高分子材料加工工藝學

高分子材料加工

工藝學第四章聚丙烯纖維.山東理工大學教案

2011~2012學年第2學期

課程名稱高分子材料加工工藝學A（第四章）授課對象材化09級高分子方向主講教師孟凡濤/楊彥功教師所在院（部）、系（室）材料科學與工程學院材化教研室選用教材高分子材料加工工藝學A學時/學分48學時/3學分山東理工大學2012.2.第四章聚丙烯纖維聚丙烯纖維在我國簡稱丙綸。1954年Ziegler和Natta發(fā)表了等規(guī)聚丙烯的制造專利，即Ziegler-Natta催化劑，于l957年意大利Montefibre公司實現(xiàn)了聚丙烯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。以后英國、美國相繼開始生產(chǎn)等規(guī)聚丙烯短纖維。丙綸原料來源豐富，制造工藝簡單、成本低廉。丙綸具有許多優(yōu)良的性能，可供服裝、裝飾及產(chǎn)業(yè)用品使用，并在此三大領域內(nèi)有廣闊的前景。我國近年丙綸獲得了極大發(fā)展，目前產(chǎn)量已達百萬噸以上。.第一節(jié)聚丙烯纖維的原料聚丙烯纖維的原料是等規(guī)聚丙烯，等規(guī)聚丙烯是以丙烯為原料，用配位陰離子作催化劑聚合而成的，下面簡要介紹等規(guī)聚丙烯的制造方法一、等規(guī)聚丙烯的合成等規(guī)聚丙烯的制造，理論上可使用配位陰離子催化劑進行聚合反應，而在生產(chǎn)上則有獨自的聚合催化體系和制造工藝。如表1..1.丙烯的聚合工藝聚丙烯生產(chǎn)工藝按聚合類型可分為淤漿法、溶液法、本體法、氣相法和本體-氣相法組合工藝5大類。近年來，氣相和本體工藝的比例逐年增加，界各地在建和新建的PP生產(chǎn)裝置將基本上采用氣相工藝和本體工藝，尤其是氣相工藝的快速增加正挑戰(zhàn)居世界第一位的Spheripol工藝（本體-氣相法組合工藝）。.據(jù)NTH公司稱，1997年以來，世界范圍內(nèi)許可的PP新增產(chǎn)能的55%都是采用Novolen氣相工藝，今后氣相工藝還將有逐步增加的趨勢。目前，世界上氣相法PP生產(chǎn)工藝主要有BP公司的Innovene工藝、智索公司的Chisso工藝、聯(lián)碳公司的Unipol工藝、BASF公司的Novolen工藝、住友化學公司的Sumitomo工藝以及Basell公司開發(fā)的Spherizone工藝等。.(1)Spherizone工藝Spherizone工藝采用的是Basell公司開發(fā)的多區(qū)循環(huán)反應器（MZCR）技術，是目前世界上最新穎、最先進的聚丙烯生產(chǎn)工藝。其工藝流程如圖1所示。Spherizone工藝采用的特殊設計的環(huán)型反應器由兩個反應區(qū)組成，聚合物顆粒在多區(qū)循環(huán)反應器的兩個不同反應區(qū)之間循環(huán)。在上升反應區(qū)，聚合物顆粒被單體氣流以流態(tài)化的形式向上帶走。在反應器的頂部，聚合物顆粒進入下降反應區(qū)，在重力作用下聚合物顆粒沉降到反應器底部，然后又被送到上升反應區(qū)，重復上述反應循環(huán)。.Spherizone工藝的采用氣相循環(huán)技術，采用MC系列Z-N催化劑，可生產(chǎn)出保持韌性和加工性能同時又具有高結(jié)晶度和剛性的更加均一的聚合物。它可在單一反應器中制得高度均一的多單體樹脂或雙峰均聚物。目前該工藝在世界范圍內(nèi)總生產(chǎn)能力為三百多萬噸/年，共有11套裝置。...(2)Novolen工藝1969年BASF和Shell的合資ROW公司在德國Wesseling采用立式攪拌床反應器建成世界上第一套2.5萬噸/年的氣相聚丙烯工業(yè)裝置，命名為Novolen工藝，其工藝流程如圖5所示。Novolen氣相工藝采用兩臺帶雙螺帶攪拌的立式反應器，該反應器使氣相聚合中氣固兩相之間分布比較均勻。目前世界上采用Novolen工藝的生產(chǎn)裝置有25套，總生產(chǎn)能力約為470.0萬噸/年。...(3)Innovene工藝Innovene工藝又名BP-Amoco工藝，其工藝流程如圖2所示。該工藝的主要特點是采用獨特的近活塞流的臥式攪拌床反應器。反應器為臥式圓柱形壓力容器，在軸向設有攪拌器，相當于3臺以上完全混合槽式反應器的效果。目前世界上采用Innovene工藝技術的聚丙烯生產(chǎn)裝置有20多套，總生產(chǎn)能力約為625.5萬噸/年...(4)Chisso工藝Chisso工藝是在Innovene氣相法工藝技術基礎上發(fā)展起來的，兩者有很多相似之處，尤其是反應器的設計基本相同，工藝流程如圖3所示。Chisso工藝的設計要更簡單，能耗更?。籆hisso氣相法聚丙烯工藝采用由TohoTitanium公司研制的THC-C催化劑，該催化劑具有很高的活性和選擇性，典型活性為25000～40000gPP/gcat.目前世界上采用Chisso氣相法聚丙烯工藝的生產(chǎn)裝置有6套，總生產(chǎn)能力為142.2萬噸/年。..(5)Unipol工藝Unipol工藝是聯(lián)碳公司和殼牌公司在20世紀80年代中期聯(lián)合開發(fā)的一種氣相流化床PP工藝，是將應用在聚乙烯生產(chǎn)中的流化床工藝移植到PP生產(chǎn)中的工藝，其工藝流程如圖4所示。該工藝反應器為上部擴徑的圓柱形立式壓力容器。聚合反應熱是靠循環(huán)的冷丙烯氣體的顯熱除去。Unipol工藝有許多獨一無二的優(yōu)勢，其中最大的優(yōu)勢是其單線生產(chǎn)能力高。目前，世界上有18個國家的51條生產(chǎn)線采用Unipol工藝進行生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力為1150.0萬噸/年。...2.配位陰離子催化劑及其種類等規(guī)聚丙烯的聚合反應，需要使用配位陰離子催化劑進行催化聚合。工業(yè)上最常用的是TiCl3和烷基化合物的組合體，具體種類如下。(1)三氯化鈦：TiCl3通常是用H2、金屬或金屬有機化合物還原TiCl4而得。它是離子型的結(jié)晶，有

