高分子材料加工工藝學(xué)-聚酯纖維

1、高分子材料加工工藝學(xué)第二章 聚酯纖維第二章聚酯纖維內(nèi)容提要：本章共有7節(jié)內(nèi)容，其中：第1節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備要了解清楚第2、3、4、5節(jié)是重點(diǎn)，要很好掌握；第六節(jié)是聚酯纖維的性質(zhì)與用途。第7節(jié)是新產(chǎn)品簡(jiǎn)介，是擴(kuò)展知識(shí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，要適當(dāng)了解。2引言：1.什么是聚酯纖維？ 聚酯纖維是通過(guò)酯基相連的成纖高聚物紡制而成的合成纖維、英文縮寫(xiě)為PET。我國(guó)將含聚對(duì)苯二甲酸乙二酯組分大于85%的合成纖維稱為滌綸。 1941年whinfield和Dickson用對(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)合成聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET)，并將聚合物通過(guò)熔體紡絲制得性能優(yōu)良的纖維。1953年美國(guó)首先建廠生產(chǎn)

2、聚酯纖維。3近年又研制開(kāi)發(fā)出多種有不同特性的實(shí)用性聚酯纖維。如具有高伸縮彈性的聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)纖維，聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)纖維。具有超高強(qiáng)度、高模量的全芳香族聚酯纖維等。目前所謂“聚酯纖維”通常指PET纖維。 42. 聚酯纖維問(wèn)世雖晚，但由于具有一系列優(yōu)良性能，如斷裂強(qiáng)度和彈性模高，回彈性適中，熱定型性優(yōu)異，耐熱和耐光性好，織物具有洗可穿性等，故有廣泛的服用和產(chǎn)業(yè)用途； 聚酯纖維是發(fā)展速度最快，產(chǎn)兩最大的合成纖維品種。2011 年世界纖維產(chǎn)量為6 510 萬(wàn)t, 2011年全球化纖產(chǎn)量達(dá)到4866萬(wàn)噸。其中中國(guó)大陸的產(chǎn)量達(dá)到3362.36萬(wàn)噸其中，占世界總量的69%。我國(guó)合成

3、纖維產(chǎn)量3096.36萬(wàn)噸，其中我國(guó)滌綸產(chǎn)量達(dá)到2800萬(wàn)噸，占合成纖維總量的90%。錦綸159萬(wàn)噸，占5.1%， 腈綸69.96萬(wàn)噸，占2.26%，其它占2.64%。5第一節(jié)聚酯纖維原料一、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備包括對(duì)苯二甲酸(TPA)及乙二醇的制備，對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯(BHET)的制備和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備。 在工業(yè)生產(chǎn)中是以對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯(BHET)為原料，經(jīng)縮聚反應(yīng)脫出乙二醇(EG)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，縮聚反應(yīng)式如下：6所以，要制備聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，首先要制得對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯(BHET),目前， BHET 的生產(chǎn)方法有酯交換法間接法)、直接酯化法和

4、直接加成法(直接法)。7（一）、對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯（BHET)的制備1.酯交換法原理：此法是先將TPA與甲醇反應(yīng)，生成粗對(duì)苯二甲酸二甲酯(粗DMT)，經(jīng)精制提純后，再與EG進(jìn)行酯交換反應(yīng)，得純度較高的BHET。8對(duì)苯二甲酸二甲酯的精制： DMT的精制通常采用蒸餾法，經(jīng)過(guò)精制，DMT的純度可由94提高到99以上。9用對(duì)苯二甲酸二甲酯制備對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯在催化劑(醋酸鹽)存在下，EG與DMT中的甲氧基(OCH3)交換，生成BHET，被取代的甲氧基與EG中的氫結(jié)合，生成甲酯，其反應(yīng)式如下：10(1)間歇法酯交換間歇法配交換和間歇縮聚的工藝流程比較簡(jiǎn)單，主機(jī)只有一臺(tái)酯交換釜和一臺(tái)縮聚釜(見(jiàn)圖10)。

5、酯交換釜是一圓柱形反應(yīng)釜，內(nèi)裝有錨式攪拌葉，釜外壁有聯(lián)苯加熱夾套，釜頂蓋有加料孔、防爆裝置和甲醇(或乙二醇)蒸氣出口。11返回12(2)連續(xù)法酯交換(P14)連續(xù)酯交換是物料在連續(xù)流動(dòng)和攪拌過(guò)程中完成酯交換反應(yīng)。連續(xù)酯交換裝置有多種形式，如多個(gè)帶攪拌的立式或臥式反應(yīng)釜串聯(lián)式和多層泡罩塔式等。 連續(xù)酯交換工藝，除了要控制好酯交換率外，還要嚴(yán)格控制反應(yīng)物料配比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間。物料配料比通常為DMT：EG1：215(mol比)左右。132.直接酯化法所謂直接酯化，就是TPA與EG直接進(jìn)行酯化反應(yīng)，一步法制得BHET。由于TPA在常態(tài)下為無(wú)色針狀結(jié)晶或無(wú)定形粉末，其熔(425C) 高于其升華溫度

6、(300C)，而EG的沸點(diǎn)(197)又低于TPA的升華溫度。因此，直接酯化體系為固相TPA與液相EG共存的多相體系，酯化反應(yīng)只發(fā)生在已溶解于溶液中的TPA和EG之間：14 溶液中反應(yīng)消耗的TPA，由隨后溶解的TPA補(bǔ)充。由于TPA在EG中的溶解度不大，所以在TPA全部溶解前，體系中的液相為TPA的飽和溶液，故酯化反應(yīng)的速度與TPA濃度無(wú)關(guān)，平衡向生成DHET方向進(jìn)行，此時(shí)酯化反應(yīng)為零級(jí)反應(yīng)；平衡常數(shù)以官能團(tuán)反應(yīng)表示：15 直接酯化亦有間歇法相連續(xù)法兩種方法。目前工業(yè)生產(chǎn)多用連續(xù)法。圖11表示連續(xù)直接酯化的流程。 連續(xù)直接酯化控制的工藝參數(shù)如下； (1)反應(yīng)溫度和壓力：為加快反應(yīng)速度，通常適當(dāng)提

7、高溫度。各釜物料溫度順次為264、266相270。通常依次控制釜壓為0.35MPa、0.27MPa和0.12MPa。(2)配料比：EG與TPA完全酯化反應(yīng)的理論配比為EG：TPA2：1(mol比)。16返回17（二）聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn) 在一定條件下，BHET分子彼此間多次縮合，不斷釋出EG而生成聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET ）其反應(yīng)式如下：181.縮聚反應(yīng)平衡 BHET的縮聚反應(yīng)是可逆平衡的逐步反應(yīng)，按下述步驟進(jìn)行：19202.縮聚過(guò)程的副反應(yīng)縮聚反應(yīng)是在較高溫度(260一380)下進(jìn)行的，在此溫度下，同時(shí)發(fā)生多種副反應(yīng)。（1）大分子鏈端基裂解生成乙醛。 (2)生成環(huán)狀低聚物：由于分子鏈上

8、酯鍵裂解，并與端羧基作用，生成環(huán)狀低聚物。如在酯鍵處裂解與端羧基作用而形成環(huán)狀二聚物。 (3)酯鍵裂解并產(chǎn)生酯交換作用。 (4)生成乙二醇醚：高溫下2個(gè)或2個(gè)以上EG分子縮合，成為乙二醇的低聚物。 213.間歇法縮聚流程及工藝（見(jiàn)圖1-0）間歇法縮聚通常與間歇法酯交換流程配合。間歇酯交換結(jié)束生成的BHET，加入縮聚催化劑和熱穩(wěn)定劑，并經(jīng)高溫(230一240 C)常壓蒸出EG(實(shí)際是常壓縮聚)后，用N 2氣壓送入縮聚釜進(jìn)行縮聚反應(yīng)。 縮聚釜是主體為圓柱形、底部為圓錐形的密閉不銹鋼反應(yīng)器，內(nèi)有錨式攪拌葉，外有氣相加熱夾套。224.連續(xù)法縮聚流程及工藝(1)連續(xù)法縮聚流程 （見(jiàn)圖1-2）連續(xù)法縮聚工

