化学纤维纺丝

在工业上应用的新型纺丝方法，主要有干喷湿纺法、乳液或悬浮液纺丝法、膜裂纺丝法。

又称干湿法纺丝，是干法与湿法相结合，将纺丝液从喷丝头压出，先经过一段空间，然后进入凝固浴槽，从凝固浴槽导出初生纤维。 与一般湿法纺丝比较，干喷湿纺法的纺丝速度要高若干倍，还可采用孔径较大(0.5~0.3mm)的喷丝头，同时采用浓度较高、粘度较大的纺丝溶液，显著提高了纺丝机的生产能力。目前，这种纺丝方法已在聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维等生产中得到应用。

又称载体纺丝法，是将聚合物分散于某种可纺性较好的物质(作载体)中呈乳液状态，然后按载体常用的方法纺丝。载体常用粘胶或聚乙烯醇水溶液，所以乳液纺丝工艺类似于湿法纺丝。得到的初生纤维经拉伸后在高温下烧结，载体炭化，聚合物颗粒在接近粘流温度下被粘连形成纤维。适宜于乳液纺丝的成纤聚合物应具有高于分解温度的熔点，没有合适的溶剂使其溶解或塑化，因而无法制成熔体和纺丝溶液。目前，该法在聚四氟乙烯纤维等的生产中已得到应用。

是将聚合物先制成薄膜，然后经机械加工方式制得纤维。根据机械加工方式不同，所得纤维又分为割裂纤维和撕裂纤维两种。割裂纤维又称为扁丝，其加工方式是将薄膜切割成一定宽度的条带，再拉伸数倍，并卷绕在筒子上得到成品。撕裂纤维的加工方式是将薄膜沿纵向高度拉伸，使大分子沿轴向充分取向，同时产生结晶，再用化学和物理方法使结构松弛，并以机械作用撕裂成丝状，然后加捻和卷曲获得成品。前者纤维较粗,用于代替麻类作包装材料。后者纤维稍细,用于制作地毯和绳索。目前，应用于聚丙烯纤维等生产。 此外，为纺制具有特殊性能纤维的需要，还发展了,若，干其他纺丝方法，例如:冻胶纺丝法(将浓聚合物溶液或塑化的冻胶从喷丝头细孔挤出到某气体介质中，细流冷却，伴随溶剂挥发，聚合物固化得到纤维，又称半熔体纺丝);相分离纺丝法(以聚合物溶液作为纺丝原液，通过改变温度使纺丝液细流固化);闪蒸纺丝法(聚合物在高温高压下溶解于特殊溶剂中，原液细流出喷丝头时溶剂闪蒸而形成纤维);喷雾凝固纺丝法(纺丝溶液被压入封闭室内，受喷入室内的雾状凝固剂作用形成纤维);静电纺丝法(聚合物熔体或其在挥发性溶剂中的溶液在静电场中形成纤维);液晶纺丝法(用处于液晶状态的溶液纺丝)，等等。

在纺丝工序得到的未经拉伸的丝条，统称初生纤维。其结构尚不完善和稳定,物理-机械性能也差，尚不宜于纺织加工。因此，必须经过后处理工序，其流程随纤维品种和类型(长丝、短纤维等)而异。拉伸和热定形直接影响成品纤维结构和性能，是后处理各种流程中不可缺少的主要工序。用湿法纺丝得到的纤维还要经过水洗，以除去附着的凝固浴液和溶剂;生产短纤维时需要进行卷曲和切断;生产长纤维则需要进行加捻、络筒等。这些工序对纤维超分子结构的改变不大，因而对性能的影响较小。为赋予纤维以某些特殊的性能，如抗皱、耐热水、蓬松、回弹等性能，还需在后处理过程中进行一些特殊加工。

又称纤维二次成形。后处理过程中最重要的工序。纺丝后得到的卷绕丝或经集束后的大股丝束在拉伸机上进行拉伸，使大分子沿纤维轴向取向排列，同时发生结晶，以进一步提高初生纤维的结晶度，或改变晶型结构,形成一定的超分子结构,从而显著提高纤维强度。

