粘胶纤维生产基本知识

生产基本知识粘胶纤维概述1粘胶生产原料及粘胶制造2粘胶人造丝纺制及后加工处理3目录粘胶强力丝和短纤维的制造4粘胶纤维辅助工程及安全环保相关5CHAPTER粘胶纤维概述11.1化纤概述纤维分为化学纤维和天然纤维两大类：合成纤维化学纤维再生纤维再生纤维素纤维再生蛋白质纤维醋酯纤维玻璃纤维金属纤维碳纤维无机纤维涤纶（聚酯纤维）锦纶（聚酰胺纤维）腈纶（聚丙烯腈纤维）维纶（聚乙烯醇纤维）乙纶（聚乙烯纤维）丙纶（聚丙烯纤维）氨纶（聚氨酯纤维）氯纶（聚氯乙烯纤维）动物纤维：丝、毛天然纤维植物纤维：棉、麻矿物纤维：石棉1.2粘胶纤维的发展历史及现状发展历史：粘胶纤维是最早投入工业化生产的化学纤维1891年发明了粘胶法1907年投入商品生产粘胶分类：粘胶人造丝：普通粘胶长丝粘胶强力丝：主要用来制作帘子线，主要规格为1650D/1100粘胶短纤维：分为棉型、毛型和中长型富强纤维：新型高强力粘胶纤维高湿模量粘胶纤维：新型粘胶纤维，与富强比，降低强度和湿模量，提高勾接强度、深度和耐磨性能其他：粘胶还可用来制作玻璃纸、海绵1.3粘胶纤维的性能及应用性能：吸湿性和解湿性良好，织物透气吸汗，穿着舒适染色性能良好纤维强度和伸长可满足一般用途较高的热稳定性和光稳定性不易沾污，织物不起球，不易起静电无危害人工健康的棉尘湿态下，强度下降一半耐磨性、疲劳强度、抗折皱性和尺寸稳定性差，保水率高，不易干燥应用：人造丝——可纯织，也可交织，主要用于制作服装、床上用品和装饰等。粘胶短纤维——用途最广，可纯纺纯织，也可混纺交织，用于生产衣用织物。强力丝——用于轮胎、帘子线、运输带、胶管。1.4粘胶纤维的指标纤度：旦(D)、公支(Nm)、特(tex)强度：强度（克/旦）、断裂长度（千米）、强度极限、勾接强度和结节强度（表示纤维的柔软性和弹性）伸度：人造丝18~24%，短纤维16~22%，富强7~14%，强力丝7~15%吸湿性：一般规定在65%相对湿度和温度为20℃时进行测定回弹率和弹性模量：愈大，纤维在使用时变形愈小、刚性好、强力大、织物不易褶皱或损坏，但柔软性差光泽：半无光丝（二氧化钛加入0.5~1%）、无光丝（加入1%~2%）染色性和染色均匀度：纤维的染色均匀性决定原料和工艺参数的均匀性，特别是纺丝成型条件的均匀性。1.5粘胶纤维的主要工艺流程粘胶制造→纺丝→后处理粘胶制造：浸压粉→老成→黄化→溶解→熟成→过滤脱泡人造丝纺丝：水洗→脱硫→漂白→上油→脱水烘干短纤纺丝：加上成束切断轮胎帘子线纺丝：在连续纺丝、后处理、烘干等加高倍拉伸CHAPTER粘胶生产原料及粘胶制造2浆粕烧碱硫酸二硫化碳其他化工原料上油剂2.1粘胶纤维生产用原材料2.1.1浆粕纤维素的来源木材（亚寒带生长针叶树十年以上）、棉籽绒、草类植物（甘蔗渣、芦苇、竹等）纤维素的性质和结构白色、无味、1.52g/m³、150℃开始分解、不溶于一般溶剂（水、酒精、乙醚等）分子量大（数万到数百万）、(C6H10O5)n、n即为聚合度DP纤维素的组成甲纤：DP150~200乙纤和丙纤：DP150~200以下、可溶于17.5%碱液，加酸乙纤析出，其余为丙纤浆粕的制造方法（木浆、棉浆）伐木、除掉树枝剥去树皮、锯断、劈开、削成小片、水煮，取出硬块、沙粒等，达成细渣，漂白、氯处理、酸处理、碱处理，去除色素和铁、硅等无机杂质，抄成浆板。浆粕的质量（甲纤、灰分、树脂含量、粘度、吸碱性能、反应性能）甲纤含量越高，浆粕的纯净度越高，制成的成品质量高灰分影响可纺性和过滤性能少量树脂有利于粘胶的过滤，但过多影响黄化的均匀性，使粘胶浑浊，易堵喷丝头浆粕的粘度要求均匀一致，否则会给工艺和成品质量带来不利影响吸碱性（用吸碱值、膨润度、吸碱速度表示），性能差的浆粕浸渍时容易上浮，碱纤维素不匀。反应性能好的浆粕所得的反应生成物的组成均匀，纤维素磺酸酯溶解性好，制得粘胶易过滤。