、

、

和

四種晶型，其制備方法及催化作用參見表1。.(2)烷基鋁化合物烷基鋁化合物通常有三乙基鋁A1(C2H5)3和二乙基氯化鋁A1(C2H5)2Cl等。三乙基鋁可用鋁、異丁烯及H2在高溫下進行反應得到三異丁基鋁，再加入乙烯置換得三乙基鋁；也可用氮乙烯與活化了的鋁反應，再用鈉還原制得在工業(yè)生產(chǎn)中除使用上述兩種催化劑外，添加適當?shù)牡谌M分以使其活性提高，從而使聚合物立構規(guī)整性改善。加入的第三組分包括無機化合物．有機金屬化合物及含有N、o、P、s或鹵素等的有機化合物，它們多數(shù)是供電子體與TiCl3或烷基鋁形成絡合物。.（3）第五代聚丙烯催化劑

——茂金屬催化劑80年代初，德國漢堡大學WKaminsky等發(fā)現(xiàn)茂金屬在甲基鋁氧烷（MAO）的活化下．可以進行乙烯聚合且活性很高，也可使丙烯聚合產(chǎn)生無規(guī)聚丙烯。茂金屬催化劑是20世紀90年代以來最受關注的烯烴聚合催化劑茂金屬催化劑的工業(yè)化為生產(chǎn)物理機械性能明顯改進的聚丙烯樹脂創(chuàng)造了條件,如可生產(chǎn)超高剛性的等規(guī)聚丙烯高透明的間規(guī)聚丙烯、等規(guī)聚丙烯和間規(guī)聚丙烯的共混物及超高性能的聚丙烯抗沖共聚物等...二、等規(guī)聚丙烯的結(jié)構

聚丙烯是由碳原子為主鏈的大分子所組成的，根據(jù)其甲基在空間排列位置的不同，存在等規(guī)、間規(guī)、無規(guī)三種立體結(jié)構形式(見圖)。（1）等規(guī)聚丙烯是一種相同構型的有規(guī)則的重復單元，側(cè)甲基(一CH3)在主連平面的同一側(cè)，這種有規(guī)則的結(jié)構很容易結(jié)晶。.（2）間規(guī)聚丙烯是一種相反的構型單元交替有規(guī)則地排列，側(cè)甲基(一CH3)交替分布在主連平面的兩側(cè)，這也是一種有規(guī)則的立體結(jié)構，容易結(jié)晶。(3)無規(guī)聚丙烯是一種無規(guī)則排列結(jié)構，側(cè)基(—CH3)完全無秩序地立體配置，所以結(jié)晶困難，是一種無定形的聚合物。

(4)

成纖聚丙烯通常是等規(guī)聚合物，具有高度結(jié)晶性。其結(jié)晶是一種有規(guī)則的螺旋狀鏈，這種三維的結(jié)晶，在鏈軸的直角方向也具有規(guī)則的鏈堆砌。如圖4－5所示。.(5)等規(guī)聚丙烯結(jié)晶有

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、

、

和擬六方變體五種。其中與成形加工有關的主要有

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和擬六方變體。

變體為普通的單斜晶系晶體。

變體為六方晶系晶體。.（6）將漸冷等溫結(jié)晶的薄膜試樣用偏光顯微鏡觀察，可見到球晶結(jié)構。球晶的數(shù)目、大小和種類對二次加工性質(zhì)均有很大影響。.表4—3為等規(guī)聚丙烯的幾種球晶特征。

聚丙烯的結(jié)晶速度隨結(jié)晶溫度而變化。通常在125—135c時結(jié)晶速度較快。聚丙烯等規(guī)度高，結(jié)晶速度也高，添加少量有機金屬鹽，如苯甲酸鋁等成核劑，可使結(jié)晶速度增加。表11—4列舉了各種聚丙烯樣品的結(jié)晶度。..三、等規(guī)聚丙烯的性質(zhì)

