第五章聚丙烯纖維第一節概述

1953年zieglar和natta發明了能夠使烯烴定向聚合的有機金屬絡合催化劑，同年意大利的納塔用這種催化劑合成了等規聚丙烯，1957年意大利開始工業化生產聚丙烯。1960年工業化生產聚丙烯纖維。隨著石油工業的發展，丙烯來源豐富，價廉使聚丙烯纖維的發展很快，七十年代末產量已達一百多萬噸，居合纖第四位。聚丙烯纖維的主要商品名稱：我國意大利美國日本丙綸MeraklonHerculonPylen丙綸纖維的主要特點：1、比重小：丙綸是目前所有纖維中比重最小的0.918/cm^32、強度高：丙綸是強度比較高的一種纖維，由于丙綸不吸水，其干濕強度基本相同更適用濕態的使用要求。3、彈性好：回彈率與滌綸、腈綸、尼龍類似，彈性模量略低于滌綸4、光熱穩定性差：易于老化，在加工使用中容易失去光澤、強伸度下降。5、染色性差：PP上沒有極性基因缺乏對一般染料的親和性。表5-1PP纖維的主要性能性能指標復絲短纖維斷裂強度/cN·dtex-1斷裂伸長/%彈性回復率/%（在5%伸長時）初始模量/cN·dtex-1沸水收縮率/%回潮率/%3.1-6.415-3588-9846-1360-5<0.032.5-5.320-3588-9523-630-5<0.03第二節紡絲級聚丙烯

聚丙烯的生產一般都是由較大型的石油化工企業完成的，化纖廠基本上都采用聚丙烯切片紡絲。

切片的主要指標：等規度≥95％[η]2dl/g分子量18～20萬熔融指數6g/10min水分<0.1%

用齊格勒－納塔催化劑可以獲得高規整性的聚丙烯，從而得到較高結晶性和較高的熔點及良好的物理機械性能。丙烯單元中沒有極性基因，為了增加分子間作用力，其分子量比一般成纖高聚物要高。

等規度的測定：丙稀聚合物中含有等規、間規、無規三種結構組成。而正庚烷能溶解無規、間規聚合物，可以采用沸騰的正庚烷對聚丙烯聚合物試樣進行萃取、萃取后所剩殘渣即為等規聚丙烯。用萃取前后試樣質量之比即為等規度。熔融指數的測定：“MI”是熱塑性高聚物在規定地溫度和壓力下在十分鐘內通過指定長度和內徑的毛細管的重量值。單位“g/10min”。PP的測定條件：溫度230℃，壓力2160g，毛細管d=2.095mm，l=8mm。MI可表征PP的流動特性，估量其分子量的大小。PP切片不用干燥可直接用于紡絲。（吸水性差并對熱降解影響小）第三節聚丙烯的熔體紡絲一、熔體紡絲與PET、PA熔體紡絲過程一樣PP也可以用熔體紡絲法制成長絲、短纖維。工業生產PP纖維一般采用普通的熔體紡絲法和膜裂紡絲法。隨著生產技術的發展，近年來又有許多新的生產工藝出現，如復合紡絲、短程紡、膨體長絲、紡—牽一步法（FDY）、紡粘和熔體噴射法非織造布工藝等。主要的工藝參數及其分析如下：1、紡絲溫度PP熔體溫度高出其熔點100℃左右，原因如下：(1)PP的分子量高，熔融后的熔體粘度很高，因此要提高紡絲溫度以增加流動性使紡絲順利進行。(2)PP中沒有強極性基因，內聚能較小，紡絲時容易出現熔體破裂(3)PP分子量分布寬，熔體彈性較大牛頓性能差。(4)高溫下紡絲，卷繞絲的預取向度低并生成不穩定的碟狀液晶結構以利于后拉伸倍數的提高。2、冷卻條件冷卻速率快，卷繞絲易生成不穩定的碟狀液晶結構。冷卻速率慢，卷繞絲易生成穩定的單斜晶體結構。實際生產中絲室溫度偏低，側吹風時35～40℃，環狀吹風30～40℃冷卻風溫25℃風速0.3~0.4m/s。3、噴絲頭拉伸

