高分子材料成形工藝-聚酯纖維熔紡成形

第十一章聚酯纖維熔紡成形111.1聚酯原料及纖維11.2聚酯纖維紡絲11.3聚酯纖維后加工2熔體紡絲成形應(yīng)用：滌綸、錦綸和丙綸產(chǎn)品滌綸：直接紡絲和切片紡絲兩種實施方法錦綸：主要采用切片紡絲法，不太采用的直接紡絲法目前僅限于短纖維生產(chǎn)PA聚合過程通常會殘留一些單體和低聚物丙綸：通常只能采用切片紡絲法（PP不能直接聚合得到聚合熔體）3聚酯纖維：脂肪族聚酯（熔點低，力學(xué)強度?。┎贿m合紡織纖維，實用都是芳香族聚酯纖維，最重要PET纖維（美國1953年），近年研制出多種實用纖維（如PBT、PTT）目前聚酯纖維通常是指PET纖維，我國將含聚對苯二甲酸乙二酯組分大于85wt%的聚酯纖維稱為滌綸產(chǎn)量：2006年全世界滌綸2740萬噸，占化學(xué)纖維67.2％，長絲和短纖維分別1590萬噸和1130萬噸411.1聚酯原料及纖維

11.1.1聚酯原料11.1.2聚酯纖維511.1.1聚酯原料一、PET的生產(chǎn)PET是以對苯二甲酸雙羥乙二酯（BHET）為原料縮聚反應(yīng)脫除乙二醇（EG）而制備，縮聚反應(yīng)式：61．BHET的制備制備PET首先制備得到BHET，BHET方法有酯交換法和直接酯化法酯交換法：先將TPA與MA反應(yīng)生成粗對苯二甲酸二甲酯（粗DMT），精煉后再與EG酯交換反應(yīng)得到純度較高的BHET直接酯化法：直接采用TPA與EG酯化反應(yīng)而制得BHET72．BHET的縮聚BHET縮聚反應(yīng)是可逆平衡的逐步反應(yīng)，依次生產(chǎn)BHET二聚體、三聚體、四聚體、…，不同多聚體間進一步進行縮合反應(yīng)：

8二、PET的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)1．分子結(jié)構(gòu)特點：線型大分子，兩端有羥基，酯基，沒有大支鏈，因此分子線性好，易于取向；鏈結(jié)構(gòu)具有高度立體規(guī)整性，因此具有結(jié)晶傾向酯交換或縮聚過程副反應(yīng)產(chǎn)物（羰基化合物、環(huán)狀低聚物、二甘醇DEG等）：破壞規(guī)整性，熔點下降，導(dǎo)致紡絲困難并使成品纖維性能變壞92．分子量及其分布纖維用樹脂分子量通常15000~22000，分子量直接影響紡絲性能及纖維性能分子量低，則熔體黏度下降，紡絲易斷頭，纖維經(jīng)不起較高倍拉伸，所得成品性能差分子量小于8000~10000時幾乎不具有可紡性一般采用特性粘數(shù)表征，纖維級樹脂通常0.62~0.68dL/g10分子量分布對PET紡絲性能及成品纖維影響較大低分子量組分含量較高，紡絲易斷頭、毛絲和疵點且經(jīng)不起拉伸分子量分布窄，纖維表面均一，無明顯裂紋113．流變性質(zhì)PET熔點：分子鏈苯環(huán)－酯基組合基團剛性大，因此熔點較高，純PET熔點267℃，副反應(yīng)產(chǎn)物DEG使熔點略低，一般255~264℃，切片熔點波動較大，熔紡溫度需適當(dāng)調(diào)整PET熔體黏度：影響因素有溫度、壓力、聚合度和切變速率等熔體溫度每增減10℃，約相當(dāng)PET特性粘數(shù)增減0.05dL·g-112三、PET切片的質(zhì)量指標(biāo)PET切片質(zhì)量對紡絲拉伸工藝和纖維質(zhì)量影響重大分子量及其分布、熔點、灰分、DEG含量、羧基及粉塵含量等：直接影響PET熔體的流變性、均勻性和細(xì)流強度凝聚粒子：沉積于熔體過濾器的濾網(wǎng)或噴絲頭組件的濾層，縮短濾網(wǎng)或噴絲頭組件的更換周期或因熔體過濾反壓太大而擊穿濾網(wǎng)；殘留在纖維中會造成纖維節(jié)瘤，使纖維拉伸斷頭或拉伸不勻，降低成品纖維的品質(zhì)1311.1.2聚酯纖維一、聚酯纖維的性質(zhì)1．物理性質(zhì)結(jié)晶與密度：部分結(jié)晶，1.38~1.40g/cm色澤：一般為乳白色并帶有絲光，無光產(chǎn)品需加入消光劑TiO2，純白色產(chǎn)品需加入增白劑，有色絲則需加入顏料或染料14截面：常規(guī)滌綸表面光滑，橫截面近于圓形，異形滌綸可有△形、Y形、中空等特殊形狀吸濕性：較低，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)回潮率0.4%，低于腈綸1%~2%和錦綸4%，靜電現(xiàn)象嚴(yán)重，透氣性差，但濕強度下降少，具洗可穿性其他：軟化點230~240℃，火中能燃燒，耐光性僅次于腈綸152．力學(xué)性能強度：干態(tài)強度高，4~7cN/dtex，濕態(tài)下強度不下降斷裂伸長率：適中，20%~50%初始模量：大品種合成纖維中最高，可高達14~17GPa，因此滌綸織物尺寸穩(wěn)定回彈性：回彈性好，接近于羊毛，織物抗皺性超過其他合纖織物耐磨性：僅次于錦綸而超過其他合成纖維，干濕態(tài)下耐磨性幾乎相同163．