聚酯纤维生产工艺.pptx
结构对称，线性好，易于平行排列分子链中含酯基，刚性大，熔点高（267oC)两种构象(顺式和反式)立构规整度高，所有芳环处在同一平面上，能形成紧密堆积结构，结晶能力强。分子间作用力强许多重要的性质与酯基相关有少量的羧基和醚键存在分子量通常在1500022000之间分子量分布越小可纺性越好1.2.2 聚酯分子结构特征第1页/共45页PET的物理性质的物理性质第2页/共45页课程介绍第三节 聚酯纤维的生产技术及工艺重点内容：聚酯纤维的的生产技术与工艺。第一章 聚酯纤维生产工艺第3页/共45页1.3 聚酯纤维的生产技术及工艺聚酯纤维的生产技术及工艺聚酯纤维的纺丝-采用熔体纺丝技术。根据原料的状态不同，可以将聚酯的纺丝工艺分为直接纺丝和切片纺丝两类。直接纺丝工艺流程：直接纺丝工艺流程：聚合物熔体聚合物熔体纺丝纺丝后处理后处理 成品成品切片纺丝工艺流程：切片纺丝工艺流程：聚合物切片聚合物切片干燥干燥熔融熔融纺丝纺丝后处理后处理 成品成品 第4页/共45页直接纺丝与切片纺丝技术比较直接纺丝与切片纺丝技术比较直接纺丝与切片纺丝技术比较直接纺丝与切片纺丝技术比较直接直接直接直接纺丝纺丝切片切片切片切片纺丝纺丝优点：工工艺流程短流程短：可省去切片的生产、运输、混合、干燥、熔融等工序设备投入小投入小：单位产量建设资金投入小原料单耗及能耗低缺点：要求聚酯的聚合工序与纺丝工序配合紧密，一体化程度高聚合工序的故障或熔体的供应不足均会影响纺丝工序，纺丝工序的严重故障也可能会影响到聚合工序，因此要求工艺和设备十分稳定应用范围：适合于产品单一、生产规模大、连续化程度高的情况下使用优点：聚合与纺丝相互独立，有利于纺丝厂的合理布局纺丝品种可根据市场的变化做出快速改变，灵活性大缺点：工艺流程长原料消耗和能耗高单位产量的建设资金投入大应用范围：适合小品种、多功能、差别化纤维的生产，适合于长丝的生产第5页/共45页切片的干燥切片的干燥切片的干燥切片的干燥干燥的目的（普通聚酯切片含水率通常约为0.4）干燥的目的是除去切片中的水分提高聚酯的软化点；切片中水的危害聚酯分子链在纺丝过程中产生剧烈的水解，造成分子量降低；形成所谓“气泡丝”、毛丝和飘丝；切片含水量的差异，造成的纤维染色不匀。含水的聚酯切片软化点较低，造成“环结”堵塞现象不同聚酯纤维对切片含水的要求长丝：含水率应小于50ppm，最好小于30ppm。短纤维：含水率应小于80ppm。1.3.1 1.3.1 原料的纺前准备及处理原料的纺前准备及处理原料的纺前准备及处理原料的纺前准备及处理第6页/共45页干燥的工艺原理干燥的工艺原理干燥的工艺原理干燥的工艺原理切片干燥是一个传热、传质的物理过程。未干燥切片中的含水W=Wf+We式中W表示切片的含水量，Wf自由含水量，We平衡含水量。自由水分属于表面吸附水分，存在于切片表面或孔隙之中。平衡含水属于分子间结合水，其中部分水分子与聚酯大分子形成氢键，很难完全脱除。水分的平衡：切片内部和表面的平衡、切片表面与干燥介质的平衡。这一平衡过程对干燥的条件有很大的依耐性。我们可以用亨利分压定律来简单地描述平衡含水量与水汽分压的之间的关系：We=KP，式中，K为平衡常数，P为平衡蒸汽压。升高温度和增加干燥介质的流动有利于干燥过程。第7页/共45页干燥过程干燥过程干燥过程干燥过程干燥分为两个阶段，即预结晶阶段和高温干燥阶段 预结晶温度和时间沸腾床：温度可高至160180oC，时间815min。搅拌式充填：温度120140oC，时间1l.5小时。转鼓干燥时，在120以下缓慢升温，预结晶时间应控制为45小时。高温干燥阶段转鼓真空干燥温度为120140oC。热风干燥一般在160以上。第8页/共45页聚酯切片的干燥有聚酯切片的干燥有真空干燥和气流干燥真空干燥和气流干燥两种。由于干两种。由于干燥方式或设备的不同，工艺流程、工艺条件及操作规燥方式或设备的不同，工艺流程、工艺条件及操作规则方面会有差异，但干燥的原理基本相同则方面会有差异，但干燥的原理基本相同。