1、1 第五章 长丝纱线的成纱原理及其工艺流程 由若干根长丝经过拉伸和变形工艺组合形成的具有一定力学性能的细而长的纤维 集合体即为长丝纱线。长丝纱线一般加工过程可分为四步，即纺丝成型：涉及到高 分子材料的纤维化技术；拉伸-定型：在低应力纺丝条件下，分子链未得到充分的伸 展，拉伸使分子链伸展并沿纤维轴向取向，进一步的拉伸取向会导致结晶度的提高 （取向由诱导结晶） ，同时使得初生纤维的物理力学性能、染色性能发生变化；变形： 加捻、假捻、空气变形、空气网络、BCF 变形等等；卷绕：高速卷绕成形，使长丝具 有一个便于运输、便于管理、便于退绕、便于使用的卷装形式。根据纺丝速度的不同 以及对长丝风格和手感的不
2、同要求，可以设计不同的纺丝-拉伸变形加工工艺，以 较低廉的成本取得最佳的织物效果。 第一节 长丝的纺丝成型加工原理 一、纺丝液的制备 纺织纤维是具有特定形状的固体柔性材料。纺丝的主要任务是将固体材料纺制成 细长状且具有一定力学性能的柔性纤维材料。任何一种物质只有在液态时才能随意改 变自身的形状。因此，纺丝的主要过程应该包含了将固体聚合物制备成液态（或粘流 态） ，再将液态聚合物转变成纤维形状，然后固化形成纤维材料。 二、纺丝成形 将纺丝流体，用纺丝泵连续、定量而均匀地从喷丝头或喷丝板的毛细孔中挤出而 成液态纺丝液细流，再在空气、水或凝固浴中固化成丝条的过程称为纺丝或纤维成形。 纺丝是化学纤维生
3、产过程中的关键工序，改变纺丝的工艺条件，可在较大范围内调节 纤维的结构，从而相应地改变所得纤维的物理机械性能。 表 5-1.主要纺丝方法 本章知识要点 1、了解长丝纤维的纺丝成形原理； 2、理解长丝复合变形与多重加工的概念； 3、掌握长丝纱线的加工工艺流程及其原理。 2 液体化方式 工艺特点 纺丝方法 使用电加热 加热成熔体状态 加热聚合物成熔体状态 螺杆挤出后在空气中冷却， 固化成纤维 熔融纺丝 溶剂溶解聚合物成液体状态 螺杆挤出后溶剂在空气中蒸发， 溶质固化成纤维 溶液溶剂纺 干法纺丝使用溶剂溶解制备 成悬浊液或乳液， 成为液体状态 溶剂溶解聚合物成液体状态螺杆挤出后在固化液中溶剂与固 化
4、液中和，溶质固化成纤维 溶液溶剂纺 湿法纺丝 按成纤高聚物的性质不同，化学纤维的纺丝方法主要有熔融纺丝法和溶液纺丝法 两大类，此外，还有特殊的或非常规的纺丝方法。其中，根据凝固方式的不同，溶液 纺丝法又分为湿法纺丝和干法纺丝两种。在化学纤维的生产时，多数采用熔融纺丝法 生产，其次为湿法纺丝生产，只有少量的采用了干法或其他非常规纺丝方法生产。 (一)熔融纺丝 熔体纺丝工艺流程如图 5-1 所示。聚合物切片由加热装置加热成粘流态的熔融体， 随着螺杆的转动，熔体被推动并逐渐升压，然后进入纺丝计量泵，经过过滤器，最后 由喷丝板的喷丝孔压出，使其成细流状射入空气中，并在纺丝通道中冷却成丝。 纺丝计量泵是
5、一种积极式输送齿轮泵，它的作用是等量、均匀地输送聚合物熔体 至喷丝板进行纺丝。通常一个喷丝板只配备一个纺丝泵。聚合物熔体流量的波动将导 致纺制长丝的线密度的不均匀，即而导致丝束的线密度的不均匀。纺丝液从喷丝板喷 出进入空气当中并发生热量的交换，熔融态丝条逐步冷却并由粘流态变成粘弹态，最 终凝固成固体。另一方面，由于纺丝卷饶头的高速卷饶，从喷丝板挤出的熔融态丝条， 立即被快速牵离喷丝孔并被拉伸。为了保证恒定的热交换条件，还采用横向的侧吹风 以加速熔体的凝固。侧吹风的流速和温度是恒定的，以确保长丝长度方向的均匀度。 热塑性长丝在固化之前的拉伸倍数最高可达 100 倍（一般至少可达 25 倍） 。纺
6、制涤纶 长丝时，熔融状丝条在喷丝板下方约 0.6m 处固化，在喷丝板下方约 1m 至 10m 处集束， 然后经过一系列导丝盘，卷绕到筒管上。长丝集束后，在导丝盘之前有一个润湿给油 装置。润湿给油的过程是当长丝通过带有油膜的坚硬表面时，吸取表面的油剂完成给 湿上油。给油装置的下方紧接着是导丝罗拉。导丝罗拉的速度一般称为纺丝速度。 纺丝吐出量与导丝罗拉速度相配合，可调整纺出丝条的粗细（线密度） 。丝条的粗 细或单丝纤度取决于纺丝计量泵的吐出量、长丝根数、纺丝速度以及后拉伸倍数。在 吐出量恒定的条件下，纺丝速度越块，长丝单丝纤度越细；在吐出量、纺丝速度恒定 3 的情况下，后拉伸倍数越大，长丝单丝纤度