其他性質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性：優(yōu)異，除耐堿性差外耐其他試劑性能均較優(yōu)良，對酸（尤其是有機酸）很穩(wěn)定，但室溫下不能抵抗?jié)庀跛峄驖饬蛩岬拈L時間作用耐微生物作用：不受蛀蟲、霉菌等作用，衣物不需防蟲蛀，織物較易保存17二、聚酯纖維的用途紡織領(lǐng)域：短纖維可純紡，特別適于與棉麻羊毛等天然纖維及粘膠、醋纖維、聚丙烯腈等短纖維混紡加捻長絲（DT）：主要用于織造各種仿絲綢織物，也可與天然纖維或化學(xué)短纖維紗交織，亦可與蠶絲或其他化纖長絲交織變形紗（主要是低彈絲DTY）：我國發(fā)展的主要品種，織物保暖性好、遮覆性和懸垂性優(yōu)良、光澤柔和等，適于織造仿毛呢、嘩嘰等西裝面料及裝飾織物等工農(nóng)業(yè)及高技術(shù)領(lǐng)域：應(yīng)用很廣泛（如簾子線、輸送帶、繩索、電絕緣材料等）18三、改性聚酯纖維聚酯纖維缺點：染色性差、吸濕性低、易積聚靜電荷、織物易起球等聚酯纖維改性：聚酯合成、紡絲、紡紗、織造及染整等各階段進行，改性方法大致分為化學(xué)改性和物理改性兩類19化學(xué)改性：采用共聚和表面處理等方法改變分子化學(xué)結(jié)構(gòu)，如采用取代琥珀酸(或酐)、間苯二甲酸、脂肪族聚酯或聚醚等共聚單體可制得易染色聚酯纖維物理改性：改變纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)改性，如采用異形絲、細(xì)特絲、異線密度混纖絲、異收縮絲混纖、異染色絲混纖、表面加工絲等可仿真絲；通過復(fù)合紡絲、共混紡絲、異形紡絲、混纖、交織等物理改性方法可制得易染色、阻燃、高吸濕、抗靜電（導(dǎo)電）滌綸及模仿天然纖維（如仿真絲、仿毛、仿麻）等2011.2聚酯纖維紡絲11.2.1聚酯切片的干燥11.2.2聚酯纖維紡絲通論11.2.3聚酯纖維高速紡絲21熔紡實施方法：直接紡絲和切片紡絲兩種，大型石化企業(yè)都采用直接紡絲法切片紡絲法優(yōu)點：產(chǎn)品靈活性較強，質(zhì)量較高，可固相聚合制取高強度纖維紡絲技術(shù)：常規(guī)紡、中速紡、高速紡和超高速紡等常規(guī)紡：1000~1500m/min，卷繞絲為未拉伸絲UDY中速紡：1500~3000m/min，中取向絲MOY高速紡：3000~6000m/min，4000m/min以下為預(yù)取向絲POY，若紡絲過程引入拉伸可獲得全拉伸絲FDY，超高速紡6000~8000m/min，卷繞絲為全取向絲FOY紡絲技術(shù)發(fā)展：高速高效大容量短流程自動化方向發(fā)展，加強差別化功能化纖維紡絲開發(fā)22切片紡絲直接紡絲①聚酯切片廠供給紡絲廠原料切片可以管道或車輛輸送，互不干擾，紡絲廠的布局比較靈活②變換品種方便，靈活性大，適宜中小型化纖廠③原料切片易貯存，但切片廠和紡絲廠均需設(shè)有倉貯設(shè)備④基建投資、原料和熱能消耗較高①聚酯廠通過管道供給紡絲廠聚酯熔體，工藝流程短，可省去鑄條、切粒、切片輸送、混合包裝和切片干燥、再熔融等過程

②無切片干燥設(shè)備和螺桿擠壓機等，基建投資少

③原料和熱能消耗定額較低

④適合單一品種大型化生產(chǎn)，靈活性小

⑤縮聚故障或原料供應(yīng)不足等均影響紡絲，紡絲的嚴(yán)重故障又會影響縮聚，因此要求工藝和自控十分成熟可靠表11.1直接紡絲和切片紡絲的綜合比較2311.2.1聚酯切片的干燥一、切片干燥目的①去除水分：濕切片含水率0.4%~0.5%，干燥后下降至0.01%（常規(guī)紡）或0.003%~0.005%（高速紡）②提高含水均勻性：所有切片間和切片內(nèi)部的微量水分更均勻一致③提高結(jié)晶度和軟化點：切片為無定形結(jié)構(gòu)，軟化點較低，70~80℃開始變軟和粘連，干燥初期切片結(jié)晶度迅速提高至25%~30%，軟化點提高至210℃以上且熔程狹窄，不易發(fā)生環(huán)結(jié)阻料。干燥初期使切片結(jié)晶度提高的過程通常稱為預(yù)結(jié)晶24二、切片干燥機理濕切片含水分：切片表面的非結(jié)合水和氫鍵結(jié)合的結(jié)合水兩部分1．切片干燥曲線切片干燥實質(zhì)是同時進行的傳質(zhì)和傳熱過程：熱介質(zhì)傳熱給切片使水分吸熱并從切片表面蒸發(fā)；水分從切片內(nèi)部遷移至切片表面再進入干燥介質(zhì)聚酯切片干燥：前期為恒速干燥階段，主要除去非結(jié)合水，切片含水率隨干燥時間線性下降；干燥后期為降速干燥階段，結(jié)合水慢慢向切片表面擴散并被除去，直至最后達到平衡水分干燥溫度：120℃~140℃的干燥速率出現(xiàn)突然升高現(xiàn)象（提高2.2倍），與結(jié)晶有關(guān)25圖11.1PET切片經(jīng)不同溫度熱風(fēng)干燥的干燥曲線圖11.2PET切片的半結(jié)晶化時間262．切片干燥過程的結(jié)晶干燥溫度影響：170~190℃間結(jié)晶速率最高；170℃以下短時間干燥，切片表面溫度高于內(nèi)部溫度，表面結(jié)晶度往往大于內(nèi)部結(jié)晶度；190℃以上短時間干燥，則內(nèi)部結(jié)晶度大于表面結(jié)晶度結(jié)晶對切片干燥速率影響很大：表面結(jié)晶速率低于或等于內(nèi)部結(jié)晶速率，則結(jié)晶有利于提高干燥速率；反之則可能不利，表面結(jié)晶度較大使水分?jǐn)U散阻力大增圓柱體切片的干燥優(yōu)于平板切片：圓柱體切片的表面由里向外傳質(zhì)面積增大，圓柱體切片可縮短干燥時間并達到更低含水率，還可減少粉塵的產(chǎn)生273．