真空干燥真空干燥真空干燥真空干燥（进出料（进出料1.5-2h1.5-2h，升温，升温2.5-3.5h2.5-3.5h，保温，保温3-4h3-4h，冷却，冷却1h1h）VC353VC353真空干燥机示意图真空干燥机示意图真空干燥机示意图真空干燥机示意图1-1-冷却桶、冷却桶、冷却桶、冷却桶、2-2-除尘桶、除尘桶、除尘桶、除尘桶、3-3-加热夹套加热夹套加热夹套加热夹套第9页/共45页连续式气流干燥连续式气流干燥连续式气流干燥连续式气流干燥第10页/共45页回转圆筒回转圆筒回转圆筒回转圆筒-充填组合干燥充填组合干燥充填组合干燥充填组合干燥（热空气介质加热，（热空气介质加热，（热空气介质加热，（热空气介质加热，165-180165-180）第11页/共45页第12页/共45页第13页/共45页纺丝熔体的制备的输送纺丝熔体的制备的输送熔融装置：螺杆挤出机熔体输送、分配：弯管、熔体分配管保温装置：纺丝箱体计量装置：计量泵纺丝：纺丝组件丝条冷却装置：纺丝窗、侧吹风丝条收集装置：卷绕机第14页/共45页纺丝熔体的制备纺丝熔体的制备纺丝熔体的制备纺丝熔体的制备纺丝熔体的制备-连接切片干燥和纺丝两个重要的工序。纺丝熔体是通过熔融过程制备的，它是将切片在加热下由固态转变为液态的一个过程。主要有两种熔融方式，即采用炉栅或采用螺杆挤出机熔融。螺杆挤出机的优点v传热效率高,v能挤出高粘度的熔体v熔体在螺杆中塑化搅拌均匀,能形成均匀的熔体v聚合物在螺杆中停留时间短,减小分解的可能,停留时间一般为510min第15页/共45页螺杆挤出机的结构螺杆挤出机的结构第16页/共45页熔体制备中经常遇到的问题熔体制备中经常遇到的问题（1）熔体均匀性差；（2）降解程度高；（3）环结堵料。切片熔融温度通常在熔点以上20左右，低于其分解温度。螺杆分36区加热。聚酯熔融温度的选择第17页/共45页第18页/共45页熔体的混合熔体的混合熔体的混合熔体的混合用机械方式将螺杆出口的熔体混合均匀的过程。早期的混合是采用静态混合器，使用静态混合器可以达到强化熔体均匀性的目的，同时可以减少熔体通过弯管时，管壁与管中心温度及停留时间的差别。在较新型的螺杆挤出机中，往往采用特殊设计的混炼头来代替静态混合器。混炼头的主要作用是改变螺杆沟槽中挤出的熔体的流线，使熔体进一步均匀化 第19页/共45页熔体的计量（计量泵、高温齿轮泵）熔体的计量（计量泵、高温齿轮泵）熔体的计量（计量泵、高温齿轮泵）熔体的计量（计量泵、高温齿轮泵）计量的目的是保持丝束纤度均匀，同时使熔体增压，以保证稳定纺丝。泵供量取决于齿轮齿谷的容积和齿轮的转速 工作原理：两个齿轮转动吸入孔1成低压熔体有吸入孔1进入充满齿轮的齿隙随齿轮的转动在孔2处形成压力将熔体从压出孔压出（齿隙容积恒定，精确计量）1熔体进口；2熔体出口；3主动齿轮；4被动齿轮5上板；6中板；7下板；8联轴节第20页/共45页过滤过滤过滤的目的是除去熔体中的杂质第21页/共45页结构：导孔+毛细孔图喷丝孔的几何形状a圆筒漏斗形；b圆筒平底形；c圆锥形；d双曲面形导孔：圆筒漏斗形、圆筒平底形、圆锥形、双曲面形毛细孔：圆柱形，孔径0.200.45mm，长径比12（比值熔体在毛细管内应力松弛出口膨化纺丝有利机械加工困难）孔数：短纤维（500孔、600孔、900孔、1120孔、3600孔、2400孔）长丝：几几十孔排列：同心圆、菱形、星形喷丝板质材：耐热不锈钢1Cr18Ni9Ti喷丝板喷丝板喷丝板第22页/共45页1.3.21.3.2聚酯短纤维的生产聚酯短纤维的生产聚酯短纤维的生产聚酯短纤维的生产聚酯短纤维纺丝的特点：大型化、高速化、连续化 单线日产2050吨，最大规模为日产200吨大型喷丝板，其孔数达500050000孔 纺丝线集束线密度达30000dtex以上 较高纺丝速度15002500mmin 第23页/共45页5万万t/年聚酯短纤维年聚酯短纤维 