粘胶短纤维生产工艺

粘胶短纤维生产 粘胶短纤维的生产工艺 1、粘胶纤维生产的基本过程 粘胶纤维的原料和成品，其化学组成都是纤维素纤维，仅是形态、结构以及物理机械性质发生了变化。粘胶纤维生产的任务，就是通过化学和机械的方法，将浆粕中很短的纤维制成各种形态，并具有所的品质，适合各种用途的纤维成品。 各种粘胶纤维，不论采用何种浆粕原料和生产设备，其生产的基本过程都是相同的，都必须经过下列四个过程: ? 粘胶的制备 ? 粘胶在纺丝前的准备 ? 纤维的成形 ? 纤维的后处理 生产粘胶短纤维的主要过程也和这个相同，其中前两个工序在本厂叫制胶工序，后两个叫纺丝工序。 2、制胶工序 2.1粘胶的制备的工艺流程 把浆粕制成粘胶，要经过两个化学过程。首先将浆粕与碱液作用，生成碱纤维素，然后再使碱纤维素与二硫化碳作用，生成纤维内酸酯。通过这两个反应，在不能直接溶于希碱液中的纤维素分子上，引入极性很强的磺酸基团，从而使它溶解而制得粘胶。这时粘胶为粗制粘胶，还要经过精制过程才能进行纺丝。 其工艺如下: 2.2粘胶的制备过程 ?浆粕的准备 粘胶纤维厂必须贮存一定数量的浆粕，各批浆粕在使用前还需要进行混合，以使 - 1 - 粘胶短纤维生产工艺 各批粘胶的原料性能基本上一致。 ?碱纤维素的制备 浆粕浸渍于一定浓度的碱中，生成碱纤维素。反应方程式如下: C6H9O4-OH+NaOH?C6H9O4-Na+H2O 碱纤维素经过压榨，除去多余的碱液，然后进行粉碎。粉碎后的碱纤维素成为松散的絮状。 ?纤维素的老成 把粉碎后的碱纤维素，在空气中暴露适当的时间，由于空气中氧的作用，纤维素分子链发生断裂，平均聚合度下降，使制成的粘胶的粘度得到适当调整，避免因粘胶粘度过高而使工艺过程发生困难。碱纤维素的老城程度，根据纤维品种的特性而不同，有些品种没有专门的老城过程。 ?纤维素磺酸酯的制备 碱纤维与二硫化碳作用，生成纤维素磺酸酯。其反应如下: S // C6H9O4-Na+CS2?C6H9O4-O-C-SNa 各种粘胶纤维对纤维素磺酸酯的品质要求是不同的。 ?纤维素磺酸酯的溶解 将纤维素磺酸酯均匀地溶于稀碱液中，制成粘胶。这是一种桔黄色的粘性溶液。 2.3粘胶在纺丝前的准备 粘胶制成以后，要经过精致过程才能进行纺丝。这一过程对于粘胶的纺丝性能和提高纤维成品的质量具有很重要的意义。 ?粘胶的混合 将几批粘胶充分混合，以消除各批粘胶品质上的差异，从而提高现为产品质量上的均一性。 ?粘胶的过滤 通过过滤工序，除去粘胶中的各种固态或半溶状态的粒子，避免因这些粒子堵塞喷丝孔而造成纺丝困难，或造成纤维产品质量下降。生产上的纺丝粘胶，要经过3-4次过滤。 ?脱泡 排除粘胶中的气泡，防止由此使纺丝断头和使成品质量下降。 ?粘胶的熟成 在控制的温度下，粘胶在静止或流动的状态下贮存一定时间，以获得良好的纺丝性能。粘胶的熟成程度，根据各种纤维的特点而由不同的要求。 通过以上各道工序，使粗制粘胶精致，为粘胶纺丝制造合格的粘胶，从而达到纺丝的要求。以上包括粘胶的制备在本厂统称为制胶，在制胶车间(也叫原液车间)进行。 