生产短纤维时，拉伸在几台速度不同的拉伸机之间进行。随纤维品种不同，拉伸方式有:一道拉伸和多道拉伸、冷拉伸和热拉伸、湿热拉伸和干热拉伸等。拉伸介质可用空气、蒸汽、水浴、油浴或其他浴液。拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度和多级拉伸配比等工艺条件对所得纤维的结构和性能有很大影响，常需正确选择。另外，为了得到纤度和其他物理-机械性能均匀的纤维,拉伸点(丝条上细颈开始出现的位置)必须固定。否则会形成拉伸不足或未拉伸纤维，所得纤维粗细不一，染色不匀。

生产长丝时，卷绕丝经存放平衡后,在拉伸-加捻机上进行拉伸。根据不同品种的要求,拉伸-加捻机有单区拉伸和双区拉伸两类。如生产涤纶、高强力锦纶，采用双区拉伸(图1)，头道拉伸发生在喂入辊与上拉伸盘之间，称为常温拉伸;二道拉伸则发生在上下拉伸盘之间，称为热拉伸。上拉伸盘也称热盘，上下拉伸盘之间有加热板或缝式加热器，拉伸后丝条穿过导丝钩、钢领圈而卷绕于插在钢领板的双锥筒子上。

是合成纤维生产中特有的工序。热定形的目的:一是提高纤维的形状稳定性(用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量);二是进一步改善纤维的物理-机械性能，以及固定卷曲度(对短纤维)或捻度(对长丝);三是改善纤维的染色性能。在某些情况下，通过热定形可使纤维发生热交联(如聚乙烯醇缩甲醛纤维)，或借以制取高收缩性和高蓬松性的纤维，赋予纤维及其纺织制品以波纹、褶襞或高回弹性等效果。 热定形可在张力或无张力下进行。前者称紧张热定形(包括定张力热定形和定长热定形);后者称松弛热定形。两者的工艺条件以及所得纤维的结构、性能均不同。

此外，合成纤维长丝(特别是聚酯纤维和聚酰胺纤维)可用于制造弹力丝(见化学纤维)。弹力丝的加工方法很多，有假捻法、填塞箱法、赋形法、空气喷射法等，其中假捻法应用最广泛，它可一次完成丝条的加捻、定形和退捻(图2)。此法工艺简单，所得丝条具有三维的螺旋形卷曲，质量好。

有一种新的纺丝- 后处理加工方法，是纺丝直接成条法。该法将纺丝、拉伸和热定形后的丝束，经过直接成条机(牵切机)做成条子，(可省去常规纺织加工的梳理、并条和精梳工序)，然后与羊毛等天然纤维或其他化学纤维混纺成纱，适用于聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇缩甲醛纤维等合成纤维品种。

有熔体纺丝和溶液纺丝两类。通常在熔融状态下不发生显著分解的成纤聚合物采用熔体纺丝，例如聚酯纤维、聚酰胺纤维等。熔体纺丝过程简单，纺丝速度高。溶液纺丝法适用于熔融时要分解的成纤聚合物,将成纤聚合物溶解在溶剂中制得粘稠的纺丝液,然后进行纺丝。按从喷丝孔挤出的纺丝液细流的凝固方式，溶液纺丝又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。溶液纺丝纺速较低，尤其是湿法纺丝。为提高纺丝能力，需采用孔数很多的喷丝头。干法纺丝的纺速高于湿法纺丝，但远低于熔体纺丝。

包括纺丝熔体或溶液的制备、纤维成形和卷绕以及后处理过程。后处理过程则有初生纤维的拉伸、热定形到成品包装等一系列工序。

成纤聚合物在溶剂中溶解成溶液，或将成纤聚合物切片在螺杆挤出机中加热熔融成熔体，经纺前准备工序后入纺丝机，用纺丝泵(计量泵)将纺丝溶液或熔体定量、连续、均匀地从喷丝头的细孔压出，这种细流在水、凝固液或空气中固化，生成初生纤维，此过程即纤维成形。在纺丝过程中，成纤聚合物要发生几何形态和物理形态的变化，如聚合物的溶解或熔化，纺丝流体的流动和形变，丝条固化过程中的胶凝、结晶、二次转变和拉伸流动中的大分子取向，以及过程中的扩散、传热和传质等。纺制人造纤维(粘胶纤维、铜氨纤维)时,还发生化学结构的变化。这些变化彼此影响,故改变纺丝条件，可在一定范围内改变所得纤维的物理机械性能。

