高分子材料加工工艺学.pptx

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1、高分子材料加工工艺高分子材料加工工艺学学上篇上篇 化学纤维成型加工化学纤维成型加工第二章聚酯纤维第二章聚酯纤维杨彦功杨彦功第第1 1页页/共共241241页页2 2n n山东理工大学教案山东理工大学教案n n2011 2012 学年学年 第第 2 学期学期n nn n课课课课 程程程程 名名名名 称称称称 高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学AA（第二章）（第二章）（第二章）（第二章）n n授授授授 课课课课 对对对对 象象象象 材本材本材本材本0909级级级级n n主主主主 讲讲讲讲 教教教教 师师师师 杨彦功杨彦功杨彦功杨彦功n n教师所在院（部

2、）、系（室）教师所在院（部）、系（室）教师所在院（部）、系（室）教师所在院（部）、系（室）n n 材料科学与工程学院材化教研室材料科学与工程学院材化教研室材料科学与工程学院材化教研室材料科学与工程学院材化教研室n n选选选选 用用用用 教教教教 材材材材 高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学AAn n学学学学 时时时时 /学学学学 分分分分 4848学时学时学时学时/3/3学分学分学分学分n n山山 东东 理理 工工 大大 学学n n2012.2第第2 2页页/共共241241页页3 3山山东东理理工工大大学学教教案案材本第材本第材本第材本第 3-5

3、3-5次课次课次课次课 教学课型：理论课教学课型：理论课教学课型：理论课教学课型：理论课主要教学内容（注明：主要教学内容（注明：主要教学内容（注明：主要教学内容（注明：*重点重点重点重点#难点难点难点难点 ）第二章第二章第二章第二章本章共有本章共有本章共有本章共有7 7节内容，其中：节内容，其中：节内容，其中：节内容，其中：第第第第1 1节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清楚；第节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清楚；第节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清楚；第节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清楚；第2 2、3 3、4 4、5 5节是重点，节是重点，节是重点，节是重点，要很好掌握；要很好掌握；要很好

4、掌握；要很好掌握；第六节是聚酯纤维的性质与用途；第六节是聚酯纤维的性质与用途；第第第第7 7节是新产品简介，节是新产品简介，节是新产品简介，节是新产品简介，是扩展知识结构的内容，要适当了解。是扩展知识结构的内容，要适当了解。是扩展知识结构的内容，要适当了解。是扩展知识结构的内容，要适当了解。教学目的要求：学习本章内容主要学习聚酯纤维的生产方法，了解和掌教学目的要求：学习本章内容主要学习聚酯纤维的生产方法，了解和掌教学目的要求：学习本章内容主要学习聚酯纤维的生产方法，了解和掌教学目的要求：学习本章内容主要学习聚酯纤维的生产方法，了解和掌握握握握其生产工艺，纤维的结构性能应用、表征及新产品开发技术

5、。其生产工艺，纤维的结构性能应用、表征及新产品开发技术。其生产工艺，纤维的结构性能应用、表征及新产品开发技术。其生产工艺，纤维的结构性能应用、表征及新产品开发技术。教学方法和教学手段：采用多媒体教学，提问时和启发式教学教学方法和教学手段：采用多媒体教学，提问时和启发式教学教学方法和教学手段：采用多媒体教学，提问时和启发式教学教学方法和教学手段：采用多媒体教学，提问时和启发式教学讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：讨论、思考题、作业：1-1 1-1 参考参考参考参考P17P17图图图图1-21-2简述聚酯连续缩聚工艺流程。简述聚酯连续缩聚工艺流程。简述聚酯连续缩聚工艺流程

6、。简述聚酯连续缩聚工艺流程。1-2 1-2 简述简述简述简述PETPET切切切切片干燥的目的与机理。片干燥的目的与机理。片干燥的目的与机理。片干燥的目的与机理。1-3 POY/FDY/FOY1-3 POY/FDY/FOY的生产工艺与纤维性能的生产工艺与纤维性能的生产工艺与纤维性能的生产工艺与纤维性能有哪些差异？有哪些差异？有哪些差异？有哪些差异？1-4 1-4 简要说明热管纺丝两段拉伸工艺的自动补偿效应原简要说明热管纺丝两段拉伸工艺的自动补偿效应原简要说明热管纺丝两段拉伸工艺的自动补偿效应原简要说明热管纺丝两段拉伸工艺的自动补偿效应原理？理？理？理？1-5 1-5 什么是网络丝、拉伸加捻丝、假