7、越细。例如，将导丝罗拉加热，并使它们 的速度从后到前逐渐增大，即可实现对丝束的拉伸。拉伸能提高聚合物大分子的取向 度，进而提高丝束的强度。保持恒定的导丝盘速度是确保纤维均匀性的关键。目前熔 融纺丝法的纺丝速度一般为 10002000m/min。采用调整纺丝时，可达 40006000m/min。喷丝板孔数：长丝为 1150 孔，短纤维少的为 400800 孔，多的 可达 10002000 孔。喷丝板的孔径一般在 0.20.4mm。 图 5-1.熔融纺丝卷绕工艺流程 (二)溶液溶剂法纺丝 溶液纺丝法是将高聚物溶解于适当的溶剂以配成纺丝溶液，再将纺丝液从喷丝孔 中压出射入热空气中或凝固浴中凝固成条的
8、纺丝方法。溶液纺丝方法用于那些不适合 熔体纺丝的聚合物。这类聚合物高温熔化时非常不稳定，或者是加热后不经熔化直接 就会产生热分解现象。溶液纺丝法有干法纺丝和湿法纺丝两种，干法纺丝中，纺丝液 中的溶剂在循环的热空气中蒸发而凝固；湿法纺丝中，由于聚合物纺丝液中的溶剂与 凝固液发生中和反应，使聚合物产生固相分离，于是纺丝液在液体凝固剂中凝固而固 化成丝。 4 图 5-2.溶液溶剂纺干法纺丝工艺流程 1、溶液溶剂纺干法纺丝 干法纺丝是将溶液纺丝制备的纺丝溶液从喷丝孔中压出，呈细流状，然后在热空 气中因溶剂声速挥发而固化成丝，如图 5-2 所示。干法纺丝的速度一般为 200500m/min，当增加纺丝甬
9、道长度或纺纺制较细的纤维时，纺丝速度可提高到 7001500m/min。干法纺丝的喷头孔数较少，为 300600 孔。干法纺丝制得的纤维结 构紧密，物理机械性能和染色性能较发，纤维质量高。但干法纺丝的投资比湿纺还要 大，生产成本高，污染环境。目前用于干纺丝产生的合成纤维较少，仅醋酯纤维和维 纶可用此法。另外对于既能用于干法纺丝，又能用湿法纺丝的纤维，干法纺丝更适合 于纺制长丝。 2、溶液溶剂纺湿法纺丝 湿法纺丝是将溶液法制得的纺丝溶液从喷丝头的细孔中压出呈细流状，然后在凝 固液中固化成丝，如图 5-3 所示。 由于丝条凝固慢，所以湿法纺丝的纺丝速度较低，一般为 50100m/min，而喷丝 板
10、的孔数较熔融纺丝多，一般达 40002000 孔。混法纺丝防得到纤维截面大多呈非圆 形，且有较明显的皮芯结构，这主要是由凝固液的固化作用而造成的。湿法纺丝的特 点是工艺流程复杂，投资大、纺丝速度低，生产成本较高。一般在短纤维生产时，可 5 采用多孔喷丝头或级装喷丝孔来提高生产能力，从而弥补纺丝速度低的缺陷。通常不 能用熔融法纺丝的成纤高聚物，才用湿法纺丝和生产短纤维和长丝束。腈纶、维纶、 氯纶和粘胶多采用湿法纺丝。 图 5-3.溶液溶剂纺湿法纺丝工艺流程 3. 其他纺丝法 裂膜成纤法 裂膜成纤法是指将高分子物熔融挤压为薄膜，然后再用切刀或针刺使之破裂成条， 如丙纶扁丝的成型方法。 喷射纺丝法
11、喷射纺丝是将纺丝液从喷丝孔压出后，受周围高速气流喷吹，并进行高倍拉伸而 制成直径小于 0.53m 的化学纤维长丝。目前该法主要用于超细纤维纺丝。 复合纤维纺丝法 复合纤维纺丝法是将两种或两种以上不同化学组成或不同浓度的纺丝流体，同时 通过一个具有特殊分配系统的喷丝头而制得。在进入喷丝孔之前，两种成分彼此分离， 互不混合，在进入喷丝孔的瞬间，两种液体接触，凝固粘合成一根丝条，从而形成具 有两种或两种以上不同组分的复合纤维。此法纺制的纤维分为：并列型、皮芯型、海 岛型和散布型等多种结构。 6 异形纤维纺丝 异形纤维纺丝是用非圆形喷丝孔，制取各种不同截面形态的异形纤维。常见的异 形纤维有扁平形、三角
12、形、Y 型、五叶形、星形和中空型等。 原液染色纺丝法 原液染色纺丝法是在化学纤维的纺丝熔融或溶液中加入适当的着色剂（或色母粒） ， 再经纺丝后直接制成有色纤维长丝。该方法可提高染色牢度，降低染色成本，减少环 境污染。 此外，还有相分离纺丝法、冻胶纺丝法、乳液或悬液纺丝法、液晶纺丝、静电纺 丝法等新型纺丝方法。 三. 长丝的后加工 纺丝成形得到的化学纤维丝称为初生丝。初生丝强度低、伸长大、沸水收缩率大、 往往不能直接用于纺织加工，因此初生丝还需经过一系列的后加工。其中主要的工序 是集束牵伸和热定形。 （一）集束牵伸 集束牵伸是将若干个喷丝头喷出的丝束以均匀的张力集合成规定粗细的大股丝束， 再将大