干燥過程伴隨的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)：主要是高溫水解反應(yīng)，過激條件下還會發(fā)生熱裂解、熱氧化降解等反應(yīng)，某些條件下還伴隨著進一步縮聚反應(yīng)（固相縮聚）28三、切片干燥工藝與設(shè)備影響切片干燥效果工藝因素：溫度、時間、風(fēng)速和風(fēng)濕溫度：高則干燥快，平衡含水率降低，但溫度太高則切片易粘結(jié)、降解變黃，180℃以上易固相縮聚反應(yīng)影響熔體均勻性，因此通常預(yù)結(jié)晶溫度控制170℃以下，干燥溫度控制180℃以下時間：取決干燥方式、設(shè)備及溫度，時間應(yīng)適中風(fēng)速風(fēng)濕：風(fēng)速提高則干燥時間縮短，含濕率低則干燥越快，平衡水分越低29聚酯切片干燥設(shè)備：間歇式和連續(xù)式兩大類間歇式設(shè)備：真空轉(zhuǎn)鼓干燥機連續(xù)式設(shè)備：回轉(zhuǎn)式、沸騰式和充填式等干燥機，亦用多種形式組合而成的聯(lián)合干燥裝置國內(nèi)常用干燥裝置：德國KF（Karl-Fisher）、BM（Buhler-Miag)、吉瑪（Zimmer）等干燥裝置30圖11.3連續(xù)結(jié)晶干燥裝置流程示意圖1,3—過濾器2—分子篩干燥器4—減壓閥5,15—電加熱器6—干燥塔7，8—插板閥9—脈動床結(jié)晶器10—粉塵小車11,16,17—蝶閥12—粉塵分離器13—空氣過濾器14—回轉(zhuǎn)閥18—風(fēng)機3111.2.2聚酯纖維紡絲通論一、紡絲機的基本結(jié)構(gòu)熔體紡絲機：通常包括熔融裝置、熔體輸送裝置、紡絲裝置、絲條冷卻裝置、上油裝置和絲條收集裝置等部分熔融裝置廣泛采用螺桿擠出機：長徑比一般20~27，壓縮比3~3.5熔體輸送裝置：包括彎管和熔體分配管紡絲裝置：包括計量泵、紡絲頭組件和紡絲箱體絲條冷卻裝置：包括紡絲窗及紡絲甬道上油裝置：包括上油部件及油浴分配循環(huán)機構(gòu)絲條收集裝置：卷繞機或受絲機構(gòu)321．紡絲箱體及紡絲頭組件圖11.4VD405紡絲機的紡絲箱體斷面1－熔體分配頭（熔體總管接頭、分配管接頭、針形閥座）2－熔體分配管3－計量泵保溫座4－泵體5－計量泵6－熔體連接管7－組件座8－電熱棒插管9－針形閥座33熔體路徑：自螺桿擠出后經(jīng)熔體管路分配至各紡絲位的計量泵和紡絲頭組件一般采用4~6個紡絲位（即一根螺桿所供給的位數(shù)）合用一個矩形載熱體加熱箱進行集中保溫，通常稱為紡絲箱體紡絲箱體：箱內(nèi)裝有至各紡絲位的熔體分配管、計量泵、與紡絲頭組件安置的保溫座和電熱棒等，通過加熱聯(lián)苯－聯(lián)苯醚混合熱載體氣液兩相保溫，箱外包覆絕熱材料34熔體分配管形式：分支式和輻射式兩種（應(yīng)確保熔體到達每個紡絲位所需時間完全相同，縮短熔體在分配過程中的停留時間，并盡可能減少回折避免各紡絲位間管路阻力差異紡絲頭組件：噴絲板、熔體分配板、熔體過濾材料及組裝套的結(jié)合件，應(yīng)高度密封、拆裝方便和固定可靠35

圖11.5VD405高壓紡絲頭組件斷面1－噴絲板座2－鋁墊圈3－噴絲板4－耐壓板5－濾網(wǎng)托板6－組合多層海砂（20、40、60目／英寸）7－分配板8－密封圈9－壓蓋10－鋁墊圈11－熔體進口接頭12－壓力傳感器接口13－定位塊14－包邊濾網(wǎng)（400、6000、10000孔／cm2）362．計量泵與噴絲板計量泵與噴絲板：兩個高精密度標(biāo)準(zhǔn)件（1）計量泵熔紡計量泵：高溫齒輪泵類型，由一對齒輪和三塊板、聯(lián)軸節(jié)等組成；可采用單進液孔單出液孔和多層多出液孔，后者可簡化泵的傳動裝置和大幅提高紡絲產(chǎn)量37圖11.6熔紡計量泵結(jié)構(gòu)1－主動齒輪2－從動齒輪3－主動軸4－從動軸5－熔體出口6－下蓋板7－中間板8－上蓋板9－聯(lián)軸節(jié)38（2）噴絲板噴絲板形狀：圓形和矩形兩種圓形噴絲板加工方便，使用較廣；矩形噴絲板主要用于紡制短纖維噴絲孔幾何形狀：通常由導(dǎo)孔和毛細(xì)孔兩段構(gòu)成除紡異形絲外毛細(xì)孔都是圓柱形，導(dǎo)孔則有圓筒漏斗形、圓筒平底形、圓錐形和雙曲面形等，圓形導(dǎo)孔最常見39圖11.7圓形噴絲板的噴絲孔排列方式40圖11.8不同導(dǎo)孔形狀的噴絲孔413．