2.1.2烧碱性质白色结晶体、强空气中吸水潮解为液体、吸收空气中的CO2转化为碳酸钠、烧碱溶液呈强碱性，有强烈的腐蚀性。分类水银电解法烧碱，最纯，用于长丝生产隔膜电解法烧碱，含有较多NACL等杂质，用于短丝生产苛化法烧碱，次之杂质铁、锰等杂质，加快碱纤的老成速度，使粘度难控制。钙、铝等杂质，易于半纤维素作用，生产衬垫。二氧化硅杂质，易堵喷丝头。存储及运输浓度不同则凝固点也不相同，低温季节浓度高的烧碱易凝固。一般用铁罐包装固体碱。用槽车运输液体碱，用泵打进铁制桶中，一般贮存7·10天，杂质沉淀后再使用。2.1.3硫酸性质无水状态为无色透明油状液体，15℃时比重为1.8384，沸点为338℃，强酸，强腐蚀性，强氧化性，与水混合释放大量的热。比重随着浓度上升而上升，提升到一定，再提升浓度比重反而下降，因此不能以比重测浓度。分类塔式法，制出的浓度低，76%。接触法，制出的浓度高，96%。杂质粘胶生产对硫酸质量要求不高，但氧化氮、铁、铅、砷等杂质不宜过高。存储及运输浓硫酸对铸铁和钢几乎没有腐蚀性，但吸收空气中的水后浓度降低，会有腐蚀性，故避免浓硫酸接触空气。稀硫酸用铅，因为在铅表面形成硫酸铅保护膜，但是高温下，铅的耐腐蚀性极差。近年多采用聚氟乙烯塑料代替金属，但是高温60℃和低温0℃均不能使用。15%、78~90%和96%以上的浓硫酸在低于12℃时都易发生冻结现象。高浓度硫酸也要调整到92.5%，才能防止冻结。2.1.4二硫化碳性质无色易挥发的可燃性液体，有恶臭，臭味来自有机或无机的硫化物杂质。比重为1.263，沸点46.25℃，优良的有机溶剂，120℃易着火。生产方法外烧炉法电炉法，前两种均以硫磺和木炭为原料，在800~900℃高温生产二硫化碳蒸汽。以硫和天然气为原料的连续生产法，采用高浓度甲烷和硫磺蒸汽在600~1000℃高温下反应生产二硫化碳气体。运输及储存易腐蚀铁等金属，故采用铝和不锈钢材料为好，但实际一般还是采用铁制，但需定期清理。防止挥发，其表面常用水密封。管道送二硫化碳，注意冬季防冻。2.1.5其他化工原料钛白粉比重为3.94~4.1，消光剂，用于生产无光丝，粒度在5μm一下，含量98%以上。硫酸钠芒硝（十水），无色晶体，比重为1.464，熔点324℃，初次开工时纺丝浴中添加。在空气中迅速风化失去结晶水变为元明粉（无水）。硫酸锌皓矾，无光斜方晶体，比重为1.957，易溶于水，280℃失结晶水。用于纺丝凝固浴。硫化钠臭碱，其水溶液几乎完全分解成NaOH和NaSH，呈强碱性。在空气中易氧化成硫代硫酸钠。普通产品含硫化钠30%，供粘胶纤维后处理脱硫用的硫酸钠，一般经过脱水，含量达55~60%。盐酸无色，一般含有氯化铁等杂质而呈黄色，纯度为37~38%的盐酸比重为1.19。强酸，浓盐酸在湿空气中发白色烟雾，有剧烈刺激性臭味，与铁等金属在常温下可反应。主要用于粘胶纤维后处理和棉浆粕制造中的酸处理，用于除掉纤维上的钙、铁等杂质，可提高制品的白度。2.1.6上油剂应用在最后一道工序中进行上油，目的是为了使纤维具有一定的平滑性、柔软性、抗静电等性质，以改善纤维的纺织加工性能。要求乳液的稳定性要好不皂化物要少酸价和碘价要低要求无残臭洗涤性要好酸碱度以中性为好油剂粘度不宜过高，应无腐蚀性2.1.7各种主要原材料的消耗定额费用构成生产原材料的费用是构成生产成本的主要部分，在长丝约占40~45%，短纤维占60~70%。消耗定额表（每吨产品的消耗）注：①浆粕长丝和强力丝用棉浆，短纤用木浆②二硫化碳短纤维回收40~50%③硫酸锌按ZnSO4·7H20计算2.2粘胶的制造化学反应18%的烧碱溶液处理纤维素，生产碱纤维素(C6H10O5)n+nNaOH→(C8H8O4ONa)n+nH2O按公式，162份纤维素应需要40份烧碱，实际上需两倍于此的烧碱量碱纤维素和二硫化碳的反应(C8H8O4ONa)n+nCS2→[SNa-SC-OC6H9O4]n按公式，162份纤维素需要76份二硫化碳，实际需要理论量的70%，即52份生产方法古典法：间歇生产，设备多，周期长，劳动强度高，趋于淘汰，品质均一，强力丝仍采用。