经济学聚酯纤维.pptx

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1、第一节第一节 概述概述聚酯(PET)纤维是由大分子链中的各链节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维，英文缩写PET。我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于85以上的纤维简称为涤纶。聚酯纤维是到目前为止发展速度最快、产量最高的合成纤维品种。第1页/共109页2009年1-12化纤产量完成情况第2页/共109页2010年1-5月涤纶产量 从分省市产量统计看，1-5月浙江产量486.97万吨，居全国之首，产量增速达到16.08%，高于全国平均水平。第二到第五位依次是江苏、福建、四川、广东，而上海、山东、河南传统聚酯涤纶大省分居六、七、八位。第3页/共109页早年合成的聚酯大多为脂肪族化合物，不具有纺织纤维

2、的使用价值。1941年，英国人用对苯二甲酸（DMT）和乙二醇（EG）合成了聚对苯二甲酸乙二酯（PET）。1953年，美国首先建厂生产PET纤维，其是大品种合成纤维中发展较晚的一种。近年研发的新聚酯纤维，如聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维，聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）纤维，具有超高强度、高模量的全芳香族聚酯纤维。第4页/共109页聚酯纤维的优点聚酯纤维的优点：断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定型效果优异，耐热和耐光性好。熔点约255，玻璃化温度约70，形状稳定，织物具有洗可穿性。具有优秀的阻抗性（诸如，抗有机溶剂、肥皂、洗涤剂、漂白液、氧化剂）以及较好的耐腐蚀性，对弱酸、碱等稳定。原料丰富、

3、廉价、生产过程简单。第5页/共109页缺点：缺点：染色性差、吸湿性低、易积累静电、易起球。用作帘子线时与橡胶的粘接性差。为了克服缺点，2020世纪6060年代开始改性，8080年代以来取得重大进展，生产出具有良好舒适性和独特风格的差别化及功能化聚酯纤维。改性方法分为两类：化学改性物理改性 第6页/共109页聚酯纤维中常用的英文缩写PET聚对苯二甲酯乙二酯聚对苯二甲酯乙二酯Polyethylene terephthalateTPA对苯二甲酸对苯二甲酸terephthalicDMT对苯二甲酸二甲酯对苯二甲酸二甲酯Dimethyl terephthalateEG乙二醇乙二醇Ethylene glyc

4、olBHET对苯二甲酸乙二酯对苯二甲酸乙二酯Bishydroxyethyl terphthalateEO环氧乙烷环氧乙烷Ethylene oxide第7页/共109页一、对苯二甲酸及乙二醇的制备对苯二甲酸及对苯二甲酸二甲酯的制备目前工业制取对苯二甲酸及其二甲酯的方法主要有 高温氧化法 低温氧化法 氧化酯化法 第二节第二节 聚对苯二甲酸乙二酯聚对苯二甲酸乙二酯第8页/共109页高温氧化法以醋酸为溶剂，醋酸钴或醋酸锰为催化剂，溴化物为促进剂，在高温下以对二甲苯为原料，经空气液相氧化将对二甲苯一步氧化为对苯二甲酸优点：反应快、流程简单，收率在9090以上，适合大型化生产，是目前应用最广泛的方法。第9

5、页/共109页缺点：设备腐蚀严重，反应温度较高，并需用溴化物作促进剂。低温氧化法此法以醋酸为溶剂，以甲乙酮为促进剂，醋酸钴为催化剂，在130、1.5MPa压力下，以纯氧为氧化剂，用对二甲苯制对苯二甲酸。优点：反应温度、压力较低，操作简便，产品纯度高，收率亦高；缺点：需用氧化促进剂且副产品醋酸需专门处理，反应时间长，动力消耗大。第10页/共109页氧化酯化法此法用对二甲苯分步氧化、酯化，直接制取对苯二甲酸二甲酯。优点：不必分步制取TPA和DMT，而是将氧化和酯化过程两步合并，故称氧化合并酯化法。此法反应不需用醋酸作溶剂，反应条件温和。缺点：反应收率偏低，仅为85左右，对二甲苯单耗大。第11页/共

6、109页乙二醇的制备 生产PET纤维用乙二醇(EG)，通常可用两种方法制备：环氧乙烷(EO)水解法优点：所得EG纯度高缺点：EO容易着火、爆炸，贮存和运输困难。第12页/共109页 此外还有二氯乙烷水解法等。粗制的EG，需经进一步精制提纯。氯乙醇水解法第13页/共109页对苯二甲酸乙二酯的制备方法主要有三种：酯交换法（间接法）直接酯化法 直接加成法（直接法）二、对苯二甲酸乙二酯的制备第14页/共109页图3-1 3-1 PET纤维生产路线第15页/共109页酯交换法 酯交换原理纯对苯二甲酸二甲酯与乙二醇反应可生成对苯二甲酸乙二酯（BHET），释出甲醇。酯交换反应是在催化剂（Mn、Zn、Co、M

