Cellulose）。 1891 年，克羅斯（Cross）、貝文（Bevan）和比德爾（Beadle）等首先制成了纖維素黃酸鈉溶液，因其粘度很大，命名為“粘膠”。 1893年，出現(xiàn)最早制備化學(xué)纖維的方法（粘膠遇酸后，纖維素又重新析出）o 1905年，穆勒（Mueller）等發(fā)明了稀硫酸和轡觀的聽謂翻鑑黑產(chǎn)。再生纖維素纖維的生產(chǎn)方法有以下幾種：粘膠法：粘膠纖維。溶劑法：銅氨纖維；萊賽爾（Lyocell） 纖維等。纖維素氨基甲酸酯法（CC法）:纖維素氨基甲酸酯纖維。閃爆法：新纖維素纖維。熔融增塑紡絲法：新

3、纖維素纖維。目前，纖維素纖維的主要生產(chǎn)方法以粘膠 纖維為主，產(chǎn)量占90%以上。所以，主要介紹 粘膠纖維。普通纖維,長絲短纖維：棉型纖維，毛型纖維，中長纖維，髙卷曲纖維波里諾西克(Polynosic)纖維(富強(qiáng)纖維) 高濕模量類纖維高濕模量纖維髙卷曲、高濕模量纖維普通型強(qiáng)力纖維超強(qiáng)力纖維改性及特種纖維:接枝纖維，阻燃纖維，屮空纖維，導(dǎo)電纖維等 20世紀(jì)30年代末期，出現(xiàn)了強(qiáng)力粘膠纖維; 50年代初期，高濕模量粘膠纖維實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化； 60年代初期，粘膠纖維的發(fā)展達(dá)到高峰，產(chǎn)量占 化學(xué)纖維總產(chǎn)量的80%以上； 60年代中期以后，發(fā)展趨于平緩; 70年代，發(fā)展處于停滯狀態(tài)（“三廢”問題）；但仍具有不可

4、忽視的地位一吸濕性好、透氣性強(qiáng)、 染色性好、穿著舒適、易于紡織加工、可生物降 解。莫代爾目前（2009年），世界粘膠纖維的產(chǎn)量約450 萬噸，約占化學(xué)纖維總產(chǎn)量（約7000萬噸） 的6%o 2009年，我國粘膠纖維總產(chǎn)量達(dá)140多萬噸, 居世界第一。2009( i-Ti)rs去年同期（萬噸）同比増減（%）化纖漿粕167.59122.0337.34粘膠纖維146.08126.7215.28根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，化纖漿粕和粘膠纖維20091-11月產(chǎn)量分別為發(fā)展趨勢:167.59萬噸和146.08萬噸，較去年同期分別增長37.34%和15.28%。改性一兼具粘膠纖維與合成纖維優(yōu)良性能和特殊功能的

5、纖維素纖維;蹩環(huán)境友好型非粘膠法纖維素纖維綠色生產(chǎn)第一節(jié)生產(chǎn)纖維素纖維的基本原料、植物纖維的原料來源及其化學(xué)成分植物纖維（植物的一種細(xì)胞）是制造纖維 素漿粕的原料，纖維素漿粕是生產(chǎn)再生纖維素 纖維的原料。1 木材纖維針葉木是制造纖維素纖維的優(yōu)質(zhì)原料闊葉木也可以幾種木材的化學(xué)成分單位：品種成分針葉木闊葉木魚鱗松冷杉馬尾松云南松白楊樺木水分9.32118.1711.6013.35灰分0.310.990.500.341.430.33抽出物冷水0.961.922.501.52熱水.2.354.562.803.393.192.611% NaOH10.6814.51-14.6714.4325.06有機(jī)溶劑