（一）分子量及其分布聚丙烯分子量及其分布對于熔融時的流動性質(zhì)和成品纖維質(zhì)量有很大的影響。（1）聚丙烯分子量可用特性粘數(shù)來表征，特性粘數(shù)的測定常用的溶劑有十氫萘、四氫萘和1，2，4—三氯代苯等，在一定的測定溫度條件下特性粘數(shù)與分子量間的關系如表；.（2）工業(yè)上常用熔融流動指數(shù)(MI)表示聚丙烯的流動特性，可粗略的衡量其分子量大小。圖為特性粘數(shù)與熔融流動指數(shù)(MI)和分子量的關系。.（二）等規(guī)度等規(guī)聚內(nèi)烯的等規(guī)度一般大于95%，因此有很強的結(jié)晶能力，且結(jié)晶后可大大提高產(chǎn)品的力學性能。（三)熱性質(zhì)1.文獻報導的聚丙烯玻璃化溫度有不同的數(shù)值，大致在-35~-10℃范圍內(nèi)，無規(guī)聚丙烯-12~-15℃，等規(guī)聚丙烯而言是在-30~25℃隨試樣純度、測定方法和條件而定。2.聚丙烯的熔點為176℃，較聚乙烯高35—55℃，比聚酰胺等要低。等規(guī)度越高，熔點也越高。3.聚丙烯的導熱系數(shù)是所有纖維中最低的，為(8.79—17.58)×10–2W／(m·K)，用作保溫材料比羊毛還好。.（四）熔體的流動性能1.圖4—9為聚丙烯和幾種常見熔紡高聚物的流動曲線，可以看出在不同的切變應力下其粘性行為的比較，等規(guī)聚丙烯和高密度聚乙烯相似，較為明顯地顯示出假塑性行為。而聚酯和聚酰胺66則在較低的切變應力(104—105Pa以下)下顯示牛頓流動性質(zhì)。。.2.聚丙烯試樣分子量越大，分子量分布愈寬，試樣在較低溫度(190一210℃)和切變應力較高的情況下。易產(chǎn)生熔體破裂，聚丙烯出現(xiàn)熔體破裂的臨界切變應力為3×107~5×l05Pa。3.在受切變應力的情況下，熔體在壓縮和形變時顯現(xiàn)彈性性質(zhì)，聚丙烯的彈性行為是十分顯著的，熔體在出口處產(chǎn)生出口脹大效應。.(五)耐化學性及抗生物性等規(guī)聚丙烯是碳氫化合物，因此其耐化學性很強。在室溫下，聚丙烯對無機酸、堿、無機鹽的水溶液、去污劑、油及油脂等有很好的化學穩(wěn)定性。氧化性很強的試劑，如過氧化氫、發(fā)煙硝酸、鹵素、濃硫酸及氯磺酸會侵蝕聚丙烯；有機溶劑也能損害聚丙烯。大多數(shù)烷烴、芳烴、鹵代烴在高溫下會使聚丙烯溶脹和溶解。聚丙烯具有極好的耐霉性和抑菌性，不需任何整理手段即可防蛀。.四、成纖用聚丙烯的質(zhì)量要求聚丙烯樹脂質(zhì)量對纖維性能影響很大。用分子量分布較窄的樹脂所得纖維的模量較高。國內(nèi)纖維級聚丙烯粘均分子量=18—20萬，分子量分布的多分散性系數(shù)<6。一般紡單絲用原料樹脂的[]=2dl／g，紡復絲用原料樹脂的[]=1.5dL／g左右。聚丙烯大分子鏈上不含有極性基團，其吸水性極差，所以對切片含水要求并不太嚴格。切片含水率一般應小于0.1％。聚丙烯要求等規(guī)度為95%以上，若低于90％時紡絲困難。熔點約穩(wěn)定在164—172°C之間。灰分應小于0.05%，鐵、鈦含量應小于20ppm。.第二節(jié)聚丙烯纖維的成形等規(guī)聚丙烯是一種典型的熱塑性高聚物，可熔融加工成為各種用途的制品。工業(yè)生產(chǎn)丙綸的紡絲方法一般有兩種，一種熔體紡絲法，一種是膜裂紡絲法。一、常規(guī)熔體紡絲和聚酯纖維、聚酰胺纖維一樣，聚丙烯可以用熔體紡絲法制得長絲和短纖維。由于成纖聚丙烯具有較高的分子量和較高的熔體粘度，熔體的流動性差，故需采用高于聚丙烯熔點100°C左右或更高的擠出溫度（熔體溫度)．才能使其熔體具有必要的流動性并順利進行紡絲。.紡制長絲時，卷繞絲收集在筒管上。經(jīng)熱板或熱輥拉伸4~8倍。在拉伸之后進行熱定型。并使纖維收縮至穩(wěn)定結(jié)構。紡制短纖維的噴絲板采用500孔或更多的孔數(shù)．出生纖維集束成幾十／至幾百萬分特的絲束，在蒸汽箱中于100~130℃下拉伸，拉伸倍數(shù)較長絲為低，通常僅為3—4倍。拉伸后的絲束進行卷曲，然后進行松弛熱處理，最后切斷成棉型或毛型短纖維。.（一）混料聚丙烯含水率極低，可不必干燥直接紡絲。由于聚丙烯染色困難，所以常在紡絲時加入色母粒以制得有色纖維。加入色母粒有兩種方法：一種是直接將色母?；烊刖郾┣衅性偌尤肼輻U機熔融紡絲。第二種是先將色母粒熔融，然后在加入到擠出機的壓縮段末端，與熔融好的聚丙烯混合，后者投資大，但混合精度高。.（二）紡絲聚丙烯纖維的紡絲設備和聚酯、聚酰胺纖維相似，但也有其特點。通常使用大長徑比單螺桿擠出機。雖然等規(guī)聚丙烯是結(jié)晶的，但仍然像其它熱塑性高聚物那樣容易擠出成型。改變紡絲條件可獲得不同取向度、結(jié)晶度、強度的纖維，圖3—6為聚丙烯纖維取向度和結(jié)晶度對強度的影響。由圖可見，要得到高強度的纖維．必須進行高倍拉伸，以提高纖維的取向度和結(jié)晶度。.1.紡絲溫度紡絲溫度是紡絲過程的重要工藝參數(shù),

