目前,在采用溶液紡絲法生產(chǎn)的主要化學(xué)纖維品種中,只有聚丙烯睛纖維既可采用一步法又可采用二步法紡絲,其他品種的成纖聚合物,無法采用一步法生產(chǎn)工藝。雖然采用一步法省去了聚合物的分離、干燥、溶解等工序,可簡化工藝流程,提高勞動生產(chǎn)率,但制得的纖維質(zhì)量不穩(wěn)定。

采用二步法時需要選擇合適的溶劑將成纖聚合物溶解，所得的溶液在紡絲之前還要經(jīng)過混合、過濾和脫泡等工序,這些工序總稱為紡前準(zhǔn)備。

1. 成纖聚合物的溶解

線型聚合物的溶解過程是先溶脹后溶解。即溶劑先向聚合物內(nèi)部滲入,聚合物的體積不斷增大,大分子之間的距離增加,最后大分子以分離的狀態(tài)進(jìn)入溶劑,從而完成溶解過程。

用于制備紡絲溶液的溶劑必須滿足下列要求:

a. 在適宜的溫度下有良好的溶解性能,并使所得聚合物溶液在盡可能高的濃度下具有較低的黏度。

b. 沸點不宜太低,也不宜過高。如沸點太低,溶劑揮發(fā)性太強(qiáng),會增加溶劑損耗并惡化勞動條件;沸點太高,則不宜進(jìn)行干法紡絲,且溶劑回收工藝比較復(fù)雜。

c. 有足夠的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,并易于回收。

d. 應(yīng)盡量無毒、無腐蝕性,并不會引起聚合物分解或發(fā)生其他化學(xué)變化。

在纖維素纖維生產(chǎn)中,由于纖維素不溶于普通溶劑,所以通常是將其轉(zhuǎn)變成衍生物(纖維素黃原酸酯、纖維素醋酸酯等)之后,再溶解制成紡絲溶液。采用溶劑紡絲工藝,可以用 N-甲基嗎啉-N -氧化物的水溶液，直接溶解纖維素,制成紡絲溶液。

目前,化學(xué)纖維生產(chǎn)中采用的有些溶劑或多或少存在著不穩(wěn)定、有毒、不易回收、價格昂貴等缺點。一種代替易揮發(fā)溶劑一一-離子液體，正在研究和開發(fā)之中。離子液體是在室溫及相鄰溫度范圍內(nèi)由離子組成的有機(jī)液體。常見的離子液體通常由烷基吡啶或雙烷基咪唑季銨陽離子與四氟硼酸根、六氟磷酸根、硝酸根、鹵素等陰離子組成。它們具有極性強(qiáng)、不揮發(fā)、不易氧化、不易燃易爆、對無機(jī)和有機(jī)化合物有良好的溶解性和對絕大部分試劑穩(wěn)定等優(yōu)良特性,因此被稱為綠色溶劑。

紡絲溶液的濃度根據(jù)纖維品種和紡絲方法的不同而異。通常,用于濕法紡絲的紡絲溶液濃度為 3%一25%;用于干法紡絲的紡絲溶液濃度一般在 25%~35%。

因溶解過程所需時間較長,目前生產(chǎn)中大多采用間歇式分批操作的溶解機(jī),它由帶有夾套(可加熱或冷卻)的圓筒形機(jī)身、攪拌器及傳動裝置等組成。

2.紡絲溶液的混合、過濾和脫泡

混合的目的是使各批紡絲溶液的性質(zhì)(主要是濃度和黏度)均勻一致。

過濾的目的是除去雜質(zhì)和未溶解的高分子物。紡絲溶液的過濾，一般采用板框式壓濾機(jī)，過濾材料選用能承受一定壓力并具有一定緊密度的各種織物，一般要連續(xù)進(jìn)行 2~4 道過濾。后一道過濾所用的濾材應(yīng)比前一道更致密,這樣才能發(fā)揮應(yīng)有的效果。

脫泡是為了除去留存在紡絲溶液中的氣泡。這些氣泡在紡絲過程中會造成斷頭、毛絲和氣泡絲而降低纖維質(zhì)量,甚至使紡絲無法正常進(jìn)行。脫泡過程可在常壓或真空狀態(tài)下進(jìn)行。在常壓下靜置脫泡,因氣泡較小,氣泡上升速率很慢,脫泡時間很長。在真空狀態(tài)下脫泡,真空度越高,液面上壓力越小,氣泡會迅速脹大,脫泡速度可大大加快。

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