聚酯纖維教育課件

聚酯纖維PPT講座聚酯纖維PPT講座1第二章聚酯纖維學(xué)習(xí)目的要求

初步掌握聚酯纖維的合成、紡絲等生產(chǎn)技術(shù),把握結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用,了解其改性和新型聚酯纖維.第二章聚酯纖維學(xué)習(xí)目的要求2第二章聚酯纖維

第一節(jié)概述

聚酯是制造聚酯纖維、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由飽和的二元酸與二元醇通過縮聚反應(yīng)制得的一類線性高分子縮聚物。這類縮聚物的品種隨使用原料或中間體而異，故品種繁多數(shù)不勝數(shù)。但所有品種均有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是其大分子的各個(gè)鏈節(jié)間都是以酯基“－COO－”相聯(lián)，所以把這類縮聚物通稱為聚酯。以聚酯為基礎(chǔ)制得的纖維稱為滌綸，是三大合成纖維（滌綸、錦綸、腈綸）之一，是最主要的合成纖維。第二章聚酯纖維 第一節(jié)概述3第二章聚酯纖維

第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯一、對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備1．合成的工藝路線

合成的工藝路線酯交換路線直接酯化路線環(huán)氧乙烷直接加成路線第二章聚酯纖維 第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯合成的工藝路線4第二章聚酯纖維聚酯生產(chǎn)路線第二章聚酯纖維聚酯生產(chǎn)路線5第二章聚酯纖維（1）酯交換路線（酯交換法）將對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇按1∶2.5（摩爾比）比例混合，在醋酸鋅、醋酸錳和醋酸鈷催化劑的作用下，發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯。對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第二章聚酯纖維（1）酯交換路線（酯交換法）對(duì)苯二甲酸雙羥乙6第二章聚酯纖維（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線 （直接酯化法）對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第二章聚酯纖維（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線對(duì)苯二甲7第二章聚酯纖維（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）

該路線是1973年開始工業(yè)化生產(chǎn)的。其反應(yīng)如下：對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯

該反應(yīng)在飽和低分子脂肪胺或季胺鹽存在下，進(jìn)行極為順利，該路線具有成本低；產(chǎn)物低聚物少，容易精制；設(shè)備利用率高，輔助設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)。第二章聚酯纖維（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）8第二章聚酯纖維

如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，其產(chǎn)物可不經(jīng)過精制就可以直接用于縮聚成聚酯。其中，酯交換聚酯法和直接酯化聚酯法現(xiàn)在依然是合成聚酯的兩大主要工藝路線.

酯交換路線是傳統(tǒng)的方法，因工藝技術(shù)成熟，所以至今在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)牡匚弧?/p>

第二章聚酯纖維 如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反9第二章聚酯纖維

直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚酯路線相比，因具有消耗定額低，乙二醇配料比低，無甲醇回收，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，流程短，投資低等優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)展迅速。目前國內(nèi)引進(jìn)的聚酯裝置多以后者為主，其生產(chǎn)能力1997年就已達(dá)到152萬噸/年。第二章聚酯纖維 直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚10第二章聚酯纖維二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)1.生產(chǎn)原理

用精制后的對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯在縮聚反應(yīng)催化劑和穩(wěn)定劑縮聚反應(yīng)，分離出乙二醇后即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其反應(yīng)如下：第二章聚酯纖維二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)11第二章聚酯纖維

由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反應(yīng)進(jìn)行完全，必須排出反應(yīng)生成的低分子物質(zhì)（乙二醇），為此必須采用真空及強(qiáng)力攪拌，縮聚反應(yīng)最終壓力不大于266.6Pa，才能獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量不低于20000，用于制造纖維、薄膜的相對(duì)分子質(zhì)量約為25000。第二章聚酯纖維 由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反12第二章聚酯纖維

2．聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的生產(chǎn)工藝

從操作方式上看，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的兩種主要生產(chǎn)路線都有間歇操作和連續(xù)操作之分。相比較而言，直接酯化法連續(xù)法比間歇法的成本低20%；酯交換法連續(xù)比間歇的成本低10%。下面主要介紹酯交換法和直接酯化法聚酯的生產(chǎn)工藝。

第二章聚酯纖維13第二章聚酯纖維（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝

酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝包括酯交換、預(yù)縮聚、縮聚等過程，其原則工藝流程如圖3-2所示。