3纺丝工序 从粘胶变成具有一定品质的再生纤维素丝条的过程，是在纺丝机上通过酸性的凝固浴(酸浴)完成的，形成的纤维素丝条经过牵伸、切断、精炼等工序得到品质符合要求的丝束，然后经过烘干工序赋予其一定的回潮率使之手感穿着更舒适，再经过打 - 2 - 粘胶短纤维生产工艺 包工序包装成具有一定质量的纤维包等待出厂。 其反应流程图如下: 3.1粘胶纤维的成形(纺丝)及其影响因素 从粘胶变成具有一定品质的再生纤维素丝条的过程，是在纺丝机上通过酸性的凝固浴(酸浴)完成的。纤维成型过程发生了复杂的化学和物理化学变化。粘胶的纺丝是指经计量泵计量的粘胶通过喷丝头挤出形成的细流进入酸浴后，被中和凝固成为丝条，纤维素磺酸酯被分解而在生成水和丝条的过程。根据凝固和分解再生发生的先后，可将纺丝分为单浴纺丝、二浴纺丝、及多浴纺丝。我公司采用的的二浴纺丝法，即粘胶细流在一浴中(酸浴中)凝固完成大部分再生，在二浴内塑化拉伸的同时，进行剩余再生。通常将第一浴称为纺丝浴，第二浴称为塑化浴。 ?成型过程中的化学变化 粘胶主要成分是纤维素磺酸酯，NaOH和水，以及少量的CS2及Na2CS3和多硫化物等副产物。粘胶成形过程中主要反应是磺酸酯的分解和酸碱中和。 /O(C6H9O4)n(OH)n-1 C=S +H2SO4 ?NaHSO4+CS2?+(C6H10O5)n \SNa NaHSO4 +NaOH ? Na2SO4 +H2O NaOH + H2SO4 ? NaSO3+2H2O 除以上主反应外，形成过程还存在下列副反应。 Na2CS3+ H2SO4 ? Na2SO4+CS2?+H2S? Na2SX+H2SO4 ? Na2SO4+H2S?+(X-1)S? 纤维素磺酸酯的分解过程是纤维素的再生过程，纤维素磺酸酯的分解速度与酸浴中氢离子浓度有关，氢离子浓度高，分解速度快，酸浴中硫酸盐的存在降低了硫酸的解离度，使纤维素再生速度下降，主副反应都要消耗大量的硫酸生成芒硝和水，且副反应还有硫磺等杂质生成，因而酸站需给酸浴补加硫酸，酸浴需经过滤，蒸发和结晶，以保持凝固浴的组成稳定。 ?成型过程中的物理化学变化 - 3 - 粘胶短纤维生产工艺 随着磺酸酯的分解，纤维素的极性羟基得以恢复，因而在纤维素大分子间产生新的联结点，它们在相互作用的引力范围内，牵制越来越多的缔合体，通过凝固的渗透和盐析作用，促使纤维内的水分释放出来，而行成胶体。 ?凝固浴的组成及作用 粘胶纤维凝固的组分主要有硫酸、硫酸钠，此外为了某些工艺目的和提高纤维的物理机械性能，常在凝固浴中加入少量的助剂。 酸浴中各组分作用: 硫酸能参与三个方面的所用。一是使纤维素磺酸酯分解而析出再生纤维素和放出二硫化碳，二是中和粘胶中的碱，三是分解副反应产物。 硫酸钠的主要作用是通过盐析作用促使粘胶凝固和抑制硫酸离解度，使纤维素磺酸值分解速度放缓。 硫酸锌的主要作用是改进纤维成型效果，使纤维具有较高的韧性和较优良的耐劳性能。 ?影响成型的因素 粘胶的组成性质、成形的速度、凝固浴组成及循环量、成型温度、凝固浴浸长、喷丝孔形状等都影响纺丝成型质量。 3.2丝条的拉伸 拉伸常被称为化学纤维成形的第二阶段或第二次成形，用拉伸的方法使物理机械性能较差的初生纤维的纤维素大分子沿纤维轴取向，是制造优质纤维的重要条件之一。