浅析烟用二醋酸纤维素丝束飞花形成机理
李有为
（南通醋酸纤维有限公司）
摘要随着人们对人身健康、工作环境和产品质量要求的日益提高，如何控制和减少烟用二醋酸
丝束生产和应用过程中产生的飞花量已经成为丝束生产企业的一项重要工作。本文从飞花成分着手，浅
用二醋酸纤维素丝束纤维引起纤维断裂的因素和凝胶类物质对飞花的影响，提出了控制飞花的关键在于
维中的凝胶量，即控制纺丝浆液中的凝胶量。经过实践证明，收到了良好效果。
关键词醋酸纤维素二醋片半纤维素飞花凝胶
一、前言
众所周知，烟用二醋酸纤维素丝束（以下简称“丝束”）是用木浆作为原料，经醋化生成二醋酸
（以下简称“二醋片”），再经溶解、纺丝后形成的。与棉纤维、粘胶纤维等一样，由于其固有的非
分、分子链分布的不均一性以及断裂强度较低等特点，在拉伸、摩擦、开松等过程中受到个别单丝断裂
低及纤维表面抵抗变形破坏能力较小的影响，造成纤维断裂、表皮剥落而产生飞花，飞扬在环境中，掉
备上，或进入丝束产品和烟用嘴棒成型过程中。飞花的多少直接影响到人身健康和嘴棒成型质量，随着
人身健康、工作环境和产品质量要求的日益提高，如何控制和减少丝束生产和应用过程中产生的飞花量
为丝束生产企业的一项重要工作。
影响丝束飞花的因素众多，诸如二醋片的质量、溶解成浆液的质量、油剂的质量、纺丝工艺条件、
艺条件及卷曲机工况、作业环境、导丝罗拉工况、嘴棒成型过程中的开松比率、等等。在丝束生产过程
往主要是对影响丝束飞花的表观因素或外部因素进行了必要而严格的控制，但是飞花仍然时高时低，不
受控。前人对丝束飞花形成的影响因素也作了大量的研究，但在飞花形成的内在原因方面一直没有新的
本文试图找到影响飞花的内在原因和形成机理，从而达到控制飞花的目的。
二、飞花与凝胶的关系
1、飞花中的半纤维素含量
要研究飞花形成的内在原因，首先要了解飞花的组成。毫无疑问飞花的主要成分是二醋酸纤维素，
过对飞花中其它成分的分析，发现飞花含有较多的半纤维素。
表二二醋片和飞花中半纤维素含量的比较
样品号样品名
葡萄糖
mg/g
木糖
mg/g
甘露糖
mg/g
阿拉伯糖
mg/g
半乳糖
mg/g
木糖+甘露
mg/g
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1二醋片1383.22.10.5ND5.3
2二醋片452.01.40.30.73.4
3飞花552.31.2ND1.03.5
图一飞花中半纤维素测试谱图
木浆是由木材精制而成，由于木材中含有约30％的半纤维素，虽然经过精制后木浆中含有95%以上
素，但是不可避免地含量少量的半纤维素。
由于纤维素的化学结构是由D-吡喃葡萄糖酐（1-5）彼此以β（1-4’）苷键连接而成的线形高分子
纤维素水解后99%为葡萄糖。半纤维素与纤维素不同，它由不同的糖单元聚合而成，分子链短，并有支
链由一种糖单元构成的称均聚糖（如聚木糖类半纤维素），也可由二种或二种以上糖单元构成非均聚糖
葡萄糖-甘露糖类半纤维素等）。所以半纤维素水解得到的糖单体包括D-木糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、
糖、D-半乳糖、4-0-甲基-D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖醛酸、D-葡萄糖醛酸，以及少量L-鼠李糖和L-岩藻
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纤维素醋酸酯水解样品中的木糖、甘露糖、阿拉伯糖和半乳糖含量，可获得半纤维素的间接信息，即样
后半糖和甘露糖的总含量可以反映样品中的半纤维素含量。
半纤维素在丙酮溶剂中不能完成溶解，而是溶胀成可变形的软体物质，俗称凝胶。浆液过滤的主要
过滤掉浆液中的杂质，当然也包括凝胶类杂技。从表二可以看出，飞花样品与二醋片中的半纤维素含量
大的差别，这正好说明飞花中半纤维素含量较高。
2、醋酸纤维素乙酰基含量与溶解性
醋酸纤维素分子式为：［C
6
H
7
O
2
(OCOCH
3
)
x
(OH)
3-x
］
n
二醋片的乙酰基含量为35％～42％，生产烟用丝束用的二醋片的乙酰基含量则控制在39.3％～40.