13、股丝束经多辊拉伸机进行一定倍数拉伸的过程。集束牵伸是化学纤维长丝制造 的关键工序，合理改变集束牵伸工艺，可产生不同力学类型纤维。当纺丝成形条件一 定时，影响拉伸最主要的参数有加热介质和温度，拉伸倍数及其分配比，拉伸速度等。 拉伸倍数的确定主要取决于对成品纤维性质的要求，原丝的质量和纺丝速度如 成品纤维要求高强低伸，则拉伸倍数大，反之，则小。关于原丝质量和纺丝速度对拉 伸倍数影响也很大，尤其是后者，因为纺丝速度对原丝预取向度影响最大，一般来说， 纺丝速度每提高 100mmin，拉伸倍数下降约 0.1 倍，如纺丝速度为 600mmin 时，拉 伸 4.5 倍，而当纺丝速度提高至 I000mmin
14、时，仅能拉伸 4.0 倍。拉伸倍数在两次拉 伸工艺中要进行分配，通常把第一次拉伸比控制在总拉伸比的 8090，使拉伸细颈 基本消除。第一次拉伸是主要的，其拉伸倍数通常大于自然拉伸倍数，而总拉伸倍数 要小于长丝能承受的最大拉伸倍数。 拉伸速度对拉伸也有影响，拉伸速度应从拉伸设备状况，操作条件和加热温度来 全面考虑。在拉伸温度不变的条件下，随着拉伸速度提高，拉伸应力增加；在拉伸速 度不变的情况下，拉伸温度升高，则拉伸应力会降低，也即温度升高则越容易产生变 7 形。因此，在拉伸速度提高的情况下，可以适当提高拉伸温度，以使拉伸应力在合理 的范围内。在生产中，提高拉伸速度可增加产量，而且拉伸温度较高时，
15、适当提高拉 伸速度可以稳定拉伸工艺，但拉伸速度不能太高，否则会造成大量毛丝和断头，影响 正常生产，所以拉伸速度通常为 100240mmin。 （二）上油 为改善化学纤维的工艺性能或化纤加工的需要，将丝束经过油浴，在纤维表面上 加一层很薄的油膜，以便于后道加工。化学纤维长丝上油后可提高其柔软性、润滑性 和抗静电性等。 （三）热定形 热定形是为消除纤维长丝在拉伸时所产生的内应力，确保结构在后期使用中的稳 定性，以提高纤维的尺寸稳定性，保持卷曲效果，并改善机械性能和其它物理性能。 （四）化纤消光 为减少或消除化纤中的强光泽，纺丝时刻添加消光剂，一般采用二氧化钛，根据 消光剂的数量可生产有光、无光和半
16、无光纤维。 （五）络筒 借助于分丝器，将加工好的化学纤维长丝通过平行卷绕头卷绕制成圆柱形丝筒。 第二节 长丝纱线的成纱工艺 由若干根长丝经过拉伸和变形工艺组合形成的具有一定力学性能的细而长的纤维 集合体即为长丝纱线。按图 5-2 所示的纺丝设备，变化纺丝速度可纺出力学性能与超 分子结构差异较大的长丝。因此可根据纺丝速度对它们分类，一般把纺丝速度 V1000m/min 得到的长丝称为未拉伸丝（低速纺丝，Undraw Yarn，简称 UDY 丝） ；把 纺丝速度 1000m/minV2500m/min 得到的长丝称为半预取向丝(中速纺丝，Medium Oriented Yarn，简称 MOY 丝)
17、;把纺丝速度 2500m/minV35000m/min 得到的长丝称为 预取向丝（高速纺丝，Pre-Oriented Yarn，简称 POY 丝）; 把纺丝速度 4500m/minV6000m/min 得到的长丝称为高速取向丝（超高速纺丝，Highly Oriented Yarn，简称 HOY 丝） 。 8 图 5-4.不同纺丝速度纤维 DSC 曲线 图 5-5.不同纺丝速度纤维沸水收缩率曲线 图 5-4.和图 5-5.分别为从 2000m/min 至 9000m/min 纺丝速度得到的原丝的差热分 析曲线及沸水收缩率曲线。由图 5-4.可以看出纺速高于四千米以后结晶放热峰消失,随 着纺速的提
18、高,融点峰向右偏移。由图 5-5.可以看出沸水收缩率在纺速为 3000m/min 时 达到最高约 50%60%，纺速在 4000m/min6000m/min 之间时原丝的沸水收缩率急剧下 降至 5%，纺速超过 6000m/min 以后沸水收缩率基本保持在 5%左右不变。 长丝纱线的加工过程一般可分为三个步骤：纺丝成型工艺；拉伸变形工 艺；卷饶工艺。根据纺丝速度的不同以及对长丝风格和手感的不同要求，可以设计 不同的拉伸变形工艺。图 5-6 所示为熔融纺丝法得到 POY、DTY、FDY、HOY 四种长丝 原料的加工工艺流程。下面分别开展介绍。 (a) (b) (c) 图 5-6.熔融纺丝法三种工艺