6、抽出物0.890.213.063.953.593.93蛋白質(zhì)0.590.720.51果膠質(zhì)1.281.08V/木質(zhì)素29.1231.6527.7927.9423.8423.84戊糖11.4510.7911.4010.4117.31Q a-纖維素48.4545.9358.7946.5446.7944.58全纖維素58.7960.3359.972 棉纖維棉短絨（附著在棉籽殼上的短纖維）是制造纖維素纖維的優(yōu)質(zhì)原料。3 禾本科植物纖維包括竹、蘆葦、麥稈、甘蔗渣、高粱桿、 玉米桿和棉桿等。目前，我國已將甘蔗渣、竹 子漿粕用作粘膠纖維的原料。22纖維素的結(jié)構(gòu)與性能1纖維素的結(jié)構(gòu)纖維素是一種由大量葡萄糖殘基

7、彼此按照一定的聯(lián)接原則，即通過第一個(gè)、第四個(gè)碳原子用卩鍵連接 起來的不溶于水的直鏈狀大分子化合物。分子通式為 (C6H10O5) n, n為聚合度。CH> OH纖維素的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和其它固體高聚物一 樣，是十分復(fù)雜的。早期的微胞結(jié)構(gòu)理論纖維素分子聚集成微胞，每個(gè)微胞都有 嚴(yán)格整齊的界面，象磚塊堆砌起來一樣?，F(xiàn)代觀點(diǎn)則認(rèn)為這是不確切的。纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論纖維素結(jié)構(gòu)存在兩個(gè)相態(tài)：結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)。 高序部分一大分子致密、平行排列、定向良好。無定形部分一致密度較小、大分子結(jié)合程度較弱、 有較大的空隙、分子鏈分布不完全平行。2爭論無定形部分是由結(jié)晶部分伸出來的分子鏈所組成，結(jié)晶部分和無定形部分之間由

8、分子鏈貫穿, 而二者之間沒有嚴(yán)格的界面。I7)/ k 八X/ L/1_ _ 丁 Xpjr 】才、_ m/ ) zj J X/</ /SZ Z廠 ffTr*/ .fCJ / V-Jcv A /L rjjl fJy /Ir IfYJl 、JLkILXIf/jHQlj/V5eLi 十 1KIv&XHI><vj<ax y>1aC .f JrI/-?7 inW 7 尸卜尸0/STnffxvq?cx/r( i yH YAPCk UXjJ XXJ <xV JtT i、1Ipl./Y-h , jk CvA /v yxI 、Kf /Ii-/ JrLj/JX-、 丄L鼻

9、J.3 A-Zoti_ JA / y |f-Jfj / />/f jl / |PV<5>o> P /%Gp<jv7 y>MLjkI j jjl. J>L H / r Ay r / /j< / /1匸H 1 口J fJ f|f f B,FSy/ IIk 14I r r/ rH rrn VY ih f Xd t t J"Ty /nvi rvA Lx1gZI<<fV i t"V/*4 "OL XJ>JfAlTiS/J Krf 1<1 t 1 J1、"71,1 UVA Ir 1 X_1r/Z

10、 lil/ / /卜 f f Jjr11fJtL*F1JTT*tA IyJ iV I1/f 尸 > 1 rVu7 IJ I XI AJt*f 1 L< w jr1#v、1纖維索的纓狀微胞結(jié)構(gòu)模型有人則認(rèn)為結(jié)晶部分是由折疊鏈構(gòu)成。纓狀微 胞結(jié)構(gòu)是普通粘膠纖維的結(jié)構(gòu)形式。修正的纓狀微胞結(jié)構(gòu)模型纓狀原纖結(jié)構(gòu)理論纓狀微胞結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為結(jié)晶區(qū)較短，而纓狀原纖結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為結(jié)晶區(qū)較長，晶區(qū)是長鏈分子的小片斷構(gòu)成的，長鏈分布依次地通過結(jié)晶的原纖和它們中間的非晶區(qū)。天然纖維素纖維、波里諾 西克纖維和高濕模量纖維都具有纓狀原纖結(jié)構(gòu)。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 同相對分子質(zhì)量的潯