7、g等的醋酸盐）存在下加热至150220进行的均相反应，乙二醇与对苯二甲酸二甲酯中的甲氧基(-OCH3）交换，生成BHET，被取代的甲氧基和乙二醇中的氢结合生成甲醇，其反应式如下：第16页/共109页上述反应本质上相似于酯化反应或皂解反应，是一个可逆平衡反应。为使正反应程度尽量完全，生产上通常采用增加反应物浓度和减少生成物浓度两种方法。因此，在酯交换反应的配比中加入过量的乙二醇；或者把所生成的甲醇从体系中排除，从而抑制逆反应。生产中为了增加BHET的收率，通常将以上两种方法同时采用。在上述酯交换反应过程中伴随着主反应可发生许多副反应。例如第17页/共109页生成低聚物，它们可能是二聚、三聚或四聚

8、体，利用熔点不同，可将这些低聚体分离；生成对苯二甲酸甲乙酯，这是缩聚反应的链转移剂，会使BHET的缩聚反应终止，致使PET的聚合度下降；生成环状低聚物，这些环状低聚物会影响BHET的缩聚反应，使PET的相对分子质量下降，熔点波动；生成二甘醇，使PET熔点下降，颜色发黄，树脂质量下降，纺丝困难；第18页/共109页生成乙醛，它是BHET缩聚过程的链终止剂，使PET相对分子质量降低，此外醛类又是发色基团，会使切片变黄。间歇法酯交换工艺图3-2 3-2 间歇法酯交换缩聚工艺流程图 第19页/共109页工艺流程a.a.原料DMT、EG以及配制好的催化剂等经计量后加入酯交换釜；b.b.甲醇相阶段升温到2

9、00，酯交换反应生成的甲醇经酯交换釜上部的蒸馏塔馏出，当甲醇馏出量达到理论生成量(按理论计算，每吨DMT生成甲醇约417升)的90时，认为酯交换反应结束。酯交换反应通常在常压下进行。第20页/共109页c.c.乙二醇相阶段物料继续升温，蒸出多余的EG，并进行初期缩聚反应，反应程度根据蒸出的EG量来确定。酯交换过程蒸出的甲醇或EG蒸汽，先后经蒸馏塔和冷凝器冷凝，收集的粗甲醇或粗EG，送去蒸馏提纯后回收再用。第21页/共109页酯交换反应主要工艺参数的讨论a.a.单体配料比按理论计算，酯交换反应的配料比为DMT:EG1:2(摩尔比)。但为了增加BHET收率，必须使用过量的EG，通常DMT:EG1:

10、2.32.5。若EG量过少，未反应的DMT被带入缩聚阶段进行酯交换反应，会生成低聚物而堵塞管道，并影响PET的聚合度；当EG用量偏多，过量的EG会自聚生成多缩乙二醇，并嵌入PET的大分子链中，影响PET的结构规整性，使大分子链柔性增加，熔点降低，亦会增加EG的回收量，而增加生产成本。第22页/共109页b.b.催化剂的种类和用量酯交换催化剂也是缩聚反应的催化剂。目前大多采用锰、钴、锌、镁、钙等盐类(醋酸盐或氯化物)作为酯交换反应的催化剂。催化剂用量一般在0.05(对DMT重量)左右。c.c.反应温度是吸热反应，温度过低，反应缓慢，适当提高温度有利于反应进行和甲醇蒸气排出，但温度过高，尤其在20

11、0以上时，副反应显著，且DMT会升华而阻塞分馏柱，甚至产生气阻和液泛现象，使乙二醇和甲醇一起蒸出，物料倒流。第23页/共109页温度在甲醇相阶段控制在乙二醇沸点左右，即180200；在乙二醇相阶段温度逐渐升高至230240。d.d.反应时间在生产中，甲醇相阶段约需3h，乙二醇相阶段约需1.5h，总反应时间为46h。e.e.酯交换率酯交换率越高越好，一般要求在99以上，过低时缩聚的聚合度下降，影响成品质量。气阻是指输油管因高温产生的空气堵塞油路导致发动机供不上油而熄火。在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最

12、后从塔顶溢出，称为液泛。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。第24页/共109页连续酯交换工艺图3-3 3-3 连续酯交换工艺流程图第25页/共109页图3-3是三个立式反应釜串联装置的连续酯交换流程，DMT由甲酯化工段送来，与EG分别被预热到190，在常压下与催化剂一并定量连续加入第一酯交换釜，进行酯交换反应。酯交换率为70，并利用物料位差，连续流经第二、第三酯交换釜，继续进行反应（酯交换率分别提高到91.3和97.8），其后送入BHET贮槽，在槽内最终完成酯交换反应过程（酯交换率99），并被连续、定量地抽出，送去缩聚。第26页/共109页直接酯化法 所谓直接酯化法，就是TPA与EG