19、流程 喷丝板 纺丝整理 纱线切断器 缠结 喷丝板 纺丝整理 纱线切断器 缠结 喷丝板 纺丝整理 纱线切断器 缠结 加热 加热 9 图 5-7.熔融纺丝法工艺流程 一、基于低速纺丝工艺的纺丝拉伸变形工艺 (一)工艺流程 喷丝板 纺丝整理 纱线切断器 缠结 加热 无导丝盘 POY HOY 喷丝板 纺丝整理 纱线切断器 缠结 加热 喷丝板 缠结 加 热 纺丝整理 纱线切断器 有冷却导丝盘和 蒸汽箱 FDY 有加热管和冷却 导丝盘 FDY 有热空气和冷却导丝盘 FDY 有冷却导丝盘 POY HOY 有加热导丝盘 FDY HOY 10 采用低速纺丝工艺形成原丝（UDY） 再经拉伸加捻工艺形成 DY 丝
20、再经变形加工工艺形成 TY 丝。 (二)原丝特点 通过低速纺丝工艺形成的长丝纱（UDY） ，由于此时涤纶结晶和凝固的速度快于涤 纶分子链被拉伸取向的速度，故成型纤维的分子链基本未取向，一般称为未取向丝或 称为卷绕丝。这种丝的强度低、伸长大、尺寸稳定性差，不能直接作为织物的原料使 用。 (三)纺丝速度与后加工拉伸倍数 纺丝速度：V1000 m/min； 拉伸加捻速度：200 500 m/min； 后加工拉伸倍数：2.5 3.2 倍; 变形加工速度:120 160 m/min。 (四)低速纺变形纱特点 通过拉伸加捻工艺形成低捻的普通牵伸长丝纱（DY） ，也可在此基础上再经过变形 加工形成各种变形长
21、丝纱（TY） 。变形加工的方法可根据需要选用，如假捻变形、空气 变形、网络、花式纱变形等，可以形成有扭距的纱或无扭距的纱，它们的形貌、质地 与普通纱有很大的不同。 二、基于中速纺丝工艺的纺丝拉伸变形工艺 (一)工艺流程 经低速拉伸变形工艺形成 DY 丝 采用中速纺丝工艺形成原丝（MOY） 经高速拉伸变形工艺形成 DTY 丝 (二)原丝特点 在中速纺丝时，由于纺丝的拉伸作用，使涤纶分子链被拉伸取向的速度略快于涤 纶结晶和凝固的速度，因此在纺丝时涤纶纤维分子链有少量取向，故被称为中等预取 向丝（MOY） 。这种丝的结构状态仍然不够稳定，仍然存在强度低、伸长大、尺寸稳定 性差等缺点，也不能直接作为织
22、物的原料使用。 (三)纺丝速度与后加工拉伸倍数 纺丝速度：1000 2500m/min； 11 拉伸加捻速度：800 1200 m/min； 后加工拉伸倍数：2.1 2.4 倍; 拉伸变形加工速度:400 500 m/min。 (四)中速纺变形纱特点 从中速纺丝得到的 MOY，可以分别经过拉伸形成普通长丝纱（DY）和经过“高速拉 伸”变形，加工形成各种变形纱，如 DTY。这种高速拉伸变形加工和低速纺中的变形加 工不同，高速不仅是为了提高产量，还为了通过高速拉伸进一步提高 MOY 的取向。而 变形加工的方法可以是假捻变形、空气变形、网络、花式纱变形等。由于受到变形速 度的限制，目前在高速变形方面
23、还没有开发出更有效的方法。 三、基于高速纺丝工艺的纺丝拉伸变形工艺 (一)工艺流程 高速拉伸工艺形成全牵伸丝 FDY 丝 采用高速纺丝工艺形成原丝（POY） 高速拉伸假捻变形工艺形成 DTY 拉伸加捻工艺形成 DY 丝 (二)原丝特点 在高速纺丝时，纺丝的拉伸作用明显，使涤纶分子链被拉伸取向的速度快于涤纶 结晶和凝固的速度，因此在纺丝时涤纶纤维分子链首先取向，故被称为预取向丝 （POY） 。这种丝的结晶度低，已有较好的取向，但分子结构状态仍不够稳定，还存在 强度低、伸长大、尺寸稳定性差等缺点，一般不直接作为织物的原料使用，但在特殊 情况下，常作为复合长丝的高收缩组分使用。 (三)纺丝速度与后加
24、工拉伸倍数 纺丝速度：2500 3500m/min； 拉伸加捻速度：600 1100 m/min； 后加工拉伸倍数：1.3 1.7 倍; 拉伸变形加工速度:450 800 m/min。 (四)高速纺拉伸-变形纱特点 由高速纺丝得到的 POY 丝，通过不同加工工艺可形成以下几种不同的长丝纱线。 12 1、FDY：高速纺丝得到的 POY 丝，在经过高速拉伸，得到全牵伸丝 FDY；这种丝具 有较高的结晶度和取向度，分子结构状态稳定，纤维无卷曲，具有强度高、伸长小、 尺寸稳定性好等优点，可直接作为织物的原料使用。 2、DTY：高速纺丝得到的 POY 丝，在经过高速拉伸，假捻加弹后得到低弹丝 DTY；