11、臺欽 在工業(yè)上分為：纖維素卩纖維素 Y 纖維素半纖維素*纖維素（聚合度200以上）：植物纖維素在特定條件下 不溶于2（TC的17.5%NaOH溶液的部分，溶解的部分稱為半 纖維素。0 纖維素（聚合度140-200）：以上溶解部分用醋酸中和 又重新沉淀分離出來的那一部分纖維素oY纖維素（聚合度低140 ）:不能沉淀的部分。3.纖維素的物理性質(zhì)G纖維素是白色、無臭、無味的物質(zhì)q不溶于水、稀酸、稀堿和一般的有機(jī)溶劑q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q能很好地溶解在銅氨溶液和復(fù)合有機(jī)溶液體系中 q對金屬離子具有交換吸附能力（木質(zhì)素和半纖維 素的作用）

12、3;具有良好的對水和其他溶液的吸附性，吸附性 的強(qiáng)弱與纖維素結(jié)構(gòu)及毛細(xì)管作用有關(guān)q 200 °C以下熱穩(wěn)定性尚好，200 °C以上聚合度 下降4 纖維素的化學(xué)性質(zhì)氧化反應(yīng)f H OHCHOHH OHCH.OH 一2 2同被氧化成竣基或醛基' 與酸反應(yīng)適當(dāng)條件下發(fā)生酸性水解（纖維素大分子 的配糖連接對酸不穩(wěn)定），如條件劇烈，則水 解的最終產(chǎn)物為葡萄糖。與堿反應(yīng)在適當(dāng)條件下發(fā)生配糖連接堿性降解及端 基的“剝皮”反應(yīng)，導(dǎo)致纖維素的聚合度降低。 與濃NaOH溶液作用，生成堿纖維素。酯化反應(yīng)"T H OH/ 、H OHCH：OHch3ohh oh乂ZCH.OH一 2

13、2I1與各種無機(jī)酸和有機(jī)酸反應(yīng)，生成各種酯化物, 如硝化纖維素、醋酸纖維素、纖維素黃酸酯等。醛化反應(yīng)與鹵代烷、鹵代酸或硫酸酯作用生成纖維素瞇。 三、纖維素漿粕的制造及質(zhì)量要求1 纖維素漿粕的制造與造紙工業(yè)的制漿過程區(qū)別不大。甘蔗渣棉短絨一備料一A蒸戲漂甫J精選一漂白一漂后精選一抄漿_脫水、烘干一J漿粕木材備料。甘蔗渣要經(jīng)過開松和除髓，棉短絨要進(jìn)行開松、除塵，木材要經(jīng)過剝皮、除 節(jié)、切片等處理。蒸煮植物原料經(jīng)過以上預(yù)處理后與蒸煮藥劑混合，在 規(guī)定的溫度和壓力下進(jìn)行蒸煮成為漿料。分為：All亞硫酸鹽法一適用于結(jié)構(gòu)緊密原料，如針葉木； 預(yù)水解亞硫酸鹽法一適用于樹脂和多縮戊糖含量 高的原料，如闊葉樹、

14、甘蔗渣等；苛性鈉法一適用于棉短絨。在蒸煮過程中，纖維細(xì)胞發(fā)生膨潤，初生 壁被破壞，漿粕反應(yīng)性能提高，大部分半纖維 素及其他非纖維素混合物得以除去，漿粕的聚 合度降低。精選經(jīng)過洗滌、打漿、篩選、除沙和濃縮等過 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)和殘存的木質(zhì)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。2 粘膠纖維漿粕的質(zhì)量要求應(yīng)具有純度高、堿化及黃化時(shí)能與化學(xué)試lFAI劑迅速而均勻地反應(yīng)、纖維素酯在堿溶液中擴(kuò) 散及溶解性能良好等特點(diǎn)，并具有良好的過濾 性能，以保證紡絲順利進(jìn)行。指標(biāo)理想要求標(biāo)理想要求纖維素含覽越高越好反應(yīng)性能_ _ _優(yōu)良雜度越低越好