13、直接进行酯化反应，一步法制得BHET。由于TPA在常态下为无色针状结晶或无定形粉末，其熔点（425）高于升华温度（300），而EG的沸点（197）又低于TPA的升华温度。因此，直接酯化体系为固相TPA与液相EG共存的多相体系，酯化反应只发生在已溶解于EG中的TPA和EG之间，反应式如下第27页/共109页溶液中反应消耗的TPA，由随后溶解的TPA补充。由于TPA在EG中的溶解度不大，所以在TPA全部溶解前，体系中的液相为TPA的饱和溶液，故酯化反应速度与TPA浓度无关，平衡向生成BHET方向进行，此时酯化反应为零级反应。直接酯化反应为吸热反应，但热效应较小，为4.18KJ/mol。因此，升高温

14、度，反应速度略有增加。第28页/共109页直接加成法 近年来，化学工作者们正致力于用环氧乙烷（EO）代替乙二醇直接合成BHET的工作。此法较直接酯化法具有成本更低、反应更快的优点。反应式如下：该反应副产物BHET的双分子缩合物是一种胶状物，会影响精制与过滤，因而必须严格控制反应条件，减少副反应的发生。第29页/共109页三、三、聚对苯二甲酸乙二酯的生产聚对苯二甲酸乙二酯的生产 生产原理通过酯交换反应制备BHET之后，加入摩尔分数为0.030.04的缩聚反应催化剂（如Sb2o3）以及0.0150.03稳定剂，温度逐渐升至270280，压力降低至133.3Pa （1mmHg柱）以下进行缩聚反应，制

15、成成纤PET。第30页/共109页PET生产可采用间歇法缩聚和连续法缩聚。间歇法缩聚工艺工艺流程间歇法缩聚通常与间歇法酯交换流程配合（见图3-2）。在间歇酯交换生成的BHET中加入缩聚催化剂和热稳定剂，并经高温（230240）常压蒸出EG（实际是常压缩聚）后，用N2气压送入缩聚釜进行缩聚反应。第31页/共109页缩聚反应主要工艺参数的讨论缩聚反应温度从化学平衡考虑，缩聚是放热反应，升高温度使反应平衡常数略降，对提高PET的平均聚合度不利，但在一定温度范围内升高温度能降低物料的表观粘度，易于排除体系中的EG，故有利于提高 。根据反应动力学原理，升高温度使链增长的反应速度加快，但大分子链热降解的反

16、应速度随温度升高而加快的速度更大，使所得PET的 最大值变小。第32页/共109页从副反应考虑，温度过高，除了使大分子裂解反应加速外，还可使生成环状低聚物以及端羧基、端醛基、乙二醇醚等反应加快，使最终产物PET的熔点降低，色泽变黄，可纺性变差。综上所述，随反应温度升高，PET的 达到最大值的时间缩短，但所得 数值变小，产物杂质含量增加。温度过低，不仅缩聚反应速度变慢，且体系中EG的排除困难，也不能获得高相对分子质量的PET。故通常控制缩聚温度在低真空阶段为250260，高真空阶段为270280。第33页/共109页缩聚反应真空度缩聚真空度直接影响生成物的相对分子质量和产品质量。BHET缩聚反应

17、的平衡体系中，必须抽真空将缩聚体系中生成的EG不断排除。真空度越高，残存的EG越少，PET的平均聚合度越高。若缩聚过程真空度不高，则使缩聚时间过长，PET熔体粘度低，色泽泛黄。但在缩聚反应初期，物料粘度低，EG排出量亦多，这时真空度不宜过高（通常余压5.3kPa）；反应后期，EG排出量减少，且物料粘度激增，故要求体系真空度高（余压小于6.6Pa）。第34页/共109页缩聚的催化剂及稳定剂目前，普遍使用的是Sb2O3，用量是DMT重量（酯交换法）的0.030.04，与在酯交换时加入的酯交换反应催化剂如Mn、Co、Zn的醋酸盐同时起催化缩聚作用。热稳定剂为亚磷酸三苯酯，用量为DMT重量的0.015

18、0.03。缩聚时间缩聚反应的时间与真空度、温度和催化剂有关，当这些因素不变时，主要取决于聚合物相对分子质量的大小。一般缩聚反应时间为46h。出料时间应尽可能缩短，以免釜内高聚物熔体受热时间过长而使相对分子质量下降。第35页/共109页连续法缩聚工艺 间歇法生产PET因熔体停留时间不一致，聚合度不均匀，再熔融后纺丝易发生热降解。而连续法可避免聚合物热降解，因为物料的性质和状态随反应进行的程度而连续变化，所以连续缩聚易获得高相对分子质量的PET，可用于生产轮胎帘子线及其它工业用纤维。图3-4 3-4 连续缩聚工艺流程图第36页/共109页工艺流程在实际生产中，连续法缩聚工艺流程因设备选型以及缩聚分

