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1、第9章 其它材料的成型加工方法,9.1 合成纤维的成型加工(1)概述纤维柔韧的细而长的物质纤维的分类、品种和用途 天然纤维：从动植物得到纤维纤维 合成纤维：用天然或合成的高分子化合物经过 化学加工而得到的纤维,再生纤维：醋酯、粘胶、铜氨、蛋白质纤维化学纤维 无机纤维：玻璃、碳素、金属纤维 合成纤维 聚酯纤维(涤纶)聚酰胺纤维(锦纶)聚丙烯腈纤维(腈纶)聚乙烯醇纤维(维尼纶)聚丙烯纤维(丙纶)聚氯乙烯纤维(氯纶)聚乙烯纤维(乙纶)聚氨酯纤(氨纶)特种合成纤维,再生纤维：用不能直接纺织的天然纤维素或天然蛋白质为原料，经过化学处理和化学加工而制得。合成纤维：用石油、天然气、煤及农副产品为原料，经一系
2、列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经加工而制得的纤维。无机纤维：用玻璃、金属等无机物做成的港台将合成纤维叫人造纤维,纤维的用途,纺织制品 纤维增强复合材料 医用纤维 活性材料,合成纤维纺丝将聚合物制成具有纤维结构及其综合性能的纺丝纤维的过程。熔融纺丝 纺丝方法 溶液纺丝 干法纺丝 湿法纺丝,熔融纺丝法：高聚物加热熔体细流冷却纤维溶液纺丝法：高聚物溶于溶剂溶液细流成为纤维,纺丝基本步骤,纺丝流体在喷丝毛细孔中流动从喷丝孔中的剪切流动向纺丝线上的拉伸流动的转化流体丝条的单轴拉伸流；纤维固化,熔体直接纺丝 聚合后的熔体直接输送到纺丝机的纺 丝头进行纺丝 间接纺丝 高聚物做成小颗粒切片，然后熔融纺
3、丝,熔融纺丝示意图,（2）合成纤维的熔融纺丝,熔融纺丝设备,挤出机纺丝部件(纺丝头)由喷丝板、过滤网、石英砂、垫圈、熔体分配板、内螺纹套、外螺纹套和托盘等组成 纺丝泵 采用齿轮泵。纺丝吹风窗及纺丝冷却套筒 保护丝在冷却中只受到定量、定向和定质的气流冷却,图9-2 纺丝组件1厚铝垫圈 2薄铝垫圈 3外螺纹套(紧圈)4压板5过滤网(三层)6分配板 7过滤网(6000孔/cm2)8喷丝板 9内螺纹套,图9-3 涤纶纤维螺杆挤出纺丝示意图,熔融纺丝工艺,纺丝熔体制备熔体从喷丝孔挤出熔体丝条的拉伸冷却固化丝条上油和卷绕,熔融纺丝的工艺条件及控制,熔融纺丝过程发生物理变化（切片受热熔融成均匀的熔体，经纺丝
4、板后冷却而成纤维）和化学变化（切片在熔融过程中，受热、氧等发生降解，再聚合和凝胶化等副反应）。,熔体温度（纺丝温度）熔点分解温度 T过高，低，流动性好，熔体P，自重引伸大于喷丝头拉伸，造成细丝屈曲粘结现象。T过低，大喷丝时,P要高，出丝不均，易断,冷却速度 与纺丝吹风窗和冷却套筒T、湿度以及空速有关 冷却温度 影响纺丝板温度、喷头拉伸，丝条内应力平衡以及未拉伸丝的预定向等。,喷丝速度和卷绕速度 喷丝越高，喷丝P越大，降低，出孔后膨胀有改善，经受喷头拉伸时不易断头。卷绕速度 比喷丝速度大得多，拉伸对纤维分子取向有利 给湿及油剂处理 熔融纺丝时，丝条从冷却套筒到卷绕装置的时间很短，纤维的含湿量与空
5、气的湿度不平衡，干燥纤维易引起静电，卷绕后易滑脱。,(3)合成纤维的高速纺丝（POY）,特点：纺丝高 比常规高24倍，喷丝孔吐出量大预取向丝的存放稳定性好 常规纺未拉伸丝随放置时间增加，纤维的性质会发生变化卷绕筒子硬度高、质量大 设备简单、操作容易 纺丝过程稳定 成品染色均匀性好 建设投资、能耗和产品成本较低,高速纺丝工艺流程,高速纺丝主要用于涤纶变形丝的生产，它由干燥后的切片经过熔融挤出、预过滤、熔体分配管道、静态混合、纺丝组件、冷却成型、集束上油、高速卷绕等工序。高速纺丝的纺丝温度高于常规纺丝,(4)合成纤维的溶液纺丝,有的聚合物(如聚丙烯腈)加热不熔融，高温会分解，须用溶液纺丝法(干法或