15、纖維K度分布均勻聚合度分布均勻一致，分布帶越窄越好漿粕成分均一性好 a纖維素含量高、半纖維素含量低，標(biāo)志著漿粕純度高。漿粕中的雜質(zhì)包括SiO2鐵、鎂等，它們使粘 膠的粘度升高，并能與酸生成不溶性鹽，從而 降低酸浴的透明度或堵塞噴絲頭。雜質(zhì)中的鐵、 銅、猛等能加速堿纖維素的老成降解。木質(zhì)素 可降低漿粕的潤濕能力，延緩老成速度，在漂 白時(shí)生成有色物質(zhì)，使纖維產(chǎn)生色斑。聚合度要求：分布均勻，聚合度高于1200及低 于200的部分越少越好?？傊?，要求漿粕的反應(yīng)性能好（綜合指標(biāo)）o第二節(jié)粘膠原液的制備各種粘膠纖維的生產(chǎn)都必須經(jīng)過下列四個(gè)過程:粘膠的制備紡前準(zhǔn)備纖維成型纖維的后處理漿粕|浸漬一壓榨一A粉碎

16、亠堿纖維素f 老成亠黃化亠纖維素黃酸鈉f 溶解亠|粘膠|亠-、堿纖維素的制備1 漿粕的準(zhǔn)備通常釆用多批混合的方法。各批漿粕的品質(zhì)差異應(yīng)有一定的允許范圍。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，重要的是漿粕 含水率的均勻性。含水率波動，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 潤不均勻，堿纖維素的生成也不均勻，從而使 以后的老成和黃化反應(yīng)不均勻，制得的粘膠過 濾性能變差，成品纖維的品質(zhì)下降。含水率的波動應(yīng)控制在±2%范圍內(nèi)o2 纖維素浸漬浸漬過程中化學(xué)及物理變化堿與纖維素的相互作用可分為兩個(gè)階段（化學(xué)變化），首先生成加成化合物C6H|0O5 +

17、NaOH + n H2O =C6H|0O5 * NaOH* nH2O加成化合物還可進(jìn)一步形成醇化物 酸性較弱的伯輕基則生成C6H(oO5- NaOH - 7? Ib(-C6H9O4ONa+ ( n + 1)H2OHT H OHCH, OHNPH U HO IH纖維素大分子上酸 性較強(qiáng)的仲疑基生成物理變化：溶脹和部分低分子溶出，纖維 素的聚合度有所降低。影響纖維素溶脹作用的因素漿粕的膨潤作用，包含了纖維間毛細(xì)管水的凝聚作用和纖維素分子上羥基的溶劑化作用O主要受溫度和堿液濃度影響。浸漬過程的工藝參數(shù) 堿液濃度通常浸漬堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在18%20% （最終會被稀釋到10%12% ,該濃度下溶 脹最劇

18、烈）。 浸漬時(shí)間漿粕從潤濕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，半纖維素 的溶出則需要更長的時(shí)間，而生成堿纖維素的 反應(yīng)時(shí)間很短。浸漬時(shí)間的長短主要取決于漿 粕的結(jié)構(gòu)形式、浸漬方式及浸漬工藝。一般在 15 60mino 浸漬溫度IIIIII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。升高溫度會使堿纖維素 發(fā)生水解反應(yīng)。對不同的漿粕原料和設(shè)備，浸 漬溫度有較大的差異。 浸漬浴比漿粕的絕對干燥重量和堿液體積之比，稱 為浴比。3 堿纖維素的壓榨與粉碎漿粕經(jīng)過浸漬以后，必須與過剩的堿液分 離，因?yàn)檫^量的水和堿會直接影響黃化反應(yīng)的 正常進(jìn)行，還會發(fā)生多種副反應(yīng)，消耗大

19、量的 二硫化碳。所以，要進(jìn)行壓榨，使a纖維素含 量控制在28%30%, NaOH含量控制在16% 17%o粉碎一成細(xì)小的松屑粒狀（增加反應(yīng)的表面積）。4 堿纖維素的老成III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。（低溫長時(shí)間老成效果較好）二、纖維素黃酸酯的制備1 堿纖維素的黃化反應(yīng)使難溶解的纖維素變成可溶性的纖維素黃 酸酯。C6H9O4ONa+ CS2 =C6H9O4OCS2NaC6H10O5NaOH* nH2O + CS2 =C6H9O4OCS2Na + （比 + 1）H2O黃化反應(yīng)首先發(fā)生在纖維素大分子的無定形區(qū) 及結(jié)晶區(qū)表面，并逐步