粘胶纤维的拉伸一般由喷丝头拉伸，塑化拉伸及纤维的回缩三个阶段组成。 ?喷丝头拉伸 喷丝头拉伸是指导丝盘的线速度浴粘胶自喷丝孔喷出速度间的比率。 ?塑化牵伸 塑化牵伸是在二浴中进行的。刚离开凝固浴的丝条，虽已均匀凝固，但尚未完本再生，在高温的低酸热水浴中丝条处于可塑状态，大分子链由较大的活动余地，另以强烈的拉伸，就能使大分子和缔合体沿拉伸轴向取向，在拉伸的同时，纤维素基本再生，使拉伸的效果固定下来。同时合适的二浴温度对成品质量和二硫化碳的回收都有有力的影响。 ?纤维的回缩 丝束经过强烈拉伸以后，纤维素大分子及其聚集体大多沿着拉伸方向取向，大分子间的作用力很强，使纤维大分子几乎处在僵直状态。纤维的强度虽然较高，但纤维的伸度较低，脆性较高实用性较差。为改善纤维的脆性，常在拉伸后给予纤维适当的回缩，在不过多的损害纤维强度的情况下，改善纤维的脆性，使纤维的伸度有所提高。 3.3纤维的后处理 粘胶纤维纺丝成形以后还会含有较多的杂质，如硫酸、硫酸盐、二硫化碳及硫磺等，他们在纤维内的存在，在烘干时对纤维起破坏作用或降低纤维的物理机械性能和染色性能。某些杂物在成品纤维中的存在，会影响纺织加工的顺利进行和织物的外观，降低织物的使用性能，后处理的目的就是除去或减少这些杂质，提高纤维的使用性能。 粘胶短纤维后处理有丝束状后处理及短纤维后处理两种方式。短纤维装后处理为现在大多工厂采用的方式。丝条切断后，纤维在长网式精炼机上以棉层状在长网的带动下连续向前移动，在精炼机的各种洗淋槽内淋出，精炼后的纤维经风送后进入烘干机。烘干后纤维经精开松进入打包机，打成成品。 - 4 - 粘胶短纤维生产工艺 ?切断 切断就是将丝束按一定规格切成一定长度的短纤维，棉型纤维的切断长度为33-38mm，一般采用38mm长度，中长型为51-76mm，毛型为76-102mm。 切断机应具备的条件:没有残切不断的纤维;纤维切断长度应当相同;切断刀不能很快的钝化;切断长度及切断速度可以自由调整;应与后处理能力相一致，能够达到连续不断的进行操作。 ?精炼 精炼的主要目的由水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油等，其目的是除去或是减少纤维中对成品质量有影响的杂质，通过上油柔化处理，改善纤维的纺织性能。 ? 水洗 第一水洗的目的是除去纤维从上一工序的可溶性硫酸盐，以及附着在纤维表面的硫磺，其后各水洗的目的是除去前一工序处理生成的水溶性的杂质及处理浴液。 精炼对水的要求很高，必须经过除杂和除去可溶性金属离子的软水才能使用，并且对水温也有一定的要求，因此软水的循环利用就显得尤其重要。 ?脱硫 纤维经过一水洗后，含硫量已由纤维重量的1-1.5%下降到了纤维重量的0.75-0.40%，但对于民用纺织纤维还必须用脱硫剂进行更充分的脱硫，使纤维含硫量降到0.05-0.1%或更低。常用的脱硫剂有:氢氧化钠、硫化钠、亚硫酸钠等。 