7、捻变形丝、空气变形丝？什么是网络丝、拉伸加捻丝、假捻变形丝、空气变形丝？什么是网络丝、拉伸加捻丝、假捻变形丝、空气变形丝？什么是网络丝、拉伸加捻丝、假捻变形丝、空气变形丝？第第3 3页页/共共241241页页4 4上篇化学纤维成型加工第二章聚酯纤维n n内容提要：内容提要：n n本章共有本章共有7节内容，其中：节内容，其中：n n第第1节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清节聚对苯二甲酸乙二酯的制备要了解清楚楚n n第第2、3、4、5节是重点，要很好掌握；节是重点，要很好掌握；n n第六节是聚酯纤维的性质与用途。第六节是聚酯纤维的性质与用途。n n第第7节是新产品简介，是扩展知识结构的内节是新产品

8、简介，是扩展知识结构的内容，要适当了解。容，要适当了解。第第4 4页页/共共241241页页5 5引言：1.什么是聚酯纤维？聚酯纤维是通过酯基相连的成纤高聚物纺制而成的合成纤维、英文缩写为PET。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大于85%的合成纤维称为涤纶。1941年whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET)，并将聚合物通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂生产聚酯纤维。第第5 5页页/共共241241页页6 6近年又研制开发出多种有不同特性的实用性聚酯纤维。如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)纤维，聚

9、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等。目前所谓“聚酯纤维”通常指PET纤维。第第6 6页页/共共241241页页7 72.聚酯纤维问世虽晚，但由于具有一系列优良性能，聚酯纤维问世虽晚，但由于具有一系列优良性能，如断裂强度和弹性模高，回弹性适中，热定型性如断裂强度和弹性模高，回弹性适中，热定型性优异，耐热和耐光性好，织物具有洗可穿性等，优异，耐热和耐光性好，织物具有洗可穿性等，故有广泛的服用和产业用途；故有广泛的服用和产业用途；n聚酯纤维是发展速度最快，产两最大的合成纤聚酯纤维是发展速度最快，产两最大的合成纤维品种。维品种。2011 年世界纤维产量为年世界纤维

10、产量为6 510 万万t,2011年全球化纤产量达到年全球化纤产量达到4866万吨。其中中万吨。其中中国大陆的产量达到国大陆的产量达到3362.36万吨其中，占世界总万吨其中，占世界总量的量的69%。n我国合成纤维产量我国合成纤维产量3096.36万吨，其中我国涤纶万吨，其中我国涤纶产量达到产量达到2800万吨，占合成纤维总量的万吨，占合成纤维总量的90%。锦纶锦纶159万吨，占万吨，占5.1%，腈纶腈纶69.9669.96万吨，万吨，万吨，万吨，占占占占2.26%2.26%，其它占，其它占，其它占，其它占2.64%2.64%。第第7 7页页/共共241241页页8 8第一节聚酯纤维原料n n

11、一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备聚对苯二甲酸乙二酯的制备包括对苯二甲酸(TPA)及乙二醇的制备，对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)的制备和聚对苯二甲酸乙二酯的制备。在工业生产中是以对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)为原料，经缩聚反应脱出乙二醇(EG)来实现的，缩聚反应式如下：第第8 8页页/共共241241页页9 9所以，要制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，首先要制得对苯二甲酸双羟乙酯(BHET),目前，BHET的生产方法有酯交换法间接法)、直接酯化法和直接加成法(直接法)。第第9 9页页/共共241241页页1010（一）、对苯二甲酸双羟乙酯（BHET)的制备1.酯交换法原理：此法是先将TPA与甲醇反应

12、，生成粗对苯二甲酸二甲酯(粗DMT)，经精制提纯后，再与EG进行酯交换反应，得纯度较高的BHET。第第1010页页/共共241241页页1111对苯二甲酸二甲酯的精制：DMT的精制通常采用蒸馏法，经过精制，DMT的纯度可由94提高到99以上。第第1111页页/共共241241页页1212用对苯二甲酸二甲酯制备对苯二甲酸双羟乙酯在催化剂(醋酸盐)存在下，EG与DMT中的甲氧基(OCH3)交换，生成BHET，被取代的甲氧基与EG中的氢结合，生成甲酯，其反应式如下：第第1212页页/共共241241页页1313(1)间歇法酯交换间歇法配交换和间歇缩聚的工艺流程比较简单，主机只有一台酯交换釜和一台缩聚

13、釜(见图10)。酯交换釜是一圆柱形反应釜，内装有锚式搅拌叶，釜外壁有联苯加热夹套，釜顶盖有加料孔、防爆装置和甲醇(或乙二醇)蒸气出口。第第1313页页/共共241241页页1414返回第第1414页页/共共241241页页1515(2)连续法酯交换(P14)v连续酯交换是物料在连续流动和搅拌过程中完成酯交换反应。连续酯交换装置有多种形式，如多个带搅拌的立式或卧式反应釜串联式和多层泡罩塔式等。v连续酯交换工艺，除了要控制好酯交换率外，还要严格控制反应物料配比、反应温度和反应时间。物料配料比通常为DMT：EG1：215(mol比)左右。第第1515页页/共共241241页页16162.直接酯化法所