20、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)堿纖維素中存在的大量游離堿與二硫化碳發(fā)生一系列的副反應(yīng):2CS2 + 4NaOHNa2CS3 + Na2CO3 + H2S f + H202CS2 + 6NaOHNa2S + Na2CO3 + Na2CS3 + 3H2O3CS2 + 6NaOH 2Na2CS? + Na2CO3 + 3H2OCS2 + 4NaOH Na2CO3 + 2NaHS + H20副反應(yīng)產(chǎn)物三硫代碳酸鈉(Na2CS3)是一種油狀橘紅色 物質(zhì)，它使黃酸酯著色。黃化反應(yīng)中主、副反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行 ,可以根據(jù)體系色澤的變化來判斷黃化反應(yīng)的終

21、點(diǎn)。主要是氣固相反應(yīng)，包括二硫化碳蒸汽按擴(kuò)散機(jī)理從堿纖維素表面向內(nèi)部滲透的過程 以及二硫化碳在滲透部分與堿纖維素上的輕基 進(jìn)行反應(yīng)的過程。是放熱反應(yīng)，低溫有利，高溫易生成更多的副產(chǎn)物。是可逆反應(yīng)。二硫化碳對纖維素的滲透， 在無定形區(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)散和吸附對反應(yīng)起著重要作用。三、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，首先黃酸基團(tuán)會發(fā)生強(qiáng)烈的溶劑化重要，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)，

22、纖維素黃酸酯就大量吸收溶劑分子而無 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。溶解過程中，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，使黯瞬分麟勰鸚織豔蘿2 堿纖維素黃酸酯的混合溶解結(jié)束后，為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。四、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，即使在常溫下放置也會逐步分解，酯化度下降。粘膠在放置過程中會發(fā)生一系列的化學(xué)和物理 化學(xué)變化，稱之為粘膠的熟成。粘膠在熟成過程中的化學(xué)變化Viscoseviscose水解反應(yīng)o c6 fi9 o4/c=s

23、SNa十 HoO一OQH9O4q=S+ NaOHSH*CS2 + CgH1o05皂化反應(yīng)OC6H9O43C=S+ 3NaOH 3C6H10O5 + 2Na2CS3 + Na2CO3SNa在熟成過程中，水解反應(yīng)和皂化反應(yīng)同時(shí)存在，主要發(fā)生水解反應(yīng)。一些熱力學(xué)上潛能較高的副產(chǎn)物不斷向潛能較低的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。熟成過程中粘膠粘度的變化先急劇下降（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）經(jīng)最低點(diǎn)后緩慢上升（隨熟成繼續(xù)進(jìn)行，酯化度下降，使脫溶劑化 和結(jié)構(gòu)化程度增加）急劇上升（隨著副產(chǎn)物的不斷 增加，酯化度進(jìn)一步下降，纖 維索大分子因氫鍵作用而

24、不斷 凝聚，直至形成凝膠）熟成過程中黃酸基團(tuán)的再分配及熟成度的變化由于仲疑基上黃酸基和伯疑基上黃酸基的離解速度不同，隨著熟成的進(jìn)行，總的酯化度 呈緩慢下降的趨勢，仲疑基位置上的酯化度急 劇下降，伯疑基位置上的酯化度稍有上升，結(jié) 果使黃酸基團(tuán)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凝固作用的穩(wěn)定程度，是粘膠的重要指標(biāo)之一，直接影響紡絲 成型過程的快慢及成品纖維的性能。2粘膠的過濾需過濾物質(zhì): 大量微粒（未反應(yīng)的纖維及其片斷、未溶解的纖維和溶解不完全的粘膠粒子以及半纖維素與Fe、 Ca、Cu的螯合體等）原料、設(shè)備和管道中帶入的各類雜質(zhì)。通常，粘膠在紡絲前要經(jīng)過三道過濾