氢氧化钠脱硫原理:6NaOH+4S ?2Na2S+ NaSO3+5H2O Na2S+xS ?Na2SX+1 氢氧化钠碱性强，在说中溶解度高，使用浓度不宜过高，超过7g/l对纤维强度、伸度有一定影响，此反应要在45度以下为逆向反应，所以适当提高温度也有利于脱硫。 硫化钠的脱硫原理主要是硫化钠可以溶解硫，所以脱硫效果比氢氧化钠好，但硫化钠往往含有硫化亚铁在脱硫溶液中难以除去，腐蚀设备对人体健康也有一定影响。 亚硫酸钠脱硫效果作用最缓和，因为其碱性较弱，本身也是还原剂，对纤维的机械损伤很少，对设备腐蚀也较弱。但原料消耗大，成本高，一般浴氢氧化钠混用。 ?漂白 经过脱硫后的纤维，光泽虽已转强，但对于用与织造色泽鲜艳的浅色织物的纤维，其白度仍然不够，因而必须对纤维进行漂白，漂白剂一般有次氯酸钠，双氧水，亚氯酸钠 次氯酸钠漂白可以在室温下进行，漂液配制也比较简单，但用次氯酸钠漂白要严格控制PH 值，漂白浴PH 值一般控制在8-10之间，当PH 值6-8时对纤维破坏最为严重，当PH 值,10纤维损伤较小，但有色物质也不被氧化，且会腐蚀机械零件，白度不高，达不到漂白要求，一般用次氯酸钠漂白，有效氯浓度为0.5-1.0g/l，温度一般控制25-30?。 双氧水漂白只有在弱碱性环境下进行，并提高漂白温度，这样可以保证了漂白效果还避免损伤纤维素大分子，漂白过程还不会释放有毒有害物质，但价格高和储存条件高也使双氧水的漂白的一个不足。 亚氯酸钠漂白在酸性条件下进行漂白，对纤维素损伤小，白度可高达80-90%，且能除去金属氧化物，漂白后不要酸洗，但生产比较困难，容易发生爆炸，使用时需要加温，能耗高，对设备的防腐要求高。 ?酸洗 纤维经脱硫漂白以后，在经过水洗，纤维上残留的一些可溶性杂质已基本除去， - 5 - 粘胶短纤维生产工艺 但还有部分不溶性杂质和金属盐类，以及脱硫漂白的残液，酸洗的目的就是除去这些残存物质，提高纤维的外观质量。 酸洗一般盐酸或硫酸，盐酸一般比硫酸效果要好一些，首先盐酸中的活性氯有一定的漂白作用，且溶解钙盐和金属氧化物的能力比硫酸强，但腐蚀性比硫酸大。粘胶短纤维生产中酸洗盐酸浓度为1-2g/l，浴温为25-30?，酸洗浓度不宜过高。 ?上油 棉花及羊毛表层都有100μm的酯类，因此具有良好的纺织性能，而经过上述工序的粘胶短纤维要进行上油柔化处理。上油是调节纤维表面的摩擦力，使纤维具有平滑的手感，又有适当的抱合力，从而改善纤维的纺织性能。 ?烘干 粘胶纤维经过精炼处理以后带有大量的水分，为了达到成品规格要求，使其含水率降至公定的，必须经型干燥，烘干过程是一个松弛定型的过程。湿态粘胶短纤维的烘干过程，不是水分蒸发的简单过程，而是伴随着纤维结构变化的过程，纤维的膨润度，断裂强度，伸度，染色性及尺寸稳定性都发生了不可逆转的变化。 影响干燥的因素有:进料的含水量;毛层厚度，停留时间;开松效果;铺毛均匀程度;热风温度，排风机功率等。烘干温度一般为110-120?，烘干后的回潮为8-11%为宜。 通过以上包括纺丝、牵伸、切断、精炼、烘干等工序制得强力、拉伸率、白度、上油率以及回潮率合格的成品丝。这几道工序和为精炼提供合格浴液的浴站还有打包统称纺丝，在纺丝(纺练)车间进行。 - 6 -