T-16N纺丝机纺丝机第24页/共45页聚酯短纤维的后加工聚酯短纤维的后加工高强低延伸聚酯短纤维后加工的集束、拉伸、紧张热定型、上油、高强低延伸聚酯短纤维后加工的集束、拉伸、紧张热定型、上油、高强低延伸聚酯短纤维后加工的集束、拉伸、紧张热定型、上油、高强低延伸聚酯短纤维后加工的集束、拉伸、紧张热定型、上油、卷曲工序流程示意图卷曲工序流程示意图卷曲工序流程示意图卷曲工序流程示意图 第25页/共45页聚酯短纤维后加工的干燥、切断、打包工序流程示意图聚酯短纤维后加工的干燥、切断、打包工序流程示意图聚酯短纤维后加工的干燥、切断、打包工序流程示意图聚酯短纤维后加工的干燥、切断、打包工序流程示意图 第26页/共45页第27页/共45页聚酯短纤维的后加工工艺讨论聚酯短纤维的后加工工艺讨论存放与集束：初生纤维的预取向度不均匀，有内应力，需经存放平衡，以减小或消除内应力，降低预取向度，使油剂扩散均匀，从而改善纤维的拉伸性能。存放平衡后的丝条进行集束。所谓集束是把若干个盛丝筒的丝条合并，集中成工艺规定线密度的大股丝束，以便进行后处理。第28页/共45页聚酯短纤维的后加工工艺讨论聚酯短纤维的后加工工艺讨论拉伸：拉伸是靠各拉伸机之间的速度差异来完成的。拉伸又称为纤维的“二次成形”。拉伸是后加工过程中最重要的工序，拉伸的工艺条件包括拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度、拉伸倍数及其分配。国内外大多数公司采用水浴、水浴或水浴-蒸汽2道拉伸。对于纺速超过2000m/min的高速纺聚酯初生纤维，已具有一定取向度，因此后处理的拉伸倍数可降低。通常卷绕速度每提高100m/min，最大拉伸倍数可降低15%20%。T-16N纺丝机的纺速比其他纺丝机速度高500800m/min，所以其后加工拉伸工序可以采用较简单的干热拉伸装置。这样可以使操作简便，也使废水排出量大大减少。第29页/共45页热定型：热定型的目的是消除纤维内应力，提高纤维的尺寸稳定性，并促进结晶化，进一步改善其力学性能。热定型可使拉伸、卷曲效果固定，并使成品纤维符合使用要求。热定型可以在张力下进行，也可以在无张力下进行，前者称紧张热定型（包括定张力热定型和定长热定型），后者称松弛热定型。生产不同品种和不同规格的纤维，往往采用不同的热定型方式。影响热定型的主要工艺参数是定型温度、时间及张力。上油：为了防止纤维在后加工过程摩擦产生静电以及使纤维在棉纺厂加工时改善其纺织加工性能还需再次上油。卷曲：赋予纤维的弹性聚酯短纤维的后加工工艺讨论聚酯短纤维的后加工工艺讨论第30页/共45页l切断：短纤维的长度由纤维的品种决定。通常，棉型聚酯短纤维名义长度为38mm，毛型为90120mm，中 长 纤 维 长 度 介 于 棉 型 与 毛 型 之 间，一 般 为5176mm。切断纤维主要控制长度偏差，超倍长纤维量以及粘结丝（或称并丝）量等几个指标。切断机采用压切式，可按照纤维品种对长度的不同要求，安装不同数量的刀片。打包机为油压式箱式打包机。聚酯短纤维的后加工工艺讨论聚酯短纤维的后加工工艺讨论第31页/共45页1.3.31.3.3聚酯长丝的生产聚酯长丝的生产聚酯长丝的生产聚酯长丝的生产按纺丝速度可分为常规纺丝中速纺丝高速纺丝。按工艺流程又可分为三步法二步法一步法。第32页/共45页常规纺丝常规纺丝常规纺丝常规纺丝常规纺丝-低速纺丝纺丝速度低：10001500m/min采用纺丝卷绕-拉伸加捻-假捻变形的三步法工艺路线(UDY-DY-TY)。拉伸加捻速度为600 1000 m/min。假捻变形的速度为120160m/min。可生产33167dtex的聚酯长丝。常规纺丝工艺既可生产拉伸丝，又能生产变形丝。其特点是工艺成熟、设备运转稳定、技术容易掌握、产品质量较好。