25、这种丝纤维具有较高的结晶度和取向度，纤维具有明显的卷曲，纤维之间还有少量缠 结。DTY 纱线具有强度高、弹性伸长较大、纱线蓬松等优点，可直接作为织物的原料使 用。 3、ATY：高速纺丝得到的 POY 丝，在经过中速拉伸，空气变形后得到空气变形丝 ATY；这种丝纤维具有较高的结晶度和取向度，纱线内有大量的卷曲纤维，纤维之间还 有大量缠结。具有短纤维纱线相似的外观，蓬松而有弹性。ATY 纱具有强度高、蓬松且 弹性伸长较大等优点，可直接作为织物的原料使用。 4、NSY：高速纺丝得到的 POY 丝，在经过中速拉伸，空气网络变形后得到网络变 形丝 NSY；这种丝纤维具有较高的结晶度和取向度，纱线内纤维每
26、隔一定间隙会产生纤 维的缠结即网络结。纱线较为蓬松，NSY 纱具有强度高、织造免上浆等优点，可直接 作为织物的原料使用。 四、超高速纺丝工艺 (一)工艺流程 以超高速纺丝速度 6000 m/min，一步法工艺形成原丝（HOY） 。 (二)原丝特点 在超高速纺丝时，由于纺丝的拉伸作用非常明显，熔体丝条上出现明显的细颈点， 涤纶分子链被快速地拉伸取向，由取向进一步诱导结晶，由此得到涤纶纤维分子链充 分取向和结晶的超高速纺丝（HOY） 。这种丝的结构状态稳定，强度大、伸长小、沸水 收缩率低，可直接作为织物的原料使用。 (三)纺丝速度与后加工拉伸倍数 纺丝速度：6000m/min；不需拉伸工艺。 (四
27、)超高速纺丝 HOY 丝的特点 从超高速纺丝得到的 HOY 丝，具有产量高、条干好、染色特性好的优势。但织物 手感偏硬，弹性稍差，适合作为塔夫绸或涂层织物的底布。 第三节 长丝纱的变形加工工艺 13 传统的纺织纤维，特别是天然纤维制成的纱线及织物都具有较好的手感和服用性 能。这是由于这些纤维所具有的几何形态结构使纺织品丰满、膨松、保暖和赋于良好 手感。为了使化纤长丝制成的纺织品具备以上良好的服用性能，可以通过长丝变形加 工方法来改变纤维集合体的聚集形态，来改善化纤长丝类纺织品的服用性能，满足市 场需要。目前主要的变形加工方法包括假捻变形、空气变形、填塞箱变形、网络加工、 双组分变形与异收缩变形
28、等。 一、基本术语 一、长丝变形纱的种类 1、伸缩型：扭曲型（包括加捻-热定型-解捻法、假捻法等） 、非扭曲型（包括填 塞箱法、擦边法、赋型法、复合纤维卷曲法等） 。 2、非伸缩型：包括空气喷射法、膨体纱加工法等。 加捻-热定型-解捻法是最早的一种方法，但消耗大、效率低。假捻法目前是最主 要的加工方法。填塞箱法仅次于假捻法，速度高，主要生产地毯纱等粗特变形纱。空 气喷射法设备简单，主要用于长丝仿短纤丝的加工。 三. 涤纶变形纱的加工工艺流程 涤纶长丝变形纱的生产工艺发展很快，种类很多。按纺丝速度可分为常规纺丝工 艺、中速纺丝工艺和高速纺丝工艺。按工艺流程又有三步法、二步法和一步法。 1、常规纺
29、丝或称低速纺丝，是纺丝卷绕-拉伸加捻-假捻变形的三步法工艺路线 (UDY-DY-TY)。纺丝速度一般为 10001500 mmin，拉伸加捻速度为 6001100mmin，假捻变形的速度为 120160 mmin。可纺制 33167dtex 的长丝。 常规纺丝是最早实现工业化生产的一种工艺路线，它既可生产拉伸丝，又能生产变形 丝。工艺熟、设备稳定、技术容易掌握、产品质量好。 2、中速纺丝系二步法工艺，纺丝速度一般为 18002500 mmin。制得的半预取 向丝(MOY)，其纤维结构尚未趋于稳定，要放置平衡 612h 后，才能加工使用。但存 放时间最好不要超过一个月。MOY 一般是在本厂加使用
30、。中速纺丝有两种工艺路线， MOY-DY 工艺 和 MOY-DTY 工艺。 3、高速纺丝的纺丝速度为 30003500mmin，可制得预取向丝（POY） 。在高速下， 纤维产生一定的取向度，结构比较稳定，POY 可长期存放，长途运输。它有三种工艺路 线，POY-DTY 工艺、POY-TY 工艺和 POY-DY 工艺。POY-DTY 工艺是长丝生产的发展方向， 14 目前为世界各国广泛采用。 四、典型长丝变形纱的变形工艺 (一)空气变形法 它是将复丝超喂入喷嘴，在高速气流作用下，沿喷嘴行进，从变速端吹出形成空 气变形纱（ATY） 。空气变形法是利用急速流动的紊乱空气冲击丝束，使丝束产生环圈、 扭
