粘胶短纤维生产工艺

第1章 绪论 1.1概述 粘胶纤维是以天然纤维素（浆粕）为基本原料，经纤维素磺酸酯溶液纺制而成的再生纤维素纤维。 粘胶纤维是一类历史悠久、技术成熟、产量较大，品种繁多，用途广泛的化学纤维。根据纤维的结构和性能不同，粘胶纤维分成普通纤维、高湿模量类纤维、强力纤维、特殊纤维等不同品种。粘胶纤维仅迟于纤维素硝酸酯纤维，是最古老的化学纤维品种之一。在1891年，克罗斯、贝文和比德尔等首先制成纤维素磺酸酯钠溶液，由于这种溶液的粘度很大，因而命名“粘胶”。粘胶遇到酸后，纤维素又重新析出。根据这个原理，在1893年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维叫做“粘胶纤维”到1905年，米勒尔等发明了一种稀硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。 一百多年来，粘胶纤维生产不断发展和完善。在上世纪的三十年代末期，出现了强力粘胶纤维；五十年代初期，高性能（高湿模量类）粘胶实现了工业化；六十年代初期，粘胶纤维的发展达到了高峰，其产量曾占化学纤维总产量的80%以上。从六十年代开始，因合成纤维的发展，其发展速度趋于平缓。到九十年代以后，随着人们对衣着服用性能的改变，这种既有与棉相似的性质的纤维重新受到人们的青睐。又进入一个新的发展时期。 1.2粘胶纤维的发展前途与应用 1.2.1粘胶纤维的发展前途 粘胶纤维的发展，有无限的原料基础。它的基本原料---纤维素的贮备量很大，并有巨大的回复量。大自然每年都在同化着以兆亿吨计的碳，将其变为含纤维素的各种植物资源。只要有阳光和水源，数目、野生植物和各种含丰富纤维素的农作物就能生长并不断再生。而合成纤维所以赖发展的原料（石油、煤、天然气等）随着人们的不断开发利用，已渐进枯竭。所以纤维素纤维从原料意义上具有长远的发展意义。 粘胶纤维具有一系列可贵的物理机械性能和符合卫生要求的性质。粘胶纤维最大的特点是与天然纤维---棉的某些性质极为类似，如吸湿性好、容易染色、抗静电、交易于纺织加工，制成品的织物花色鲜艳，穿着舒适尤其适合在气候炎热的地区穿着。而它的纤度和长度，又可以以按照用途的要求而调节，在这点，比棉占优势。很明显，粘胶纤维这些特点，正是合成纤维的不足。粘胶纤维织物穿着舒适感方面所具有的特性，尤其是吸湿性和透气性方面，至今还没有一种合成纤维能与之相比美。合成纤维与中长粘胶纤维混纺，织物具有优良的毛料特性。因此发展合成纤维的同时，必须按比例发展粘胶纤维。 近年来，随着卫生用无纺布的发展，卫材用粘胶短纤维也具有极大的发展空间。 1.2.2粘胶纤维的应用 粘胶纤维在民用方面主要是得用于它的吸湿性好，容易染色、抗静电、交易与加工纺织等特性。可以纯纺，也可以与棉、毛、麻、丝及各种合成纤维混纺或交织。普通粘胶短纤维的各种织物，质地细密柔软，手感光滑，透气性好，穿着舒适，染色或印花后，色泽鲜艳，色牢度好，易于做内衣，外衣及各种装饰织物。此外，普通粘胶短纤维还广泛用于无纺织物。普通粘胶短纤维织物的缺陷是牢度较差，特别下水后膨胀发硬，经不起剧烈揉搓，织物的缩水率高，弹性和耐磨性较差，服装穿后易于变形。后来发转的高湿模量类粘胶纤维具有高强度，低伸度，高湿模和高耐碱性等特性，克服了普通粘胶短纤维的缺陷。变性粘胶纤维具有多种纺织用途。和聚丙烯晴或聚乙烯醇复合的纤维，具有毛一样的手感和膨体特性，适用于制造西服、地毯、毛毯、地毯和装饰织物;具有扁平形状和粗糙手感的“稻草丝”和空心纤维，具有比重小，复盖力大和膨体特性，适于编织女帽、提包和装饰用具。 粘胶纤维在工业方面的应用，主要是利用它具有强度高，耐热性好和能够进行化学改性。粘胶帘子线的强度高，受热后强度损失少，价格低廉，在轮胎工业中占有重要地位。与丙烯酸接枝的粘胶纤维具有很高的离子交换能力，可用于从从废液中回收贵重金属。用疏水性或疏油乳液浸透处理的粘胶纤维或其织物，具有良好的疏水性或是疏油性。广泛应用于工作服或防护织物，及帐篷、帆船等。含有阻燃剂的粘胶纤维，具有良好的阻燃效果，可以在高温和防火的工业部门应用。 粘胶纤维在国防和科研等部门，主要是利用它来制造具有特殊性能的纤维。粘胶纤维在3000度下碳化处理，可制得碳纤维，具有高强度和极高量，它与环氧树脂等造成的复合材料，可用于代高性能喷气式飞机和空间技术中所用的大部分金属。由粘胶和硅酸钠共纺的原丝，经特殊处理制得陶瓷纤维，作为耐高温酚醛树脂的增强材料，可用于液体推进火箭马达。喷气机喷嘴和空间重返大气层的装置的防热罩等。 第2章 粘胶短纤维的生产工艺 2.1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，并具有所要求的品质，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： ⑴  粘胶的制备 ⑵  粘胶在纺丝前的准备 ⑶  纤维的成形 ⑷  纤维的后处理 我厂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。 2.2制胶工序 2.2.1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。 其工艺流程图如下： 2.2.2粘胶的制备过程 ⑴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，以使各批粘胶的原料性能基本上一致。 ⑵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。 ⑶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。 ⑷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。 ⑸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。 2.2.3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。 ⑴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。 ⑵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。 ⑶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。 ⑷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。 2.3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： 2.3.1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。 ⑴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。 ⑵成型过程中的物理化学变化     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。 ⑶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。 ⑷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。 2.3.2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。 ⑴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。 ⑵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。 ⑶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。 2.3.3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。 ⑴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。 ⑵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。 1 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。 ②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。 ③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。 ④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，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。 ⑤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。 ⑶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在本厂统称纺丝，在纺丝（纺练）车间进行。 第3章  生产副产品回收 粘胶短纤维生产过程中在粘胶制备使用的二硫化碳和纺丝成型使用后的纺丝浴都要求回收：二硫化碳有毒直接排放影响环境，它主要是在纺丝成型、切断、绒毛成型中释放，我厂主要通过820回收系统回收二硫化碳；纺丝浴在纺丝成型反应中产生大量硫酸钠，这些硫酸钠用过回流在酸浴车间回收用于制造副产物元明粉，这个过程主要是蒸发冷凝这里不多做解释。我在这里主要介绍一下本厂的820冷凝回收二硫化碳。 820系统工艺介绍：绒毛成型槽蒸出的含有二硫化碳的混合蒸汽通过自身压力以及一级冷凝器产生的少量真空进入一级冷凝器，在一级冷凝器里，由热软水罐调配的热软水经热软水泵打入一级冷凝器，在那里50—60℃的软水与进气逆向接触直接冷凝，将其中含的水蒸气在一级冷凝器内冷却成水，冷却下来的水和软水落入地沟直排。一冷落水温度控制在80—90℃。温度太低，会将二硫化碳在此处冷凝影响回收率，且造成环境污染。没有冷却下来的二硫化碳、硫化氢、少量水蒸气及不凝气体通过水喷射泵形成的抽吸力进入二级冷凝器，在二级冷凝器，用冷却循环水作为冷却介质，将二硫化碳冷却成液体，冷却下来的二硫化碳和冷却水一起进入沉降槽，在沉降槽里二硫化碳与冷却水的密度不同，分成两个不同的层次，上部的冷却水部分循环使用，而下部为二硫化碳，达到一定液位后，启动二硫化碳输送泵打入灌区。冷却循环水通过循环泵打进换热器，与动力站提供的冷碱水换热后循环使用。冷却循环水的温度要求3—5℃。二级冷凝器落水温度控制在7--10℃之间。 生产回收的二硫化碳可以经灌区再次供给磺化使用，回收的浴液可以制成副产品元明粉，不仅有利于降低成本消耗，还可以保护环境降低环境压力。 第4章粘胶短纤维生产的发展方向 粘胶纤维生产也同其他化学纤维生产一样，存在有环境保护的问。粘胶纤维生产中使用的二硫化碳，是一种剧毒、易燃易爆的化合物。由于制造和使用二硫化碳而产生的废气、废水和废渣，对环境产生污染；其次，粘胶纤维有许多品种，与棉花及合成纤维的一些品种相比，其湿态强度、耐磨性和织物形态的稳定性均较差；此外，粘胶纤维的生产工艺过程及设备还过于繁杂。因此只有在不断解决上述问题的前提下，粘胶纤维工业才能更迅速的发展。 粘胶纤维工业科技发展的方向大致可有以下几个方面： 1、加强粘胶纤维基本理论研究，使生产大型化和合理化。 2、不断提高浆粕质量，使浆粕来源多样化。 3、使生产过程自动化、连续化和高速化。 4、使生产环境微毒化和无毒化。 5、改造老品种，发展新品种，扩大粘胶纤维适用范围。 结论 经过以上工艺流程的研究，使我基本掌握了粘胶生产的基本工艺流程。我公司为大型粘胶短纤维生产企业，工艺过程中自行作了技术和生产工艺的改进，比原有工艺得到了提高，同时对生产污染物也进行了有效的回收利用，以减少对环境的污染。 文档已经阅读完毕，请返回上一页！