聚丙烯紡絲時，螺桿各區(qū)的溫度控制也與滌綸或錦綸紡絲時一樣。一、二區(qū)為預熱和部分熔融區(qū)，三、四區(qū)為主要加熱熔融區(qū)，五區(qū)為均化和計量區(qū)。（1）樹脂的分子量增大，紡絲溫度也要相應提高；分子量分布越寬，則采用的紡絲溫度也越高。（2）聚丙烯具有較高的特性粘數(shù)和熔體粘度，所以，在較低紡絲溫度下，易引起取向和結(jié)晶，并形成高度有序的單斜晶體結(jié)構：而在較高溫度下紡絲，初生纖維的預取向度低，形成不穩(wěn)定的碟狀液晶結(jié)構。可以采用較高的后拉伸獲得高強力纖維。.2.冷卻成形條件（1）成形過程中冷卻速度對聚丙烯纖維質(zhì)量有很大影響，冷卻較快，紡絲得到不穩(wěn)定碟狀液晶結(jié)構的初生纖維，晶區(qū)尺寸小，有利于纖維后拉伸。如緩慢冷卻，則得到的初生纖維是穩(wěn)定的單斜晶體結(jié)構。（2）降低絲室溫度，增大吹風速度有利于冷卻，初生纖維的密度就有所下降。在實際生產(chǎn)中．絲室溫度以偏低較好。采用側(cè)吹風時絲室溫度可取30—40℃，送風溫度為25℃，風速0.3—0.4m/s。.3.噴絲頭拉伸噴絲頭拉伸不僅使纖維變細，而且對纖維的后拉伸及纖維結(jié)構有很大影響。噴絲頭拉伸過大，會導致初生纖維產(chǎn)生穩(wěn)定的單斜晶體結(jié)構，從而使后拉伸很難進行。聚丙烯紡絲時，噴絲頭拉伸倍數(shù)一般以60倍左有為宜，這樣得到的卷繞絲具有較少穩(wěn)定結(jié)構．后拉伸較易進行。表3—7顯示初牛纖維性質(zhì)與噴絲頭拉伸的依賴關系。..4.擠出脹大比聚丙烯紡絲時，由于其熔體粘度較大，且非牛頓性強，故擠出脹大比B0要比聚酯為大。當B0增大時，熔體細流拉伸性能逐漸變壞，且往往隨之產(chǎn)生熔體破裂，使初生纖維表面發(fā)生破壞．有時呈鋸齒形和波紋形，甚至生成螺旋絲。紡絲速度過高或紡絲溫度偏低，至超過臨界切變應力時，就出現(xiàn)熔體破裂．影響產(chǎn)品質(zhì)量．或使卷繞不能正常進行。.表3—8時聚丙烯特性粘數(shù)與熔體溫度對擠出脹大比的影響。.（三）拉伸初生纖維結(jié)晶度約為33％一40％，其雙折射約為1~6×10-3。還須經(jīng)拉伸和熱定型處理，賦予纖維強力等性能。聚丙烯纖維的后拉伸溫度以120一130℃為宜，在此溫度下拉伸性能好，結(jié)晶速度也最高。聚丙烯纖維的拉伸速度一般偏低些為好，這是由于過高的拉伸速度會增加拉伸斷頭率。卷繞絲放置時間延長，纖維的結(jié)晶度有所增加，在24L后變化就趨于平緩。國內(nèi)丙綸短纖維拉伸，一般第一拉伸溫度為60一65c，拉伸倍數(shù)3.9—4.4倍，第二段拉伸溫度為135—145c，拉伸倍數(shù)1.1—1.2倍，總拉伸倍數(shù)棉型4.6—4.8倍，毛型5.0一5.5倍。.（四）熱定型在松弛狀態(tài)下熱定型制得的纖維具有很好的尺寸穩(wěn)定性，纖維的結(jié)晶度由51％提高到61％左右。實踐表明，聚丙烯纖維的熱定型溫度以120~130℃左右為宜。熱定型溫度升高，纖維結(jié)晶度增大。.二、膜裂紡絲膜裂紡絲法是取得丙綸的另一種方法。這種膜裂纖維生嚴方法具有工序簡單、消耗定額低、產(chǎn)量高等特點，且對原料要求不高，甚至聚合物中填充40％有機物時，仍能進行膜裂加工。膜裂纖維包括割裂(切割)纖維和撕裂纖維.1.割裂纖維(扁條或扁絲)首先在工業(yè)上成功地由薄膜制得的纖維是聚乙烯和聚丙烯割裂扁條，或稱為扁絲。割裂扁條是通過把擠出吹脹的管狀薄膜或T型機頭擠出平膜，用刀片切割成扁帶，再經(jīng)單軸拉伸，得到55一l65tex左右的扁絲。主要用于代替黃麻制做的包裝袋．聚丙烯有耐腐爛和輕便等優(yōu)點。聚丙烯切割扁絲也應用于地毯襯底織物．由于它可以經(jīng)受橡膠硫化時的溫度條件，故可用于族絨地毯的支撐用織物。.扁絲生產(chǎn)的基本工藝流程有兩種：(1)切割薄膜，國外主要采用同軸刀片切割法，割刀為厚約O.25mm的不銹鋼單面刀片，刀片間用酚醛片隔開。將切膜條在加熱箱中拉伸以成扁絲。(2)在熱輥上拉伸薄膜，將其切割成合乎要求的扁絲。.2.撕裂纖維或稱原纖化纖維是將擠出或吹塑得到的薄膜，經(jīng)單軸拉伸，使聚合物大分子沿拉伸方向取向，在軸向強度有很大提高，與此同時，垂直于拉伸方向(橫向)的強度則下降很多，然后對薄膜施以外力，即通過針輥或齒輥等破纖裝置，將薄膜開纖，再經(jīng)物理、化學或機械作用使開纖薄膜進一步離散成纖維網(wǎng)狀物或連續(xù)長絲。另外，還有一種方法是在薄膜拉神前，先在其表面壓紋，或先擠出一種異形薄膜，然后經(jīng)后拉伸和機械處理得到類似復絲一樣的纖維，這可看成是介于割裂纖維和撕裂纖維之間的一種成纖方法。撕裂纖維生產(chǎn)的關鍵是薄膜原纖化，通常有三種方法。.（一）無規(guī)則機械原纖化。薄膜經(jīng)機械原纖化得到一種網(wǎng)格大小不定的網(wǎng)狀結(jié)構，或得到長度和寬度都不規(guī)則的單纖維。這種方法是將聚合物薄膜扁條在施加一定壓力的兩塊橡膠板之間進行拉伸．并使它在垂直于扁條拉伸方向作橫向相對滑動，使這些扁條被撕裂成許多線條．再將這單線條通過一個旋轉(zhuǎn)的圓筒形刷子的作用。使其進一步裂纖，使彼此平行排列。.（二）可調(diào)節(jié)機械原纖化。這是將薄膜用機械方法進行原纖化，形成具有均勻N格的網(wǎng)狀結(jié)構．或者形成具有均勻尺寸的纖維。近年來，工業(yè)生產(chǎn)的膜裂纖維大部分采用可調(diào)節(jié)機械原纖化方法。按造成裂纖條件的方法不同，分為切削法(齒輥、針輥、鋼絲輥等),異型口模擠出法，輥筒壓紋法(固相冷壓紋法、熔融壓紋法)等。.1.針輥切割法：在可調(diào)節(jié)機械原纖化生產(chǎn)方法中，針輥法己確認可在工業(yè)生產(chǎn)中使用。大量鋼針安裝在輥筒上，針輥的旋轉(zhuǎn)方向一般與薄膜運行方向相同，針輥在旋轉(zhuǎn)的同時刺透薄膜，并切割一定距離。由這種方法生產(chǎn)的纖維主要是長方形的，裂纖后可得到一個具有一定規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構物。.聚丙烯針輥法撕裂纖維生產(chǎn)工藝流程圖如圖14所示。.