19、段方法和相互衔接方式等不同，差异很大，但各种连续缩聚流程都有其共同特点。可用位差或机械泵法输送物料酯交换率99%连续缩聚可以分为三个阶段：第一阶段除去酯交换多余EG；第二阶段物料在低真空、低粘度下缩聚；第三阶段在高真空、高粘度下缩聚。第37页/共109页初期缩聚阶段，由于物料粘度小可用釜式、塔式等设备。后缩聚必须独立出来以适应高粘度、高真空的要求。连续缩聚工艺EG的脱除预缩聚和（或）前缩聚后缩聚第38页/共109页三、聚对苯二甲酸乙二酯的结构与性能三、聚对苯二甲酸乙二酯的结构与性能分子结构 具有对称性芳环结构的线型大分子没有大的支链分子线型好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列分子链中的 基团

20、刚性较大纯净的PET熔点较高（约267）第39页/共109页由于分子内C-C链的内旋转，故分子存在两种空间构象。无定形PET为顺式构象：结晶时，即转变为反式构象：第40页/共109页PET分子链的结构具有高度的立体规整性，具有紧密敛集能力与结晶倾向；PET相邻分子的原子间距，均是正常的范德华距离，其单元晶格属三斜晶系，大分子几乎呈平面构型；PET的分子链节是通过酯基（）相互连接起来的，在高温和水分存在下，酯键易于发生水解，使聚合度降低，因此纺丝时必须对切片含水量严加控制。由于缩聚反应过程中的副反应，如热氧化裂解、热裂解和水解作用等都可以产生羧基，还可能存在醚键 ，以致破坏PET结构的规整性，减

21、弱分子间力，使熔点降低。第41页/共109页相对分子质量及其分布相对分子质量高聚物相对分子质量的大小直接影响其加工性能和纤维质量。PET的耐热、光、化学稳定等性质及纤维的强度均与相对分子质量有关，如PET相对分子质量小于1104时，就不能正常加工为高强力纤维。工业控制通常采用相对粘度和特性粘数作为衡量相对分子质量大小的尺度。特性粘数与相对分子质量的关系：第42页/共109页民用成纤PET切片的相对粘度 至少为1.301.36，相当于 0.550.65dL/g，或相当于 2200027000 1600020000相对分子质量分布PET相对分子质量分布对纤维结构的均匀性有很大影响。相对分子质量分布

22、宽会使纤维加工性能变坏，拉伸断头率急剧增加，并影响成品纤维的性能。第43页/共109页PET的相对分子质量分布常采用凝胶渗透色谱法（GPC）测定，可用相对分子质量分布指数来表征。式中的值越小，表示相对分子质量分布越窄。有资料表明，对于高速纺丝，PET的2.02时，其可纺性较好。流变性质熔点第44页/共109页纯PET的熔点267，工业PET熔点略低，一般在255264之间。熔点是PET切片的一项重要指标。如果切片熔点波动较大，则需对熔融纺丝温度作适当调整，但熔点对成形过程的影响不如特性粘数（相对分子质量）的影响大。熔体粘度熔体纺丝时，聚合物熔体在一定压力下被挤出喷丝孔，成为熔体细流并冷却成形。

23、熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。第45页/共109页影响熔体粘度的因素是温度、压力、聚合度和切变速率等。随着温度的升高，熔体粘度依指数函数关系降低。物理性质和化学性质纤维级PET的相对分子质量 1500022000熔融热/Jg-1130134玻璃化温度/导热系数/W（cmK）g-11.40710-3 无定形67折光指数2.480（2）晶 态 811.574（25）取向态结晶125体积膨胀系数1.610-4（-3060）熔点/2643.710-4（90190）熔体密度/gcm-31.220（270）体积电阻/cm-11.210191.117（295）第46页/共109页第三节第

24、三节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥一、切片干燥的目的和要求 除去切片中的水分 聚酯切片的含水率一般为0.4%，为防止纺丝时发生水解（另外少量的水还会生成气泡）、干燥后要求含水率在0.01%以下。提高切片的软化点和结晶度 干燥后的切片由于产生结晶，切片也变得坚硬，且熔程狭窄，熔体质量均匀，软化点得到提高，可以防止切片进入螺杆挤压机后会很快软化粘合，造成环结阻料。第47页/共109页二、切片干燥的工艺控制切片干燥过程实质上是一个同时进行的传热和传质过程，并伴随着高聚物结构（结晶）与性质（软化点等）的变化。温度温度高则干燥速度加快，干燥时间缩短，干燥后湿切片的平衡含水率降低。但温度太高，则切片易粘结

25、，大分子降解，色泽变黄。在180以上易引起固相缩聚反应，影响熔体均匀性。因此，通常预结晶温度控制在170以下，干燥温度控制在180以下。第48页/共109页时间干燥时间取决于采用的干燥方式和设备。对于同一设备，则干燥时间取决于干燥温度。在同一温度下，干燥时间延长则切片含水率下降，均匀性亦佳；但时间过长则PETPET降解严重，色泽变黄。风速风速提高则切片与气流相对速度大，干燥时间可缩短；但风速太大，则切片粉尘增多。风速选择还与干燥方式有关。可用20m/s以上的风速。而充填干燥的风速为810m/s。风速的选择也与所用设备尺寸、料柱高度、生产能力等有关。第49页/共109页风湿度热风含湿率越低，则干