25、。過濾介質(zhì) 一般為絨布和細(xì)布。3粘膠的脫泡氣泡的存在將加速粘膠的氧化過程。成型時(shí)氣泡 會使纖維斷頭和產(chǎn)生疵點(diǎn)，微小的氣泡容易形成氣泡 絲，降低纖維的強(qiáng)度。一般控制氣泡在粘膠中的體積 分?jǐn)?shù)在0.001%以下。五、粘膠的質(zhì)量指標(biāo)及分析方法1 過濾性能漿粕制造、浸漬、壓榨、粉碎、黃化和溶解 各工序中存在的質(zhì)量問題，將集中體現(xiàn)在粘膠過 濾性能的好壞上。因此，過濾性能是衡量漿粕質(zhì) 量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)行。在生產(chǎn)中，常采用阻塞僮（Kw）表征粘膠的 過濾性能。K嚴(yán)IO"喬7；片一恒壓下20min后通過規(guī)定過濾介質(zhì)的粘膠量 鼬同-實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)測定亦n

26、后通過規(guī)定過濾介質(zhì)2 粘膠的組成q粘膠中纖維素含量會影響成品纖維的粗 細(xì)q游離堿的含量對粘膠的性能影響很大G粘膠的化學(xué)組成分析比較復(fù)雜，實(shí)際生 產(chǎn)中一般通過黃化及溶解工序中加入的堿量、 二硫化碳量和水量來控制。Q來上盼鮒*上直可間接表示纖維的聚合度，粘膠的粘度直 接影響纖維的強(qiáng)度。生產(chǎn)中采用落球法測定。（低于20s或大 于50s,可紡性較差）4 粘膠的熟成度熟成度越低，成型速度越慢，所形成的纖 維結(jié)構(gòu)緊密，染色越淺；熟成度越高，成型速 度越快，纖維結(jié)構(gòu)不均勻，則染色深且不均， 纖維強(qiáng)伸度也明顯降低。第三節(jié)普通粘膠短纖維-、凝固浴的組成和作用1凝固浴的組成是由硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅按一定比例組成的

27、溶液。單獨(dú)的硫酸也能用于粘膠纖維成型, 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快，大分子還來不及經(jīng)受足夠的拉伸定向，纖維素已經(jīng)再生出來，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 維無實(shí)用價(jià)值。2 凝固浴的作用硫酸的作用一是使纖維素黃酸鈉分解，再生出纖維素 和CS2；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。硫酸鈉的作用抑制硫酸的解離，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)械性龜。硫酸鋅的作用改進(jìn)纖維的成型效果，使纖維具有較高的韌性和較優(yōu)良的耐疲勞性能。兩個(gè)特殊作用：一是能與

28、纖維素黃酸鈉作 用生成穩(wěn)定的中間產(chǎn)物一纖維素黃酸鋅，其分 解速度比纖維素黃酸鈉慢得多，有利于拉伸， 從而提高纖維強(qiáng)度；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)度都得到適當(dāng)提 高。二、紡絲成型工藝1 粘膠短纖維的成型特點(diǎn) 噴絲頭的選用釆用直徑較大或組合式噴絲頭，單頭孔數(shù) 上千乃至數(shù)萬、合并后的絲束總線密度在百萬 分特以上，紡絲機(jī)的單臺生產(chǎn)能力較大。成型條件噴絲孔有合理的排列和分布，酸浴的分配 和流向均勻合理。比長絲成型條件緩和，凝固 浴中硫酸含量略低，而硫酸鈉含量稍高。因此 在塑性條件下絲條能經(jīng)受較大的