常用纺丝方法 有熔体纺丝和溶液纺丝两类。通常在熔融状态下不发生显著分解的成纤聚合物采用熔体纺丝，例如聚酯纤维、聚酰胺纤维等。熔体纺丝过程简单，纺丝速度高。溶液纺丝法适用于熔融时要分解的成纤聚合物,将成纤聚合物溶解在溶剂中制得粘稠的纺丝液,然后进行纺丝。按从喷丝孔挤出的纺丝液细流的凝固方式，溶液纺丝又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。溶液纺丝纺速较低，尤其是湿法纺丝。为提高纺丝能力，需采用孔数很多的喷丝头。干法纺丝的纺速高于湿法纺丝，但远低于熔体纺丝。

新型纺丝方法 在工业上应用的新型纺丝方法，主要有干喷湿纺法、乳液或悬浮液纺丝法、膜裂纺丝法。

①干喷湿纺法 又称干湿法纺丝，是干法与湿法相结合，将纺丝液从喷丝头压出，先经过一段空间，然后进入凝固浴槽，从凝固浴槽导出初生纤维。

与一般湿法纺丝比较，干喷湿纺法的纺丝速度要高若干倍，还可采用孔径较大(0.5~0.3mm)的喷丝头，同时采用浓度较高、粘度较大的纺丝溶液，显著提高了纺丝机的生产能力。目前，这种纺丝方法已在聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维等生产中得到应用。 ②乳液纺丝法 又称载体纺丝法，是将聚合物分散于某种可纺性较好的物质(作载体)中呈乳液状态，然后按载体常用的方法纺丝。载体常用粘胶或聚乙烯醇水溶液，所以乳液纺丝工艺类似于湿法纺丝。得到的初生纤维经拉伸后在高温下烧结，载体炭化，聚合物颗粒在接近粘流温度下被粘连形成纤维。适宜于乳液纺丝的成纤聚合物应具有高于分解温度的熔点，没有合适的溶剂使其溶解或塑化，因而无法制成熔体和纺丝溶液。目前，该法在聚四氟乙烯纤维等的生产中已得到应用。

③膜裂纺丝法 是将聚合物先制成薄膜，然后经机械加工方式制得纤维。根据机械加工方式不同，所得纤维又分为割裂纤维和撕裂纤维两种。割裂纤维又称为扁丝，其加工方式是将薄膜切割成一定宽度的条带，再拉伸数倍，并卷绕在筒子上得到成品。撕裂纤维的加工方式是将薄膜沿纵向高度拉伸，使大分子沿轴向充分取向，同时产生结晶，再用化学和物理方法使结构松弛，并以机械作用撕裂成丝状，然后加捻和卷曲获得成品。前者纤维较粗,用于代替麻类作包装材料。后者纤维稍细,用于制作地毯和绳索。目前，应用于聚丙烯纤维等生产。

此外，为纺制具有特殊性能纤维的需要，还发展了,若，干其他纺丝方法，例如:冻胶纺丝法(将浓聚合物溶液或塑化的冻胶从喷丝头细孔挤出到某气体介质中，细流冷却，伴随溶剂挥发，聚合物固化得到纤维，又称半熔体纺丝);相分离纺丝法(以聚合物溶液作为纺丝原液，通过改变温度使纺丝液细流固化);闪蒸纺丝法(聚合物在高温高压下溶解于特殊溶剂中，原液细流出喷丝头时溶剂闪蒸而形成纤维);喷雾凝固纺丝法(纺丝溶液被压入封闭室内，受喷入室内的雾状凝固剂作用形成纤维);静电纺丝法(聚合物熔体或其在挥发性溶剂中的溶液在静电场中形成纤维);液晶纺丝法(用处于液晶状态的溶液纺丝)，等等。