26、燥速度越快，切片平衡水分越少。因此必须不断排除循环热风中的部分含湿空气，并不断补充经除湿的低露点空气。如BM型干燥机所补充的新鲜空气含湿量小于8g/kg。三、切片干燥设备PET切片干燥设备分为间歇式和连续式两大类。间歇式设备有真空转鼓干燥机；连续式设备有回转式、沸腾式和充填式等干燥机，也有用多种形式组合而成的联合干燥装置，如德国的KF、BM，吉玛和日本的钟纺、奈良等干燥装置。第50页/共109页间歇式干燥设备真空转鼓干燥机是应用已久的间歇式干燥设备，如图3-5。设备主要由转鼓、真空系统和加热系统所组成。图3-5 VC353真空干燥机示意图1-冷却桶 2-除尘桶 3-加热夹套 第51页/共109

27、页由于倾角的存在，转鼓运转时切片翻动良好，不需搅拌也能达到均匀干燥的目的。真空转鼓干燥机能较充分地排除水分，且在真空下可防止氧化降解和加速干燥速度。但这种干燥形式不适合连续生产，单机生产能力小，适合中、小型企业使用。采用真空转鼓干燥时，干燥温度一般选择在115150左右，真空转鼓干燥工作周期一般为812h，其中包括进出料1.52h，升温2.33.5h，保温34h，冷却1h。第52页/共109页连续式干燥设备 回转圆筒-充填干燥机回转圆筒-充填二级干燥是组合干燥的一种形式。此装置是与VD406涤纶短纤维纺丝机配套的切片干燥设备。前段是切片输送和回转圆筒干燥机，后段由切片输送系统和充填干燥机等部分

28、组成。其工艺流程如图3-6。图3-6 回转圆筒-充填组合干燥工艺流程图1-混合料仓 2-上部切片料斗 3-回转干燥机 4-下部切片料斗 5-旋风分离器 6-第三料斗 7-充填式干燥机 第53页/共109页第四节第四节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝 聚对苯二甲酸乙二酯采用熔体纺丝法纺丝。目前，PET纤维的熔体纺丝成形可分为切片纺丝和直接纺丝两类。PET纤维一般以纺丝速度的高低来划分纺丝技术路线的类型：常规纺丝：纺丝速度10001500m/min，其卷绕丝为未拉伸丝，通称UDY（undraw yarn）。中速纺丝：纺丝速度为15003000m/min。其卷绕丝具中等取向度，为中取向丝，通称第54页

29、/共109页MOY（medium orented yarn）。高速纺丝：纺丝速度为30006000m/min。纺丝速度为4000m/min以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预取向丝POY（pre-oriented yarn）。若在纺丝过程中引入拉伸作用，可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝，为全拉伸丝FDY（full draw yarn）。超高速纺丝：纺丝速度为60008000m/min。卷绕丝具有高取向和中等结晶结构，为全取向丝，通称FOY（fully oriented yarn）。第55页/共109页一、纺丝熔体的制备PET纤维熔融纺丝广泛采用螺杆挤出纺丝机进行纺丝。采用螺杆挤出机熔融高聚

30、物具有以下显著优点：由于螺杆不断旋转，推料前进，使传热面不断更新，大大提高了传热系数，使切片熔融过程强化，从而提高了劳动生产率。螺杆挤出机能将各种粘度较高的熔体强制输送。第56页/共109页 单螺杆挤出机结构简图 1-螺杆 2-套筒 3-弯头 4-铸铝加热圈 5-电热棒 6-冷却水管 7-进料管 8-密封部分 9-传动及变速机构 第57页/共109页螺杆旋转输送熔体，熔体被塑化搅拌均匀，在机内停留时间较短，一般为510min，大大减小了热分解的可能性。第58页/共109页物料在螺杆挤出机中的状态是连续变化的，不能机械的认为某种变化会截然局限于在某段发生。二、纺丝机的基本结构高聚物熔融装置：螺杆

31、挤出机。熔体输送、分配、纺丝及保温装置：包括弯管、熔体分配管、计量泵、纺丝头组件及纺丝箱体部件。第59页/共109页丝条冷却装置：包括纺丝窗及冷却套筒。丝条收集装置：卷绕机或受丝机构。上油装置：包括上油部件及油浴分配循环机构。为制取高质量的卷绕丝，纺丝机的各部分结构仍在不断改进。第60页/共109页纺丝头组件的基本结构包括两部分：喷丝板、熔体分配板和熔体过滤材料等零件；容纳和固定上述零件的组装套。纺丝头组件的要求：确保熔体过滤、分配和纺丝成形，高度密封、拆装方便和固定可靠。纺丝头组件的作用：熔体过滤；使熔体能充分混合；把熔体均匀地分配到喷丝板的每一小孔，形成熔体细流。第61页/共109页纺丝头