針輥切割法所得撕裂纖維的典型纖度在5．55—33．33dtex之間。這些制品適合于做地毯、人造草坪,包裝材料以及股線、繩索等，也有用它做薄膜增強材料的?？烧{(diào)節(jié)機械原纖化網(wǎng)狀物，能再分成狹窄的纖維網(wǎng)，然后可進行梳理和單獨加捻，或與其他天然纖維混紡，得到普通紡織紗線，用于編織和針織加工。.2.異型?？跀D出法用一個在模口模唇的一側(cè)或兩側(cè)帶有確定幾何形狀的T型?？冢瑢崴苄匀廴谖飻D出，得到一幅寬的異型薄膜。模唇的幾何形狀可以是長方形、三角形或圓形。拉伸后每根條帶又可分裂成多根連續(xù)長絲。長絲經(jīng)過進一步熱處理定型，可收集在筒子上。這類聚丙烯長絲的纖度為22.23—27.78dtex，當完全分成單獨長絲時，與熔體紡絲生產(chǎn)的復絲在外觀上十分相似，且截面形狀也很接近。紗線主要用于優(yōu)質(zhì)繩索、包裝和保護材料以及地毯與工業(yè)用織物。.3.輥筒壓紋法在聚合物熔點以下由壓紋輥對薄膜進行冷壓壓紋。當薄膜進入夾輥時，就被壓向旁側(cè)。改變輥筒溫度和施加的壓力，可得到不同厚度的連接膜，可以在縱向上完全分離，也可以是保持壓紋后的薄膜為具有足夠厚度和強度的連接膜，以便于處理和最后加捻裂纖。將連接膜加熱拉伸后，薄膜可分成長絲或用分絲梳分成一定纖度的絲束，再用多軸卷繞。.(三）化學機械原纖化在原有聚合物中加入一些助劑，如在薄膜中引入真空泡或氣泡、可溶性鹽、不相容的聚合物以及膨脹劑等，以促進取向薄膜的原纖化。在薄膜中引入氣泡是最有效方法，當泡沫薄膜取向時．薄膜中的氣泡被拉長，每一個汽泡都形成一個裂纖核心，用該法可得到很細的纖維。雖然這種化學與機械原纖化方法所得到的膜裂纖維也是典型的無規(guī)則的，且纖維的均勻較好。.三、聚丙烯纖維短程紡絲、