9、藝流程因設(shè)備選型以及與上工序生產(chǎn)BHET相互銜接方式等不同，差異很大，但各種連續(xù)法縮聚流程都有其共同的特點(diǎn):物料在連續(xù)進(jìn)科和出料的流動(dòng)過(guò)程中完成縮聚反應(yīng)。隨著縮聚反應(yīng)進(jìn)行，物料的性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生連續(xù)變化，需分段進(jìn)行工藝控制，采用多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)設(shè)備2324 (2)連續(xù)縮聚工藝控制 連續(xù)縮聚需要控制反應(yīng)溫度、系統(tǒng)的真空度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量以及料層厚度或攪拌狀態(tài)等。連續(xù)縮聚的工藝通常是根據(jù)物料性質(zhì)和狀態(tài)分三段控制。 EG的脫除。由酯交換或直接酯化工段來(lái)的BHET中含有過(guò)量的EG，在脫EG塔(或釜)內(nèi)BHET生成低聚物時(shí)也要釋出的大量EG，須蒸發(fā)除去。反應(yīng)溫度亦不宜過(guò)高，通常控制在235250 。2

10、5預(yù)縮聚和(或)前縮聚。此為縮聚反應(yīng)進(jìn)行的主要階段，EG逸出量比前階段相應(yīng)減少，物料的表現(xiàn)粘度增大，EG不易逸出。因此，需要升高溫度，加強(qiáng)物料翻動(dòng)或形成薄的料層，以促使EG蒸發(fā)加速縮聚反應(yīng)。 后縮聚。此為最終完成縮聚反應(yīng)的階段，此時(shí)物料粘度高，EG氣泡難以形成和排除，故要求真空度很高。通?？刂茰囟?75285C，余壓300一300Pa，物料平均停留155h。26二 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)272829（二）、分子量及其分布 1.分子量 纖維用PET樹(shù)脂的分子量通常為15000一22000。PET的分子量直接影響其紡絲性能及纖維的物理機(jī)械性能。分子量低，則熔體粘度下降，紡絲易斷頭，纖維亦

11、經(jīng)不起較高倍率的拉伸，所得成品強(qiáng)力下降，延伸度上升，耐熱性、耐光性、耐化學(xué)穩(wěn)定性差。實(shí)踐證明，當(dāng)分子量小于8000一10000時(shí)，幾乎不具可紡性。302.分子量分布高分的分子量?jī)H是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均數(shù)，因此對(duì)于每一種PET切片，都存在分子量分布問(wèn)題，分子量分布對(duì)PET紡絲加工性能及成品纖維的結(jié)構(gòu)、性能影響極大。31實(shí)踐證明，分布寬的PET，紡絲時(shí)易產(chǎn)生斷頭、毛絲和疵點(diǎn)，且經(jīng)不起拉伸。分子量分布窄的纖維，其表面均一，無(wú)明顯裂紋。 PET的分子量分布，經(jīng)常采用凝膠滲透色譜法(GPC)測(cè)定，可用分子量分布指數(shù)。來(lái)表征：式中 和 分別為PET的重均分子量和數(shù)均分子量。式中的值越小表示分子量分布越窄。對(duì)于高速

12、紡絲，PET的 202時(shí)，其可紡性較好。32（三）、流變性質(zhì) 1.熔點(diǎn) 純PET的熔點(diǎn)267C，工業(yè)PET熔點(diǎn)略低，一般在255264之間。 熔點(diǎn)是聚酯切片的一項(xiàng)重要指標(biāo)。熔點(diǎn)波動(dòng)較大，紡絲溫度亦需作適當(dāng)調(diào)整，但熔點(diǎn)對(duì)成形過(guò)程的影響不如特性粘數(shù)(分子量)的影響大。 2熔體粘度 熔體粘度是熔體流變性能的表征，與紡絲成形密切相關(guān)。（1）熔體粘度與切變速率有關(guān)。定特性粘數(shù)的PET在不同溫度下，熔體粘度與切變速率的關(guān)系曲線見(jiàn)圖13。3334（2）熔體粘度與分子量有關(guān)。分子量低于20000的PET樹(shù)脂，其熔體粘度與溫度間呈明顯的線性函數(shù)關(guān)系，而分子量超過(guò)20000時(shí)，則呈非線性關(guān)系。 （3） 影響熔體粘

13、度的因素是溫度、壓力、聚合度和切變速率等隨著溫度的升高，熔體粘度依指數(shù)函數(shù)關(guān)系降低。表1列出了不同特性粘數(shù)(分子量)的PET在不同溫度下的熔體粘度。35從表1可知，隨著PET分子量的增大，在相同溫度下的熔體粘度增大；而在不同溫度下，熔體溫度每增減10，約相當(dāng)PET特性粘數(shù)增減0.05dLg，這對(duì)生產(chǎn)控制頗有現(xiàn)實(shí)意義。在紡絲成形時(shí)，可用調(diào)整熔體溫度的辦法，使熔體粘度保持恒定。 由于熔體粘度依賴于分子間的作用力，而作用力又與分子間距有關(guān)。所以當(dāng)熔體承受較大的壓力而使分子間距減小時(shí)，其粘度有所增大。3637（四）、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì) PET是高分子化合物，其物理性質(zhì)通常依賴于其分子量和分子量分布亦依

14、賴于大分子的聚集狀態(tài)及聚集體中的雜質(zhì)含量。除上述PET的熔點(diǎn)及熔體粘度外纖維級(jí)(分子量15000一22000)PET還具有以下物理性質(zhì)。383940三、聚酯切片的質(zhì)量指標(biāo)PET切片的質(zhì)量對(duì)紡絲、拉伸工藝和纖維質(zhì)量有重大影響。切片的分子量及其分布、熔點(diǎn)、灰分、DEG含量、羧基及扮塵含量等將直接影響PET熔體的流變性均勻性和細(xì)流強(qiáng)度。對(duì)PET切片質(zhì)量的要求，持別是高速紡長(zhǎng)絲，要求切片的雜質(zhì)含量少，熔體均勻性高。表12為PET切片的主要質(zhì)量指標(biāo)。4142第二節(jié) 聚酯切片的干燥一、切片干燥的目的 1除去水分 濕切片中含水率為0.4一0.5，干燥后下降至0.01(常規(guī)紡)或0.003%0.005(高速紡

15、)。 切片中水分的不良影響有：在紡絲溫度下，水的存在使PET大分子的酯鍵水解，聚合度下降。紡絲發(fā)生困難，成品絲質(zhì)量降低。少量水分汽化留于熔體中，往往造成紡絲斷頭，使生產(chǎn)難以正常進(jìn)行、并使成品纖維質(zhì)量下降。432提高切片含水的均勻性 通過(guò)在相同條件下的干燥過(guò)程，使切片中微量的水分更為均勻，以保證纖維質(zhì)量均勻。 3提高結(jié)晶度及軟化點(diǎn) PET切片是在水中急冷制得的，基本為無(wú)定形結(jié)構(gòu)，70一80便開(kāi)始變軟和粘連。干燥初期，切片受熱結(jié)晶，結(jié)晶度提高至25一30，切片變得堅(jiān)硬，軟化點(diǎn)提高至210以上，熔體質(zhì)量均勻，不易發(fā)生環(huán)結(jié)阻料。干燥初期升高溫度使切片結(jié)晶度提高的過(guò)程稱為預(yù)結(jié)晶。44二、切片干燥機(jī)理1切

16、片的含水率 PET大分子缺少親水性基因，吸濕能力差，通常濕切片含水率0.5，并分為兩部分：一是沾附在物料的表面的非結(jié)合水；另一是與PET大分子上極少量的端羰基及碳基等以氫鍵結(jié)合的結(jié)合水，其在切片表面上的平衡蒸汽壓小于同溫度下的飽和蒸汽壓。在干燥過(guò)程中，結(jié)合水則較難除去。452.切片的干燥曲線切片干燥包含兩個(gè)基本過(guò)程：加熱介質(zhì)給切片傳熱，使水分從切片表面蒸發(fā)；水分從切片內(nèi)部遷移至切片表面，再進(jìn)入干操介質(zhì)中。這兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。因此切片干保實(shí)質(zhì)是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行的傳質(zhì)和傳熱過(guò)程。 切片在不同溫度熱風(fēng)中經(jīng)不同時(shí)間干燥后的含水率，可得一組干燥曲線(見(jiàn)圖15)。463切片干燥過(guò)程的結(jié)晶圖16為切片在不同溫度