14、谓直接酯化，就是TPA与EG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(425C)高于其升华温度(300C)，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溶液中的TPA和EG之间：第第1616页页/共共241241页页1717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，故酯化反应的速度与TPA浓度无关，平衡向生成DHET方向进行，此时酯化反应为零级反应；平衡常数以官能团反应表示

15、：第第1717页页/共共241241页页1818直接酯化亦有间歇法相连续法两种方法。目前工业生产多用连续法。图11表示连续直接酯化的流程。连续直接酯化控制的工艺参数如下；(1)反应温度和压力：为加快反应速度，通常适当提高温度。各釜物料温度顺次为264、266相270。通常依次控制釜压为0.35MPa、0.27MPa和0.12MPa。(2)配料比：EG与TPA完全酯化反应的理论配比为EG：TPA2：1(mol比)。第第1818页页/共共241241页页1919返回第第1919页页/共共241241页页2020（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产在一定条件下，BHET分子彼此间多次缩合，不断释出EG而生

16、成聚对苯二甲酸乙二酯(PET）其反应式如下：第第2020页页/共共241241页页21211.缩聚反应平衡BHET的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应，按下述步骤进行：第第2121页页/共共241241页页2222第第2222页页/共共241241页页23232.缩聚过程的副反应缩聚反应是在较高温度(260一380)下进行的，在此温度下，同时发生多种副反应。（1）大分子链端基裂解生成乙醛。(2)生成环状低聚物：由于分子链上酯键裂解，并与端羧基作用，生成环状低聚物。如在酯键处裂解与端羧基作用而形成环状二聚物。(3)酯键裂解并产生酯交换作用。(4)生成乙二醇醚：高温下2个或2个以上EG分子缩合，成为乙二

17、醇的低聚物。第第2323页页/共共241241页页24243.间歇法缩聚流程及工艺间歇法缩聚流程及工艺（见图1-0）间歇法缩聚通常与间歇法酯交换流程配合。间歇酯交换结束生成的BHET，加入缩聚催化剂和热稳定剂，并经高温(230一240C)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。缩聚釜是主体为圆柱形、底部为圆锥形的密闭不锈钢反应器，内有锚式搅拌叶，外有气相加热夹套。第第2424页页/共共241241页页25254.连续法缩聚流程及工艺连续法缩聚流程及工艺(1)连续法缩聚流程连续法缩聚流程（见图（见图1-2）连续法缩聚工艺流程因设备选型以及与上工序连续法缩聚工艺流程因设

18、备选型以及与上工序生产生产BHET相互衔接方式等不同，差异很大，相互衔接方式等不同，差异很大，但各种连续法缩聚流程都有其共同的特点但各种连续法缩聚流程都有其共同的特点:物料在连续进科和出料的流动过程中完成缩物料在连续进科和出料的流动过程中完成缩聚反应。聚反应。随着缩聚反应进行，物料的性质和状态发生随着缩聚反应进行，物料的性质和状态发生连续变化，需分段进行工艺控制，采用多个反连续变化，需分段进行工艺控制，采用多个反应器串联设备应器串联设备第第2525页页/共共241241页页2626第第2626页页/共共241241页页2727(2)连续缩聚工艺控制连续缩聚需要控制反应温度、系统的真空度、反应时

19、间、催化剂用量以及料层厚度或搅拌状态等。连续缩聚的工艺通常是根据物料性质和状态分三段控制。EG的脱除。由酯交换或直接酯化工段来的BHET中含有过量的EG，在脱EG塔(或釜)内BHET生成低聚物时也要释出的大量EG，须蒸发除去。反应温度亦不宜过高，通常控制在235250。第第2727页页/共共241241页页2828预缩聚和(或)前缩聚。此为缩聚反应进行的主要阶段，EG逸出量比前阶段相应减少，物料的表现粘度增大，EG不易逸出。因此，需要升高温度，加强物料翻动或形成薄的料层，以促使EG蒸发加速缩聚反应。后缩聚。此为最终完成缩聚反应的阶段，此时物料粘度高，EG气泡难以形成和排除，故要求真空度很高。通