32、组件有常压和高压两种组装形式。三、纺丝过程中的主要工艺参数 熔融条件螺杆各区温度的选择与控制在预热段内，物料有一较大的升温梯度,但基本低于熔点，即基本保持固体状态。在预热段内切片不应过早熔化，但到压缩段时应达到熔融温度，因此预热段就必须保持一个合适的温度。第62页/共109页温度过高，切片在达到压缩段前就过早熔化，由于在螺槽等深的预热段无法压缩，无法往前推进，造成“环结”阻料。温度过低，切片在进入压缩段后还不能熔融，也必然造成切片在压缩段内阻塞。第63页/共109页螺杆其他各加热区的温度压缩段：切片在该区内要吸收熔融热并提高熔体温度，该区温度可高一些，根据生产实践经验，可按下式确定：t=tm+

33、(2733)加热温度的确定除需依据熔点tm 及螺杆的挤出量外，还应考虑切片的特性粘数与尺寸等因素。计量段：使切片进一步熔化，保持一定的熔体温度和粘度，并确保在稳定的压力下输送熔体。对熔点在255以上的PET切片，该区温度为285左右。切片特性粘数较大时，温度要相应提高。第64页/共109页熔体输送过程中温度的选择与控制法兰区：螺杆通过法兰与弯管相连，其温度可与计量段相等或略低一些。弯管则起输送熔体及保温作用，由于弯管较长，对PET降解影响较大。一般弯管区温度可接近或略低于纺丝熔体温度。第65页/共109页箱体是对熔体、纺丝泵及纺丝组件保温及输送并分配熔体至每个纺丝部位的部件，此区温度直接影响熔

34、体纺丝成型。适当提高箱体温度，有利于纺丝成型，并改善初生纤维的拉伸性能，但也不宜过高，以免特性粘数明显下降。通常箱体温度为285288，并依纺丝成型情况而定。喷丝条件 泵供量第66页/共109页泵供量的精确度和稳定性直接影响成丝的线密度及其均匀性。熔体计量泵的泵供量除与泵的转数有关外，还与熔体粘度、泵的进出口熔体压力有关。当螺杆与纺丝泵间的熔体压力达2MPa以上，泵供量与转速成直线关系，而在一定的转速下，泵供量为一恒定值，不随熔体压力而改变。喷丝头组件结构第67页/共109页喷丝头的组件结构是否合理以及喷丝板清洗和检查工作的优劣，均对纺丝成型过程及纤维质量有很大影响。为使纤维成型良好，就应使熔

35、体均匀稳定地分配到每一个喷丝孔中，这个任务由喷丝头组件内耐压板、分配板及粗滤网、滤砂来完成，且尽可能使组件内储存的空腔加大，保证喷丝头组件内熔体压力均匀，喷丝良好。丝条冷却固化条件第68页/共109页丝条冷却固化条件对纤维结构与性能有决定性的影响，为控制PET熔体细流的冷却速度及其均匀性，生产中普遍采用冷却吹风。冷却吹风可以加速熔体细流冷却速度，有利于提高纺丝速度；而且加强了丝条周围的空气的对流，使内外层丝条冷却均匀，为采用多孔喷丝板创造了条件；冷却吹风时初生纤维质量提高，拉伸性能好，又有利于提高设备的生产能力。冷却吹风工艺条件主要包括风温、风湿、风速（风量）等。第69页/共109页卷绕工艺条

36、件纺丝速度卷绕线速度通称为纺丝速度，纺丝速度越高，纺丝线上速度梯度也越大，且丝束与冷却空气的摩擦阻力提高，致使卷绕丝分子取向度高，双折射率增加，后拉伸倍数降低。第70页/共109页上油、给湿上油给湿的目的是为了增加丝束的集束性、抗静电和平滑性，以满足纺丝、拉伸和后加工的要求。高速纺丝对上油的均匀性要求高于常规纺丝。上油方式一般可采用由齿轮泵剂量的喷嘴上油，或油盘上油，以及喷嘴和油盘兼用等三种形式。纺丝油剂是由多种组分复配而成，其主要成分有润滑剂、抗静电剂、集束剂、乳化剂和调整剂等。此外对于高速纺的纺丝油剂还要求具有良好的热稳定性。第71页/共109页卷绕车间的温湿度为确保初生纤维吸湿均匀和卷绕

37、成型良好，卷绕车间的温湿度控制在一定范围内。一般生产厂卷绕车间温度冬天控制在20左右，夏天控制在2527；相对湿度控制在60%75%范围内。四、聚酯短纤维的纺丝工艺可分为切片纺丝和直接纺丝两类。切片纺丝工艺流程：PET切片干燥熔融纺丝后处理成品纤维。直接纺丝工艺流程：PET熔体纺丝后处理成品纤维。第72页/共109页聚酯短纤维的纺丝工艺工艺特点直接纺丝大型PET短纤维厂几乎全部采用连续聚合、直接纺丝工艺，大大提高了过程的连续化和自动化程度。纺丝设备大型化现代PET短纤维生产线的生产能力大多为日产2050t，最大规模为日产100t，甚至可达200t以上；纺丝采用大型喷丝板，其孔数达第73页/共1