17、下達(dá)到50結(jié)晶所需的時(shí)間(半結(jié)晶化時(shí)間)。聚酯在170一190時(shí)結(jié)晶速率最高。在190時(shí)。半結(jié)晶化時(shí)間約為1min。但超過(guò)190，結(jié)晶速率反而隨溫度升高而下降。這是由于高溫下晶核生成太少之故。47三、干燥過(guò)程伴隨的化學(xué)反應(yīng)在干燥過(guò)程中，PET在高溫作用下伴隨著部分化學(xué)反應(yīng)，如熱裂解、熱氧化降解、熱水解等反應(yīng)。例如切片中存在水分，在較高溫度下干燥時(shí)，PET發(fā)生水解反應(yīng)：4849四、切片干燥的工藝控制 1溫度 溫度高剛干燥速度加快，干燥時(shí)間縮短，干燥后濕切片的平衡含水率降低。但溫度太高，則切片易粘結(jié)。大分子降解色澤變黃。因此，通常預(yù)結(jié)晶溫度控制170 以下，干燥溫度控制在180以下。2.時(shí)間 干燥

18、時(shí)間取決于采用的干燥方式和設(shè)備。干燥時(shí)間延長(zhǎng)切片含水率下降，均勻性提高但時(shí)間過(guò)長(zhǎng)PET降解嚴(yán)重.503.風(fēng)速 風(fēng)速提高則切片與氣流相對(duì)速度大，干燥時(shí)間可縮短；但風(fēng)速人大則切片粉塵增多。通常風(fēng)速為810ms。 4風(fēng)濕度 熱風(fēng)含濕率越低，則干燥速度越快，切片平衡水分越低。因此必須不斷排除循環(huán)熱風(fēng)中的部分含濕空氣，并不斷補(bǔ)充經(jīng)除濕的低露點(diǎn)空氣。如BM式干燥機(jī)所補(bǔ)充新鮮空氣含濕量小于8g/kg。51五、切片干燥設(shè)備 聚酯切片干燥設(shè)備分為間歇式和連續(xù)式兩大類。間歇式設(shè)備有真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)；連續(xù)式設(shè)備有回轉(zhuǎn)式、沸騰式和充填式等干燥機(jī)亦有用多種形式組合而成的聯(lián)合干燥裝置。如德國(guó)的KF、BM、吉瑪(zimmer

19、)和日本的鐘紡、條良等干燥裝置。52(一）間歇式干燥設(shè)備（補(bǔ)）1.真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)53設(shè)備主體是一帶蒸汽夾套的傾斜旋轉(zhuǎn)圓鼓(結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7)。切片在鼓內(nèi)被翻動(dòng)加熱，水分蒸發(fā)并借助真空系統(tǒng)將水汽抽出。該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流程短，干燥質(zhì)量高切片摔性粘度下降少。能耗低；更換切片方便，出料靈活；操作環(huán)境好，噪聲低。其缺點(diǎn)是；切片干燥周期長(zhǎng)，單機(jī)產(chǎn)量低；切片干燥后產(chǎn)生的粉塵較多；各批切片干燥質(zhì)量有差異。54（補(bǔ)） 2回轉(zhuǎn)圓筒充填干燥機(jī) 此裝置是與vD406滌綸短纖維紡絲配套的切片干操設(shè)備。前段是切片輸送、回轉(zhuǎn)干操機(jī)，后段由切片輸送系統(tǒng)和充填干燥機(jī)等部分組成。其工藝流程如圖8所示。55（二）連續(xù)式干燥設(shè)備

20、 3BM式預(yù)結(jié)晶干燥裝置 該設(shè)備采用沸騰式預(yù)結(jié)晶器(有連續(xù)式和間歇式兩種)和連續(xù)式充填干燥器組合裝置，并附有氮化理空氣除濕器和余熱回收裝置，其流程如圖17所示。56 間歇式預(yù)結(jié)晶器采用旋渦式設(shè)備，其主體為一錐形圓簡(jiǎn)體(圖9)。170熱風(fēng)從簡(jiǎn)底送入，切片因放風(fēng)吹動(dòng)而呈沸騰狀，由于切片受熱面積大，傳熱效果好，氣流溫度高，故預(yù)結(jié)晶速度快，僅10Min左右即可完成。另一形式為臥式沸騰床BM連續(xù)須結(jié)晶裝置(圖10)。該機(jī)有一微傾斜的多孔板，切片經(jīng)星形閉落于多孔板面，130140 C的熱風(fēng)從下而上通過(guò)板孔吹送，使切片呈沸騰狀態(tài)被加熱和結(jié)晶。切片停留時(shí)間可由多孔板傾斜度控制，一般為15min 。5758BM

21、干燥裝置采用氣縫式充填干燥59它是由若干節(jié)(一般四節(jié))長(zhǎng)方體疊合而成，每節(jié)干燥倉(cāng)由若干組縱向交錯(cuò)排列著的三棱形風(fēng)管組成。切片自亡而下在風(fēng)管間慢慢落下，圖18所示為其中第節(jié)干燥倉(cāng)。右風(fēng)道為進(jìn)鳳道，左風(fēng)道為出風(fēng)道。中間有六組風(fēng)管。其中1、3、5與有風(fēng)道相通(左端密封)，稱為進(jìn)風(fēng)管，2、4、6與左風(fēng)道相通(右端密封)，稱為出風(fēng)管。 60BM切片干燥裝置的優(yōu)點(diǎn)是：預(yù)結(jié)晶溫度高(切片140一150 )，速度快(10一15mm)，切片表層堅(jiān)硬：氣縫式充填干燥器設(shè)計(jì)合理，切片下燥均勻，可用中低壓熱風(fēng)；熱氣流循環(huán)使用，熱回收率較高。缺點(diǎn)是熱風(fēng)中粉塵較多、易在加熱器上結(jié)焦，增加能耗。612.KF公司預(yù)結(jié)晶干燥裝

22、置 該裝置主設(shè)備為豎井式充填塔，分為上下兩段， 上段為帶立式攪拌的預(yù)結(jié)晶器，下段為干燥器，上下段間有一料管相連接。其干燥系統(tǒng)流程如圖1-9所示。62切片在機(jī)內(nèi)停留23h，產(chǎn)量240440kgh.預(yù)結(jié)晶溫度140 ，干燥溫度160攪拌轉(zhuǎn)速12rmin、干空氣露點(diǎn)-20一-27 ，干切片含水率0.003一0.005。 KF裝置的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備緊湊、簡(jiǎn)單、流程短、占地面積小，單臺(tái)設(shè)備產(chǎn)量大，生產(chǎn)費(fèi)用低采用脈沖輸送切片，粉塵少： 熱風(fēng)系統(tǒng)為一次通過(guò)，可以防止粉塵影響傳熱效果，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)干燥切片、預(yù)結(jié)晶切片和余熱回收后才排入大氣，因此能耗較低。該裝置的缺點(diǎn)是開(kāi)車時(shí)操作較煩，更換切片品種不方便；切片干燥的均勻

23、性相對(duì)較差。 633.吉瑪(zimmer)公司預(yù)結(jié)晶干燥裝置 該裝置采用臥式連續(xù)沸騰床預(yù)結(jié)晶機(jī)和充填干燥機(jī)組合(圖110)。結(jié)晶機(jī)內(nèi)有一塊裝于振動(dòng)彈簧上的臥式不銹鋼多孔板，板面具一定傾斜度，170熱氣流自下部通過(guò)多孔板向上吹，使切片翻動(dòng)，呈拂膀狀，防止粘結(jié)。64該裝置的優(yōu)點(diǎn)是：預(yù)結(jié)晶溫度較高，結(jié)晶速度快，產(chǎn)量商。在干燥器的中上部和下部?jī)商庍M(jìn)熱風(fēng)，溫度分布較均勻，干切片含水率達(dá)0.003以下。缺點(diǎn)是流程較繁瑣，儀表控制線路較多；充填干燥塔體積較大，設(shè)備占地面積大，要求廠房較高；振動(dòng)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修量大；能耗和操作費(fèi)用高。65第三節(jié) 聚酯纖維的紡絲一、概述 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)屬于結(jié)晶性