噴絲頭拉伸倍數比滌綸紡絲低，一般為60倍左右，若預拉伸倍數過高會導致卷繞絲生成穩定的單斜晶體從而使后拉伸倍數降低，影響纖維質量。4、后處理丙綸短纖維后處理的流程也和滌綸、錦綸相似:集束→第一拉伸機→第二拉伸機→過熱蒸汽加熱器→第三拉伸機→卷曲→熱定型→切斷→打包丙綸長絲的熔體紡絲過程也與滌綸絲錦綸絲相似。

下面以聚丙烯復絲生產的錄象為例介紹常規聚丙烯纖維的生產過程。二、聚丙烯纖維的老化及防止措施

聚丙烯纖維雖具有許多優點，但由于等規纖維的結構非常單一，在分子鏈上含有許多不太穩定的叔碳原子，而且大分子中不含極性基團,導致聚丙烯有容易老化和染色性差的缺陷。老化：高分子材料在加工、貯存和使用過程中逐漸失去原有的優良性能以致最后喪失使用價值的現象。丙綸老化：失去光澤、退色、強伸度下降。老化外因：光、熱、氧的作用結果。1、熱氧老化（主要發生在加工過程中）PP本身結構不耐老化，加工溫度比較高在加工中很容易發生熱氧化降解。（分子鏈中生成一些羥基基團）2、光氧老化（主要發生在使用過程中）PP在使用過程中，由于日光中紫外線、熱、氧等作用發生的老化。（羥基化合物能強烈地吸收紫外線成為激發態，使高分子降解老化）熱老化與光老化有密切的關系，PP在熱氧化老化中產生的化合物是光氧化的先導、反過來光老化又會誘導熱氧降解的繼續發生，兩者互為因果彼此促進。

3、穩定老化的措施添加各種穩定劑、高聚物改性、改進聚合和加工工藝。工業中主要采用添加穩定劑的方法，這種方法簡單易行收效快。第四節聚丙烯全拉伸纖維（FDY）

下面我們以一段錄象進行介紹。第五節聚丙烯的裂膜紡絲

特點：生產過程簡單、原料要求低，產量高、能耗低。膜裂纖維包括：割裂纖維和撕裂纖維

一、割裂纖維（扁條、扁絲）割裂纖維是把T型機頭擠出的平膜或吹塑得到的管狀膜通過具有一定間隔的刀具架被切割成扁帶、再經拉伸、熱定型得到扁絲。一般寬2.5-6mm,厚20－50μm纖度1100dtex左右，強度4.4cn/dtex。平膜擠出法：纖度較均勻，手感和耐沖擊性較差。吹型薄膜法：產量高、手感好、纖度均勻性較差。主要用途：地毯底布、編織袋、工業織物、繩索等。二、撕裂纖維（原纖化纖維）將擠出或吹塑得到的薄膜經單軸拉伸使大分子沿拉伸方向取向，拉伸方向強度↑，垂直拉伸方向強度↓，然后薄膜通過針輥或齒輥等破纖裝置，被開纖，再經物理、化學或機械作用使開纖薄膜進步離散成纖維網狀物或連續絲條，長絲。主要用途：地毯、人造草坪、包裝材料、繩索、工業用織物。圖5-7針輥法撕裂纖維生產工藝流程1-擠出機２-歧管式機頭３-冷卻水箱４-切割設備５-加熱烘箱６-拉伸機７-熱定型烘箱８-抗靜電油劑９-橡膠壓輥１０-機械原纖化輥１１-去卷取第六節聚丙烯的短程紡絲