31、结、结头或螺旋等不规则卷曲，从而获得的高蓬松性的变形纱，如图 5-8 所示。空 气变形纱表层沿纱轴向形成许多丝圈丝弧，纱芯呈“辫子”形或“平行”丝束，且尺 寸随机分布。用空气变形纱加工的织物具有较高的蓬松性、覆盖性、保暖性和柔和的 光泽，但由于其成纱弯曲刚度较高，形成的织物具有粗糙手感和较高的刚度。 空气变形机的关键部件是喷嘴装置，随着空气变形纱发展的要求，喷嘴的结构也 在不断得到改进，目的在于降低空气消耗量以降低生产成本，同时减少喷嘴内的积污， 提高加工质量。目前世界上比较有名的有杜邦 14 型和瑞士赫泊林公司的 Hema 喷嘴， 见图 5-9 所示。喷嘴装置有空气和长丝两个通道，空气从侧面
32、进入喷嘴芯子主通道与 丝条相遇，纤维产生形变。 (二)网络变形纱 该法是空气变形法的发展，它将高速气流垂直间歇地射向喂入的长丝，使单丝之 间互相纠缠和缠绕，从而增加丝束抱合性。网络变形纱除具有空气变形纱的一般特点 外，还具有周期性网络接结的特征，如图 5-10 所示。 (三)假捻变形法 利用合成纤维的热塑性，将复丝加捻成单丝呈螺旋卷曲状态并进行热定型，然后 再退捻。退捻后，单丝仍保留卷曲状态，从而提高丝束的蓬松性和弹性，成为具有高 收缩性、高蓬松性的假捻变形丝（DTY） ，如图 5-11 所示。 因假捻变形纱沿纤维长度方向具有高度的伸缩性，所以又称之为弹力丝。涤纶纤 维一般加工成低弹丝或中弹丝
33、。由于涤纶弹力丝性能优良，具有优异的蓬松性和覆盖 性，既可改善涤纶长丝蜡状手感等缺点，又保留了涤纶强度高、织物挺括、美观等优 点。随着高速纺丝卷绕以及高速拉伸变形一步法工艺新技术的发展，变形丝生产效率 大大提高，目前世界涤纶弹力丝产量占涤纶长丝总产量的 70%以上。用假捻变形法生产 的弹力丝占涤纶弹力丝产量的 90以上。锦纶因模量低，织物不够挺括，一般以生产 高弹丝为主。 15 原丝区 拉伸区 变形区 稳定区 热定型区 卷绕区 断丝器 热辊 喷嘴 吸烟口 定型热箱 断丝监测器 稳定热箱 图 5-8 空气变形法生产工艺流程示意图 （a）杜邦 14 型喷嘴 （b）瑞士赫泊林公司的 Hema 喷嘴
34、图 5-9. 空气变形机喷嘴示意图 变形丝 喂入丝 压缩空气 变形丝 喂入丝 压缩空气 低弹丝 高弹丝 网络丝 空变丝 16 定型变形丝 假捻变形丝 加捻丝 预取向丝（POY） 喂入辊 预取向丝 第一加热器 假捻器 传送辊 第二加热器 输出辊 低弹丝 张力器 卷绕筒子 图 5-10. 几种变形纱的结构特征 (四)假捻-粗细变形法 该法是假捻变形法的发展，它是在高速牵伸变形机上，经不均匀拉伸在纤维轴向 产生随机分布的粗细节。 图 5-11. 假捻变形法生产工艺流程示意图 17 第四节 长丝纱的复合变形与多重加工技术 一、复合变形与多重加工的概念及其意义 所谓复合变形纱就是将各种长丝纤维在分别进行
35、拉伸工艺后合并进行假捻、网络、 空气变形，将其进行混纤，由此将种类、物性、功能、形态等特性不同的纤维混合使 用，使混纤丝在纵向、横向均呈多异性，显现出单一纤维材料所不能具有的风格、功 能。如 ATY+DTY 或 DTY+ATY 等就是将两种变形方法或多种变形方法进行组合。一般可 将机械变形（包括热机械变形和流体变形）与物理变形（异收缩变形）相结合，使其 产生介于宏观变形与微观变形之间的细观变形，或者对每根单丝施加不同的变形和卷 曲形状。主要包括复合假捻系统（包括合股喂入、分别喂入与合股交络系统三种形式， 如图 5-12 所示） 、假捻变形（热气流变形）与网络加工组合、假捻变形与空气变形的 组合
36、（如图 5-13 所示） 、倍捻与假捻变形的组合等。倍捻与假捻变形组合可纺制绉效 应变形纱，特点是强捻、高残余扭矩和膨松性。 所谓多重加工工艺，就是将纱线的基本加工工艺，组合应用到混纤丝、交并捻丝 的多道加工工艺中，使纱线结构不但在纵向、横向呈现多异性，在风格、功能上显现 出单一纤维材料所不能具有的特点，而且在加工性能上更适合工业化生产。另外即使 对同一种原料重叠使用基本的加工工艺，生产出具有纵向多异性纤维特点的长丝，也 称为多重加工纱线。根据产品性能及制造方法的不同，多重加工及复合变形工艺已经 是化纤长丝常用的加工工艺（表 5-2） ，使用多重加工及复合变形工艺加工的纱线主要 有以下特点：异
