熔法紡絲機

熔法紡絲機是指採用熔融紡絲方法生產合成纖維的機器。

高聚物熔體定量從噴絲孔擠出，經空氣或水冷卻固化成形的紡絲方法。又名熔融紡絲。適用於熔點低於分解溫度的高聚物，如聚醯胺、聚酯、聚烯烴等。是一種最主要的紡絲方法。

基本介紹

• 中文名：熔法紡絲機
• 外文名：Melt Spinning System
• 領域：化工紡絲
• 特點：熔融狀態下紡絲

機器簡介

與溶液紡絲相比，熔融紡絲具有紡絲速度快、污染少、不用溶劑和凝固浴及其回收裝置等優點。按紡絲速度不同分為：

（1）低速紡絲，卷繞速度<2000m/min，卷繞絲為未拉伸絲（UDY）；

（2）中速紡絲，卷繞速度2000～3200m/min，卷繞絲為半預取向絲（MOY）；

（3）高速紡絲，卷繞速度3200～5500m/min，卷繞絲為高取向或全取向絲（HOY或FOY）。

熔法紡絲機的生產過程

熔體紡絲過程包括物料的熔融、從噴絲頭擠出,然後經冷卻和固化成形。熔體紡絲工藝的基本類型如下圖一所示。聚合物通常為乾燥的顆粒或切片餵入擠出機中，經過擠壓熔融向前送至計量泵計量泵控制並確保聚合物熔體穩定流入噴絲頭中，擠出的細流經橫吹風快速冷卻、固化成型、並卷繞。而在卷繞的過程中，由於導絲輥的預拉伸，可起抽長拉細絲條的作用。熔體紡絲的主要工藝參數為擠出溫度，卷繞速度，紡絲的冷卻條件，噴絲孔形狀和尺寸等。

熔融紡絲的成形

固化過程是指由紡絲液轉變為固體聚合物的過程，是纖維成形中最重要的環節之一。固化過程包含材料許多結構上的和巨觀方面特性的不可逆變化，在結構方面例如分子取向、結晶等，而巨觀方面特性則如粘度、模量、強度等。熔體紡絲的成形，即絲條發生傳熱，從而固化的過程。固化過程的速率受到細流和周圍介質的傳熱過程紡絲線的冷卻的控制，同時伴隨著結晶化和分子取向的過程。在聚合物一溶劑的二元體系乾法紡絲中，對紡絲流體轉變為固體纖維時，除了傳熱，還有傳質。即在紡絲流體的乾燥過程中，熱量傳遞，同時溶劑揮發，聚合物發生結晶化、分子取向以及網路結構凍膠化的形成。而濕法紡絲情況較為複雜，多組分的擴散，伴隨著相和結構的轉變聚合物沉澱、結晶作用、凍膠作用，在某些情況下，甚至還伴有化學反應。

固化過程的相轉變和有關過程

紡絲成形中所涉及的濃縮的聚合物體系，很少存在真正的熱力學平衡。紡絲成形，取決於依賴時間的瞬間的變化程度。此過程中，可為聚合物的結晶化和其他的相和結構的轉變過程。而熱力學與動力學因素與這種轉變過程有關，是必須考慮的。熱力學因素，它決定了平衡條件和確定了相轉變的潛在可能性。對於一種純粹的未稀釋的聚合物來說，熔點決定了相轉變的臨界條件。對二元聚合物一溶劑體系，溫度和濃度表征二者可混的範圍。此外一個重要的因素是相和結構狀態的動力學穩定性。從純粹的熱力學觀點來看，所有超過平衡的狀態，都是不穩定的。然而在高分子的體系中，相轉變的速率對分子活動性是非常敏感的。當低於玻璃化溫度時，這種轉變幾乎為零。凡是達到此溫度的體系，不管它離開真正熱力學平衡多大距離，仍可認為它在動力學上是穩定的。

相關研究

關於熔體紡絲中紡程長度的分析

眾所周知，熔體紡絲時，熔體從噴絲孔中流出，在卷繞機羅拉的牽引下，發生了受力、速度和溫度上的變化。從巨觀上看，物料從高溫下的粘流態轉變為常溫下的玻璃態，由於速度上的差異，熔體細化成為有預定纖度的纖維；從微觀上看，由於速度梯度與熱鬆弛同時作用的結果，纖維內部產生了取向作用。這種取向作用 對纖維的性能有很大影響。不少研究者，已經能夠觀察和研究了這個理論上和工藝上的關鍵問題，並發表了許多專著。不足的是，他們注重於紡絲條件與性能之間的關係，從而求出了理想的紡絲條件，至於如何從工程上得到這些理想的條件，尤其是紡程長度問題，都沒有專門的論述，因而在生產上往往沿用舊的技術——太長的冷卻甬道。不僅造成了建築上的浪費，而且對纖維的性能也有相當的影響。目前國內有的企業已經注意到這個問題，把紡程縮短到了4米以下。有研究者擬從熱傳遞分析冷卻甬道的作用，從理論上證明，並從實際測試證明紡程是可以大大縮短的。假如能夠把紡程縮短得很多，那么，就可以少建一層建築樓面，至於纖維質量提高后帶來的好處，更是不可估量。