①酯交換將原料對(duì)苯二甲酸二甲酯連續(xù)加入熔化器中，加熱（150±5）℃熔化后，用齒輪泵送入高位槽中。另將乙二醇連續(xù)加入到乙二醇預(yù)熱器中預(yù)熱至150-160℃后，用離心泵送入高位槽中。將上述兩種原料按摩爾比1∶2分別用計(jì)量泵連續(xù)定量加入酯交換塔上部。第二章聚酯纖維（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝14第二章聚酯纖維分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.02%入量，用過量0.4mol的乙二醇配制成液體加入高位槽中,并連續(xù)定量送入連續(xù)酯交換塔上部。 連續(xù)酯交換塔是一個(gè)塔頂帶有乙二醇回流的填充式精餾柱的立式泡罩塔。控制酯交換溫度為190-220℃，反應(yīng)所生成的甲醇蒸氣通過塔內(nèi)各層塔板上的泡罩齒縫上升，進(jìn)行氣液交換后進(jìn)入冷凝器冷凝后流入甲醇貯槽中。原料由塔頂加入后，經(jīng)十六個(gè)分段反應(yīng)室流到最后一塊塔板，完成酯交換反應(yīng)，酯交換的生成物由塔底再沸器加熱后流入混合器中。第二章聚酯纖維分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.15第二章聚酯纖維酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程第二章聚酯纖維酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程16第二章聚酯纖維②預(yù)縮聚

混合器中的單體經(jīng)過濾器過濾后，經(jīng)計(jì)量泵、單體預(yù)熱器送入預(yù)縮聚塔底部。預(yù)縮聚塔由十六塊塔板構(gòu)成，控制塔內(nèi)溫度在（265±5）℃。單體由塔底進(jìn)入后，沿各層塔板的升液管逐層上升，在上升過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)所生成的乙二醇蒸氣起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率。當(dāng)物料到達(dá)最上一層塔板后，便得到特性粘度[η]=0.2～0.25的預(yù)聚物，預(yù)聚物由塔頂物料出口流出.第二章聚酯纖維②預(yù)縮聚17第二章聚酯纖維③縮聚

預(yù)聚物由計(jì)量泵定量連續(xù)輸送到臥式連續(xù)真空縮聚釜的入口。該釜為圓筒形的內(nèi)有49枚圓盤輪的單軸攪拌器，釜的底部有與圓盤輪交錯(cuò)安裝的隔板隔成的多段反應(yīng)室，如圖10-3所示。以鋅催化劑時(shí)，釜內(nèi)縮聚反應(yīng)溫度不超過270℃，加入穩(wěn)定劑后可控275～278℃，壓力小于133.3Pa。在攪拌器的作用下，物料由縮聚釜一端向另一端移動(dòng)，在移動(dòng)過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)。當(dāng)物料到達(dá)另一端時(shí)，聚酯樹脂的特性粘度逐漸增加到0.64～0.68。然后經(jīng)過連續(xù)紡絲、拉膜或造粒即得其產(chǎn)品。第二章聚酯纖維③縮聚18第二章聚酯纖維（2）直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝

直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝所用的原料對(duì)苯二甲酸與乙二醇的質(zhì)量有一定的要求。其工藝過程包括酯化與縮聚。第二章聚酯纖維（2）直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝19第二章聚酯纖維①酯化反應(yīng)

對(duì)苯二甲酸與乙二醇按摩爾比1:1.33配料，以三氧化二銻為催化劑，在攪拌下，控制酯化溫度在乙二醇沸點(diǎn)以上。

用平均聚合度為1.1的酯化物在反應(yīng)器中循環(huán)，酯化物與對(duì)苯二甲酸的摩爾比為0.8?？刂聘膴A套溫度為270℃，物料在釜內(nèi)第一區(qū)室內(nèi)充分混合，制成粘度為2Pa·s的漿液。這種漿液穿過區(qū)室間檔板上的小孔進(jìn)入下一個(gè)區(qū)室，物料在前進(jìn)中進(jìn)行反應(yīng)，最后獲得均一低聚物。反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)蒸餾排出設(shè)備外。第二章聚酯纖維①酯化反應(yīng)20第二章聚酯纖維②縮聚反應(yīng)

縮聚反應(yīng)設(shè)備與酯交換基本相同，連續(xù)酯化后的產(chǎn)物進(jìn)入縮聚設(shè)備進(jìn)行連續(xù)縮聚反應(yīng)，即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。