短程紡絲是指有冷卻絲倉而無紡絲甬道的熔體紡絲方法。短程紡絲的特點是工藝流程短，紡絲工序與拉伸工序直接相連，噴絲頭孔數(shù)增加，占地小，產(chǎn)量高，成本低的一種新工藝路線。已經(jīng)開發(fā)成功的有三種技術。.（一）、低速短程紡絲技術意大利MODERNE公用生產(chǎn)的一種新的低纖度纖維設備。其工藝流程如下：.短程紡與普通紡比較，其特點為多孔低速，采用環(huán)形噴絲板，應用內(nèi)冷卻成形，產(chǎn)量大、流程短。不需高層建筑．紡絲裝置也只要一層7m高的單層建筑。紡絲與卷繞在同一層廠房內(nèi)。紡速僅6~40m/min,但噴絲板孔數(shù)達7~9萬孔。工藝流程如下圖。.（二）中速短程紡絲中速短程紡絲工藝流程與低速短程紡絲流程基本相同，但其拉伸設備為三堆拉伸輥，因此占地更小。中速短程紡絲一般紡速為400~600m/min，噴孔350~1300孔。.（三）高速短程紡絲高速短程紡絲的特點是紡絲速度高達3000，是常規(guī)丙綸紡絲速度的10~20倍。紡絲來的絲束先在冷卻導絲棍上集束，再進入一、二、三拉伸輥拉伸，拉伸比為9：1，拉伸后絲束可進行空氣變形生產(chǎn)變形絲。.四、聚丙烯膨體長絲的生產(chǎn)膨體長絲的縮略代號為BCF，是將丙綸未拉伸絲(UDY)經(jīng)拉伸、變形或再經(jīng)網(wǎng)絡加工而成BCF長絲。該絲是三維卷曲的長絲。具有蓬松性、彈性，并有很好的手感，給人以豐滿柔和的感覺。該長絲可用于地毯，家具布，裝飾布等。膨體長絲分一步法、兩步法和三步法，一步法生產(chǎn)流程為：切片輸送——螺桿擠出——紡絲——拉伸——變形——卷繞。見圖4—22.生產(chǎn)BCF的關鍵是在紡程上有一個膨化變形器部件，長絲進入變性器之后發(fā)生空氣變形，形成三維卷曲的長絲。.影響B(tài)CF質(zhì)量的因素主要有以下四個方面：1.長絲喂入速度對絲束膨化變形的影響喂入速度增加絲束膨化變形加大，絲束卷曲收縮率增加，如圖4-23所示。（見P118)2.壓縮空氣溫度對絲束膨化變形的影響3.壓縮空氣壓力對絲束膨化變形的影響壓縮空氣壓力增加絲束膨化變形加大，絲束卷曲收縮率增加，如圖4--25所示。（見P119)4.長絲束的絲束特性對絲束膨化變形的影響非圓形截面絲的蓬松效果好，細特絲的蓬松效果好，含油率過大蓬松效果差。.五、紡粘法無紡布生產(chǎn)技術非織造布又稱非織布、非織造織物、無紡織布、無紡織物或無紡布，是紡織工業(yè)中最年輕而最有發(fā)展前途的新產(chǎn)品。非織造布生產(chǎn)已在紡織工業(yè)中形成一個新的行業(yè)。非織造布的生產(chǎn)方法，有干法、紡絲成網(wǎng)法、濕法、射流噴網(wǎng)法及組合法(不同方法組合）等。圖20是按纖維成網(wǎng)方法對無紡布進行的分類。..1.紡粘法非織造布紡粘法非織造布是非織造布的一個種類，紡粘法的生產(chǎn)原理類似蠶吐絲成網(wǎng)的原理。70年初美國的杜邦公司把這種原理用于非織造布工業(yè)化生產(chǎn)，而且做到了紡絲成網(wǎng)一步完成，因而在非織造布領域具有極強的競爭力。目前，紡粘法非織造布已占非織造布總產(chǎn)量的三分之一以上。.2.紡粘法的工藝流程紡粘法的工藝流程，包括切片熔融噴絲、牽伸、分絲成網(wǎng)和粘合，如圖5所示。它的紡絲部分完全相同于化學纖維熔融紡絲，噴絲后仍要進行拉伸，以使纖維獲得強度。牽伸后的纖維散亂地鋪落在行進的網(wǎng)簾上，然后進行粘合，可以使用熱熔粘合法、化學粘合法以及針刺粘合法等。.