29、拉伸。雙浴成型經(jīng)凝固成型后，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 型。從一浴中紡出的絲束，合并成絲束后，在 95100 °C的二浴中進(jìn)行60%100%的拉伸， 并充分分解成水化纖維素。2 成型過程中的化學(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，然后再分解成水化纖維素。凝固和分轉(zhuǎn)過程往往同時(shí)發(fā)生，只是前后程度有所成型過程中的化學(xué)變化 纖維素黃酸酯遇酸的分解反應(yīng)2C6H9O4OCS2Na + H2SO4 一 2C6Hl0O5 + Na2SO4 + 2CS2 f 粘膠中堿與酸的中和反應(yīng)2NaOH + H2S

30、O4 *N aoS04 + 2H2O 纖維素黃酸鈉與硫酸鋅的過渡反應(yīng)SC6H9O4OCS2Na+ZnSO4ZnS(:Cg H9O4II>c6h9o4ocS 粘膠中雜質(zhì)與酸的各種反應(yīng)Na2CS3 + H2SO4 - Na2SO4 + H2S f + CS2 fNa2S + H2SO4Na2S04 + H2S Na°Si + IUSO4 NaSO + H2S f + ( % - 1)S "Na2S203 + H2SO4 *Na2SO4 + H20 + SO2 + S "成型過程中的物理化學(xué)變化當(dāng)粘膠經(jīng)過噴絲孔道時(shí)，在切向力作用下成為各向異性的粘膠細(xì)流。粘膠細(xì)流和

31、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，及以 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。在初生的粘膠纖維中，原來在纖維中形成的結(jié)晶粒子首先析出。結(jié)晶粒子進(jìn)一步結(jié)合其 他大分子或締合體而不斷增大，并逐步形成較大的結(jié)晶區(qū)域。由于纖維素大分子活動性較小, 故結(jié)晶過程比較緩慢。另外，溶劑的擴(kuò)散速度 常低于反應(yīng)速度，所以在纖維的表面首先形成 皮膜，溶劑通過皮膜向內(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型中的意義短纖維拉伸一般由噴絲頭拉伸、導(dǎo)盤拉伸 和塑化拉伸三個(gè)階段組成。噴絲頭拉伸噴絲頭拉伸率=第二昱盤豔爲(wèi)輕噴出速度x

32、100%1!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, 噴絲頭拉伸率有較大差異（正拉伸、負(fù)拉伸）。導(dǎo)盤拉伸也稱空氣浴拉伸，在導(dǎo)盤與第一集束輻之間進(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。CH.OH2塑化拉伸在第一集束輻與第二集束輻之間進(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

33、伸的同 時(shí)，纖維素基本全部再生，使拉伸效果得到鞏 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很多工廠釆用切斷后再進(jìn)行后處理的方法， 流程：水洗-脫硫T水洗T漂白-水洗-酸洗 T水洗上油抿干打包。2 后處理各工序的作用 水洗洗去纖維上的硫酸、硫酸鹽及部分硫磺。 水溫要適當(dāng)。要使用軟水，盡量回收利用。附著在纖維上的硫磺會使纖維帶有淡黃色， 并使纖維手感粗糙，在以后的紡織加工中產(chǎn)生 灰塵，惡化車間環(huán)境。表面硫磺在熱水中容易被洗掉，而內(nèi)部的 膠質(zhì)硫磺難以洗去，需要用脫硫劑。漂白一般采用次氯酸鈉和過氧化氫作為漂白劑, 它們能氧化色素使纖維變白。酸洗HL為了除去纖維在處理過程中生成的不溶性 氫氧化鐵及其他重金屬。常用鹽酸或硫酸。上油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，使纖維既具有柔軟、平滑的手感，又具有適當(dāng)?shù)谋Ш狭ΑＩ嫌吐士?制在0,15%0.3%為宜。切斷為使粘膠短纖維能像毛、棉纖維一樣進(jìn)行紡織加 工，或與其他纖維進(jìn)行混紡，就要將它切斷成與毛、 棉纖維相近的長度。棉型：38mm,毛型：76114mm,中長型：5176mm。烘干纖維在烘干前要先進(jìn)行脫水，使含水率由300%400%降至130%150%。一般短纖維用壓輻脫水機(jī)脫水。烘干通常采用熱風(fēng)烘干，速度取決于熱空氣的溫度、濕度、循環(huán)速度