连续浸压粉法：采用浸压粉三道工序合并，投资低，省劳力，制得的碱纤维素均匀。五合机法：将浸渍、粉碎、老成、黄化和前溶解五个工序在一个机台内完成，即易步法制粘胶。此法生产周期短，设备紧凑，占地面积小，但粘胶质量较差，仅用于普通粘胶短纤维的生产。2.2.1碱纤维素的制造重要性：碱纤维素的制造是粘胶制备过程中的第一步，碱纤维素的状态对黄化反应能力、粘胶过滤性能和纺成纤维的结构性能，均有重大的影响。浸渍：(C6H10O5)n+nNaOH⇄(C8H8O4ONa)n+nH2O浸渍时，碱纤维素和碱的反应是放热可逆反应，在生成碱纤维素的同时，也发生碱纤维素的水解，成为水解反应。正向水解，逆向碱化，提高温度可促进水解反应，不利于碱化反应。古典法浸渍，先调湿、称重、垂直堆放、用18%烧碱溶液浸泡1~3小时、半纤析出连续浸渍机，连续投料，以松散状与碱液混合成浆粥，进行浸渍。压榨、粉碎压榨为了降低浆粕中碱含量，以减少黄化时二硫化碳和烧碱的副反应，同时将半纤压出。粉碎，使碱纤维素成松散状态，增大表面积，保证后续顺利进行。2.2.1碱纤维素的制造（2）工艺参数浸渍时间：碱纤生成2~5分钟，半纤析出45分钟以上，搅拌可加速析出，7分钟即可。浸渍温度：低温有利于纤维素的膨化和碱纤维素的生产。但过低可导致纤维素过度膨化，浆粕易于崩塌，不能压榨。硬度大的浆粕，可使用较高温度，以提高产量。古典法20~25℃，连续浸渍法40~70℃。碱液浓度：根据温度和原料来选择，高温则浓度提高。理论15%，实际18~20%。半纤浓度：碱液中半纤浓度过高会影响浆粕中半纤析出，且影响后续。人造丝要求＜11g/L，短纤维要求15~20g/L，强力丝＜8g/L。浴比：纤维素重量和碱液体积之比。古典法为1:15，连续法为1:20。压榨度：压榨后浆粕质量与浸渍前浆粕重量比，理论为1.69，实际为2.8~3.1倍，有1.1~1.4倍的过剩烧碱。从而后续黄化需过量的二硫化碳。碱纤组成：压榨后碱纤中含甲纤28~32%，烧碱16~18%。粉碎度：定积重量，一般间歇式粉碎后的粉碎度为190~220g/L（2~2.5小时），连续式粉碎后为100~120g/L（3~5分钟）。也可用中和表示法。老成浆粕的聚合度为500~800，这样制成的粘胶粘度太高。在一定温度（24~35℃）保持一定时间（18~24小时），可使碱纤维素与空气中的氧作用，发生纤维素的降聚。提高温度可缩短时间，45~60℃，3小时以内。2.2.2纤维素磺酸酯的制造反应机理：气固反应，过程包括二硫化碳从碱纤表面向内部渗透和二硫化碳与碱纤上的羟基反应。黄化反应为可逆反应，黄化放热，低温有利于反应。主要取决于烧碱和二硫化碳的浓度。黄化和后黄化的概念，无定形区易渗透称之为黄化，后续二硫化碳向微晶渗透为后黄化。反应方程式主反应：酯化反应(C8H8O4ONa)n+nNaOH+nCS2⇄[NaS-SC-OC6H9O4]n+nH2O副反应：3CS2+6NaOH→Na2CO3+2NaCS3+3H2ONaCS3呈桔黄色，纯的纤维素黄酸酯无色。黄化反应中，对于每个葡萄糖残基，有0.68~0.75分子的二硫化碳进入反应，仅有0.50~0.55分子的二硫化碳与纤维素结合成磺酸酯，其余均消耗于副反应黄化程度用酯化度(γ)或黄化率(XR)表示，指纤维素分子的100个葡萄糖残基上结合的二硫化碳分子个数。纤维素磺酸酯的性质酯化度的分散性：平均酯化度55的黄酸酯，实际38~80之间波动。分散大小对磺酸酯的溶解性和粘胶溶液的物理化学性能影响很大。分散性是由于磺酸酯的团块各层次黄化程度不同，由表及里逐步下降。遇水水解，遇碱皂化遇酸分解：无机酸和有机酸使磺酸酯分解，无机酸更剧烈，分解为纤维素，并放出二硫化碳