與化纖紡絲相比，紡粘法不同的地方在分絲成網(wǎng)部分，這也是紡粘法的關鍵性工藝部分。紡粘法分絲成網(wǎng)的方式有多種，日前在商業(yè)性生產(chǎn)中應用最廣泛的是高速氣流分絲成網(wǎng)和靜電分絲成網(wǎng)。圖22是一種高速氣流分絲成網(wǎng)裝置。.該方法的具體過程是：切片熔融后擠入一含6000孔的長方形紡絲板，經(jīng)過紡絲板噴絲，受到高速氣流的作用，進行第一次拉伸。牽伸時·，有一側(cè)面冷卻系統(tǒng)進行冷卻。然后，纖維在高速氣流中進行第二次牽伸。所有氣流均從底網(wǎng)上吸走，經(jīng)牽伸后的纖維迅速吸到底網(wǎng)上，氣流的速度為200m／s，纖維網(wǎng)的均勻性由噴絲板上噴絲孔的排列來控制，而網(wǎng)厚則由底網(wǎng)走速來控制，出來的纖維網(wǎng)再經(jīng)過熱壓輥粘合。成無紡布。3.紡粘法的工藝條件紡粘法的工藝參數(shù)包括切片熔融擠壓條件；紡絲工藝條件：如紡絲溫度、壓力、冷卻等條件；氣流拉伸條件；鋪網(wǎng)條件；纖維往后加工條件等。我們不再作詳細介紹。.六、熔噴法非織造布制造技術1.熔噴法是一種超細纖維成網(wǎng)法，它是在1951年美國研究所研究的基礎上發(fā)展起來的。所謂超細纖維，是指直徑在0.01~5

m的纖維，一股用得較多的是直徑在1~3

m的纖維。用烯烴類纖維制作出的非織造布手感柔軟、過濾性好，但強度較低，日前多應用于過濾。2.熔噴成網(wǎng)的工藝原理，如圖23所示。.成網(wǎng)過程是，在通道A噴出的高溫、高壓氣流作用下，從通道B擠出的熔融高分子物變成長短粗細不一致的超細纖維，吸聚在凝聚簾子或轉(zhuǎn)筒上而成網(wǎng)輸出。3.影響熔噴非織造布質(zhì)量的因素主要有以下幾個方面（1）紡絲溫度紡絲溫度高有利于噴出，但溫度過高會引起纖維結(jié)塊，對成網(wǎng)不利。（2）熱空氣流速熱空氣的壓力在343kPa，氣流速度可達500m／s。（3）熱氣流溫度熱空氣氣流溫度過低，易結(jié)塊，過高，易熔斷，一般要求熱氣流溫度比模頭高10OC左右。.第三節(jié)聚丙烯纖維的性能和用途一、聚丙烯纖維的性能

1．斷裂強度斷裂強度隨溫度升高而降低，聚丙烯鬃絲和復絲的強度范圍為3.1—4.5cN／dtex；繩索和漁網(wǎng)絲的強度可達5.0一6.4cN／dtex。

2．斷裂伸長不同產(chǎn)品要求斷裂伸長在15％一35％之間。

3．楊氏模量伸長l0％時復絲楊氏模量為6l.6—792cN／dtex。.4．回彈性伸長5%時，聚丙烯復絲的回彈率為88％一98％。5．吸濕性和密度在整個合成纖維品種中是最小的，回潮率小于0.03%。密度為0.90—0.92。6．染色性聚丙烯染色相當困難，常用紡前著色的方法著色。7.耐光性聚丙烯纖維的耐老化性比較差?？梢允褂糜袡C紫外光吸收劑，吸收聚丙烯最為敏感的波長為300一560nm紫外光。