24、高聚物，其熔點(diǎn)Tm低于熱分解溫度Td，因此常采用熔體紡絲法。熔體紡絲的基本過(guò)程包括熔體的制備，熔體自噴絲孔擠出，始體細(xì)流的拉長(zhǎng)變細(xì)同時(shí)冷卻固化，以及紡出絲條的上油和卷繞?，F(xiàn)代聚酯纖維紡絲加工的技術(shù)路線見(jiàn)圖13。6667 聚酯纖維般以紡絲速度的高低來(lái)劃分紡絲技術(shù)路線的類型如常規(guī)紡絲技術(shù)、高速紡絲技術(shù)和超高速紡絲技術(shù)等。 (1)常規(guī)紡絲；紡絲速度10001500mmin其卷繞絲為未取向絲，通稱UDY(undraw yarn)。 (2)中速紡絲：紡絲速度1500一3000mmin，其卷繞絲具中等取向度為中取向絲通稱MOY(medium oriented Yarn)。 68(3)高速紡絲：紡絲速度30

25、00一6000mmin紡絲速度4000mmin以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預(yù)向絲通稱 POY (Preoriented yarn)。若在紡絲過(guò)程中引入拉伸作用則當(dāng)卷繞速度達(dá)到5000m/min以上時(shí)，可獲得具有高取向度和高結(jié)晶度的卷繞絲，為全拉伸絲，通稱FDY (fully draw yarn)。 (4)超高速紡絲；紡絲速度為6000一8000mmin,卷繞絲具有高取向和結(jié)晶結(jié)構(gòu),為全取向絲,通稱FOY(fully oriented yarn)69二、紡絲熔體的制備 由縮聚釜或用連續(xù)縮聚制得的聚酯熔體可直接用于紡絲，也可經(jīng)鑄帶、切粒后再熔融以制備紡絲熔體。 在聚酯纖維生產(chǎn)中，廣泛應(yīng)用螺桿擠

26、出紡絲機(jī)進(jìn)行紡絲。用于熔紡合成纖維生產(chǎn)的主要是單螺桿擠出機(jī)，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1-11。7071根據(jù)螺汗中物料前移的變化和螺桿各段所起的作用，通常把螺桿的工作部分分為三段，即進(jìn)料段、壓縮段和計(jì)量(均化)段。 固體切片從料筒進(jìn)入螺桿后，首先在進(jìn)料段被輸送和預(yù)熱，繼之經(jīng)壓縮段壓實(shí)、排氣并逐漸熔化，然后在計(jì)量段內(nèi)進(jìn)一步混合塑化并達(dá)到一定溫度，以一定壓力定量輸送至計(jì)量泵進(jìn)行紡絲。切片在螺桿擠出機(jī)中經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度、物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)結(jié)構(gòu)等系列復(fù)雜的變化。72 在整個(gè)擠出過(guò)程中，螺桿完成以下三個(gè)操作：切片的供給、切片的熔融和熔體的計(jì)量擠出同時(shí)使物料起到混勻和塑化作用。按物料在擠出機(jī)中的狀態(tài)、可將螺桿擠出帆分成

27、三個(gè)區(qū)域：固體區(qū)、熔化區(qū)和熔體區(qū)。在固體區(qū)和熔體區(qū)物料是單相的，在熔化區(qū)是兩相并存。這和螺桿的幾何分段：進(jìn)料段、壓縮段和計(jì)量段在一定程度上相一致。73(二)螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)特征與技術(shù)要求螺桿擠出機(jī)的特征集中反映于螺桿的結(jié)構(gòu)。螺桿的結(jié)構(gòu)持征主要有直徑、長(zhǎng)徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與套筒的間隙等.1螺桿直徑 通常指螺桿的外徑。從流量計(jì)算公式可知它對(duì)擠出機(jī)有決定性的影響，順流流量與直徑的平方(D2)成正比。直徑加大，產(chǎn)量上升，目前設(shè)計(jì)提高產(chǎn)量的擠出機(jī)都采用放大直徑的方法。742長(zhǎng)徑比與螺桿分段 所謂長(zhǎng)徑比是指螺桿工作長(zhǎng)度(不包括魚(yú)雷頭及附件)與外徑之比。螺桿的加熱面積和物料停留時(shí)間都

28、與螺桿長(zhǎng)度成正比。長(zhǎng)徑比大，有利于物料的混合塑化、提高熔體壓力和減少逆流以及渦流損失。因此，螺桿擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比有不斷增大的趨勢(shì)目前一般采用LD20一27的螺桿，也有L/D2833的。 3. 壓縮比 螺桿的壓縮作用以壓縮比i表示。壓縮比一般為25一3.5，熔體紡絲用螺桿常用33.5.7576 6螺桿頭部形狀 熔體從螺桿擠出進(jìn)入彎管時(shí)，流動(dòng)形式由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)。為了避免在螺桿頂端部分形成死角、加強(qiáng)物料的混合，一般將螺桿頭部加工成錐形、回頭形或魚(yú)雷頭形狀。魚(yú)雷頭全長(zhǎng)L25D. 7套筒 套筒實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)壓力容器和加熱室，套筒要考慮其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度，還應(yīng)考慮熱傳導(dǎo)和熱容量，工作時(shí)的熔體壓力、

29、螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的磨損及熔體的化學(xué)腐蝕作用等。8材質(zhì)與技術(shù)要求 螺桿的材質(zhì)要求較高，必須強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕、熱變形小才能滿足工藝要求。77三、紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 紡絲機(jī)的種類及型號(hào)雖多種多樣，但其基本結(jié)構(gòu)類似，均包括以下一些構(gòu)成部分： 1）高聚物熔融裝置；螺桿擠出機(jī)， 2）熔體輸送、分配、紡絲及保溫裝置：包括彎管，熔體分配管、計(jì)量泵、紡絲頭組件及紡絲箱體部件； 3）絲條冷卻裝置：包括紡絲窗及冷卻套筒； 4）絲條收集裝里：卷統(tǒng)機(jī)或受絲機(jī)構(gòu)。 5）上油裝置。包括上油部件和油浴分配循環(huán)7879(一)紡絲箱體及紡絲頭組件 螺桿擠出紡絲機(jī)上的一根螺桿往往供給多個(gè)紡絲部位。熔體自螺桿擠出后，經(jīng)熔體管路分配至各紡

30、絲位的計(jì)量泵和紡絲頭組件。為進(jìn)行熔體保溫和溫度控制，一般都采用46位(即根螺桿所供給的位數(shù))合用一個(gè)紡絲箱體。箱體內(nèi)裝有至各部位的熔體分配管，計(jì)量泵與紡絲頭組件安置的保溫座以及電熱棒等。通過(guò)加熱聯(lián)苯聯(lián)苯醚混合載熱體氣液兩相保溫，箱外包覆絕熱材料。見(jiàn)圖112。8081熔體分配管有兩種形式：一種為分支式，以六位紡絲箱為例，熔體總管至紡絲箱后，先經(jīng)一個(gè)四通管件分成三個(gè)熔體支管，各支管再各用三通管件分至六個(gè)紡絲位。另一種為輻射式，熔體總管到達(dá)箱體后，經(jīng)一個(gè)分配頭集中分出管線到備紡絲位。國(guó)產(chǎn)VD405、VC406紡絲機(jī)均采用這種分配形式。紡絲箱體中的聯(lián)苯聯(lián)苯醚熱載體，用電熱棒進(jìn)行加熱以減少各紡絲位之間熔

31、體溫度的差異，確保出噴絲板前熔體溫度均勻。82(二)計(jì)量泵與噴絲板計(jì)量泵與噴絲板是化纖生產(chǎn)中使用的兩個(gè)高精密度標(biāo)準(zhǔn)件，成纖高聚物熔體經(jīng)計(jì)量泵以準(zhǔn)確的計(jì)量送至噴絲頭組件，再?gòu)膰娊z板上的噴絲孔擠出完成纖維成形。1計(jì)量泵 熔體紡絲用計(jì)量泵屬于高溫齒輪泵類型，高壓紡絲用齒輪泵為JRG型。齒輪泵的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，如圖113所示。832噴絲板 噴絲板的形狀有圓形和矩形兩種，圓形噴絲板加工方便，容易密封，所以使用比較廣泛。矩形噴絲板主要用于紡制短纖維噴絲孔的幾何形狀直接影響熔體的流動(dòng)特性，從而影響纖維成形。噴絲孔通常由導(dǎo)孔和毛細(xì)孔兩段構(gòu)成，除紡異形絲的噴絲孔外，毛細(xì)7L都是圓柱形的，導(dǎo)孔則有圓筒漏斗形、圓筒平