短程紡絲技術是較常規紡絲的工藝流程短，紡絲工序與拉伸工序直接相連，噴絲頭孔數增加，紡絲速度降低的一種新工藝路線。整套生產線可縮短到50m左右，從切片輸入到纖維打包全部連續化，可生產單絲線密度為1~200dtex的短纖維。它具有占地面小，產量高，成本較低，操作方便，宜于迅速開發且適應性強等優點。近年來短程紡有很大發展，在技術與設備上都有所突破。如機器高度由三層壓縮到一層，該技術主要以生產丙綸為主，也可用于滌綸、錦綸生產。1.工藝流程

短程紡設備雖不盡相同，但工藝流程基本相似，即：切片喂入→添加劑注入→切片共混→螺桿擠出→熔體過濾→熔體分配→紡絲→冷卻成形→上油卷曲張力調節→拉伸→卷取→熱定型

張力消除→切斷→打包。2.設備與工藝特點紡絲箱體有6-32個紡絲位，噴絲板有環形和矩形兩種，噴絲孔數多達15萬孔，冷卻吹風形式有側吹、中心放射和真空環吸等。采用環形噴絲板、中心放射冷卻形式時，噴絲孔均勻分配在圓環上，紡出的絲像吹塑圓形薄膜，冷卻氣體由中心向外吹，以便迅速冷卻。圖5-5RIETEX公司短程紡流程圖1-自動計量與混料系統2-螺桿擠出機3-紡絲機4-卷繞裝置5-排煙裝置6-控制柜7-設備框架8-五棍牽伸機9-蒸汽箱10-導絲機11-疊絲機12-卷曲機13-干燥熱定型機14-切斷機15-打包機表5-3RIETEX公司短程紡裝置的主要技術特征每臺紡絲位數細纖維1.7-3.3dtex粗纖維6.7-200dtex螺桿直徑mm小時產量Kg·h-1年產量t螺桿直徑mm小時產量Kg年產量t6810122821021221612015017017015017017018030040050060080010001200160025203360420050406720840010080134401501701802001701802002004506007509001200150018002400378050406300756010080126001512020160

下面以一段錄象使同學們對短程紡絲有一個更直觀的了解。第六節聚丙烯膨體長絲膨體長絲的縮寫為BCF。其生產過程請看錄象：第七節紡粘法非織造布紡粘法是指紡絲直接成布法，其工藝流程包括PP切片熔融紡絲、牽伸、分絲成網和粘合加固。紡粘法非織造布其工藝流程如下：PP切片→熔融紡絲→冷卻成形→拉伸→鋪網→纖網輸送→纖網加固→卷裝

具體的生產過程我們還是來看錄象：第八節熔噴法熔噴法非織造布和紡粘法非織造由一樣都是利用化纖紡絲得到的纖維直接鋪網而成，但是它和紡粘法有原則的區別，紡粘法是在聚合物熔體噴絲后才和拉伸的空氣相接觸，而熔噴法則是在聚合物熔體噴絲的同時利用熱空氣以超音速和熔體細流接觸，使熔體噴出并被拉成極細的無規則短纖維，是制取超細纖維非織造布的主要方法之一。熔噴法非織造布工藝流程如下：圖5-９

熔噴法成網工藝原理

粉狀或粒狀PP經擠壓熔融后定量送入熔噴模頭，熔體B從模頭噴板的小孔噴出后在高速熱空氣流A的作用下，被拉伸成很細的細流，然后在周圍的冷空氣C的作用下冷卻固化成纖維，其后被捕集裝置D捕集，經壓輥進入鋪網機成網，切邊后卷裝為成品。熔噴法非織造布空隙率高、孔徑小、過濾性好、手感柔軟，生產設備緊湊。用途十分廣泛，并在不斷發展，特別是在過濾材料、吸附材料和一次性用品方面。但熔噴法非織造布強度不高，延伸度大，因此產品尺寸不穩定，從而限制了它在衣著、家用以及合成革等方面的應用。第三節聚丙烯纖維的改性及新品種PP纖維具有許多優良的性能，但也有蠟感強、手感偏硬、難染色、易積聚靜電等缺點。因此對其進行改性，開發新品種已成為PP纖維發展的主要方向。一、可染聚丙烯纖維