8．化學性能聚丙烯耐化學性優(yōu)良，在常溫下有很好的酸堿性能。優(yōu)于所有其它合成纖維。.二、聚丙烯纖維的用途1.產(chǎn)業(yè)用途(1)繩索和纜繩；(2)漁具：如漁網(wǎng)，拖網(wǎng)和釣魚纖維等；(3)汽車安全帶：(4)縫紉線：(5)過濾布：(7)涂層織物：(8)電纜包皮：(9)人造草坪(10)造紙用氈和紙的增強材料。2．室內(nèi)裝飾用途如地毯；裝飾織物；毯子和絮料。3．服裝用途如運動服，針織內(nèi)衣，游泳衣，兒童外衣。4．其他用途(1)土工用纖維；(2)香煙過濾嘴填料；（3）植物防曬網(wǎng)。.第四節(jié)聚丙烯纖維的改性與新品種聚丙烯纖維具有許多優(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)新品種已成為聚丙烯纖維發(fā)展的主要方向。聚丙烯纖維的改性包括化學改性和物理改性化學改性包括改善聚丙烯纖維對熱和光降解的穩(wěn)定性、本體著色以及聚丙烯纖維的開發(fā)。及抗靜電性、防燃性、抑菌性、耐光性、耐磨性、防污性以及纖維摩擦性能的改善。物理改性如共混改性、復合、異型、超細等改性。.一、可染聚丙烯纖維目前聚丙烯纖維大都是通過紡前著色而獲得的顏色。但如何將通常的染色技術應用于聚丙烯纖維，已成為人們關注的問題。目前已開發(fā)出多種可染聚丙烯纖維技術大體分為兩類：一是通過接枝共聚將含有親染料基團的聚合物或單體接枝薊聚兩烯分子鏈上，使之具有可染性；二是通過共混紡絲使含有親染料基團的聚合物混到聚丙烯纖維內(nèi)，使染料能夠順利滲透到纖維中去并與親染料基團結(jié)合。共混法是目前制造可染聚丙烯纖維的主要而實用的方法，主要產(chǎn)品包括：媒介染料可染聚丙烯纖維；堿性染料可染聚丙烯纖維；分散染料可染聚丙烯纖維；酸性染料可染聚丙烯纖維，其中酸性染料可染聚丙烯纖維最有前途。.二、高強聚丙烯纖維高強聚丙烯纖維是指斷裂強度大于6.5cN／dtex的纖維。因為高強聚丙烯纖維除具有優(yōu)良力學性能和耐化學性外，還具有投資少、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，因此其在產(chǎn)業(yè)用纖維領域中具有極大的競爭潛力。2005年我國高強聚丙烯纖維的產(chǎn)能為6萬噸，實際產(chǎn)量為5萬噸。高強聚丙烯纖維生產(chǎn)有兩種工藝，即一步法工藝與二步法工藝。兩種工藝灼對比見表4—19。.高強聚丙烯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)用的篷苫布，高壓水管和工業(yè)縫紉線等產(chǎn)業(yè)領域。...烯烴有相類似的物理化學性能，通過共聚或共混得到的烯烴共聚物或混合體系仍具有良好的可紡性，用烯烴共聚物或混合體系紡絲可改善單種烯烴纖維的性能。使不同MI的聚丙烯或聚丙烯與不同烯烴(較常用的為聚乙烯)混合，能得到各種特色的聚丙烯纖維，如日本窒素公司用PE／PP、改性PE／PP、改性PP／PP的復合纖維生產(chǎn)的ES纖維、EA纖維、Epc纖維等。三、烯烴共聚物或混合體系聚丙烯纖維.四、多孔性聚丙烯纖維聚丙烯纖維耐酸堿、抗腐蝕、對化學品穩(wěn)定、無毒性、不發(fā)霉，因此可作多種行業(yè)的過濾材料。多孔性聚丙烯纖維的孔隙率高、孔徑小，進一步拓寬了其應用領域，提高了其過濾功能。例如，日本宇部將聚丙烯與液體石蠟混合，熔融紡絲，拉伸熱處理后浸漬在己烷中溶去液體石蠟，制得了孔隙率高達25％的多孔性聚丙烯纖維，這種纖維比表面積大，能瞬時吸收、吸附各種物質(zhì)，可用于清除液體中的不溶性物質(zhì)和物質(zhì)中的臭氣。如果在本工藝中添加成核劑，能使孔徑變得更小而均勻，可用作人工肺的材料。日本三菱利用特殊的冷拉技術制得了孔隙率高達80％以上的多孔中空聚丙烯纖維，其透氣性大于4×105L／(m2·h)，48kPa。.五、細旦及超細聚丙烯纖維普通聚丙烯纖維手感較硬，有蠟狀感，因此主要用于地毯、非織造布、裝飾布和產(chǎn)業(yè)等方面，服用數(shù)量很小。隨著可控流變性能樹脂制造技術，短程紡、細旦高速紡(POY、FOY)及紡絲拉伸聯(lián)合(FDY)、紡絲拉伸加彈聯(lián)合(細旦BCF)等紡絲技術的開發(fā)，細旦聚丙烯纖維得到迅速發(fā)展，也為其在服裝領域的應用打下了基礎。用細旦聚丙烯長絲作為服用材料具有密度小、靜電少、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)用可控流變性能的聚丙烯切片在常規(guī)紡、高速紡及FDY設備上，成功地開發(fā)出單絲線密度達0．7～1．2dtex的聚丙烯細旦長絲。.超細聚丙烯纖維是指直徑小于5pm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)、飲料的微過濾裝置等方面得到廣泛應用。超細聚丙烯纖維還可作為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。

(1)離心紡絲，離心紡絲是將聚合物熔體從一個旋轉(zhuǎn)的圓盤邊緣拋甩到移動的篩網(wǎng)上．以形成絮墊、粗紗或非織造物。..(2)噴紡成形和閃蒸紡絲；噴紡成形是將空氣和聚合物的混合物，經(jīng)噴嘴噴到一個移動的篩網(wǎng)上。閃蒸紡絲法是噴紡工藝的一種變化。先把聚合物溶解在高揮發(fā)性溶劑中，然后使聚合物溶液通過噴紡形成超細液流，進入蒸發(fā)室，在蒸發(fā)室里隨著溶劑的揮發(fā)，超細纖維被收集在移動著的篩網(wǎng)或其他收集裝置上。

(3)不相容混合物紡絲；將大于10％的不相容的成纖聚合物與聚丙烯相混，經(jīng)擠出機擠出后，熔體高速拉伸，最后將冷拉伸的單絲碾壓，并用由適當噴嘴所形成的湍流體使其彎曲，借以完成原纖化。用于這個目的的不相容的成纖高聚物有尼龍、聚配、聚苯乙烯以及乙烯的共聚物。得到的單絲具有由許多非常細的低旦原纖維構成的復合結(jié)構。這些原纖維彼此不連續(xù)，但卻是互相銜接的。.六、阻燃聚丙烯纖維聚丙烯纖維的阻燃改性研究一直是研究熱點。目前，聚丙烯纖維及織物的阻燃改性方法主要有兩種：一是織物阻燃整理；二是共混阻燃改性?？椢镒枞颊淼姆椒ㄊ遣捎煤刑家惶茧p鍵或羥甲基之類反應性基團的阻燃劑與有相似反應性基團的多官能度化合物(交聯(lián)劑)，在聚丙烯纖維織物上共聚形成聚合物而固著在織物上。整理法一般多用于地毯等洗滌次數(shù)較少的制品。共混阻燃改性是選用磷系或含氮阻燃劑或它們的復合物與聚丙烯預先制成阻燃母粒，在紡絲時按比例與聚丙烯切片共混紡絲。燃燒時，聚丙烯形成碳質(zhì)焦炭以阻礙與氧氣接觸，達到阻燃目的。