6、湿法)来成型纤维。干法纺丝将聚合物配制成纺丝溶液，用纺丝泵喂料，经由喷丝头喷出液体细流，进入热空气套筒，使细流中的溶剂遇热蒸发，而高聚物则随之凝固成纤维。湿法纺丝将成纤高聚物的浓溶液过滤脱泡后，通过计量泵并从喷丝头挤出，在凝固浴的作用下，使纺丝细流凝固而成纤维。,溶液纺丝设备：水平浴式纺丝机溶液湿法工艺,图9-8 湿法纺丝工艺流程图,丙烯腈在硫氰酸钠溶液中进行溶液聚合，将聚丙烯腈硫氰酸钠水溶液，经脱单体、脱泡、过滤，制得纺丝溶液；然后经烛形过滤器，由喷丝头喷出。喷出的浆液细流在凝固浴凝固成型为丝条。再拉伸,纺丝溶液 粘度、均匀性、脱泡程度 凝固浴 浓度、温度、凝固浴的浸长 纺丝速度 湿纺喷丝缓
7、慢，且大于经过出凝固浴的，即丝条在凝固浴中是松驰前进的，喷丝头拉伸为负值。,图9-9 湿法成型示意图1纺丝溶液 2喷丝孔截面 3凝固的单纤维 4、5绕丝导轮 6截面线 7截面6处纤维内层 8截面6处纤维外层 9凝固浴,影响溶液湿法纺丝的因素,干法纺丝,纺丝溶液的制备同湿法纺丝相同干纺浓度湿纺浓度，如PAN湿纺浓度是1520，而其干纺浓度为2630。,纺丝液从纺丝机顶部，经过烛形过滤器、加热器，然后进入喷丝头。喷出细丝进入有夹套加热的纺丝套筒(T在165180)，细丝中的DMF受热挥发，随气流带走，细丝则干燥而成纤维。,图9-10 干法纺丝工艺流程图 3过滤器 4计量泵 5纺丝甬道 6洗涤槽 7
8、拉伸浴槽 8干燥定型(长丝)9卷曲机 10干燥热定型(丝束),(5)纤维的拉伸 先预热拉伸，后蒸汽拉伸(6)纤维的后处理 水洗除纤维内少量的NaSCN 上油：增加纤维柔软性，消除静电 热定型：,9.2 橡胶的成型加工,（1）概述橡胶:高弹性高分子化合物的总称，也称为弹性 体。橡胶无外力作用下，不会结晶；若有外 力作用下，亦可结晶。生胶：在室温下具有高弹性的线型高分子化合物,用 作橡胶制品的原料。天然橡胶 从天然植物采集出来的高弹性材料 生胶 合成橡胶 用人工合成方法制得高弹性材料,天然橡胶 橡胶烃 非橡胶烃组分合成橡胶丁苯橡胶 最大量 聚丁二烯橡胶 1,2加成物，1,4加成物 顺丁橡胶 产量大
9、，难结晶 反式聚丁二烯橡胶 易结晶聚异戊二烯橡胶 顺式，反式氯丁橡胶 氯丁二烯聚合物丁基橡胶 异丁烯和少量的异戊二烯的聚合物,乙丙橡胶 聚乙烯和聚丙烯共聚物 PE塑料和PP塑料共聚后为什么就成了橡胶？PP,PE是结晶聚合物，若破坏了它的结晶性，规整性，可出现高弹区丁腈橡胶 丁二烯和丙烯腈共聚物聚氨酯橡胶硅橡胶 主链上引入硅氧键的合成橡胶,橡胶制品轮胎（飞机轮胎、汽车轮胎、实心胎）带管（胶管、胶带）胶布工业制品（胶辊、海棉、胶液）生活用品（胶鞋、文化体育用品）,橡胶制品生产示意,（2）橡胶的硫化,硫化混炼胶（含硫化剂）在一定温度下经加热产生的反应过程。硫化胶(橡皮)生胶的线型大分子链在硫磺或其它
10、交联剂的作用，生成具有网状结构的聚合物，该聚合物称为硫化(橡)胶。其物理机械性能(弹性、抗张强度、扯断强度、耐温性等)大大提高。硫化过程使生胶生成网状高分子的过程 Cure 硫化，交联 Crosslink 交联,图9-13 橡胶在硫化过程中物理机械性能的变化1拉伸强度 2定伸强度 3弹性 4伸长率 5硬度 6永久变形,硫化对橡胶性能的影响,S S SnS S S,硫化胶的化学结构,橡胶补强和填充,补强作用在橡胶中加入碳黑等物质,使橡胶的物理机械性能有显著提高，这种作用称为补强作用，能使橡胶得到补偿作用的物质称为补强剂。碳黑 95%是C,还有H,O,S,既可补强，又可填充 白炭黑（SiO2)白色