PP大分子不含極性基團或可反應的官能團，而且聚合物結構中缺乏適當容納染料分子的位置，所以染色相當困難。除原液染色外，解決PP纖維染色問題的途徑有以下兩條：2、共聚改性：與丙稀酸、丙稀腈、乙烯基吡啶等共聚，或接技共聚在聚合物中引入可接受染料的極性基團。3、共混改性：在熔體中混入少量染料接受劑。如引入有機金屬化合物、陽離子有機氮化物。主要產品包括：①媒介染料可染PP纖維；②堿性染料可染PP纖維；③分散染料可染PP纖維；④酸性染料可染PP纖維，其中酸性染料可染PP纖維最有前途。二、高強高模聚丙烯纖維通過選用高分子、高等規度的PP原料，從提高大分子鏈伸展程度和結晶度著手，對紡絲和拉伸、熱處理工藝過程合理控制可獲得高強高模PP纖維。高強PP纖維在產業用纖維領域中具極大競爭潛力。因為其除具有優良力學性能和耐化學性外，還具有生產設備投資少、原料價格便宜、生產過程耗能少等明顯的技術經濟優勢。國外高強PP纖維的年銷量不斷遞增。高強PP纖維可以用作各種工業吊帶、建筑業安全網、汽車及運動的安全帶、船用纜繩，冶金、化工、食品及污水處理等行業的過濾織物，加固堤壩、水庫、鐵路、高速公路等工程的土工布，汽車和旅游業用的蓬苫布，以及高壓水管和工業縫紉線等產業領域。三、細旦及超細旦聚丙烯纖維普通PP纖維手感較硬，有蠟狀感，因此服用數量很小。細旦PP長絲具有密度小、靜電小、保暖、手感好及特殊光澤、酷似真絲等特點，并且有“芯吸”效應及疏水、導濕性，是制作內衣及運動服的理想材料。國內用可控流變性能的PP切片在常規紡、高速紡及FDY設備上開發出了單絲線密度達0.7~1.2dtex的PP細旦絲。超細旦PP纖維是指直徑小于5μm的纖維。其制品作為氣懸體的優良過濾介質，在防止空氣污染裝置、卷煙過濾嘴、采礦、醫藥及工業用濾網、飲料的速過濾裝置等方面得到廣泛應用。超細PP纖維還可作離子交換樹脂的載體及電絕緣材料。其生產方法有離心紡絲、熔噴紡和閃蒸紡及不相容混合物紡絲。四、阻燃聚丙烯纖維由PP纖維制成的織物易燃燒并伴有燃撓滴熔現象，這一點限制了它的使用范圍。PP纖維的阻燃研究主要是通過共混改性的方法。共混阻燃改性是選用溴系、磷系或含氮阻燃劑或它們的復合物與PP預先制成阻燃母粒，在紡絲時按比例與PP切片共混紡絲。燃燒時，PP形成碳質焦炭以阻礙與氧氣接觸達到阻燃目的。也有使用磷與鹵素協同作用或采用三氧化二銻與鹵素協同作用的阻燃劑。例如用7.2％的八溴聯苯醚與三氧化二銻的混合物與PP共混紡絲，其極限氧指數可以從18.1提高到28.1。

高分子材料的阻燃研究經歷了含鹵阻燃、低鹵阻燃到無鹵阻燃的發展過程。阻燃加工中使用的有效阻燃元素有：磷、氮、銻、溴、氯、硫等。而大多數阻燃劑是以磷為中心元素的化合物。鹵素在阻燃性能方面的次序為；I＞Br＞Cl＞F。不同阻燃劑的阻燃機理不同，一般認為：磷化物主要是固相阻燃，促使纖維炭化分解，減少可燃氣體產生，鹵素主要是氣相阻燃，阻礙分解氣體的自由基燃燒反應。五、遠紅外聚丙烯纖維