20、常控制温度275285C，余压300一300Pa，物料平均停留155h。第第2828页页/共共241241页页2929二二 聚对苯二甲酸乙二酯的聚对苯二甲酸乙二酯的 结构和性质结构和性质第第2929页页/共共241241页页3030第第3030页页/共共241241页页3131第第3131页页/共共241241页页3232（二）、分子量及其分布（二）、分子量及其分布1.分子量分子量纤维用纤维用PET树脂的分子量通常为树脂的分子量通常为15000一一22000。PET的分子量直接影响其纺丝性能及的分子量直接影响其纺丝性能及纤维的物理纤维的物理机械性能。分子量低，则熔体粘机械性能。分子量低，则熔体

21、粘度下降，纺丝易断头，纤维亦经不起较高倍率度下降，纺丝易断头，纤维亦经不起较高倍率的拉伸，所得成品强力下降，延伸度上升，耐的拉伸，所得成品强力下降，延伸度上升，耐热性、耐光性、耐化学稳定性差。实践证明，热性、耐光性、耐化学稳定性差。实践证明，当分子量小于当分子量小于8000一一10000时，几乎不具可纺时，几乎不具可纺性。性。第第3232页页/共共241241页页3333n n2.分子量分布n n高分的分子量仅是一个统计平均数，因此对于每一种PET切片，都存在分子量分布问题，分子量分布对PET纺丝加工性能及成品纤维的结构、性能影响极大。第第3333页页/共共241241页页3434实践证明，分

22、布宽的PET，纺丝时易产生断头、毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均一，无明显裂纹。PET的分子量分布，经常采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定，可用分子量分布指数。来表征：式中和分别为PET的重均分子量和数均分子量。式中的值越小表示分子量分布越窄。对于高速纺丝，PET的202时，其可纺性较好。第第3434页页/共共241241页页3535（三）、流变性质（三）、流变性质1.熔点纯PET的熔点267C，工业PET熔点略低，一般在255264之间。熔点是聚酯切片的一项重要指标。熔点波动较大，纺丝温度亦需作适当调整，但熔点对成形过程的影响不如特性粘数(分子量)的影响大。2熔体粘度熔体

23、粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成形密切相关。（1）熔体粘度与切变速率有关。定特性粘数的PET在不同温度下，熔体粘度与切变速率的关系曲线见图13。第第3535页页/共共241241页页3636第第3636页页/共共241241页页3737（2）熔体粘度与分子量有关。分子量低于20000的PET树脂，其熔体粘度与温度间呈明显的线性函数关系，而分子量超过20000时，则呈非线性关系。（3）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。表1列出了不同特性粘数(分子量)的PET在不同温度下的熔体粘度。第第3737页页/共共241241页页3838从表从表

24、1可知，随着可知，随着PET分子量的增大，在相同分子量的增大，在相同温度下的熔体粘度增大；而在不同温度下，温度下的熔体粘度增大；而在不同温度下，熔体温度每增减熔体温度每增减10，约相当，约相当PET特性粘数特性粘数增减增减0.05dLg，这对生产控制颇有现实意，这对生产控制颇有现实意义。在纺丝成形时，可用调整熔体温度的义。在纺丝成形时，可用调整熔体温度的办法，使熔体粘度保持恒定。办法，使熔体粘度保持恒定。由于熔体粘度依赖于分子间的作用力，而由于熔体粘度依赖于分子间的作用力，而作用力又与分子间距有关。所以当熔体承作用力又与分子间距有关。所以当熔体承受较大的压力而使分子间距减小时，其粘受较大的压力

25、而使分子间距减小时，其粘度有所增大。度有所增大。第第3838页页/共共241241页页3939第第3939页页/共共241241页页4040（四）、物理性质和化学性质PET是高分子化合物，其物理性质通常依赖于其分子量和分子量分布亦依赖于大分子的聚集状态及聚集体中的杂质含量。除上述PET的熔点及熔体粘度外纤维级(分子量15000一22000)PET还具有以下物理性质。第第4040页页/共共241241页页4141第第4141页页/共共241241页页4242第第4242页页/共共241241页页4343三、聚酯切片的质量指标三、聚酯切片的质量指标PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影

26、响。切片的分子量及其分布、熔点、灰分、DEG含量、羧基及扮尘含量等将直接影响PET熔体的流变性均匀性和细流强度。对PET切片质量的要求，持别是高速纺长丝，要求切片的杂质含量少，熔体均匀性高。表12为PET切片的主要质量指标。第第4343页页/共共241241页页4444第第4444页页/共共241241页页4545第二节聚酯切片的干燥一、切片干燥的目的1除去水分湿切片中含水率为0.4一0.5，干燥后下降至0.01(常规纺)或0.003%0.005(高速纺)。切片中水分的不良影响有：在纺丝温度下，水的存在使PET大分子的酯键水解，聚合度下降。纺丝发生困难，成品丝质量降低。少量水分汽化留于熔体中，