冷卻裝置絲條冷卻吹風(fēng)形式：側(cè)吹風(fēng)和環(huán)形吹風(fēng)兩種（1）側(cè)吹風(fēng)目前滌綸長絲紡絲常采用側(cè)吹風(fēng)，側(cè)吹風(fēng)傳熱系數(shù)高，冷卻效果好缺點：往往不夠均勻，尤其是復(fù)絲單纖維根數(shù)較多（2）環(huán)形吹風(fēng)環(huán)形吹風(fēng)：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)與并絲等缺點徑向吹風(fēng)裝置在采用900~1000孔甚至更多紡絲孔的噴絲板生產(chǎn)短纖維時是簡單有效的均勻冷卻方法421765432891011圖11.9側(cè)吹風(fēng)裝置1—風(fēng)道2—蝶閥3—多孔板4—穩(wěn)壓室5—風(fēng)窗6—蜂窩板7—金屬網(wǎng)8—噴絲板9—緩冷室10—冷卻風(fēng)11—甬道43圖11.10徑向吹風(fēng)方式444．卷繞裝置成形的絲條經(jīng)紡絲室和甬道冷卻固化后須先行給濕和上油再按規(guī)律卷繞卷繞機：一般由上油機構(gòu)、導(dǎo)絲機構(gòu)和卷繞機構(gòu)三部分組成上油機構(gòu)：國產(chǎn)紡絲機每位有兩個油盤，分別給濕和上油或者將給濕和上油結(jié)合45導(dǎo)絲機構(gòu)：導(dǎo)絲盤（輥）或稱紡絲盤，紡速即是指導(dǎo)絲盤轉(zhuǎn)動的線速度長絲紡絲機一般采用兩個導(dǎo)絲盤，上下導(dǎo)絲盤直徑有微小差異（后盤大0.5%）以保證絲條有張緊力長絲卷繞機：往復(fù)機構(gòu)、筒管及其傳動裝置組成46圖11.11長絲卷繞機結(jié)構(gòu)1—電動機2—傳動箱3—卷繞箱4—筒管軸5—卷裝6—摩擦輥7—往復(fù)導(dǎo)絲器47二、紡絲過程的主要工藝參數(shù)熔紡參數(shù)：熔融條件、噴絲條件、固化條件、繞絲條件等參數(shù)1．熔融條件切片紡絲熔融條件：包括聚酯切片熔融及熔體輸送過程的條件48加料段：物料保持固體狀態(tài)，加熱溫度低于熔點壓縮段：溫度或比熔點略高，加熱溫度可按比切片熔點高27~33℃計量段：保持合適的熔體溫度和黏度并確保在穩(wěn)定壓力下輸送熔體，對熔點255℃以上的聚酯切片計量段溫度約285℃左右，特性粘數(shù)較大時溫度相應(yīng)提高49螺桿通過法蘭與彎管相接：法蘭區(qū)本身較短但散熱較大，故該區(qū)溫度不宜過低，一般可與計量段溫度相等或略低一些；彎管起輸送熔體及保溫作用，由于彎管較長對聚酯降解影響較大，一般彎管區(qū)溫度可接近或略低于紡絲熔體溫度紡絲箱體溫度：直接影響熔體紡絲成形，熔體在箱體中約停留1~1.5min，箱體能加熱熔體并起保溫勻溫作用，箱體溫度通常285~288℃502．噴絲條件噴絲條件：包括泵供量和噴絲頭組件結(jié)構(gòu)泵供量：精確性和穩(wěn)定性直接影響成絲的線密度及其均勻性，欲使泵供量恒定，螺桿與紡絲泵間熔體壓力須達2MPa以上51噴絲頭組件的結(jié)構(gòu)：是否合理以及噴絲板清洗和檢查工作的優(yōu)劣，均對紡絲成形過程及纖維質(zhì)量有很大影響噴絲孔內(nèi)夾有雜質(zhì)，易使噴絲孔堵塞，產(chǎn)生“注頭絲”、“細(xì)絲”、“毛絲”等疵病熔體進噴絲孔前應(yīng)先經(jīng)仔細(xì)過濾，可用粗細(xì)不同的多層不銹鋼絲網(wǎng)組合作過濾介質(zhì)或者石英砂和不銹鋼絲網(wǎng)組合作過濾介質(zhì)52熔體應(yīng)均勻穩(wěn)定地分配到每一個噴絲孔中去由噴絲頭組件內(nèi)耐壓（擴散）板、分配板及粗濾網(wǎng)、濾砂完成，且盡可能使組件內(nèi)貯存熔體的空腔加大，保證噴絲頭組件內(nèi)熔體壓力均勻紡絲壓力：高壓紡絲時組件內(nèi)壓力高達20~50MPa，因此組件各層間應(yīng)采用鋁墊圈或包邊濾網(wǎng)嚴(yán)格密封533．冷卻固化條件普遍采用冷卻吹風(fēng)，工藝條件主要包括風(fēng)溫、風(fēng)濕、風(fēng)速（風(fēng)量）等風(fēng)溫：單面?zhèn)却碉L(fēng)時22~32℃范圍內(nèi)適當(dāng)提高送風(fēng)溫度利于提高卷繞絲斷裂強度，紡速較高時風(fēng)溫宜低。風(fēng)濕：風(fēng)濕增加可減少絲束因摩擦帶電引起的抖動，提高比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，紡制短纖維時風(fēng)濕相對濕度70%~80%甚至100%露點風(fēng)54風(fēng)速：單面?zhèn)却碉L(fēng)時隨紡速提高，最佳風(fēng)速點向較大風(fēng)速偏移；風(fēng)速過高時易造成絲束搖晃湍動，品質(zhì)指標(biāo)不勻率上升風(fēng)速分布：風(fēng)速分布形式多種多樣，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554．卷繞工藝條件卷繞工藝條件：包括紡絲（卷繞）速度、上油給濕和卷繞車間溫濕度紡絲速度（卷繞線速度）：紡速越高，則卷繞張力增大，分子取向度高56上油給濕：目的是增加絲束的集束性、抗靜電性和平滑性上油方式：齒輪泵計量的噴嘴上油、油盤上油及噴嘴-油盤兼用紡絲油劑：潤滑劑、抗靜電劑、集束劑、乳化劑和調(diào)整劑等復(fù)配POY含油率要求達0.3%~0.4%卷繞車間溫濕度：冬天20℃左右，夏天25~27℃；相對濕度60%~75%57三、聚酯長絲和短纖維的紡絲工藝圖11.12聚酯長絲紡絲工藝流程圖1－切片料倉2－切片干燥機3－螺桿擠出機4－箱體5－上油輪6－上導(dǎo)絲盤7－下導(dǎo)絲盤8－卷繞筒子9－摩擦輥10－卷繞機11－紡絲甬道12－冷卻吹風(fēng)58圖11.13聚酯短纖維紡絲工藝流程1－料斗2－螺桿擠壓機3－紡絲箱4－計量泵5－噴絲頭6－紡絲甬道7－油輪8－卷繞輥9－廢絲輥10－牽引輥11－喂入輪12－條筒129897364101251159主要差別聚酯長絲聚酯短纖維螺桿擠壓機螺桿直徑小。