38、09页500050000孔；纺丝线集束线密度达30000dtex以上；短纤维常规纺丝速度在15002000m/min之间，高速纺丝已实现工业化生产，纺丝直接制条技术也得到推广应用。品种多样化PET短纤维的品种繁多，除棉型、毛型、中长型、高强低伸型外，还有异形纤维、有色纤维、超细纤维、三维卷曲纤维等品种，使纺织原料多样化，产品高档化，以提高短纤维产品的附加值。普通涤纶短纤三维中空涤纶短纤增白涤纶短纤玩具填充物（含涤纶短纤）第74页/共109页常规纺丝工艺1-切片料桶 2-螺杆挤出机 3-螺杆挤出机和计量泵传动装置 4-纺丝箱体 5-吹风窗 6-甬道 7-上油轮 8-导丝器 9-绕丝辊 10-总上

39、油轮 1l-牵引辊 12-喂入轮 13-受丝桶 14-总绕丝辊 第75页/共109页纺丝温度螺杆各区温度：290300，纺丝箱体温度：285310。温度过高：热降解，熔体粘度下降，产生气泡丝；温度过低：熔体粘度增高，熔体输送困难，出现漏浆现象。纺丝温度过高或过低均会导致成形时产生异常丝。生产要求纺丝温度波动范围越小越好，一般不超过2。纺丝压力PET短纤维熔体纺丝压力为0.50.9MPa称为低压纺丝；15MPa以上为高压纺丝。第76页/共109页低压纺丝时需升高纺丝温度，以改善熔体的流变性能，但易引起热降解；高压纺丝时由于组件内滤层厚而密，熔体在高压下强制通过滤层会产生大的压力降，使熔体温度升高

40、。压力每升高10MPa，熔体温度约升高34。丝条冷却固化条件PET短纤维生产中，环形吹风的温度一般为30 2、风的湿度为7080 。第77页/共109页吹风速度对纤维成形的影响比风温和风湿更大。随着纺丝速度的提高或孔数增多，吹风速度应相应加大，生产上一般为0.30.4m/s。吹风速度的分布可为弧形或直形分布，均能达到良好的冷却效果。一般在喷丝板下10cm处开始吹风，其目的是使熔体细流在其上一段距离内保持静止状态，同时避免冷却气流影响喷丝板面的温度。纺丝速度PET短纤维纺丝速度为1000m/min时，后拉伸倍数约4倍；当纺丝速度增大到1700m/min时，后拉伸倍数只有3.5倍。第78页/共10

41、9页后拉伸倍数的选择一般根据纺织加工的需要来确定，而其可拉伸倍数则取决于纺丝速度。为保证卷绕丝具有良好的后加工性能，常规纺短纤维的纺丝速度控制不超过2000m/min。五、聚酯长丝的纺丝工艺聚酯长丝的发展概况PET长丝包括普通长丝（复丝）、工业用长丝、弹力丝、空气变形丝等品种。大有光涤纶长丝半消光涤纶长丝第79页/共109页工业化晚于短纤维，初期发展建设较短纤维慢。上世纪60年代后，得到了迅速发展，1 19601985年，长丝产量平均年递增314，而短纤维仅为178。80年代后期，PET长丝产量的增长又明显减慢。国外PET长丝的发展趋势是生产规模日益扩大，拉伸丝和变形丝同时发展，产品以高线密度

42、丝为主，单丝线密度日趋细化，用途日益广泛，遍及工业、装饰、衣着等领域。第80页/共109页聚酯长丝的生产工艺路线第81页/共109页聚酯长丝纺丝工艺特点对原材料的质量要求高含水率不大于8010-6 (纺短纤维时切片含水率为20010-6)。干切片中粉末和粘结粒子少；干燥过程中的粘度降小；干燥均匀性好。工艺控制要求严格长丝生产中，为了保证纺丝的连续性和均一性，工艺参数需严格控制。如熔体温度波动不超过1，侧吹风风速差异不大于0.1m/s，纺丝张力要求稳定等。高速度、大卷装第82页/共109页PET长丝的纺丝卷绕速度为10008000m/min。在不同卷绕速度下制得的卷绕丝具有不同的性能，目前长丝的

43、纺丝速度趋向高速化，工业生产中已经普遍采用5500m/min的纺速。随着纺丝速度的提高，长丝筒子的卷装重量越来越大，卷绕丝筒子的净重从34kg增至15kg。卷装重量增长后，对高速卷绕辊的材质、精度和运转性能要求大大提高。对筒子内外层质量的均一性、原丝的退卷、筒子的装箱运输等亦有较高的要求。第83页/共109页常规纺丝工艺1切片料仓 2切片干燥机 3螺杆挤出机 4箱体 5上油轮 6上导丝盘 7下导丝盘 8卷绕筒子 9摩擦辊10卷绕机 11纺丝甬道 12冷却吹风 第84页/共109页生产中主要控制的工艺参数：纺丝温度长丝纺丝可采用低温或高温进料的纺丝工艺。熔体纺丝温度一般控制在280290范围内，