32、底形、圓錐形和雙曲面形等。依次見(jiàn)圖13(a)一(d)。84(三)絲條冷卻裝置從噴絲孔噴出的熔體細(xì)流經(jīng)紡絲吹風(fēng)竊和冷卻套簡(jiǎn)，向周圍空氣放出大量凝固熱，為此必須進(jìn)行對(duì)流熱交換。吹風(fēng)形式有兩種，即側(cè)吹風(fēng)和環(huán)形吹風(fēng)。1側(cè)吹風(fēng) 目前滌綸長(zhǎng)絲紡絲常采用側(cè)吹風(fēng)，其結(jié)構(gòu)如圖14所示。852環(huán)形吹風(fēng) 環(huán)形吹風(fēng)是從絲束周圍吹向絲條，可克服凝固的絲條偏離垂直位置產(chǎn)生的彎曲，甚至互相碰撞粘結(jié)導(dǎo)并絲等缺點(diǎn)。圖15為一種結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的環(huán)吹風(fēng)形式。還有種徑向吹風(fēng)裝置，該裝置是在圓形噴絲板中間的無(wú)孔區(qū)，自下方插入一個(gè)圓筒，在采用900-1000孔甚至更多紡絲孔的噴絲板生產(chǎn)短纖維時(shí)，這是一種簡(jiǎn)單有效的均勻冷卻方法，如圖114所

33、示。8687(四)卷繞裝置成形絲條經(jīng)紡絲室和甬道冷卻固化后，幾乎是完全干燥的，為避免產(chǎn)生靜電，并進(jìn)行正常的卷繞，必須先行給濕和上油，然后卷繞。根據(jù)后加工的特點(diǎn)，一般長(zhǎng)絲卷繞成筒管，而短纖維則盛于大型條桶中。因此，卷繞機(jī)由上油機(jī)構(gòu)、導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)和卷繞機(jī)構(gòu)三部分組成。 1.給濕上油 按照纖維和油劑種類，上油盤有一層、二層和作為特殊用途的三層等形式。國(guó)產(chǎn)紡絲機(jī)每位有兩個(gè)油盤，可分別給濕和上油，也可將給濕和上油結(jié)合起來(lái)。882導(dǎo)絲機(jī)構(gòu) 導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)也稱紡絲盤，所謂紡絲速度就是指導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度。絲的卷繞也應(yīng)與它同步進(jìn)行。 長(zhǎng)絲紡絲機(jī)一般采用兩個(gè)導(dǎo)絲盤。為了保證絲條有一定的張緊力，上下導(dǎo)絲盤直徑有微小的差異，

34、后一盤比前一盤大0.5。為便于清除廢絲，導(dǎo)絲盤具有一定的錐度。短纖維紡絲機(jī)每個(gè)紡絲位均設(shè)導(dǎo)絲盤，但在正常紡絲時(shí)多個(gè)部位合用一導(dǎo)絲盤，在出絲不正常時(shí)其余導(dǎo)絲盤則用來(lái)繞廢絲，故又叫廢絲盤。893卷繞機(jī)構(gòu) 卷繞機(jī)主要用于初生纖維的卷繞成型。 長(zhǎng)絲卷統(tǒng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由往復(fù)機(jī)構(gòu)、筒管及其傳動(dòng)裝置組成，將卷繞絲卷成筒子形式(圖16)。90四、紡絲過(guò)程的主要工藝參數(shù)熔體紡絲過(guò)程中有許多參變數(shù)，這些參變效決定纖維形成的歷程和紡出纖維的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，生產(chǎn)上就是通過(guò)控制這些參數(shù)來(lái)制得所要求性能的纖維。 為方便起見(jiàn)，按工藝過(guò)程把生產(chǎn)中控制的主要紡絲參數(shù)歸納成熔融條件、噴絲條件、固化條件、繞絲條件等項(xiàng)，現(xiàn)加以討論。91(一)

35、熔融條件和紡絲熔體質(zhì)量這里主要指切片紡絲(間接紡絲)時(shí)，高聚物切片熔融及熔體輸送過(guò)程的條件。若采用直接紡絲，則僅述及熔體輸送。1螺桿各區(qū)溫度的選擇與控制 切片自進(jìn)料后被螺桿不斷推向前進(jìn)，經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)，冷卻區(qū)溫度一般為50I00 。然后進(jìn)入預(yù)熱段，被套筒壁逐漸加熱，到達(dá)預(yù)熱段末端緊靠壓縮段時(shí)，溫度達(dá)到熔點(diǎn)。在壓縮段切片全部轉(zhuǎn)化為流體而在計(jì)量段內(nèi)的物料，則全部為溫度高于熔點(diǎn)的熔體。92 (1)預(yù)熱段溫度：為保證螺桿的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在預(yù)熱段內(nèi)切片不應(yīng)過(guò)早熔化但同時(shí)又要使切片在達(dá)到壓縮段時(shí)溫度能達(dá)到熔融溫度，因此預(yù)熱段套筒壁就必須保持一個(gè)合適的溫度。(2)螺桿其他各加熱區(qū)溫度：螺桿的另一重要加熱區(qū)在壓縮段，

36、切片在該區(qū)內(nèi)要吸收熔融熱并提高熔體溫度，故該區(qū)溫度T3可適當(dāng)高一些，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，可按下式確定：9394第四加熱區(qū)基本上位于計(jì)量段，只有一節(jié)還位于壓縮段內(nèi)。這一區(qū)的主要作用是使切片進(jìn)一步完全熔化。該區(qū)溫度一般可比三區(qū)溫度下降26，即t4t3一(26)。對(duì)熔點(diǎn)較高的切片或三區(qū)溫度較高時(shí)，下降幅度可大些。對(duì)于熔點(diǎn)在255以上的聚酸切片，四區(qū)溫度約為285左右。 第五加熱區(qū)位于計(jì)量段并靠近螺桿出口，其主要作用是保持一定的熔體溫度，使熔體粘度恒定，確保穩(wěn)壓輸送。該區(qū)溫度一般可比四區(qū)加熱溫度下降25，即t5t4一(25)，熔點(diǎn)高時(shí)下降幅度可大些，切片特性粘度大時(shí)下降幅度可小些。952熔體輸送過(guò)程中溫

37、度的選擇與控制螺桿通過(guò)法蘭與彎管相接，由于法蘭區(qū)本身較短，對(duì)熔體溫度影響不大，但法蘭散熱較大，故該區(qū)溫度也不宜過(guò)低，一般法蘭區(qū)溫度T6可與五區(qū)相等，或略低于五區(qū)溫度，即t6t5一(02)彎管則起輸送熔體及保溫作用，由于彎管較長(zhǎng)，熔體在其中約停留15min左右，對(duì)聚酯降解影響較大。一般彎管區(qū)溫度可接近或略低于紡絲熔體溫度，通常宜在275280范圍內(nèi)。據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，彎管區(qū)溫度可較PE丁熔點(diǎn)高1420，即： t7tm十(1420 )963熔體溫度與熔體粘度的選定由于熔體溫度直接影響熔體粘度即熔體的流變性能，同時(shí)對(duì)熔體細(xì)流的冷卻固化效果、初生纖維的結(jié)構(gòu)以及拉伸性能都有很大影響，所以正確地選擇與嚴(yán)格控制熔

38、體溫度十分重要。 溫度對(duì)熔體粘度的影響與PET的分子量有關(guān)，分子量低于20000的PET，其熔體枯度與溫度呈明顯的線性函數(shù)關(guān)系，而分子量超過(guò)20000時(shí)則呈非線性函數(shù)關(guān)系。97熔體流出噴絲板孔道前的溫度ts稱紡絲溫度或擠出溫度。 紡絲熔體溫度的提高是有一定限制的，它主要受到高聚物熱裂解溫度(td)和熔體粘度的限制。因此，選擇紡絲熔體溫度時(shí)應(yīng)滿足下式： tdTstm(或tf) 熔紡合成纖維諸品種，td約在300左右。98(二)噴絲條件1泵供量 泵供量的精確性和穩(wěn)定性直接影響成絲的纖度及其均勻性。熔紡計(jì)量泵的泵供量除與泵的轉(zhuǎn)數(shù)有關(guān)外，并與熔體粘度、泵的進(jìn)出口熔體壓力等因素有關(guān).螺桿的擠出量隨擠出壓

