纺丝工艺对高相对分子质量lyocell+纤维素纤维性能地影响

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1、万方数据第229003麓4矽JOU心磊兰群D划ON臻黧U学版NIV’ERSITYV譬2’N003“2年月心ALoFGHUAApr·纺丝工艺对高相对分子质量Lyocell纤维素纤维性能的影响’彭顺金，张松洁，邵惠丽。。，胡学超(东华大学纤维材料改性国家重点实骗室．上海，200051)摘要使用高相对分子质量的纤维素——医用脱脂棉(铜铵法聚合度DP：1400)为纺丝原料，N甲基吗蚌一N一氧化物(NMMO)作溶刑，采用L、ocell工艺进行纺丝制备高强高模纤维素纤堆；通过正交谴计和系统试验，考察了纺丛工艺参数(气隙长度，拉仲比．凝固浴浓度和喷丝板孔数)对最终Lyocell纤雏机械性能的影响

2、。姑果表明，对于这一体系．纺丝工艺参数对纤维的拉仲强度、初始模董厦断裂伸长率都有不同程度的影响；在工艺优化的基础上．制备出了拉伸强度8．9cN／dtex．初始模量163cN／dtex的高强高模歼维素纤维。*键词：高相对分子质量，脱脂棉．高强高模，纤雏素纤堆，Lyooell工艺，机械性能中图法分类号：呻340．645采用高相对分子质量纤维素纺丝是制备高强度人造纤维素纤维的方法之一。通常纺丝用的纤维素浆粕的聚合度(DP)大多在300—600问，是由天然纤维素经过化学活化和降解后得到的，其主体成分为纤维素II；而脱脂棉则是用天然棉花经有机溶剂脱脂后得到的，其主体成分为纤维素I。由于其在纺

3、丝过程中的物理化学性质比一般化学浆粕有着很大的差异，因此，其纺丝工艺有着自身的特性。Lyocell纤维是指直接由纤维索有机溶液纺丝得到的再生纤维素纤维的总称L1J，在其生产工艺过程中不形成纤维素衍生物【2J。与传统的粘胶和铜铵工艺相比，由于Lyocell工艺路线简单，节省资源，环境友好，又可根据不同的需求可生产出不同性能的纤维等，因此，自从1969年ENKA公司申请了用NMM0溶解纤维素的专利以来旧J，尤其是近二十几年来这一领域的相关研究引起了人们的关注。同低相对分子质量纤维素纺丝一样，纺丝工艺参数对用高相对分子质量纤维素纺出的Lyocell纤维的机械性能有很大的影响。在国外，Ro

4、manov等【4。J在纤维素／NMM0／H20溶液的制备、纺丝和纺丝条件对纤维结构的影响做了一系列工作；Mortimer等人m83用DP为600的化学浆粕溶解在NMM0溶液中进行纺收稿日期：20D2—04—04*本文得到教育部科学技术重点项日资助(批准号：NO．O0060)*-通讯联系人丝，考察了拉伸比、纤维直径和线速度对Lyocell纤维在纺丝过程中的结构成形的影响；Ikube和BI”kweu

5、9』研究了凝固浴浓度，溶液的组成和干燥条件对纤维素结晶的影响后认为，凝固浴浓度为50％时得到的纤维强度最大；Loubirloux【10j的研究表明拉伸比对LyoceU纤维的物理结构和机械性

6、能有较大的影响。Chart日等-1lJ考察了几种无机和有机添加荆对Lyocell纤维的形态结构和机械性能的影响，在特制的纺丝设备上，用DP分别为600的纤维素浆粕和5000的Menoufi棉进行纺丝，发现高相对分子质量的Lyocell纤维其强度和模量(分别为1GPa和40GPa)均为低相对分子质量Lyocell纤维的两倍。在这些的研究中，其研究对象均为单孔纺丝。1999年，White等【12】为了改善纺丝性能。在纺丝线的气隙区域作了改进，增加一套交叉吹风装置并申请了美国专利。在国内，东华大学胡学超教授领导的课题组自20世纪90年代开始涉足这一领域的研究以来，取得了一定的国际影响．先

7、后在纤维索的溶解工艺、纺丝工艺、溶剂回收、纤维的在线测量及计算机模拟、纤维原纤化结构和功能纤维、薄膜以及牲实现其工业化方面都做了比较深入的研究1“～“。此外，用纤维素或其衍生物的中问相(mesopha”)原液纺丝获得高强高模的纤维素纤维也引起人们的关注。万方数据84东华大学学报(自然科学版}第29卷DuPont公司用纤维素脂中间相纺丝技术得到了拉伸强度和弹性摸量分别为2．3GPa和46GPa的纤维素纤维[21]；最近，Northolt和Boerstoel[22,23]使用无水磷酸作溶剂制备了纤维素的液晶相并用干喷一湿纺技术获得了单丝初始模量为44GPa，声速模量为58GPa，拉伸强

8、度为1．7GPa的纤维素纤维。目前。文献报道的有关工艺参数对纤维结构与性能的影响，绝大多数的研究对象是单丝，而且研究的各参数之间是彼此孤立的，然而在实际纺丝过程中，这些因数之间又都是相互作用的。我们的工作主要是希望通过采用高相对分子质量的纤维素原材料和干喷—湿纺技术以获取截面圆，纤维线密度小，强度高的纤维素纤维用于制备纤维索基碳纤维。为此设计了正交实验，系统地考察了纺丝工艺参数对Lyocell纤维性能的影响，优化筛选出了适于本纺丝体系的最佳纺丝工艺，获得了强度最高达8