遠紅外丙綸纖維是一種具有優良保健理療功能、熱效應功能和排濕透氣、抑菌功能的新型紡織材料。它含有特殊的陶瓷成分；這鐘成分能吸收人體釋放出來的輻射熱，并在吸收自然界光熱后發射回人體最需要的4~14μm波長的遠紅外線。這種遠紅外線具有“輻射、滲透”和“共振吸收”特征，易被人體皮膚吸收，活化組織細胞，促進新陳代謝，讓人體達到保濕及促進血液循環的保健作用。20世紀80年代中期，日本鐘紡和可樂麗公司在PP中混人遠紅外陶瓷成分，制成遠紅外PP短纖維。遠紅外丙綸纖維在我國也有多家企業生產，該產品的產量近年內有很大程度的提高。

六、三維卷曲中空聚丙烯纖維丙綸具有的導熱系數在所有纖維中是最低的，尤其是它密度輕，適合作為保溫材料使用。國內開發生產的一種中空三維卷曲丙綸纖維的纖度6.67dtex，長度為65mm，卷曲數為3.74／cm，壓縮率76.5％，壓縮回復率35.2％，壓縮彈性率16.6％，該纖維除可作為玩具、被褥、睡袋填充物使用外，還可作為服裝保溫內襯使用。除了中空三維卷曲丙綸，還開發了四孔、七孔、九孔高彈中空丙綸，截面形狀有圓形、方形和三葉形多種，使纖維的回彈性和保暖性更好，同時該產品生產工藝簡單，能耗低，原料價格低廉，來源廣泛。因此該產品有著十分廣闊的市場前景。應用方面包括床上用品、玩具、汽車靠墊、服裝、被褥內襯等，還可用于仿制羊毛毯、仿羊羔皮等。七、其它改性聚丙烯纖維將微晶石蠟、肥皂、硅化物、有機酸的脂肪酸脂、高相對分子質量脂肪醇、含氟代烷基的蠟狀物、無規PP或低相對分子質量聚乙烯與PP切片相混，可制得耐磨性良好的PP纖維。將PP切片與抗靜電劑混合紡成纖維，抗靜電劑以微原纖形態分散在PP基體中，使纖維具有抗靜電性能。選用耐高溫而且與PP有良好的相容性及分散性的抗菌劑，采用共混紡絲的方法可制得抗菌保健PP纖維。日本宇部將PP與液體石蠟混合，熔融紡絲，拉伸熱處理后浸漬在已烷中溶去液體石蠟，制得了孔隙率高達25％的多孔性PP纖維，多孔性PP纖維的孔隙率高、孔徑小、比表面積大、過濾性好。可用于清除液體中的不溶性物質和物質中的臭氣。80年代以來，人們對芳香的認識不再限于感官的愉悅，而是更注重于芳香的醫療保健價值等，開發出了芳香整理織物和芳香纖維織物。其主要的研制途徑有三種：將芳香物質與低熔點聚合物混合造粒后在較低的溫度下紡絲；將芳香物質包敷在微膠囊中后加入到紡絲溶液(熔體)中紡絲；將PP與吸油物質混合后紡絲，浸入芳香物質溶液中吸收香料，從而賦予纖維芳香功能。

復習題

1、聚丙烯纖維有哪些特點2、聚丙烯切片的等規度和熔融指數是如何測定的3、聚丙烯紡絲時為什么紡絲溫度要遠高于熔點4、為了抑制聚丙烯的老化經常加入哪些添加劑，它們都有哪些作用5、簡述割裂纖維和撕裂纖維的制造過程6、簡述聚丙烯的短程紡絲7、簡述聚丙烯的熔噴紡絲法8、簡述聚丙烯的膨體長絲生產法9、簡述聚丙烯的紡粘法非織造布生產法10、簡述聚丙烯的常規長絲復絲生產法9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Monday,February10,20