39、力的大小而改變。因此欲使泵供量恒定，就必須保持定的熔體壓力，亦即要求螺桿轉(zhuǎn)數(shù)一定，熔體擠出量恒定。992噴絲頭組件結(jié)構(gòu)與質(zhì)量噴絲頭組件的結(jié)構(gòu)是否合理與噴絲板質(zhì)量好壞，以及噴絲板清洗及檢查工作優(yōu)劣，均對(duì)紡絲及纖維質(zhì)量有很大影響。熔體在進(jìn)入噴絲孔前，應(yīng)先經(jīng)仔細(xì)過(guò)濾，在高壓紡絲時(shí)，則往往來(lái)用更稠密的燒結(jié)金屬濾層、厚層石英矽、A1203，顆粒、玻璃球等組合使用。 為使纖維成形良好，就應(yīng)使熔體均勻穩(wěn)定地分配到每個(gè)噴絲孔中去，這個(gè)任務(wù)由噴絲頭組件內(nèi)耐壓(擴(kuò)散)板、分配板及粗濾網(wǎng)和濾沙來(lái)完成。1003紡絲熔體壓力紡絲熔體壓力系指在噴絲頭組件中的熔體壓力，而不是指螺桿出口處的熔體壓力，它與纖維質(zhì)量均勻性密切相

40、關(guān)。當(dāng)熔體壓力升至10一25MPa范圍內(nèi)時(shí)，則卷繞絲質(zhì)量較好，雙拆射及其不勻率較低，纖維機(jī)械件能也較好，因此高壓紡絲技術(shù)獲得了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。101(三)絲條冷卻固化條件絲條冷卻固化條件對(duì)纖維結(jié)構(gòu)與性能有決定性的影響為提高聚酯熔體細(xì)流的冷卻速度及其均勻性，生產(chǎn)中普通采用冷卻吹風(fēng)。 1冷卻次風(fēng)方式 冷卻吹風(fēng)方式主要分為直吹風(fēng)和橫吹風(fēng)兩大類。直吹風(fēng)是冷風(fēng)和纖維平行流動(dòng)，又分為順流型上吹風(fēng)和逆流型下吹風(fēng)，橫吹風(fēng)是冷風(fēng)垂直吹向纖維或以一定角度吹向纖維的一種形式，它又分為單面?zhèn)却碉L(fēng)，雙面?zhèn)却碉L(fēng)及環(huán)形吹風(fēng)等不同方式。直吹風(fēng)方式傳熱系數(shù)較小，冷卻效果較差，因此主要發(fā)展趨勢(shì)是用橫吹風(fēng)。1021032冷卻吹風(fēng)

41、工藝條件 冷卻吹風(fēng)工藝條件主要包括風(fēng)溫、風(fēng)濕、風(fēng)速(風(fēng)量)、冷卻位置等。 (1)風(fēng)溫與風(fēng)濕；風(fēng)溫的選定與成纖高聚物的玻璃化溫度、紡絲速度、產(chǎn)品纖度、設(shè)備特征(包括吹風(fēng)方式）等因素有關(guān)。在采用單面?zhèn)却碉L(fēng)時(shí)，隨進(jìn)風(fēng)溫度提高(在2232范圍內(nèi))，卷繞絲斷裂強(qiáng)度有所提高。在較高的紡絲速度下，熱交換量增加，應(yīng)加快絲條冷卻速度，風(fēng)溫宜低。如紡速為1500mmin時(shí)，送風(fēng)溫度確定為22；在紡速600mmin時(shí)，送風(fēng)溫度以 29度為好。104風(fēng)溫的高低直接影響初生纖維的預(yù)取向度，卷繞絲的雙折射總是隨風(fēng)溫的升高而降低，而在某一定溫度以上，則隨風(fēng)溫的升高而增大。 在滌綸紡絲成形時(shí)，送風(fēng)濕度對(duì)紡絲質(zhì)量影響不大，這主

42、要是由于滌綸吸濕性小，且在紡絲過(guò)程中又基本不發(fā)生結(jié)晶；紡制短纖維時(shí)，對(duì)卷繞成形要求稍低，送風(fēng)濕度可采用相對(duì)濕度70一80，也可采用相對(duì)濕度為100的露點(diǎn)風(fēng)。105(2)風(fēng)速及其分布：風(fēng)速和風(fēng)速分布是影響紡絲成形的重要因素。風(fēng)速的分布形式多種多樣，在采用不同孔徑的均勻分布環(huán)形吹風(fēng)裝置時(shí)，紡絲成形效果良好對(duì)側(cè)吹風(fēng)，風(fēng)速分布一般有均勻直形分布、弧形分布及s形分布三種形式。采用單面?zhèn)却碉L(fēng)時(shí)，紡速600一900mmin、風(fēng)溫2628、送風(fēng)相對(duì)濕度70一80，風(fēng)速為0.4一0.5mmin較好，且隨紡速提高，最佳風(fēng)速點(diǎn)向較大風(fēng)速偏移。相反，采用環(huán)形吹風(fēng)時(shí)，最佳風(fēng)速點(diǎn)向較小風(fēng)速偏移，顯然這是由于環(huán)形吹風(fēng)易于穿

43、過(guò)絲束之故。106(四)卷繞工藝條件1紡絲卷繞速度 卷繞速度通稱紡絲速度，是影響卷繞絲預(yù)取向度的重要因素。紡絲速度越高，紡絲線上速度梯度越大，且絲束與冷卻空氣的摩擦力提高致使卷繞絲分子取向度高，雙折射增加。后拉伸倍數(shù)降低。在l000一1600mmin范圍內(nèi)卷繞絲的雙折射和卷繞速度成直線關(guān)系；若卷繞速度達(dá)到5000mmin以上時(shí)，就可能得到接近于完全取向的纖維。1071082上油和給濕卷繞絲上油給濕目的是為了增加絲束的集束性、抗靜電性、平滑性，以滿足后加工要求。卷繞絲上油量直接決定成品絲的含油量。上油量視絲的最終用途而定，機(jī)織用絲為0.6一0.7，針織用絲為0.7一0.9，加彈用絲為0.5一0.

44、6。油輪轉(zhuǎn)速10一20r/min，油劑濃度l0一16。POY含油率.0.3 一0.4。1093噴絲頭拉件比 噴絲頭拉伸比是指第一導(dǎo)絲盤速度(卷繞速度)與熔體噴出線速度之比。噴絲頭拉伸比對(duì)卷繞絲預(yù)取向度影響較小，除較小范圍內(nèi)以外，卷繞絲的雙折射與噴絲頭拉伸比幾乎無(wú)關(guān)。4卷繞車間溫濕度 為確保初生纖維吸濕均勻和卷裝成型良好，卷統(tǒng)車間的濕濕度要控制在一定范圍內(nèi)。110五、聚酯短纖維的紡絲工藝1111紡絲溫度 紡絲時(shí)螺桿各區(qū)溫度控制在290一300 ，紡絲箱體溫度控制在285290。紡絲溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熔體枯度下降，造成氣泡絲；溫度過(guò)低則使熔體粘度增高，造成熔體輸送困難而出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，成形時(shí)產(chǎn)生異常絲。

45、生產(chǎn)要求紡絲溫度波動(dòng)范圍越小越好，一般不超過(guò)土2。1122.紡絲壓力聚酯短纖維熔體紡絲壓力為0.5一0.9MPa時(shí)稱為低壓紡絲，15MPa以上稱為高壓紡絲。低壓紡絲時(shí)，一般需升高紡絲溫度，以改善熔體的流變性能，這易引起熱降解；而采用高壓紡絲時(shí)，由于組件內(nèi)濾層厚而密，熔體在高壓下強(qiáng)制通過(guò)濾層會(huì)產(chǎn)生大的壓力降，使熔體溫度升高。壓力每升高l0MPa，熔體溫度約升高34。因此采用高壓紡絲可降低紡絲箱體的溫度。在紡絲過(guò)程中，必須建立穩(wěn)定的壓力，以保證紡絲溫度恒定。1133.絲條冷卻固化條件聚酯短纖維生產(chǎn)中，環(huán)形吹風(fēng)的溫度一般為30土2、風(fēng)的濕度為70一80。吹風(fēng)速度對(duì)成形的影響比風(fēng)溫和風(fēng)濕更大，隨著紡絲