在纺丝工序得到的未经拉伸的丝条，统称初生纤维。其结构尚不完善和稳定,物理-机械性能也差，尚不宜于纺织加工。因此，必须经过后处理工序，其流程随纤维品种和类型(长丝、短纤维等)而异。拉伸和热定形直接影响成品纤维结构和性能，是后处理各种流程中不可缺少的主要工序。用湿法纺丝得到的纤维还要经过水洗，以除去附着的凝固浴液和溶剂;生产短纤维时需要进行卷曲和切断;生产长纤维则需要进行加捻、络筒等。这些工序对纤维超分子结构的改变不大，因而对性能的影响较小。为赋予纤维以某些特殊的性能，如抗皱、耐热水、蓬松、回弹等性能，还需在后处理过程中进行一些特殊加工。

拉伸 又称纤维二次成形。后处理过程中最重要的工序。纺丝后得到的卷绕丝或经集束后的大股丝束在拉伸机上进行拉伸，使大分子沿纤维轴向取向排列，同时发生结晶，以进一步提高初生纤维的结晶度，或改变晶型结构,形成一定的超分子结构,从而显著提高纤维强度。

生产短纤维时，拉伸在几台速度不同的拉伸机之间进行。随纤维品种不同，拉伸方式有:一道拉伸和多道拉伸、冷拉伸和热拉伸、湿热拉伸和干热拉伸等。拉伸介质可用空气、蒸汽、水浴、油浴或其他浴液。拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度和多级拉伸配比等工艺条件对所得纤维的结构和性能有很大影响，常需正确选择。另外，为了得到纤度和其他物理-机械性能均匀的纤维,拉伸点(丝条上细颈开始出现的位置)必须固定。否则会形成拉伸不足或未拉伸纤维，所得纤维粗细不一，染色不匀。

生产长丝时，卷绕丝经存放平衡后,在拉伸-加捻机上进行拉伸。根据不同品种的要求,拉伸-加捻机有单区拉伸和双区拉伸两类。如生产涤纶、高强力锦纶，采用双区拉伸(图1)，头道拉伸发生在喂入辊与上拉伸盘之间，称为常温拉伸;二道拉伸则发生在上下拉伸盘之间，称为热拉伸。上拉伸盘也称热盘，上下拉伸盘之间有加热板或缝式加热器，拉伸后丝条穿过导丝钩、钢领圈而卷绕于插在钢领板的双锥筒子上。

热定形 是合成纤维生产中特有的工序。热定形的目的:一是提高纤维的形状稳定性(用纤维在沸水中的剩余收缩率来衡量);二是进一步改善纤维的物理-机械性能，以及固定卷曲度(对短纤维)或捻度(对长丝);三是改善纤维的染色性能。在某些情况下，通过热定形可使纤维发生热交联(如聚乙烯醇缩甲醛纤维)，或借以制取高收缩性和高蓬松性的纤维，赋予纤维及其纺织制品以波纹、褶襞或高回弹性等效果。

热定形可在张力或无张力下进行。前者称紧张热定形(包括定张力热定形和定长热定形);后者称松弛热定形。两者的工艺条件以及所得纤维的结构、性能均不同。

此外，合成纤维长丝(特别是聚酯纤维和聚酰胺纤维)可用于制造弹力丝(见化学纤维)。弹力丝的加工方法很多，有假捻法、填塞箱法、赋形法、空气喷射法等，其中假捻法应用最广泛，它可一次完成丝条的加捻、定形和退捻(图2)。此法工艺简单，所得丝条具有三维的螺旋形卷曲，质量好。

有一种新的纺丝- 后处理加工方法，是纺丝直接成条法。该法将纺丝、拉伸和热定形后的丝束，经过直接成条机(牵切机)做成条子，(可省去常规纺织加工的梳理、并条和精梳工序)，然后与羊毛等天然纤维或其他化学纤维混纺成纱，适用于聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇缩甲醛纤维等合成纤维品种。