實驗從熱交換的角度出發，可以從理論上計算熔體紡絲時的冷卻長度，實測數據也證明了這個計算是正確的，從而證實熔體紡絲時縮短紡程的可能性。一般地說，丙綸可以縮短至2米，滌綸可縮短至3米，錦綸可縮短至4米左右。短程紡絲的優點不僅在於減少建築面積，節約投資，還在於提高纖維在纖度、拉伸性能、成品的各項物理指標，以致織物的著色及其他性能。

聚乳酸熔體紡絲

為了發揮聚乳酸生物降解和資源可再生的優勢，中國科學院長春套用化學研究所和佳木斯合成實業有限責任公司合作，開展了聚乳酸香菸過濾嘴的研製。香菸過濾嘴是由上萬根鋸齒式彎曲的纖維抱合在一起的圓柱體，它的製造主要經過3個步驟。由樹脂經紡絲和後處理製成“煙用絲束”；煙用絲束開松、上膠、卷棒製成“過濾嘴棒”；過濾嘴棒切割，接裝到香菸上。迄今為止，很多纖維已經實現了工業化生產，但真正商品化的香菸過濾嘴只有二醋酸纖維素和聚丙烯兩個品種，原因是用作香菸過濾嘴，有很多特殊的要求，必須選用特別的原料，採用相應的工藝和過程來製備，並不是能紡絲就能製造香菸過濾嘴。舉例來說，服裝和家紡纖維必須滿足纖維紡制、編織的要求和織物印染、洗滌、熨燙的要求，必須有很高的結晶度、取向度和機械強度，能耐溫80～ 100℃ ，必須在洗滌劑水溶液和乾洗溶劑中不溶解、不溶脹，需要一定的吸濕性，但對周圍環境中的其它氣體物質的吸附越少越好。而作為香菸過濾嘴纖維，首先要滿足對煙氣中有害物質的阻擋、濾過和吸附等理化性能要求，減少煙氣對人體的危害。其次是滿足絲束纖維粘合成棒的工藝技術要求。實踐證明，目前市售的聚乳酸紡織纖維，儘管線上密度和捲曲特性上能夠滿足絲束生產的要求，卻不能滿足粘合成棒的工藝要求，因為使用目前公認的三醋酸甘油酯，在常溫下不能將它們粘合成濾棒。第三，必須有一定的機械強度，在整個生產過程中保持纖維完好，但纖維強度不能過高，否則在高速生產線上，切割產生的熱量就足以將纖維熔化。第四，必須有足夠的耐熱性，卷棒過程中的摩擦生熱不至於使纖維粘連融化，吸菸時熱的煙氣流過不產生明顯的皺縮。

所以從聚乳酸紡織纖維到聚乳酸香菸過濾嘴絲束纖維，不是簡單的模仿和挪用，必須有專門的聚合物樹脂和相應的紡絲及後處理技術，其中的基本問題是樹脂的流動性和可紡性、纖維的強度控制、纖維的粘接性能和纖維的過濾與吸附性能等。

綜上所述，針對製備香菸過濾嘴的特殊需要，研究了聚乳酸的熔融紡絲、粘接和吸附性能。通過流變學測量考察了各種加工因素對熔體流動性和可紡性的影響，特別是殘留水分的影響，用分子量、DSC和力學性能測量跟蹤了熔體紡絲和後加工過程。

結果表明，水分對聚乳酸的可紡性有重要影響，必須對聚乳酸樹脂進行乾燥處理，將水分含量控制在適當的範圍；聚乳酸的降解主要發生在紡絲過程中，必須最佳化擠出機和熔體流道設計，儘可能減少熔體的高溫停留時間；牽伸和熱定型提高了纖維的結晶度和強度，有利於提高纖維的耐溫等級，但不利於纖維的粘接和切割，因而必須適度控制；使用三醋酸甘油酯可以粘接聚乳酸纖維,過高的結晶度對粘接不利，因而必須選用適當結晶度的樹脂作紡絲原料；聚乳酸纖維對極性和非極性煙氣成分氣體有較高的吸附吸收能力，但對菸鹼的吸附卻很少，因而聚乳酸過濾嘴的香菸可能有自己獨特的吸味風格。