46、速度的提高或孔數(shù)增多，吹風(fēng)速度應(yīng)相應(yīng)加大，生產(chǎn)上一般采用0.30.4ms。吹風(fēng)速度的分布可為弧形或直形分布，均能達(dá)到良好的冷卻效果。一般在噴絲板下10cm處開(kāi)始吹風(fēng)，其目的是使熔體細(xì)流在其上一段距離內(nèi)保持靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)避免冷卻氣流影響噴絲板面的溫度。1144紡絲速度聚酯短纖維紡絲速度為1000mmin時(shí)，后拉伸倍數(shù)約為4倍；當(dāng)紡絲速度增大到1700mmin時(shí)，后拉伸倍數(shù)只有25倍。為使卷繞絲具有良好的后加工性能、常規(guī)紡絲纖維的紡絲速度控制在2000m/min以下。115六、聚酯長(zhǎng)絲的紡絲工藝聚酯長(zhǎng)絲包括普通長(zhǎng)絲、工業(yè)用絲、彈力絲、空氣變形絲等品種。工藝流程圖如1-16所示。1161171.對(duì)原

47、材料的質(zhì)量要求高 原料切片(或熔體)的質(zhì)量和可紡性與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。常規(guī)紡長(zhǎng)絲切片的含水率不大于0.008% (紡短纖維時(shí)切片含水率為0.02%)。 2工藝控制要求嚴(yán)格 長(zhǎng)絲生產(chǎn)中，為了保證紡絲連續(xù)性和均一性， 要嚴(yán)格控制熔體溫度波動(dòng)不超過(guò)1，側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速差異不大于0.1m/s，紡絲張力要求穩(wěn)定等。 3高速度、大卷裝 聚酯長(zhǎng)絲的紡絲卷繞速度為1000一6000mmin。目前長(zhǎng)絲紡絲速度趨向高速化，工業(yè)生產(chǎn)中采用5500mmin紡速。118第四節(jié) 聚酯纖維的高速紡絲高速紡絲是70年代發(fā)展起來(lái)的合成纖維紡絲新技術(shù)。高速紡絲的生產(chǎn)能力比常規(guī)紡絲高615倍。并將紡絲和拉伸工藝合并，從而減少工藝損耗?，F(xiàn)

48、代新建的聚酯纖維廠均采用高速紡絲技術(shù)。 高速紡絲與常規(guī)紡絲的工藝過(guò)程基本相似，但由于紡絲速度提高，卷繞絲的性能發(fā)生根本變化，這是由于卷繞絲性能對(duì)紡絲速度的依賴性所致。119120一、聚酯預(yù)取向絲的生產(chǎn)工藝預(yù)取向絲或部分取向絲(POY)，是在紡絲速度為3000一4000mmin條件下獲得的卷繞絲，其結(jié)構(gòu)與常規(guī)未取向絲(UDY)不同，與全取向絲(FOY)的結(jié)構(gòu)也不同。POY是高取向、低結(jié)晶結(jié)構(gòu)的卷繞絲，這種結(jié)構(gòu)的形成是由于紡絲速度的提高，出噴絲頭后的熔體細(xì)流受到高拉伸應(yīng)力和較大的冷卻溫度梯度的作用，發(fā)生快速形變所致。在紡絲速度為3000mmm以上時(shí)，取向度的變化十分明顯，這也正是PoY與UDY紡絲

49、技術(shù)的區(qū)別所在。121(一)生產(chǎn)工藝流程 高速紡絲生產(chǎn)POY一般有切片紡絲(圖117)和直接紡絲兩種生產(chǎn)工藝梳程，分別與常規(guī)紡絲相似。(二)生產(chǎn)工藝控制 1.對(duì)切片的質(zhì)量要求 POY紡絲對(duì)切片的特性粘數(shù)和含水率要求較嚴(yán)格。要求切片的特性粘數(shù)在0.65dLg以上，粘度波動(dòng)值應(yīng)小于0.01dLg。切片的含水率一般應(yīng)控制在0.005以下。切片含水率對(duì)高速紡絲可紡性的影響見(jiàn)表14。熔體中不允許含有直徑大干6m的雜質(zhì)或TiO2凝聚粒子。122123 2紡絲溫度和壓力 高速紡絲螺桿各區(qū)溫度的控制與常規(guī)紡絲基本相同。但由于紡絲速度的提高，要求熔體有較好的流變性能，故紡絲溫度比常規(guī)紡絲約高510，一般為290

50、一300。124高速紡絲常采用高壓紡絲或中壓紡絲。高壓紡絲組件壓力在40MPa以上，中壓紡絲組件壓力為l 530MPa。實(shí)踐證明，聚酯熔體在30MPa以上的壓力下紡絲時(shí)，則熔體在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)濾層后將上升10一12。使箱體加熱升溫更均勻，這有利于改善熔體的紡絲性能。 3.冷卻吹風(fēng)條件 冷卻固化條件對(duì)紡程上熔體細(xì)流的流變特性有很大影響。圖17是吹風(fēng)速度對(duì)poY的條干均勻性影響。1254卷繞速度POY的紡絲速度影響絲條的結(jié)構(gòu)與性能，隨著紡絲速度的提高，POY的密度和雙折射也增大：如圖118所示。 POY的紡絲速度應(yīng)盡量選擇在防止發(fā)生取向誘導(dǎo)結(jié)晶作用的范圍內(nèi)。POY紡絲速度對(duì)絲條性質(zhì)的影響見(jiàn)表15。1

51、26127(三)預(yù)取向絲的性能 1.雙折射 POY的雙折射()在0.025以上，但不大于0.06。 () 過(guò)高會(huì)導(dǎo)致大分子間的超分子結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，使后加工性能下降。 2結(jié)晶度 POY的結(jié)晶度越低越好，一般為1一2%。后拉伸與原絲的初級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，初級(jí)結(jié)構(gòu)越完整，拉伸時(shí)對(duì)原有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的破壞也越大，新結(jié)構(gòu)形成就越不完整。且原絲結(jié)晶度高，使后拉伸應(yīng)力增加，容易產(chǎn)生毛絲。1283斷裂伸長(zhǎng) POY的斷裂伸長(zhǎng)應(yīng)在70一180之間，最好為I00一150，這樣的POY才具有良好的可加工性，且所需拉伸倍數(shù)又不太高。4結(jié)構(gòu)一體性參數(shù)和沸水收縮率 結(jié)構(gòu)一體性參數(shù)是指POY絲條在0.18g/dtex負(fù)荷下經(jīng)100度水浴處理

52、2min后按公式 (LfL0)/ L0計(jì)算的長(zhǎng)度變化率。一般要求結(jié)構(gòu)一體性參數(shù)在0.3一1.0之間，若大于1.0，說(shuō)明纖維的取向度和結(jié)晶度過(guò)低，斷裂伸長(zhǎng)大；當(dāng)小于0.3時(shí)，則纖維取向度過(guò)高，PoY斷裂伸長(zhǎng)小，纖維后拉伸性能較差。POY的沸水收縮率為40一70。1295摩擦系數(shù)與含油率 PoY的摩擦系數(shù)要求在0.37以下，最好為0.2一0.34。含油率要求為0.3一0.4。這兩項(xiàng)指標(biāo)可保證POY具有良好的后加工性能。含油率太高會(huì)使POY在后加工中白粉增多。6條干不勻率 條干不勻率要求烏斯特值(即U值)在1.2以下(正常值)，若U值太高，會(huì)使成品絲的不勻率增加。U值是POY質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。此外

53、還要求POY的卷裝成型良好,德氏硬度適中(60一70)，并易于退繞等。130POY性能指標(biāo)見(jiàn)表16。131二、聚酯全拉伸絲的生產(chǎn)工藝(一)生產(chǎn)工藝流程 全拉伸絲(FDY)的生產(chǎn)是在POY高速紡絲過(guò)程中引入有效拉伸，當(dāng)卷繞速度達(dá)到5000mmin以上時(shí)，便可獲得具有全取向結(jié)構(gòu)的拉伸絲。故FDY的生產(chǎn)工藝是紡絲拉伸卷繞一步法連續(xù)工藝.FDY工藝流程如圖1-19。132133(二)生產(chǎn)工藝控制 如圖所示，F(xiàn)DY的生產(chǎn)工藝過(guò)程與POY極其相似，只是在紡絲機(jī)上配置一對(duì)熱輥，絲條在兩熱輥之間進(jìn)行高速拉伸，并在第二熱輥上加熱定型，從而獲得高取向和高結(jié)晶結(jié)構(gòu)的拉伸絲 1.紡絲條件 FDY的紡絲特征是大吐出量和