由于直接酯交換法中一般要加入了磷酸三苯酯、亞磷酸三苯酯等穩(wěn)定劑，所以聚酯產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性和聚合度都比酯交換法聚酯高，可以作為生產(chǎn)輪胎簾子線的高質(zhì)量纖維。

第二章聚酯纖維②縮聚反應(yīng) 由于直接酯交換21第二章聚酯纖維

第三節(jié)聚酯切片的干燥1、切片干燥的目的和要求

切片在熔融紡絲之前必須進(jìn)行干燥。干燥的目的是除去切片中的水分，并提高切片的結(jié)晶度和軟化點(diǎn)。

2、切片干燥的工藝控制

切片干燥過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行的傳熱和傳質(zhì)過程，并伴隨著高聚物結(jié)構(gòu)(結(jié)晶)與性質(zhì)(軟化點(diǎn)等)的變化。

溫度時(shí)間風(fēng)速風(fēng)濕度第二章聚酯纖維 第三節(jié)聚酯切片的干燥22第二章聚酯纖維

3、切片干燥設(shè)備

PET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)，也有用多種形式組合而成的聯(lián)合干燥裝置，如德國的KF、BM，吉瑪和日本的鐘紡、奈良等干燥裝置。第二章聚酯纖維 3、切片干燥設(shè)備23第二章聚酯纖維VC353真空干燥機(jī)示意圖第二章聚酯纖維VC353真空干燥機(jī)示意圖24第二章聚酯纖維回轉(zhuǎn)圓筒一充填組合干燥工藝流程圖第二章聚酯纖維回轉(zhuǎn)圓筒一充填組合干燥工藝流程圖25第二章聚酯纖維KF式干燥工藝流程第二章聚酯纖維KF式干燥工藝流程26第二章聚酯纖維間歇式預(yù)結(jié)晶和BM式干燥工藝流程圖第二章聚酯纖維間歇式預(yù)結(jié)晶和BM式干燥工藝流程圖27第二章聚酯纖維

第四節(jié)聚酯纖維的紡絲

聚酯纖維是通過熔融紡絲法生產(chǎn)的，一般是將聚酯樹脂切片經(jīng)過真空干燥（真空度266.6～666.5Pa，溫度140～150℃，時(shí)間10～20h），除去吸附的微量水分，并使樹脂由無定型變?yōu)榻Y(jié)晶形后，在惰性氣體的保護(hù)下加熱成熔體。再在一定壓力下定量壓出噴絲孔，冷卻后形成纖維，再經(jīng)拉伸、卷曲、切斷等工序成為一定規(guī)格的可紡短纖維；或在拉伸后進(jìn)行加捻、定型等后處理工序，成為符合各項(xiàng)指標(biāo)的長纖維。第二章聚酯纖維 第四節(jié)聚酯纖維的紡絲28第二章聚酯纖維PET纖維一般以紡絲速度高低來劃分紡絲技術(shù)路線類型:①常規(guī)紡絲：紡絲速度1000～1500m/min，其卷繞絲為未拉伸絲，通稱UDY（undrawedyarn）②中速紡絲：紡絲速度為1500～3000m/min。其卷繞絲具中等取向度，為中取向絲，通稱MOY（mediumorientedyarn）第二章聚酯纖維PET纖維一般以紡絲速度高低來劃分紡絲技術(shù)路29第二章聚酯纖維③高速紡絲：紡絲速度為3000～6000m/min。紡絲速度為4000m/min以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預(yù)取向絲POY（pre-orientedyarn）若在紡絲過程中引入拉伸作用，可獲得具有高取向度和中等結(jié)晶度的卷繞絲，為全拉伸絲FDY（fulldrawedyarn）④超高速紡絲：紡絲速度為6000～8000m/min。卷繞絲具有高取向和中等結(jié)晶結(jié)構(gòu)，為全取向絲，通稱FOY第二章聚酯纖維③高速紡絲：紡絲速度為3000～6000m/30第二章聚酯纖維1.紡絲熔體的制備