37、收缩、异纤度、异型、异染、外观表面特性差异、异卷曲等。 假捻 器 (b) 分别喂入、复合假捻 假捻 器 假捻 器 交络 (c) 多重变形、合股交 络 假捻 器(a) 合股喂入、复合假捻 18 假捻变形加工 空气变形加工 假捻空气变形加工 图 5-12 多重变形、合股交络变形系统示意图 图 5-13 多重变形生产方法示意图 表 5-2.长丝复合变形与多重加工方法 基本变形工艺 低弹丝 DTY，网络丝 NSY，空气变形丝 ATY，BCF 变形丝，加捻丝 复合变形工艺 DTYNSY，超喂 NSY，DTYATY，热粘合 DTY 多组分混纤变形工艺， ATY、DTY/NSY 异纤度混纤，异截面混纤，异收
38、缩混纤，异色混纤 不同聚合物混纤，多组分混纤 多重加工工艺 DTY 加捻，DTY+短纤交并捻，ATY+长丝交并捻，ATY+短纤交并捻，ATY、NSY 起绒 化 纤 长 丝 成 纱 方 法 花式纱工艺 ATY 竹节纱，ATY 彩虹纱，长短丝花式年年纱 二、多重加工及复合变形纱的制造方法 表 5-3 多重加工及复合变形的要素 目的与效果 手段与方法 制造要素 制造方法 1. 风格改善： 蓬松感、自然卷曲纤 短纤毛羽感、悬垂度 活络度、有身骨 2.手感改善： 柔软、回弹性 粗糙感、绒感 异收缩 异伸长 异模量 高收缩聚合物 不同纺丝速度 不同牵伸比 不同热定型温度 自伸长丝 同板纺丝混纤 拉伸加弹混
39、纤 交并捻混纤 空气网络混纤 空变混纤 19 异纤度 粗纤度 细纤度 超细纤维 同板纺丝混纤 拉伸加弹混纤 交并捻混纤 空气网络混纤 空变混纤 异 型 异型截面双组分纺丝 异型喷丝板 中空喷丝板 双组份纺丝 表面粗糙化 有机/无机共混有机/有机共混 共混纺丝 异染 改性聚合物 超分子结构控制 异组份混纤 阳离子涤纶纺丝 异组份混纤 不均匀纺丝与拉伸 异卷曲 伸度差 双组分纺丝 加弹工艺 伸度差 双组分纺丝 加弹工艺 干爽感 3. 外观改善： 发色性、高档感 天然纤维感 纤维轴向分散 异收缩 异卷曲 双组份超喂 不均匀纺丝 不均匀牵伸 不均匀超喂 (一)纺丝复合混纤 由不同纤度、形状及收缩率的纤
40、维所构成的混纤丝可在纺丝阶段制造出来。大致 分为喷丝板内复合混纤和喷丝板间复合混纤两类。 喷丝板内复合混纤是在穿过喷丝板的众多熔体孔道中，两部分或多种喷丝孔（目 前最多为六种孔径）的孔径、孔形状或聚合物种类不相同，在纺丝时直接得到混纤丝。 不同的丝同时纺制时，在丝条形成的冷却固化过程中产生差异，此时由于纺丝应力不 同，易发生单丝断头或环状毛丝。通过高速纺丝虽易于克服这些问题，但允许的范围 较窄，不能得到较大的收缩率差，实际应用不是很多，典型产品：军港纶系列产品。 喷丝板间复合混纤是将不同喷丝板吐出的两种纤维束在卷绕前用导辊集束，再经 交络(空气网络)处理后卷绕。用纺丝、牵伸连续进行的纺牵一步法
41、进行喷丝板间复合 混纤，可以避免喷丝板内混纤所造成的困难，易于得到异纤度、异形、异收缩的纺丝 混纤丝。图 5-16 为喷丝板内混纤时喷丝孔排列图，图 5-17 为喷丝板间混纤丝制造法 的例子。 20 图 5-14 混纤纺丝喷丝板孔排列 (二)牵伸加捻复合混纤 异收缩复合混纤技术，从七十年代开始出现，目前仍在广泛使用。牵伸加捻复合 混纤工艺见图 5-18 双喂入拉伸加弹设备。它可将两种不同原丝种类，不同牵伸比及不 同热定型条件的牵伸丝集束，经交络（空气网络）后卷绕。变化原丝种类，得到异纤 度、异形、异种聚合物(异染、异收缩)的效果，改变牵伸比、热定型条件时，能够调 节收缩率差。改变集束时的空气网
42、络条件时，不仅能缓和被称为波纹流的缺点，而且 具有网络度高及蓬松的优点。牵伸加捻混纤时，如两种丝的条件相差较大，卷绕丝易 产生毛圈。而且在集束时，改变两种丝的喂入率等条件较为困难。 熔体 管 交络 卷绕 原丝 A 原丝 B 喂入轮 热 辊 网络 卷绕 热 板拉 热 伸 定 比 型 21 图 5-15 喷丝板间混纤复合丝制造法 图 5-16 双喂入拉伸加弹设备 (三)粗细纤维混纤复合“Thick & Thin”结构纤维 表 5-4 粗细丝形态特征 不匀类型 形 态 不匀周期 纱线不匀 数 10cm1M 单丝不匀 数 cm 为单位 微分散型 1mm 以下数 cm 1、由牵伸不足产生的“Thick
43、& Thin”结构纤维： 以 15003000mmin 纺速所得到的未牵伸丝或 POY,在两步法纺丝牵伸工艺中用自 然牵伸比（3 左右）范围内对未经牵伸的纺丝初生长丝进行牵伸时，首先会在纤维上出 现细节，由此得到了具有粗细不匀结构的长丝纤维。当牵伸倍率低于 1.5 时，长丝上 是以染深色的粗节为地，染浅色的细节为斑。当牵伸倍率接近自然牵伸比时，长丝上 是以染浅色的细节为地，染深色的粗节为斑。这种粗细节长丝常被用来作为混纤复合 丝的一个组份使用。 2、也可由不均匀牵伸产生“Thick & Thin”结构纤维：POY 长丝纤维在牵伸时高 分子链会产生纤维取向，随着牵伸倍数的增大，还会发生取向结晶化