对化学纤维纺丝成形后的初生纤维进行一系列后处理加工，使其适应纺织加工和使用的要求。依化学纤维品种和纺丝工艺的不同，后处理工序也不相同。湿法纺丝的后处理工序较长，例如粘胶纤维采取湿法成形，后处理工序有水洗、脱硫、漂白、酸洗、上油、脱水及干燥等；醋酯纤维采取干法成形,后处理工序比较简单,只有卷绕和加拈；至于大多数以熔体纺丝成形的合成纤维，则有卷绕、拉伸、热松弛、热定形、卷绕及加拈等，制造短纤维时还增加切段工序。以上品种所采用的后处理设备也牵伸，是指初生态纤维在它的微观结构尚未完全固定以前，在特定的张力下使卷曲而无序的大分子沿轴向整列和伸展的过程。在这一过程中，无序的大分子朝有序方向发展，大分子之间的接触点增加，分子间力增强，聚集区域扩大，为纤维的结晶提供条件。这时纤维的密度增加，抗张强度上升；纤维变细，抗张延伸度下降；光学性和导热性则呈现各向导性。总之，纤维经拉伸后综合性的物理-机械性能得到改善，实用价值提高。

化学纤维的拉伸工序是在有两组或三组不同转速的导辊或导盘的拉伸装置上进行的。被拉伸的纤维或束丝从导辊或导盘的缝隙之间通过，两端导辊或导盘的速差使纤维伸长。这种拉伸也常和加拈工序结合,在拉伸-加拈设备上同时进行。

纤维的拉伸必须在一定的介质中和一定的温度下进行，一般有三种方法：①干热拉伸：在空气中加热状态下（如涤纶和维纶长丝）或在室温条件下（如锦纶和丙纶长丝）拉伸。②蒸汽拉伸：在饱和蒸汽中（如腈纶短纤维）或在天然纤维混纺，也可以纯纺。一般的化学纤维表面平滑无卷曲(永久卷曲的复合纤维除外)，抱合力小，不易互相拈合或与其他纤维拈合，即可纺性能差。卷曲加工能使化学短纤维获得与天然纤维相类似的卷曲，可纺性能会大大改善。

卷曲的方法有：机械法和化学法两类。机械卷曲法是先将纤维束在热水或蒸汽中预热,而后通过卷曲机,借卷曲轮和卷曲箱的作用产生锯齿形平面卷曲效应。用化学法获得的卷曲,则是空间立体状的永久性卷曲波纹(见复合纤维)。最常用的卷曲机主要由卷曲轮、卷曲箱和加压机构组成。

切段化学纤维长丝一般只能象蚕丝那样制成织物或者与蚕丝交织。如切成短段使其长度与棉或羊毛相近，则可以象棉或羊毛那样供作纯纺或者混纺后制成织物。这样的织物用途远较长丝织物为广。短纤维的纺丝工艺与长丝基本相同，区别在于长丝常在孔数有限（50孔以下）的喷丝头上纺丝成形，而制造短纤维的喷丝头孔数常达数千甚至数万。短纤维在后处理工艺上除增加切段和卷曲外，设备结构也与长丝不同，容量较大。切成的短纤维常成簇，必须进一步开松、混和，而后用与棉或羊毛相同方式纺纱和织造。

切段有湿切、干切、牵切三种形式。用前两种切断法可获得段状纤维簇，再送入开松和混和机。后一种加工方式的短纤维仍具有连续粗束丝外形，许多纤维段间歇地分布在粗束丝内部，围绕束丝轴平行定向（见纺丝直接成条）。非连续式切段装置是由两个迅速旋转的刀轮组合而成，其中一个刀轮沿周边等距满布割刀，另一轮则在与割刀对应处刻有沟槽。当束丝以垂直方向从刀轮的缝隙中经过时，即被切成预定长度的纤维段，落入收集器内送出机外。

湿法成形丝精制湿法成形的初生丝大都需要经过高度的精制处理才有实用价值。精制的工序随不同的品种而异，有的品种甚至在后处理过程中还有重大的化学变化，如在维纶的制造中对聚乙烯醇纤维进行缩甲醛化处理。粘胶丝是湿法成形纤维中精制过程最繁复的品种之一（见粘胶纤维）。粘胶帘子线的后处理较普通粘胶纤维简单得多,只须经过洗涤、半脱硫和再洗涤即可,常在连续后处理机上进行。粘胶帘子线纤维表面光滑，在制造轮胎中不易与橡胶抱合，因此，必须先在树脂和橡胶溶液内对纤维进行热处理。此外，由于帘子线是条干粗而单丝根数多的束纤维，宜采用特殊条件的高效干燥法，以缩短处理时间。