2000t/a時螺桿直徑φ120mm；1000t/a時螺桿直徑φ65mm。螺桿直徑大。7500t/a時若使用一根螺桿，其直徑則為φ200mm。紡絲組件①噴絲板直徑小。VCA06A紡絲機噴絲板直徑φ65mm。②噴絲板孔數(shù)少。根據(jù)品種和纖度而定，例如紡167dtex品種時只有36孔。③組件小。過濾砂裝入量只有100~200g。①噴絲板直徑大。LHV431型紡絲機噴絲板直徑φ220mm。②噴絲板孔數(shù)多。普通板通常1000~3600孔，大型板達5,000~50,000孔。③組件大。有的組件重達0.5噸以上.計量泵采用疊泵，泵的容積小，只有1.2~2.4ml／r。采用單泵，泵的容量大，其規(guī)格10~40ml／r或更大。冷卻吹風(fēng)裝置長絲噴絲板孔數(shù)少，采用側(cè)吹風(fēng)足可滿足均勻冷卻的要求。短纖維噴絲板孔數(shù)多，必須采用環(huán)吹風(fēng)裝置進行冷卻。卷繞裝置每束絲都單獨地卷繞在一個筒管上，每臺紡絲機有幾十個筒管。將一臺紡絲機所有紡絲位（24~36位）的絲束集為一束裝入盛絲桶內(nèi)。發(fā)展趨勢①高速紡絲，大于3200m／min；②一位多頭，最多可達一位8頭。①常規(guī)紡絲，小于1500m／min；②增加紡絲位數(shù)，多達32位；③增加噴絲板孔數(shù)；④只有極少數(shù)廠家采用高速紡絲。表11.2聚酯長絲和短纖維切片紡絲的差別6011.2.3聚酯纖維高速紡絲高速紡與常規(guī)紡工藝過程相似，高速紡生產(chǎn)能力比常規(guī)紡高6~15倍一、聚酯預(yù)取向絲生產(chǎn)工藝1．生產(chǎn)工藝特征POY：紡速3000~4000m/min，高取向低結(jié)晶的卷繞絲，局部最大形變速率達600s-1甚至10000s-1，動力學(xué)因素主要是慣性力和空氣摩擦阻力，纖維應(yīng)力達100MPa61紡程形變位置：不僅發(fā)生在熔體流動狀態(tài)區(qū)域，而且固化后還發(fā)生均勻塑性形變，卷繞絲取向度提高隨著紡速提高，POY取向度和密度增大，紡速3000m/min以上時取向度變化十分明顯62圖11.14紡絲速度對POY雙折射率和密度的影響63圖11.15POY切片紡絲生產(chǎn)工藝流程示意圖1－料斗2－擠出機3－過濾器4－靜態(tài)混合器5－紡絲箱體6－卷繞機642．生產(chǎn)工藝控制（1）紡絲條件切片特性粘數(shù)和含水率要求較嚴(yán)格特性粘數(shù)0.65dL/g，波動值應(yīng)小于0.01dL/g，含水率0.005%以下，不允許直徑大于6μm雜質(zhì)或TiO2凝聚粒高速紡螺桿溫度控制與常規(guī)紡基本相同，但是熔體要有較好流變性能POY紡絲溫度比常規(guī)紡約高5~10℃，一般290~300℃高速紡常采用高壓或中壓紡絲：高壓40MPa以上，中壓l5~30MPa65（2）冷卻吹風(fēng)條件冷卻吹風(fēng)條件對絲條凝固動力學(xué)的影響明顯減弱，對POY條干均勻性影響較大吹風(fēng)速度比常規(guī)紡要高，一般0.3~0.7m/s，風(fēng)溫20℃，風(fēng)濕70%~80%66（3）卷繞速度POY紡速影響絲條的結(jié)構(gòu)和性能：紡速3000~3600m/min時雙折射率增加速率達到最大值，密度增長的最高速率稍落后于雙折射率，POY紡速應(yīng)盡量選擇防止取向誘導(dǎo)結(jié)晶的范圍內(nèi)影響POY結(jié)構(gòu)和性能的其他工藝參數(shù)：上油集束位置、紡絲機上有無導(dǎo)絲盤等673．預(yù)取向絲的性能雙折射率（）：0.025以上但不大于0.06過高會導(dǎo)致后加工性能變差，而過低則纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定結(jié)晶度：越低越好，一般1%~2%結(jié)晶度高，后拉伸應(yīng)力增加，容易產(chǎn)生毛絲，拉伸對原結(jié)晶結(jié)構(gòu)的破壞越大，新結(jié)構(gòu)形成越不完整68斷裂伸長率：應(yīng)在70%~180%間，最好100%~150%條干不勻率：烏斯特值（即U值）要求1.2%以下，U值太高會使成品絲的不勻率增加其他：卷裝成形良好，德氏硬度適中（60%~70%），并易于退繞，等69二、聚酯全拉伸絲生產(chǎn)工藝高速紡情形：一般高速紡雖然紡絲張力很大，但所得纖維的強力不能達到最高值，只有紡速達7000~8000m/min以上才能獲得UDY-DT工藝所獲得的強度，紡絲要求高，難度較大全拉伸絲（FDY）：POY高速紡過程中引入有效拉伸，卷繞速度5000m/min以上70FDY生產(chǎn)工