27、往往造成纺丝断头，使生产难以正常进行、并使成品纤维质量下降。第第4545页页/共共241241页页46462提高切片含水的均匀性提高切片含水的均匀性通过在相同条件通过在相同条件下的干燥过程，使切片中微量的水分更为下的干燥过程，使切片中微量的水分更为均匀，以保证纤维质量均匀。均匀，以保证纤维质量均匀。3提高结晶度及软化点提高结晶度及软化点PET切片是在水中切片是在水中急冷制得的，基本为无定形结构，急冷制得的，基本为无定形结构，70一一80便开始变软和粘连。便开始变软和粘连。干燥初期，切片受热结晶，结晶度提高至干燥初期，切片受热结晶，结晶度提高至25一一30，切片变得坚硬，软化点提高至，切片变得坚

28、硬，软化点提高至210以上，熔体质量均匀，不易发生环结以上，熔体质量均匀，不易发生环结阻料。干燥初期升高温度使切片结晶度提阻料。干燥初期升高温度使切片结晶度提高的过程称为预结晶。高的过程称为预结晶。第第4646页页/共共241241页页4747二、切片干燥机理二、切片干燥机理1切片的含水率切片的含水率PET大分子缺少亲水性基因，吸湿能力差，大分子缺少亲水性基因，吸湿能力差，通常湿切片含水率通常湿切片含水率0.5，并分为两部分：，并分为两部分：一是沾附在物料的表面的非结合水；另一一是沾附在物料的表面的非结合水；另一是与是与PET大分子上极少量的端羰基及碳基等大分子上极少量的端羰基及碳基等以氢键结

29、合的结合水，其在切片表面上的以氢键结合的结合水，其在切片表面上的平衡蒸汽压小于同温度下的饱和蒸汽压。平衡蒸汽压小于同温度下的饱和蒸汽压。在干燥过程中，结合水则较难除去。在干燥过程中，结合水则较难除去。第第4747页页/共共241241页页48482.2.切片的干燥曲线切片的干燥曲线切片干燥包含两个基本过程：加热介切片干燥包含两个基本过程：加热介质给切片传热，使水分从切片表面蒸质给切片传热，使水分从切片表面蒸发；水分从切片内部迁移至切片表面，发；水分从切片内部迁移至切片表面，再进入干操介质中。这两个过程同时再进入干操介质中。这两个过程同时进行。因此切片干保实质是一个同时进行。因此切片干保实质是一

30、个同时进行的传质和传热过程。进行的传质和传热过程。切片在不同温度热风中经不同时间切片在不同温度热风中经不同时间干燥后的含水率，可得一组干燥曲线干燥后的含水率，可得一组干燥曲线(见图见图15)。第第4848页页/共共241241页页49493切片干燥过程的结晶切片干燥过程的结晶图16为切片在不同温度下达到50结晶所需的时间(半结晶化时间)。聚酯在170一190时结晶速率最高。在190时。半结晶化时间约为1min。但超过190，结晶速率反而随温度升高而下降。这是由于高温下晶核生成太少之故。第第4949页页/共共241241页页5050三、干燥过程伴随的化学反应在干燥过程中，PET在高温作用下伴随着

31、部分化学反应，如热裂解、热氧化降解、热水解等反应。例如切片中存在水分，在较高温度下干燥时，PET发生水解反应：第第5050页页/共共241241页页5151第第5151页页/共共241241页页5252四、切片干燥的工艺控制1温度温度温度高刚干燥速度加快，干燥温度高刚干燥速度加快，干燥时间缩短，干燥后湿切片的平衡含水率时间缩短，干燥后湿切片的平衡含水率降低。降低。但温度太高，则切片易粘结。大但温度太高，则切片易粘结。大分子降解色泽变黄。因此，通常预结分子降解色泽变黄。因此，通常预结晶温度控制晶温度控制170以下，干燥温度控制以下，干燥温度控制在在180以下以下。2.时间时间干燥时间取决于采用的

32、干燥方式干燥时间取决于采用的干燥方式和设备。干燥时间延长切片含水率下降，和设备。干燥时间延长切片含水率下降，均匀性提高但时间过长均匀性提高但时间过长PET降解严重降解严重.第第5252页页/共共241241页页53533.风速风速风速提高则切片与气流相对速度大，风速提高则切片与气流相对速度大，干燥时间可缩短；但风速人大则切片粉干燥时间可缩短；但风速人大则切片粉尘增多。通常风速为尘增多。通常风速为810ms。4风湿度风湿度热风含湿率越低，则干燥速度越热风含湿率越低，则干燥速度越快，切片平衡水分越低。因此必须不断排快，切片平衡水分越低。因此必须不断排除循环热风中的部分含湿空气，并不断补除循环热风中