44、视切片粘度和挤出量进行调节。螺杆挤出压力螺杆挤出压力用于克服熔体在管道和混合器等设备内的阻力，以保证计量泵有一定的入口压力。实际生产中螺杆挤出压力控制为6.57.5MPa，而纺丝组件的压力则控制在9.824.5MPa范围内。第85页/共109页冷却条件长丝纺丝一般采用侧吹风的冷却形式。冷却吹风温度一般控制在2030，常采用28。冷却风湿通常控制在70%左右。风速对卷绕丝的结构和性能有较大影响，吹风速度随丝条线密度增大而提高。常规纺丝的冷却风速采用0.30.5m/min。卷绕速度卷绕速度是影响卷绕丝预取向度的重要因素。卷绕速度越高，卷绕丝预取向度越高，后拉伸倍数越低。常规纺长丝的最佳纺丝速度为9

45、001200m/min。第86页/共109页上油量卷绕丝的上油量直接决定成品丝的含油量。油剂浓度越高，卷绕丝的上油量亦越高。上油量视丝的最终用途而定，机织用丝为0.60.7，针织用丝为0.70.9，加弹用丝为0.50.6。油轮转速1020r/min，油剂质量分数为1016。第87页/共109页第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工纤维后加工是指对纺丝成型的初生纤维（卷绕丝）进行加工，以改善纤维的结构，使其具有优良的使用性能。后加工包括拉伸、热定型、加捻、变形加工和成品包装等工序。纤维后加工有如下作用：纤维进行拉伸（或补充拉伸），使大分子取向，规整排列，提高纤维强度，降低伸长率。第88页

46、/共109页进行热处理，消除大分子在拉伸时产生的内应力，降低纤维的收缩率，提高纤维的结晶度。对纤维进行特殊加工，如将纤维卷曲或变形、加捻等，以提高纤维的摩擦系数、弹性、柔软性、蓬松性，或使纤维具有特殊的用途及纺织加工性能。一、聚酯短纤维的后加工 工艺流程视纤维品种不同，后加工流程和设备均有差异。目前国内生产的PET短纤维有普通型和高强低伸型，相应后加工也有两种流程。第89页/共109页PET短纤维后加工主要由集束、拉伸、定型、卷曲、上油、切断和打包等工序组成。典型的工艺流程示如图 3-15。图3-15 PET短纤维后加工工艺流程图 第90页/共109页工艺过程讨论 初生纤维的存放及集束 刚成形

47、的初生纤维其预取向度不均匀，需经存放平衡，使内应力减小或消除，预取向度降低，卷绕时的油剂扩散均匀，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91页/共109页拉伸 在短纤维生产中，拉伸工艺采用集束拉伸，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，拉伸方式分一级和二级拉伸，目前涤纶短纤维生产通常采用间歇集束两级拉伸工艺。其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、拉伸点的控制等。热定型第92页/共109页热定型的目的是消除纤维内应力

48、，提高纤维的尺寸稳定性，并且进一步改善其物理机械性能。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。卷曲第93页/共109页涤纶截面近似圆形，表面光滑，纤维间的抱合力较小，不易与其它纤维抱合在一起，必须进行卷曲，使其具有与天然纤维相似的卷曲性。工业上都用填塞箱型机械卷曲。涤纶短纤维的卷曲数要求为：棉型 57个/cm毛型 35个/cm为使卷曲稳定，卷曲加工应在玻璃化温度以

49、上进行。卷曲前丝束应先预热，在卷曲箱中直接通入蒸汽效果更好。影响卷曲的主要因素有丝片密度、丝片温度、丝片张力、填塞箱压力及热定型条件。第94页/共109页切断和打包棉型涤纶短纤维名义长度为38mm，毛型为90120mm，中长纤维为5176mm。也有根据用户要求切成不等长（如分布在51114mm范围）短纤维。根据切断方式，有经拉伸卷曲后的湿丝束先切断再干燥热定型以及湿丝束先干燥热定型再切断两种形式。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。打包是涤纶短纤维生产的最后一道工序，将短纤维打成一定规格和重量的包，以便运送出厂。成包后应标明批号、等级、重量、时间和生产厂等

50、。第95页/共109页PET短纤维后处理设备目前国内使用较广泛的PET短纤维后处理设备是LVD802短纤维后加工联合机，它具有高速度和可处理高线密度丝束的特点。设备包括七辊拉伸机并有紧张热定型装置。后加工过程中，在切断前以丝束形式输送，切断后则用机械输送或气流输送。国内一些大型化纤企业如天津石油化纤厂等引进日本东洋纺设备，工艺先进、自动化程度高，操作方便，产量大且产品质量好。第96页/共109页目前国产设备中最先进的要属LHV902型涤纶短纤维后处理联合机，它是引进日本东洋纺公司的图纸，根据我国具体情况进行转换设计的。这套联合机具有规模大、产量高、自动化程度高、操作方便、安全措施和劳动条件较好