藝：紡絲－拉伸－卷繞一步法連續(xù)工藝，即先（如3000m/min）紡出預(yù)取向絲，隨后即對固化絲條再進行一次熱拉伸，便可獲得拉伸取向效果熱拉伸：紡絲過程中絲條在離開第一導(dǎo)輥之后配置一組熱拉伸輥（2~3輥），絲條在第一輥上達到POY紡速3000m/min，第二輥上達到5000m/min以上速度71圖11.16聚酯FDY生產(chǎn)工藝流程示意圖1－切片料桶2－擠出機3－預(yù)過濾器4－靜態(tài)混合器5－紡絲組件6－側(cè)吹風(fēng)窗7－紡絲甬道8－拉伸輥9－卷繞頭72三、聚酯全取向絲生產(chǎn)工藝全取向絲（FOY）：6000m/min以上，高度取向結(jié)構(gòu)長絲6000m/min紡速得到的是高取向絲（HOY），斷裂伸長率仍較大，高達40%左右7000m/min以上得到的全取向絲（FOY）結(jié)構(gòu)才與FDY基本相同，現(xiàn)在超高速紡工藝路線已工業(yè)化FOY結(jié)構(gòu)：高拉伸應(yīng)力使大分子鏈產(chǎn)生取向和熱結(jié)晶而形成微原纖結(jié)構(gòu)，因此FOY具有微原纖結(jié)構(gòu)；同時由于紡速高，絲條表面和中心溫差大，因此FOY出現(xiàn)皮芯層結(jié)構(gòu)73超高速紡絲工藝具有兩大特點①紡程上凝固點位置隨紡絲速度而變化紡速提高，凝固點位置移向噴絲板（如紡速5000m/min時60cm，紡速9000m/min時僅l0cm）；同時紡速提高，拉伸應(yīng)力增大且冷卻條件強化，絲條在凝固點的溫度提高74②紡程中出現(xiàn)細(xì)頸現(xiàn)象滌綸高速紡紡速4000m/min以上時紡程開始出現(xiàn)頸狀變化，紡速達5500~6000m/min時細(xì)頸現(xiàn)象十分明顯紡速越高，細(xì)頸點位置上移，但細(xì)頸開始點溫度則大致相同；絲條出現(xiàn)細(xì)頸現(xiàn)象變形后直徑不再變細(xì)75四、TCS熱管法聚酯全拉伸絲生產(chǎn)工藝TCS熱管紡絲法全拉伸絲工藝：紡絲甬道位置上改裝上熱管對已冷卻成形的絲束進行再加熱，在較高紡速下對絲束進行拉伸和定形76熱管位置：可安裝在甬道不同位置，同時有的采用兩個熱管絲條拉伸：包括兩個階段，第一階段的噴絲頭拉伸是在進入熱管前的那一段，第二階段的拉伸則發(fā)生于熱管內(nèi)，絲條進入熱管受熱拉伸屬于無細(xì)頸的均勻拉伸77TCS工藝的最大特點：自補償效應(yīng)總拉伸倍數(shù)為兩段拉伸倍數(shù)的乘積，卷繞速度相同時進入熱管前的纖維的取向度越低，熱管中的形變越大，即熱管拉伸倍數(shù)越大，相應(yīng)噴絲頭拉伸比變小，則絲條進入熱管的速度相應(yīng)降低，摩擦阻力相應(yīng)減少，這樣將使熱管中的拉伸倍數(shù)隨之降低，因而可以抑制原來的變化，反之亦然，因此TCS兩段拉伸總是不斷地自我平衡78紡絲過程中原料切片的特性粘數(shù)、紡絲溫度和冷卻條件等發(fā)生變化時能夠通過自行補償調(diào)節(jié)使工藝狀態(tài)恢復(fù)到原來位置，因此能制得結(jié)構(gòu)性能較為均勻穩(wěn)定的纖維，TCS工藝更適合紡制單絲更細(xì)的纖維TCS熱管法優(yōu)勢：4500m/min左右紡速可紡制出全拉伸絲，斷裂強度一般達3.8~4.0cN/dtex，斷裂伸長率35%左右；設(shè)備投資和維護較為經(jīng)濟7911.3聚酯纖維后加工11.3.1聚酯長絲后加工11.3.2聚酯短纖維后加工80存放平衡：剛成形的初生纖維的預(yù)取向度不穩(wěn)定，存放使內(nèi)應(yīng)力減小或消除，預(yù)取向度降至平衡值；同時使卷繞時油劑擴散均勻以改善纖維拉伸性能初生纖維須在恒溫恒濕條件下存放一定時間（通常存放8h以上）后加工：包括拉伸、熱定形、加捻、變形加工和成品包裝等工序8111.3.1聚酯長絲后加工聚酯長絲規(guī)格繁多，后加工流程不盡相同；常規(guī)紡卷繞絲與高速紡卷繞絲的后加工過程基本相同，區(qū)別是前者需高倍拉伸，后者僅需補充拉伸（或不需拉伸）82UDY和POY原絲經(jīng)拉伸加捻制得普通長絲POY原絲經(jīng)變形加工得到變形絲：假捻變形絲、網(wǎng)絡(luò)絲、空氣變形絲及其他差別化長絲等，聚酯長絲變形加工最常使用假捻變形法，該法約占90%以上變形絲根據(jù)卷縮性分為高彈絲、低彈絲和無彈性的膨體絲83圖11.1784一、普通長絲后加工拉伸加捻：在拉伸加捻機進行拉伸的同時給予少量的捻度的工藝?yán)旒幽砉に嚕篣DY或POY原絲的工藝過程無本質(zhì)區(qū)別，僅拉伸倍數(shù)不同，前者稱UDY－DT工藝，后者稱POY－DT工藝UDY－DT和POY－DT絲因捻度較小稱為弱捻絲或無捻絲，弱捻絲織造前通常需補充加捻，即進行復(fù)捻或后加捻以得到較高的捻度851．