44、现象。如果在牵 伸过程中改变牵伸倍率，对初生纤维进行不均匀牵伸，则在长丝纤维上不但会产生粗 细节，而且纤维的超分子结构也会产生不均匀分布。通过控制牵伸倍率的变化规律就 可控制纤维的这种“Thick & Thin”结构的变化规律（或随机的） 。 22 图 5-17 微细粗细丝 图 5-19 为这种无规分布型。这种方法不仅使纤维轴向异纤度化，而且由于未牵伸 部分的效果还具有微观局部收缩差，从而赋予纤维特殊的性质。 (四)交捻混纤复合 交捻是最简单的复合混纤方法。并丝并捻或上捻、下捻后的双丝并捻等早已被普 遍采用。所用并捻机很普通，混纤的结构为成群混合，分散效果小。在并捻时，如果 改变其中一根丝的喂
45、入速度使之相对另外一根纱形成超喂时，两根纱即从相互交捻状 态转变为超喂纱紧紧缠结在被超喂纱的纱体表面，形成包覆或包缠，并有花式纱线的 效果。 对于聚酯混纤丝，单用并捻，根据捻数的不同，使纱的蓬松性有削弱的趋势，或 者对异染丝的并捻纱，织物易出现波纹状的缺点。近来作为复合混纤方法，最好用作 双丝并捻等织造的预备工序更为有利。 (五)交假捻混纤复合 采用两种以上原料丝，在假捻过程中形成一根复合混纤丝，充分利用假捻加工丝 卷曲性的差异。根据不同原料丝种类、给丝方法、假捻条件、并丝条件等得到品种繁 多的混纤丝。表 2 汇集了以交假捻为主的复合假捻丝方法。复合假捻的核心是将具有 伸度差（纺速差）的两种
46、POY 进行交假捻（表 5-6） ，这是最定型的混纤复合技术。最 近的发展方向是追求更高级的风格，或者以 23 种丝同时假捻，或者以多种不同条件 假捻丝或非假捻丝进行空气网络，得到多层卷曲结构。所代表的材料有仿毛型的白纹 丝、乐丽丝（三色肥瘦丝） 、彩虹麻、彩丽丝、舞龙丝；仿麻型的竹节纱（阳芯涤竹节、 涤芯阳竹节、粗细丝等） 、多丽丝、雪花丝等。 (六)空气网络与空气变形混纤复合 空气网络是将两种以上原料纤维通过空气湍流区域而形成混纤、交络或丝圈、毛 茸。所用喷嘴有两种，一种以混纤效果为主，还有一种以形成交络、丝圈为目的。网 络的基本原理就是利用网络喷嘴使气流对长丝轴垂直方向产生冲击的同时，还
47、沿长丝 轴平行方向产生湍流。一方面使长丝丝束进行开纤，同时使之完全无规地混合并形成 网络。网络喷嘴所用的压缩空气压力为 25kgcmG，变形加工速度 1006000mrain。网络往往会在一定加工速度和较强的张力下消失。网络度以每米 纱线所具有的网络数来表示。普通混纤丝的网络度为 20100 次米。混纤丝中以 20 次米左右的交络度形成主流，3050 次米交络度可增加蓬松风格。 23 思考题 高分子材料的纺丝成型有哪几种工艺方法？ 熔融纺丝与溶液纺丝有什么不同？ 长丝纱线的成纱过程包括哪几个步骤？ 请从纺丝工艺和长丝的物理力学性能两个方面，分别说明涤纶长丝的 POY、FDY、DTY、HOY 分
48、别代表什么意识？ 24 实训题 试用显微镜观察涤纶长丝 POY、FDY、DTY 纱线，说明观察到的纤维集合体形 态特点是什么？ 试用显微镜观察普通涤纶长丝、异型截面涤纶长丝、中空涤纶长丝的截面， 并描述你所观察到的现象。 网上调查，PET FDY 100d/48f，PET DTY100d/36f PA FDY 75d/24f 等化 纤长丝的现行价格？ 已知某长丝纺丝机螺杆吐出量为 30 克/分钟，喷丝板孔数为 24f，当卷绕头 的速度分别为 1200 米/分钟，2500 米/分钟，3100 米/分钟，4500 米/分钟时， 请计算所得到的长丝的分特数（dtex）与单纤维的分特数（dtex） 。 已知某长丝纺丝机螺杆吐出量为 24 克/分钟，卷绕头的速度为 3100 米/分钟， 喷丝板孔数分别为 9f、32f 、48 f 时，请计算所得到的长丝的分特数 （dtex）与单纤维的分特数（dtex） 。 已知某长丝纺丝机螺杆吐出量为 30 克/分钟，喷丝板孔数分别为 9f、如果 要纺出的长丝分特数为 100dtex，试问卷绕头的速度应该为多少米/分钟？其 单丝分特数为多少 dtex？