33、的部分含湿空气，并不断补充经除湿的低露点空气。如充经除湿的低露点空气。如BM式干燥机所式干燥机所补充新鲜空气含湿量小于补充新鲜空气含湿量小于8g/kg。第第5353页页/共共241241页页5454五、切片干燥设备聚酯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亦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(zimmer)和日本的钟纺、条良等干燥装置。第第5454页页/共共241241页页5555(一）间歇式干燥设备（补）（补）1.真空转鼓干燥机真空转鼓干燥机第第5555页页/共共241241页页5656设备主体是

34、一带蒸汽夹套的倾斜旋转圆鼓设备主体是一带蒸汽夹套的倾斜旋转圆鼓(结结构见图构见图7)。切片在鼓内被翻动加热，水分蒸。切片在鼓内被翻动加热，水分蒸发并借助真空系统将水汽抽出。发并借助真空系统将水汽抽出。该设备的优点是：该设备的优点是：结构简单，流程短，干结构简单，流程短，干燥质量高切片摔性粘度下降少。能耗低；燥质量高切片摔性粘度下降少。能耗低；更换切片方便，出料灵活；更换切片方便，出料灵活；操作环境操作环境好，噪声低。其缺点是；好，噪声低。其缺点是；切片干燥周期切片干燥周期长，单机产量低；长，单机产量低；切片干燥后产生的粉切片干燥后产生的粉尘较多；尘较多；各批切片干燥质量有差异。各批切片干燥质量

35、有差异。第第5656页页/共共241241页页5757（补）（补）2回转圆筒回转圆筒充填干燥机充填干燥机此装置是与此装置是与vD406涤纶短纤维纺丝配套的切片干操设备。前段是切片输涤纶短纤维纺丝配套的切片干操设备。前段是切片输送、回转干操机，后段由切片输送系统和充填干燥机送、回转干操机，后段由切片输送系统和充填干燥机等部分组成。其工艺流程如图等部分组成。其工艺流程如图8所示。所示。第第5757页页/共共241241页页5858（二）连续式干燥设备3BM式预结晶式预结晶干燥装置干燥装置该设该设备采用沸腾式预备采用沸腾式预结晶器结晶器(有连续式有连续式和间歇式两种和间歇式两种)和和连续式充填干燥连

36、续式充填干燥器组合装置，并器组合装置，并附有氮化理空气附有氮化理空气除湿器和余热回除湿器和余热回收装置，其流程收装置，其流程如图如图17所示。所示。第第5858页页/共共241241页页5959间歇式预结晶器采用旋涡式设备，其主体为一间歇式预结晶器采用旋涡式设备，其主体为一锥形圆简体锥形圆简体(图图9)。170热风从简底送入，切片热风从简底送入，切片因放风吹动而呈沸腾状，由于切片受热面积大，因放风吹动而呈沸腾状，由于切片受热面积大，传热效果好，气流温度高，故预结晶速度快，仅传热效果好，气流温度高，故预结晶速度快，仅10Min左右即可完成。左右即可完成。另一形式为卧式沸腾床另一形式为卧式沸腾床B

37、M连续须结晶装置连续须结晶装置(图图10)。该机有一微倾斜的多孔板，切片经星形闭。该机有一微倾斜的多孔板，切片经星形闭落于多孔板面，落于多孔板面，130140C的热风从下而上通的热风从下而上通过板孔吹送，使切片呈沸腾状态被加热和结晶。过板孔吹送，使切片呈沸腾状态被加热和结晶。切片停留时间可由多孔板倾斜度控制，一般为切片停留时间可由多孔板倾斜度控制，一般为15min。第第5959页页/共共241241页页6060第第6060页页/共共241241页页6161BM干燥装置采用气缝式充填干燥第第6161页页/共共241241页页6262n它是由若干节(一般四节)长方体叠合而成，每节干燥仓由若干组纵向

38、交错排列着的三棱形风管组成。切片自亡而下在风管间慢慢落下，图18所示为其中第节干燥仓。右风道为进凤道，左风道为出风道。中间有六组风管。其中1、3、5与有风道相通(左端密封)，称为进风管，2、4、6与左风道相通(右端密封)，称为出风管。第第6262页页/共共241241页页6363BM切片干燥装置的优点是：n预结晶温度高预结晶温度高(切片切片140一一150)，速度，速度快快(10一一15mm)，切片表层坚硬：，切片表层坚硬：气缝式气缝式充填干燥器设计合理，切片下燥均匀，可充填干燥器设计合理，切片下燥均匀，可用中低压热风；用中低压热风；热气流循环使用，热回热气流循环使用，热回收率较高。收率较高。