第33页/共45页工艺的流程为：干切片工艺的流程为：干切片工艺的流程为：干切片工艺的流程为：干切片 熔融挤熔融挤熔融挤熔融挤出出出出 混合混合混合混合 计量计量计量计量 过滤过滤过滤过滤 纺丝纺丝纺丝纺丝冷却成型冷却成型冷却成型冷却成型 上油上油上油上油 卷绕卷绕卷绕卷绕UDYUDY筒子筒子筒子筒子 （未拉伸丝）（未拉伸丝）（未拉伸丝）（未拉伸丝）第34页/共45页UDY丝的拉伸加捻拉伸加捻机从结构上可以分为三部分，拉伸加捻机从结构上可以分为三部分，拉伸加捻机从结构上可以分为三部分，拉伸加捻机从结构上可以分为三部分，即原丝架、拉伸机构、卷绕成型机构即原丝架、拉伸机构、卷绕成型机构即原丝架、拉伸机构、卷绕成型机构即原丝架、拉伸机构、卷绕成型机构 第35页/共45页拉伸丝假捻变形第36页/共45页中速纺丝工艺中速纺丝工艺中速纺丝工艺中速纺丝工艺中速纺丝采用二步法工艺纺丝速度为18002500m/min，得到半预取向丝(MOY)中速纺丝有两种工艺路线：（1）MOY-DYMOY-DY工艺：工艺：此工艺采用中速纺丝和低速拉伸，拉伸加捻的速度为8001200m/min，可纺制33167dtex的拉伸丝，常见的是75dtex和50dtex。（2）MOY-DTYMOY-DTY工艺工艺:此工艺采用中速纺丝和高速拉伸变形，MOY的剩余拉伸倍数为2.12.4倍，拉伸变形的速度为400500m/min。可纺制5588dtex的变形丝，超过110dtex时，需将两根丝条合股成一个筒子。此工艺的生产效率不如POY-DTY工艺路线。第37页/共45页高速纺丝高速纺丝高速纺丝高速纺丝 高速纺丝的纺丝速度为高速纺丝的纺丝速度为30003500m/min30003500m/min。制得的纤维为预取向丝制得的纤维为预取向丝(POY)(POY)。POYPOY主要用于变形丝的生产。主要用于变形丝的生产。第38页/共45页POYPOY的后加工的后加工的后加工的后加工 （1）POY-DTY工艺 此工艺采用高速纺丝和高速拉伸变形，后加工速度通常为450700m/min。可纺制50167dtex的变形丝(DTY)。其特点是工艺流程短，生产效率高，基建投资省。（2）POY-TY工艺 此工艺采用高速纺丝和低速假捻变形(转子式假捻法)。可纺制167dtex的变形丝。这种工艺路线在技术经济上不合理，是一种权宜的做法。我国有一些中小型弹力丝厂采用此法。（3）POY-DY 工艺 此工艺采用高速纺丝和低速拉伸加捻，可纺制55110dtex的拉伸丝。拉伸比为1.31.7倍。日本东丽公司和瑞土伊文塔公司曾介绍过这种工艺路线，我国也有少数工厂采用此工艺。第39页/共45页全拉伸丝生产工艺全拉伸丝生产工艺全拉伸丝生产工艺全拉伸丝生产工艺全拉伸丝(FDY)生产工艺采用低速纺丝、高速拉伸，且两道工序在一台纺丝拉伸联合机上完成，系一步法工艺路线。纺丝速度为900m/min，拉伸速度为3200m/min，拉伸比为3.5。可纺制55165dtex的拉伸丝。国内也有将高速纺丝（纺丝速度3200m/min）超高速拉伸（拉伸速度5500m/min）工艺生产的长丝称FDY。第40页/共45页高取向纺丝工艺高取向纺丝工艺高取向纺丝工艺高取向纺丝工艺高取向丝(HOY)，亦叫全取向丝。采用一步法超高速纺丝，纺丝卷绕速度为55006000m/minn。由于大幅度增加了喷丝板拉伸，故纤维的取向度大大提高，但结晶粒子较大，非晶区的取向度较低。纤维的染色性能尚好，但伸度高达40左右，即使将纺丝卷绕速度提高到70008000m/min，伸度仍不能满足服用性能的要求，故无实用价值。第41页/共45页思考题 1.简述PET基础树脂的主要制备方法和工艺过程 2.简述PET聚合物的主要分子结构。3.简述PET纤维的制备工艺过程。第42页/共45页从产品的形式来划分从产品的形式来划分聚酯短纤聚酯纤维1.1.3 聚酯纤维的分类第43页/共45页Thank you！第44页/共45页Sichuan University感谢您的观看！第45页/共45页