11、粉状补强材料,橡胶配方设计,生胶 硫化剂 硫化促进剂 补强剂 橡胶原料 活性剂 防焦剂 防老剂 填充剂 增塑剂 着色剂,配合剂,配合剂橡胶加工时，将各种组分加入生胶中，发生化学作用或物理作用，使橡胶的结构发生变化，从而提高制品的物理机械性能或改善其加工性能。硫化剂使橡胶发生硫化反应的配合剂硫化促进剂能加快橡胶硫化反应的组分塑炼为了减少生胶的高弹性，增加其可塑性，使生胶变为可塑状态的工艺过程。混炼通过机械作用，使各种配合剂均匀地分散在生胶中,（3）硫化过程的四个阶段,图9-14 橡胶硫化历程图,（1）焦烧阶段（硫化诱导期）指胶料开始变硬，从此不能热塑性流动那一刻的时间。（2）预硫阶段 焦烧期以后
12、橡胶开始交联的阶段。（3）正硫化阶段 橡胶的交联反应达一定程度，此时物理机械性能均达到或接近最佳值。（4）过硫阶段 主要是交联键发生重排作用，以及交联键和链段热裂解的反应。,(4)正硫化,正硫是胶料达到最大交联密度时的硫化状态.硫化方法与设备室温硫化法 冷硫化法 高能辐射硫化法 热硫化法,(5)硫化工艺及条件,硫化压力防止硫化过程产生气泡，提高胶料的致密性；易于胶料流动和充满模槽；提高胶料与布层的附着力；提高硫化胶的物理机械性能。硫化温度 硫化温度高，硫化速度快，生产效率高。硫化时间 对给定的胶料，在一定的硫化T和压力，有一最佳硫化时间，时间过长产生过硫，时间过短产生欠硫。过硫和欠硫都会使制品
13、性能下降。,橡胶的模压成型,与热固性塑料的模压成型相似将混炼胶或经成型后制得的橡胶半成品（坯料）置于闭合的金属模具内加热加压，使橡胶硫化交联而定型为制品。,图9-20 橡胶制品模压成型工艺流程,橡胶的压出成型,压出工艺是由压出机（挤出机）将胶料进一步混炼并在旋转螺杆强大推力的作用下，不断地压入模头通过口模制成各种断面形状的橡胶半成品。,橡胶的注射成型(注压),与塑料注射成型相类似将胶料通过注射机加热，然后在压力作用下从机筒注入密闭的模型中，经热压硫化而成为制品的生产方法。,橡胶的压延,使混炼均匀的胶料通过若干相对旋转辊筒间隙时，受到挤压，延展成为一定厚薄均匀胶片或在纺织物上涂胶层的一种工艺过程
14、。,9.3 胶乳的成型加工,胶乳是高聚物粒子在水介质中形成具有一定稳定性的胶体分散体系。,(1)胶乳的配制胶乳配合剂先制成水溶液、水分散体和乳状液用搅拌方法配制水溶液用球磨机、砂磨机、胶体磨和高压匀浆泵制备水分散体，加料顺序是水稳定剂、分散剂固体粉料用简单混合器、匀化器、超声乳化器或胶体磨等,制备乳状液,(2)胶乳成型加工的原理,橡胶胶乳是一种胶体水分散体系胶乳制品的加工过程是使流动状态的胶乳经过胶凝、成膜等转化为固态制品的过程。工序:胶乳的配合、熟成、胶凝、成膜、硫化等,(3)胶乳制品的成型工艺,按制造工艺及性能,胶乳制品分类：浸渍制品 海绵制品 注模制品 压出制品 胶布制品 浸渗制品浸渍制品、压出制品、注模制品最常用浸渍制品生产工艺过程如下：浸渍操作过滤卷边脱模干燥和硫化制品的表面加工,压出制品 利用高位槽静压力或外压，使胶乳通过压出喷嘴得到实心或空心的凝胶，再经加工而成为制品。主要制品有胶乳胶丝和医用输血管生产胶丝的胶乳经配合后制成硫化胶乳,其目的降低凝胶的自粘性,便于操作,并改善物理性能。硫化胶乳在使用前过滤,以防堵塞喷嘴。工艺：配合胶乳硫化胶乳压出凝固水洗干燥硫化涂粉盘卷,注模制品 注模法应用较广,如制造鞋靴、玩具、气象气球等.它和浸渍法相反，浸渍制品成型于模型的外面，注模制品则成型于模型里面，模型内壁。,