39、n缺点是热风中粉尘较多、易在加热器上结缺点是热风中粉尘较多、易在加热器上结焦，增加能耗。焦，增加能耗。第第6363页页/共共241241页页64642.KF公司预结晶干燥装置该装置主设备为竖井式充填塔，分为上下两段，上段为带立式搅拌的预结晶器，下段为干燥器，上下段间有一料管相连接。其干燥系统流程如图1-9所示。第第6464页页/共共241241页页6565切片在机内停留切片在机内停留23h，产量，产量240440kgh.预结晶温度预结晶温度140，干燥温度，干燥温度160搅拌转速搅拌转速12rmin、干空气露点、干空气露点-20一一-27，干切片，干切片含水率含水率0.003一一0.005。K

40、F装置的优点是：装置的优点是：设备紧凑、简单、流程短、设备紧凑、简单、流程短、占地面积小，单台设备产量大，生产费用低占地面积小，单台设备产量大，生产费用低采用脉冲输送切片，粉尘少：采用脉冲输送切片，粉尘少：热风系统为一热风系统为一次通过，可以防止粉尘影响传热效果，热风经次通过，可以防止粉尘影响传热效果，热风经过干燥切片、预结晶切片和余热回收后才排入过干燥切片、预结晶切片和余热回收后才排入大气，因此能耗较低。大气，因此能耗较低。该装置的缺点是开车时操作较烦，更换切片品该装置的缺点是开车时操作较烦，更换切片品种不方便；切片干燥的均匀性相对较差。种不方便；切片干燥的均匀性相对较差。第第6565页页/

41、共共241241页页66663.吉玛(zimmer)公司预结晶干燥装置该装置采用卧式连续沸腾床预结晶机和充填干燥机组合(图110)。结晶机内有一块装于振动弹簧上的卧式不锈钢多孔板，板面具一定倾斜度，170热气流自下部通过多孔板向上吹，使切片翻动，呈拂膀状，防止粘结。第第6666页页/共共241241页页6767该装置的优点是：预结晶温度较高，结晶速度快，产量商。在干燥器的中上部和下部两处进热风，温度分布较均匀，干切片含水率达0.003以下。缺点是流程较繁琐，仪表控制线路较多；充填干燥塔体积较大，设备占地面积大，要求厂房较高；振动结晶器结构复杂维修量大；能耗和操作费用高。第第6767页页/共共2

42、41241页页6868第三节第三节聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝n n一、概述一、概述聚对苯二甲酸乙二酯(PET)属于结晶性高聚物，其熔点Tm低于热分解温度Td，因此常采用熔体纺丝法。熔体纺丝的基本过程包括熔体的制备，熔体自喷丝孔挤出，始体细流的拉长变细同时冷却固化，以及纺出丝条的上油和卷绕。现代聚酯纤维纺丝加工的技术路线见图13。第第6868页页/共共241241页页6969第第6969页页/共共241241页页7070聚酯纤维般以纺丝速度的高低来划分纺丝技术路线的类型如常规纺丝技术、高速纺丝技术和超高速纺丝技术等。(1)常规纺丝；纺丝速度10001500mmin其卷绕丝为未取向丝，通称UDY

43、(undrawyarn)。(2)中速纺丝：纺丝速度1500一3000mmin，其卷绕丝具中等取向度为中取向丝通称MOY(mediumorientedYarn)。第第7070页页/共共241241页页7171(3)高速纺丝：纺丝速度3000一6000mmin纺丝速度4000mmin以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预向丝通称POY(Preorientedyarn)。若在纺丝过程中引入拉伸作用则当卷绕速度达到5000m/min以上时，可获得具有高取向度和高结晶度的卷绕丝，为全拉伸丝，通称FDY(fullydrawyarn)。(4)超高速纺丝；纺丝速度为6000一8000mmin,卷绕丝具有高取向和结

44、晶结构,为全取向丝,通称FOY(fullyorientedyarn)第第7171页页/共共241241页页7272二、纺丝熔体的制备由缩聚釜或用连续缩聚制得的聚酯熔体可直接用于纺丝，也可经铸带、切粒后再熔融以制备纺丝熔体。在聚酯纤维生产中，广泛应用螺杆挤出纺丝机进行纺丝。用于熔纺合成纤维生产的主要是单螺杆挤出机，其结构见图1-11。第第7272页页/共共241241页页7373第第7373页页/共共241241页页7474根据螺汗中物料前移的变化和螺杆各段所起的作用，通常把螺杆的工作部分分为三段，即进料段、压缩段和计量(均化)段。固体切片从料筒进入螺杆后，首先在进料段被输送和预热，继之经压缩段