54、高倍率的噴絲頭拉 伸，且紡絲速度極高，因而紡絲工藝要求比POY紡絲嚴(yán)格。如切片含水率要求比紡POY更低，有的生產(chǎn)廠控制在0.0018以下。因此，用于FDY紡絲的切片質(zhì)量得嚴(yán)格控制。1342拉伸條件 絲條在第一拉伸輥上的速度必需達(dá)到POY紡絲速度3000mmm，其剩余拉伸比只有2，因此第二拉伸輥的速度需控制在拉伸比小于2的范圍內(nèi)，一般為5200mmin。 FDY需進(jìn)行熱拉伸，通常采用一對(duì)熱輥，第一熱輥的溫度為60一80，第二熱輥的溫度為150一195。為了使拉伸后的絲條得到一定程度的低張力收縮，故卷繞速度一般要低于第二拉伸輥的速度，以獲得較好的成絲質(zhì)量和卷裝。聚酯FDY的卷繞速度在5000mmi

55、n以上。135 3網(wǎng)絡(luò)度 FDY是以一步法工藝生產(chǎn)的全拉伸絲。由于在高速卷繞過(guò)程中無(wú)法加捻，因此在拉伸輥之后裝有空氣網(wǎng)絡(luò)噴嘴，使單絲抱合編結(jié)。比較適宜的交絡(luò)度大于20個(gè)m。FDY經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后還可省去織造的的并絲加捻、上漿等紡織加工工序。 (三)全拉伸絲的性能 FDY是經(jīng)一步法制取的具有全取向結(jié)構(gòu)的拉伸絲。取向度接近常規(guī)法的全拉伸絲，因此FDY的應(yīng)力應(yīng)變曲線與常規(guī)二步法全拉伸絲非常接近。 FDY的雙折射 ()在0.1以上。136FDY具有較高的結(jié)晶度，結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2以上。由于取向和晶相結(jié)構(gòu)的形成，F(xiàn)DY的強(qiáng)度在35cNdtex以上，斷裂伸長(zhǎng)約為35一40。FDY的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表17。137三、

56、聚酯全取向絲的生產(chǎn)工藝 全取向絲(FOY)是采用6000mmin以上的紡絲速度而獲得的具全取向結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)絲FOY的生技術(shù)稱為超高速紡絲技術(shù)。(一)超高速紡絲工藝的特點(diǎn)一般超高速紡絲有以下特點(diǎn)；1.紡程上凝固點(diǎn)位置隨紡絲速度而變化 紡程上絲條凝固點(diǎn)位置與紡速有關(guān)，3000m/min冷卻長(zhǎng)度Lk80cmm;700060; 900010cm.即紡絲速度提高，凝固點(diǎn)位置上移。138 2.纖維截面上徑向溫度梯度增大 隨紡絲速度的提高，絲條表面的取向度比中心的取向度也大得多，這導(dǎo)致形成皮芯結(jié)構(gòu)。 3具有微原纖結(jié)構(gòu) 紡絲速度為6000一10000mmin之間制取的FDY具有微原纖結(jié)構(gòu)。這是由于在超高速紡絲條件

57、下，由于高拉伸應(yīng)力的作用使大分于鏈產(chǎn)生取向和熱結(jié)晶而形成微原纖結(jié)構(gòu)。4高速紡絲中的細(xì)頸現(xiàn)象 在超高速紡絲過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有類似于固體纖維(UDY)拉伸時(shí)的細(xì)頸現(xiàn)象，可以推斷，細(xì)頸現(xiàn)象與結(jié)晶過(guò)程密切相關(guān)，細(xì)頸是由于纖維的冷卻和變形所致。139四、TCS熱管法聚酯全拉伸絲生產(chǎn)工藝（一）工藝流程熱管法紡絲拉伸工藝是指在甬道的位置上裝有熱管(熱箱）對(duì)完成冷卻成形的絲束進(jìn)行再加熱，采用受熱絲束的熱塑性和慣性，在較高的紡速下，使絲束進(jìn)行拉伸和定型。這種工藝路線簡(jiǎn)稱為TCS(見(jiàn)圖19)。140（二）生產(chǎn)工藝特點(diǎn)熱管法紡絲是將高速紡絲所得的初生絲，利用一個(gè)1.52.5m長(zhǎng)的熱管來(lái)加熱已固化了的絲條，從而改善初生絲

58、的機(jī)械性能。其工藝流程與設(shè)備和常規(guī)的POY基本相同，只在紡程的側(cè)吹風(fēng)裝置的下部設(shè)置出聯(lián)苯加熱器加熱的熱管，每束絲對(duì)應(yīng)一根熱管。其拉坤工藝的紡絲和冷卻部分與一般的高速紡相同。熱管安裝的位置必須在絲束冷卻到玻璃化溫度Tg(80C)以下的地方。卷繞速度在4000mmm以上。141熱管紡絲的主要特點(diǎn)是絲條在紡程上表現(xiàn)為兩段拉伸，第一階段是噴絲頭拉伸，即在進(jìn)入熱管前進(jìn)行的拉伸，第二階段是在熱管內(nèi)的拉伸。并且兩段拉伸具有自動(dòng)平衡與補(bǔ)償功能。其自動(dòng)補(bǔ)償原理是：當(dāng)前段拉伸倍數(shù)低時(shí)，進(jìn)熱管速度下降，后段拉伸倍數(shù)必然提高，結(jié)果后段拉伸張力加大，張力導(dǎo)致前段拉伸倍數(shù)提高。反之，如果前段拉伸倍數(shù)高時(shí)，進(jìn)熱管速度上升，

59、后段拉伸倍數(shù)必然下降，結(jié)果后段拉伸張力降低，張力降低又導(dǎo)致前段拉伸倍數(shù)下降。結(jié)果形成TCS兩段拉伸不斷自我平衡。TCS工藝最適合于單絲纖度較小的細(xì)特絲生產(chǎn)。若熱管不加熱，也可用來(lái)生產(chǎn)PoY。142 五、高速紡纖維的結(jié)構(gòu)與性能 高速紡絲條件下制取的卷繞絲，與低速紡卷繞絲性質(zhì)比較有明顯區(qū)別，其力學(xué)性能見(jiàn)表18。143如表所示，隨著紡絲速度的提高，纖維的取向度和結(jié)晶度也相應(yīng)提高。 (一)強(qiáng)度 高速卷繞絲隨著紡絲速度提高，纖維強(qiáng)度增大，伸長(zhǎng)減小。這種變化在紡絲速度達(dá)6000mmin時(shí)出現(xiàn)極限值。這是由于冷卻速率隨卷繞速度提高而增加，結(jié)晶速率增加至紡速為6000mmin左右時(shí)趨于不變；但當(dāng)紡絲速度超過(guò)7

60、000mmin時(shí)，強(qiáng)度稍有下降。這可能是絲條內(nèi)部形成微孔所致。強(qiáng)度隨卷繞速度的上述變化規(guī)律見(jiàn)圖120。144(二)伸長(zhǎng)：高速紡絲過(guò)程的取向和結(jié)晶對(duì)纖維拉伸性能也有顯著影響。圖1-21為不同紡絲速度時(shí)纖維應(yīng)力應(yīng)變曲線的變化規(guī)律。145（三)熱性能紡絲速度不同，卷繞絲的熱性能也不相同。如圖122所示。 從圖可見(jiàn)，在較低紡絲速度時(shí)，在低溫段(130)附近有冷結(jié)晶峰出現(xiàn)(結(jié)晶放熱多），在高溫側(cè)(250)附近有結(jié)晶熔融吸熱峰，這說(shuō)明隨著紡絲速度的提高，卷繞絲從非晶態(tài)逐漸變化至半結(jié)晶態(tài)。146(四)；密度和沸水收縮率不同紡絲速度下，纖維的密度和沸水收縮率的變化如圖23所示。從圖可見(jiàn)，沸水收縮率隨紡絲速度提