由于纤维素纤维是一高分子的聚集态，在木浆精制过程中除了会去除大量杂质外，不同程度上使纤
胞壁外层遭到破坏，改变了纤维的形态结构和结晶度，从而也就提高了纤维素的化学活性和反应均一性
于纤维素是一种高度不均一的聚集态高分子物质，在酯化过程中酯化液从纤维的外侧浸入非结晶区，接
地浸入到结晶区内部，进而分散到纤维素结构中，并同时发生酯化反应。显而易见，这种扩散速度与化
速度之间的比，是很难控制的。况且，在酯化反应中，纤维素大分子中的伯羟基具有比仲羟基高的反应
所以乙酰基在葡萄糖残基上的分布也不均匀。由于二醋片是由乙酰基含量较高而且分布均匀性较差的醋
素经水解反应脱除了部分乙酰基后生成的，虽然伯羟基的比值较高，但由于各基环上及各大分子中的酰
分布很不均匀，因此，所谓的二醋片中不可避免地含有高乙酰基的和被过分水解成低乙酰基的基环或醋
素。从表三可知，这两种醋酸纤维素在丙酮中是不溶的，但会形成凝胶。
表三醋酸纤维素的溶解性
乙酰基含量（％）溶于不溶于
43.0～44.8二氯甲烷丙酮
37～42丙酮二氯甲烷
24～322-甲氧基甲醇丙酮
15～20水2-甲氧基甲醇
而且，即使是平均聚合度和酯化度相同的二醋片，由于其乙酰基及羟基在各大分子和基环中的分布
不同，就可能具有不同的溶解性能。如果没有足够的溶解时间，溶解性能较差的二醋醋纤维素分子在进
时仍处在溶胀阶段，具有与凝胶相似的特性。
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图二飞花中的凝胶比例与飞花量的关系
3、凝胶对飞花的影响
从以上的分析可知，凝胶主要来源于半纤维素、高乙酰基和低乙酰基的醋酸纤维素以及溶解性较差
醋纤维素分子。经过对飞花中凝胶量的显微镜观测，可以看到不规则的胶状物质，而且，发现无论是高
期还是低飞花时期，飞花中的凝胶比例没有明显的变化。由此可见，单位时间内的飞花高低与纺丝浆液
量的多少有直接关系，因此，可以认为凝胶类物质导致了纤维断裂而形成飞花，控制飞花的关键是控制
的凝胶量。
三、飞花形成机理浅析
1、飞花图片及纤维断裂特征
以下是飞花和正常丝束在高倍显微镜下的图片。很显然，造成纤维断裂的主要因素是纤维某处的断
偏低。从纤维断裂端面的形态特征看，可以解释为：断裂开始时按脆性断裂的模式，从裂缝尖端开始，
横截面扩展，形成V字形缺口，其断面光滑。而未断裂部分从裂缝处快速伸长，最后断裂时出现断裂端
韧性断裂。
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图三飞花图片
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图四丝束图片
2、飞花形成机理浅析
二醋片是由天然木纤维经化学处理而成的，属于再生纤维。由于其纤维与纤维之间，以及在同一根
长度方向上，大分子链排列的聚集态结构和横截面面积（或线密度）的变异或不匀率很大，大分子链堆
密程度不同，纤维内部的结晶和无定形区的尺寸大小，结晶的完整性程度千差万别，对纤维力学性质影
大。但是，在丝束生产过程中纤维的拉伸率较小，在不受其它外力损伤（如卷曲不良、罗拉不良等引起
损伤）的情况下，纤维断裂形成飞花的概率较小。
可以想像，由于在浆液中二醋酸纤维素溶液与凝胶类等杂质是非均相的，使得在纺丝形成纤维和纤
过程中，二醋酸纤维素分子与杂质分子之间的聚集态结构、取向和结晶度的变异相当大。在纤维两相结
无序低密和无缚结分子的部位，或纤维微细组织结构中组织块间的间隙和孔洞，以及晶格结构中的缺陷
处，形成纤维内部结构缺陷，尤其是形成微区结构弱节（即导致纤维破坏的集中点）或裂纹，其对纤维
和断裂来说是100％的对应发生几率。
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图五几种凝胶在纤维中的分布模式
二醋酸纤维具有相当的塑性，一般情况下是不易发生脆性断裂的。但是从图二中可以发现具有脆性
特征，而脆性断裂所需的能量较小。因此，可以认为，是上述纤维结构的缺陷、孔洞和裂缝等原因引起
集中效应，使得二醋酸纤维发生了脆性断裂。
四、结论
根据上述分析，二醋酸纤维素纤维断裂除了可控制的外在因素外，还有纤维内部结构缺陷的内在因
引起纤维结构缺陷加剧的主要因素是纤维中的凝胶类杂质，因此控制纤维中的凝胶量是控制飞花的关键
是，由于木材的产地、采光、气候的不确定性和木材加工成木浆的工艺波动，使得纤维素的分子量分布
维素的含量等存在一定的差异；以及制成的二醋片中的乙酰基在分子之间和分子链中的分布不均匀性，
醋片中含有的凝胶类物质很难得到有效控制。因此，通过在丝束生产过程中尽可能降低纺丝浆液中的凝
控制飞花的重要手段。南纤公司在如何改进浆液制备工艺、减少浆液中的凝胶量方面做了大量的研究，
很大进展，经过长期实践证明，丝束飞花得到了有效控制。
作者简介
李有为，43岁，高级工程师，南通醋酸纤维有限公司
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