45、压实、排气并逐渐熔化，然后在计量段内进一步混合塑化并达到一定温度，以一定压力定量输送至计量泵进行纺丝。切片在螺杆挤出机中经历着温度、压力、粘度、物理结构与化学结构等系列复杂的变化。第第7474页页/共共241241页页7575在整个挤出过程中，螺杆完成以下三个操作：切片的供给、切片的熔融和熔体的计量挤出同时使物料起到混匀和塑化作用。按物料在挤出机中的状态、可将螺杆挤出帆分成三个区域：固体区、熔化区和熔体区。在固体区和熔体区物料是单相的，在熔化区是两相并存。这和螺杆的几何分段：进料段、压缩段和计量段在一定程度上相一致。第第7575页页/共共241241页页7676(二)螺杆挤出机的结构特征与技术

46、要求螺杆挤出机的特征集中反映于螺杆的结构。螺杆的结构持征主要有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与套筒的间隙等.n1螺杆直径通常指螺杆的外径。从流量计算公式可知它对挤出机有决定性的影响，顺流流量与直径的平方(D2)成正比。直径加大，产量上升，目前设计提高产量的挤出机都采用放大直径的方法。第第7676页页/共共241241页页77772长径比与螺杆分段所谓长径比是指螺杆工作长度(不包括鱼雷头及附件)与外径之比。螺杆的加热面积和物料停留时间都与螺杆长度成正比。长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和减少逆流以及涡流损失。因此，螺杆挤出机的长径比有不断增大的趋势目前一般采用LD

47、20一27的螺杆，也有L/D2833的。3.压缩比螺杆的压缩作用以压缩比i表示。压缩比一般为25一3.5，熔体纺丝用螺杆常用33.5.第第7777页页/共共241241页页7878第第7878页页/共共241241页页79796螺杆头部形状熔体从螺杆挤出进入弯管时，流动形式由旋转运动变成直线运动。为了避免在螺杆顶端部分形成死角、加强物料的混合，一般将螺杆头部加工成锥形、回头形或鱼雷头形状。鱼雷头全长L25D.7套筒套筒实质上相当于一个压力容器和加热室，套筒要考虑其材质、结构、强度，还应考虑热传导和热容量，工作时的熔体压力、螺杆转动时的磨损及熔体的化学腐蚀作用等。8材质与技术要求螺杆的材质要求较

48、高，必须强度高、耐磨、耐腐蚀、热变形小才能满足工艺要求。第第7979页页/共共241241页页8080三、纺丝机的基本结构纺丝机的种类及型号虽多种多样，但其基本结纺丝机的种类及型号虽多种多样，但其基本结构类似，均包括以下一些构成部分：构类似，均包括以下一些构成部分：1）高聚物熔融装置；螺杆挤出机，）高聚物熔融装置；螺杆挤出机，2）熔体输送、分配、纺丝及保温装置：包括）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、纺丝头组件及纺弯管，熔体分配管、计量泵、纺丝头组件及纺丝箱体部件；丝箱体部件；3）丝条冷却装置：包括纺丝窗及冷却套筒；）丝条冷却装置：包括纺丝窗及冷却套筒；4）丝条收集

49、装里：卷统机或受丝机构。）丝条收集装里：卷统机或受丝机构。5）上油装置。包括上油部件和油浴分配循环）上油装置。包括上油部件和油浴分配循环第第8080页页/共共241241页页8181第第8181页页/共共241241页页8282(一一)纺丝箱体及纺丝头组件纺丝箱体及纺丝头组件螺杆挤出纺丝机上的一根螺杆往往供给多个纺螺杆挤出纺丝机上的一根螺杆往往供给多个纺丝部位。熔体自螺杆挤出后，经熔体管路分配丝部位。熔体自螺杆挤出后，经熔体管路分配至各纺丝位的计量泵和纺丝头组件。至各纺丝位的计量泵和纺丝头组件。为进行熔为进行熔体保温和温度控制，一般都采用体保温和温度控制，一般都采用46位位(即即根螺杆所供给的

50、位数根螺杆所供给的位数)合用一个纺丝箱体。合用一个纺丝箱体。箱箱体内装有至各部位的熔体分配管，计量泵与纺体内装有至各部位的熔体分配管，计量泵与纺丝头组件安置的保温座以及电热棒等。通过加丝头组件安置的保温座以及电热棒等。通过加热联苯热联苯联苯醚混合载热体气液两相保温，箱联苯醚混合载热体气液两相保温，箱外包覆绝热材料。见图外包覆绝热材料。见图112。第第8282页页/共共241241页页8383第第8383页页/共共241241页页8484熔体分配管有两种形式：一种为分支式，以六位纺丝箱为例，熔体总管至纺丝箱后，先经一个四通管件分成三个熔体支管，各支管再各用三通管件分至六个纺丝位。另一种为辐射式，