拉伸加捻工藝過程拉伸加捻機：一般為雙面式，全機由原絲筒子架、拉伸裝置、加熱器和加捻卷繞成形系統(tǒng)四部分組成，并附有自動裝載筒子架和自動落紗等輔助機構(gòu)工藝過程：卷繞絲從筒子架上引出經(jīng)過導(dǎo)絲器、喂入輥，在上拉伸盤上被預(yù)熱，在喂入輥和第一導(dǎo)絲盤間進行一段拉伸，在第一和第二拉伸盤間進行二段拉伸，拉伸同時經(jīng)加熱器初步熱定形；從第二拉伸盤引出的拉伸絲，經(jīng)卷繞系統(tǒng)上部中心處的導(dǎo)絲器和上下移動著的鋼領(lǐng)上的鋼絲圈后被卷繞在旋轉(zhuǎn)的筒管上；絲條的加捻是由回轉(zhuǎn)錠子和在固定鋼領(lǐng)上滑動的鋼絲圈相互作用實現(xiàn)，鋼絲圈轉(zhuǎn)一圈，絲條即得到一個捻回86圖11.18拉伸加捻機流程圖1－筒子架2－卷繞絲3，8－導(dǎo)絲器4－喂入輥5－上拉伸盤6－加熱器7－下拉伸盤9－鋼領(lǐng)10－筒管11－廢絲軸12－鋼絲圈13－錠子872．拉伸加捻工藝條件POY原絲拉伸加捻工藝條件：通常雙區(qū)熱拉伸，兩段拉伸比分別1.01和1.60左右，總拉伸比1.6~1.8，第一段拉伸主要是使絲條形成一定張力88熱盤（第一拉伸盤）溫度：一般應(yīng)控制在絲條玻璃化溫度以上10~20℃范圍內(nèi)過高，拉伸時易斷頭甚至絲條熔化，拉伸不均勻性增大過低，則拉伸點下移，會使拉伸不勻且出現(xiàn)未拉伸絲、成品絲染色不勻等第二段拉伸溫度：通常選擇在結(jié)晶速率最快的溫區(qū)（即140~190℃），使取向和結(jié)晶同時順利進行同一臺拉伸機上各熱盤間溫度差異應(yīng)控制在±2℃內(nèi)89二、假捻變形絲加工假捻變形是對長絲進行假捻變形后再熱定形而制得的高度卷曲蓬松的絲或紗1．假捻變形絲生產(chǎn)原理傳統(tǒng)假捻變形絲：拉伸加捻絲為原絲，即拉伸加捻、熱定形、解捻分開進行現(xiàn)在假捻變形絲：假捻連續(xù)工藝，即拉伸和假捻變形連續(xù)進行（簡稱DTY法）90（1）加捻－熱定形－解捻變形過程分析假捻法生產(chǎn)高彈絲過程三基本步驟：復(fù)絲高捻、熱定形和解捻加捻復(fù)絲：單絲從復(fù)絲中心到表面的應(yīng)力逐漸增大，但各根單絲的位置不斷變化，因此各根單絲所受的變形大致相同91熱定形：加捻后復(fù)絲有退捻趨勢，經(jīng)熱處理其結(jié)構(gòu)被定形，加捻內(nèi)應(yīng)力被消除解捻：各根單絲回到原始狀態(tài)，但加捻形成的螺旋形配置已定形，解捻對加捻復(fù)絲所加的反方向扭矩使各單絲呈正反螺旋狀交替排列的空間螺旋彈簧形彎曲，復(fù)絲直徑增大，蓬松度提高92（2）假捻加工原理圖11.19假捻模型93假捻模型：若固定絲兩端，握住其中間加以旋轉(zhuǎn)，則握持點上、下兩端捻向相反而捻數(shù)相等，整根絲上的捻度為零，動力學(xué)上稱為假捻；如果絲條運行，則握持點前捻數(shù)為，握持點后以相反捻向（）移動，因此握持點后區(qū)域內(nèi)的捻數(shù)為零94現(xiàn)代假捻握持方法：多采用摩擦式假捻器，常用三軸重疊盤，把絲直接壓在數(shù)組圓盤的外表面上，圓盤高速旋轉(zhuǎn)借助摩擦力使絲條加捻，假捻器上方絲被加捻，而假捻器下方絲被解捻假捻機構(gòu)的加捻區(qū)域內(nèi)（進絲側(cè)）裝置加熱器：一面加捻變形，一面使絲運行，使加捻－熱定形－解捻三個基本工序連續(xù)化952．聚酯低彈絲生產(chǎn)工藝（1）假捻變形工藝流程聚酯低彈絲采用裝有兩段加熱器的假捻變形機喂入輥和傳送輥之間借助第一段熱板加熱進行拉伸，同時原絲在喂入輥和假捻器之間被加捻變形，而在假捻器和傳送輥之間被解捻，再在局部松弛下進入第二加熱器定形。因此，拉伸和變形在同一區(qū)域內(nèi)同時完成，稱為內(nèi)拉伸變形工藝96第一加熱器之后一般裝有冷卻板，使加捻熱定形后的變形絲冷卻至玻璃化溫度以下再進行解捻，以保證解捻后的絲條呈卷曲狀態(tài)第二加熱器作用是使變形絲進一步熱定形，使內(nèi)應(yīng)力松弛，同時消除非常弱的卷曲97圖11.20聚酯低彈絲的假捻變形工藝流程及相應(yīng)的纖維表觀形態(tài)示意圖1－預(yù)取向絲(POY)2－張力器3－喂入輥4－第一加熱器5－假捻轉(zhuǎn)子6－傳送輥7－第二加熱器8－卷繞輥9－低彈絲10－卷繞筒子98（2）假捻變形工藝條件假捻變形工藝條件：變形溫度、定形溫度、加熱時間、冷卻時間、假捻張力、假捻度和超喂率等變形溫度：變形區(qū)接觸式加熱，變形溫度控制很重要，通常190~220℃定形溫度：一般為非接觸式空氣加熱，通常180~220℃99加熱時間：與絲線密度、絲速和加熱溫度等有關(guān)，通常0.4~0.6s假捻張力：假捻器前后絲條張力及波動應(yīng)嚴(yán)格控制假捻度：直接影響卷曲效果的重要因素超喂率：假捻時通常都采用超喂，超喂率一般10%~20%左右100三、網(wǎng)絡(luò)絲加工網(wǎng)絡(luò)絲：指絲條在網(wǎng)絡(luò)噴嘴中經(jīng)噴射氣流作用，單絲互相纏結(jié)而呈周期性網(wǎng)絡(luò)點的長絲網(wǎng)絡(luò)加工作用：改進合纖長絲極光效應(yīng)和蠟狀感的效果良好網(wǎng)絡(luò)加工原絲：POY、FDY和DTY網(wǎng)絡(luò)絲應(yīng)用：用途廣泛，如織造時可免去上漿、代替并捻或加捻、提高卷繞絲的加工性能、改善卷裝或用于制造不同類型的混纖絲等1011．網(wǎng)絡(luò)生成合纖長絲在網(wǎng)絡(luò)器的絲道中通過時受到與絲條垂直的噴射氣流橫向撞擊，發(fā)生交絡(luò)、纏結(jié)，產(chǎn)生沿絲條軸線方向上的纏結(jié)點圖11.21網(wǎng)絡(luò)器內(nèi)氣流的作用和橫流(a)氣流將各單絲吹松(b)折向氣流使各單絲纏結(jié)1022．網(wǎng)絡(luò)噴嘴網(wǎng)絡(luò)噴嘴：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵，有開啟式和封閉式分，包括單孔和雙孔網(wǎng)絡(luò)噴嘴絲道長度一般30~40mm，氣孔直徑1.5~2mm1033．網(wǎng)絡(luò)工藝條件POY和FDY的網(wǎng)絡(luò)度較低，大多20個/m以下，DTY網(wǎng)絡(luò)度60~100個/m網(wǎng)絡(luò)加工工藝條件：通常包括壓縮空氣壓力、網(wǎng)絡(luò)加工速度、絲條張力和超喂率以及絲條進出網(wǎng)絡(luò)器的角度、絲條的總線密度和異形度等104四、空氣變形絲加工空氣變形絲：POY或FOY原絲通過一個特殊噴嘴，在空氣噴射作用下單絲彎曲形成圈狀結(jié)構(gòu)，環(huán)圈和線圈纏結(jié)在一起，形成具有高度蓬松性的環(huán)圈絲空氣變形絲特征：若將部分絲圈拉斷，則變形表面可見圈圈和細(xì)紗尖，具有類似短纖紗的某些特征，因此稱為仿短纖紗；空氣變形絲采用不同變形工藝可制出具有仿毛、仿紗、仿麻效果105圖11.22環(huán)圈變形絲的結(jié)構(gòu)(a)單股絲(b)多股組合絲(c)花式絲1061．空氣變形絲的生產(chǎn)原理空氣變形也稱吹捻變形或噴氣變形：噴氣變形過程中有橫向氣流、軸向氣流和旋轉(zhuǎn)渦流，噴嘴加捻區(qū)類似許多加捻器，單絲在紊流作用下互相接觸、轉(zhuǎn)移和結(jié)合，這種過程可歸結(jié)為交絡(luò)和纏繞兩種形式，從而使整根變形絲形成錯綜復(fù)雜的絲體，呈現(xiàn)環(huán)圈加交絡(luò)的變形絲結(jié)構(gòu)107空氣變形絲加工過程中絲交纏和圈結(jié)過程一般分三步完成：①原絲進入噴嘴被氣流吹開，獲得實現(xiàn)交纏可能②被吹開的各根單絲發(fā)生位移并發(fā)生橫向彎曲，生成圈結(jié)⑧絲的長度縮短，強化纏結(jié)及網(wǎng)絡(luò)，使已生成的圈結(jié)固定下來108

2．空氣變形絲生產(chǎn)工藝流程中還可設(shè)有短纖化裝置以將絲束上近20%~30%的絲圈割斷，形成游離纖維末端，使變形絲具有短纖紗的獨特風(fēng)格圖11.23空氣變形絲工藝流程1－原絲2，4－喂入羅托3－熱錠5－噴嘴導(dǎo)絲針6－壓縮空氣入口7－緩沖室8－環(huán)隙9－導(dǎo)絲管10－擋體11，12－冷牽伸羅拉13－加熱器14－輸出羅拉15－卷裝16－壓力表a－多股花式變形紗b－單股紗c－雙股平行紗109圖11.24Hema型噴嘴芯1—喂入絲條2—壓縮空氣3—變形絲4—噴射芯子空氣變形絲生產(chǎn)工藝參數(shù)：包括超喂率、熱輥溫度、拉伸比、定形溫度、定形時間、加工速度、張力、空氣壓力和給濕量等11011.3.2聚酯短纖維后加工一、工藝流程圖11.25短纖維后加工流程圖1－集束架2－導(dǎo)絲架3－八輥導(dǎo)絲機4－第一臺牽伸機5－油（水）浴加熱器6－第二臺牽伸機7－熱水或蒸汽加熱器8，9－緊張熱定型機10－油冷卻槽11－第四臺牽伸機12－疊絲機13－二輥牽引機14－張力機15－卷曲架16－皮帶輸送機17－松弛熱定型機18－捕結(jié)器19－三輥牽引機20－切斷機2l－打包機111國內(nèi)聚酯短纖維有普通型和高強低伸型兩類，兩者后加工流程和設(shè)備有所差異，高強低伸型短纖維需進行緊張熱定形，普通型短纖維時不必二、工藝及設(shè)備1．初生纖維的集束集束是把若干個盛絲筒的絲條合并集中成工藝規(guī)定粗度的大股絲束，一般30×1（股）~75×2（股）ktex左右（以成品纖維特數(shù)為準(zhǔn)）1122．拉伸拉伸采用集束拉伸，集束拉伸機為三道七輥拉伸機短纖維一般采用濕熱拉伸工藝，各道拉伸機間常設(shè)置加熱器，有熱水噴淋、蒸汽噴射、油浴和水浴加熱等形式，目前更多傾向于油浴和水浴加熱拉伸方式可以是一級拉伸和二級拉伸：通常采用間歇集束兩級拉伸工藝?yán)旃に嚄l件：拉伸溫度、拉伸速度、拉伸倍數(shù)及其分配和拉伸點控制等113拉伸溫度：第一級拉伸溫度一般控制以上，但不應(yīng)過高，70~90℃間最好；第二級拉伸溫度150℃（棉型）~180℃（毛型）間拉伸速度：滌綸短纖維拉伸時絲束喂入速度一般30~45m/min，出絲速度140~180m/min；毛型短纖維的出絲速度則要低些114拉伸倍數(shù)：選擇在自然拉伸倍數(shù)和最大拉伸倍數(shù)之間，總拉伸倍數(shù)4.0~4.4倍時第一級拉伸倍數(shù)控制85%左右拉伸點：生產(chǎn)上希望拉伸點距離越短越好（通常2~3cm區(qū)域），生產(chǎn)上為穩(wěn)定拉伸點，一般在一、二道拉伸機之間借加熱裝置使拉伸點準(zhǔn)確控制在一、二道拉伸