由縮聚釜或用連續(xù)縮聚制得的PET熔體可直接用于紡絲，也可以經(jīng)鑄帶、切粒后再熔融以制備紡絲熔體。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)見下圖。第二章聚酯纖維1.紡絲熔體的制備31第二章聚酯纖維單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖第二章聚酯纖維單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖32第二章聚酯纖維2.紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（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：彎管、熔體分配管、計(jì)量泵、紡絲頭組件及紡絲箱體（3）絲條冷卻裝置：紡絲窗及冷卻套筒（4）絲條收集裝置：卷繞機(jī)或受絲機(jī)構(gòu)（5）上油裝置：上油部件及油浴分配循環(huán)機(jī)構(gòu)第二章聚酯纖維2.紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1）高聚物熔融裝置33第二章聚酯纖維VD405高壓紡絲頭組件第二章聚酯纖維VD405高壓紡絲頭組件34第二章聚酯纖維3.紡絲過程中的主要工藝參數(shù)

熔法紡絲過程中有許多參變數(shù)，這些參變數(shù)決定纖維成形的歷程和紡出纖維的結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)上就是通過控制這些參數(shù)來制得所要求性能的纖維。 按工藝過程生產(chǎn)中控制的主要紡絲參數(shù):

熔融條件噴絲條件固化條件繞絲條件第二章聚酯纖維3.紡絲過程中的主要工藝參數(shù)35第二章聚酯纖維

4.聚酯短纖維的紡絲工藝

PET短纖維的紡絲，按其使用的原料狀態(tài)不同，可分為切片紡絲和直接紡絲兩類。

切片紡絲工藝流程：PET切片→干燥→熔融→ 紡絲→后處理→成品纖維

直接紡絲工藝流程：PET熔體→紡絲→后處理 →成品纖維

第二章聚酯纖維 4.聚酯短纖維的紡絲工藝36第二章聚酯纖維PET短纖維常規(guī)紡絲工藝流程圖工藝特點(diǎn)：（1）以直接常規(guī)紡絲為（2）紡絲設(shè)備大型化（3）品種多樣化第二章聚酯纖維PET短纖維常規(guī)紡絲工藝流程圖工藝特點(diǎn)：37第二章聚酯纖維5.聚酯長絲的紡絲工藝PET長絲普通長絲(復(fù)絲)工業(yè)用長絲彈力絲空氣變形絲等品種第二章聚酯纖維5.聚酯長絲的紡絲工藝PET長絲普通長絲(復(fù)38第二章聚酯纖維PET長絲分類如下：初生絲半預(yù)取向絲（中速紡絲）MOY預(yù)取向絲（高速紡絲）POY高取向絲（超高速紡絲）HOY聚酯長絲變形絲常規(guī)變形絲TY拉伸變形絲DTY空氣變形絲ATY低速拉伸絲DY全拉伸絲（紡絲拉伸一步法）FDY拉伸絲第二章聚酯纖維PET長絲分類如下：初生絲半預(yù)取向絲39第二章聚酯纖維長絲紡絲工藝流程圖長絲紡絲工藝特點(diǎn)：（1）對(duì)原材料要求高（2）工藝要求嚴(yán)格（3）高速度、大卷裝第二章聚酯纖維長絲紡絲工藝流程圖長絲紡絲工藝特點(diǎn)：40第二章聚酯纖維

第五節(jié)聚酯纖維的高速紡絲1.短纖維高速紡絲PET短纖維高速短程紡絲工藝流程示意圖第二章聚酯纖維 第五節(jié)聚酯纖維的高速紡絲PET短纖41第二章聚酯纖維2.長絲高速紡絲主要特點(diǎn)：（1）提高紡絲機(jī)的產(chǎn)量（2）取向絲的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好（3）紡絲中抗外界干擾性強(qiáng)（4）預(yù)取向絲適合用內(nèi)拉伸法生產(chǎn)拉伸變形絲第二章聚酯纖維2.長絲高速紡絲42第二章聚酯纖維

第六節(jié)聚酯纖維后加工纖維后加工作用：（1）將纖維進(jìn)行拉伸（或補(bǔ)充拉伸），使纖維中大分子取向，并規(guī)整排列，提高纖維強(qiáng)度，降低伸長率。（2）將纖維進(jìn)行熱處理，使大分子在熱作用下，消除拉伸時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低纖維的收縮率，并提高纖維的結(jié)晶度。（3）對(duì)纖維進(jìn)行特殊加工，如將纖維卷曲或變形、加捻等，以提高纖維的摩擦系數(shù)、彈性、柔軟性、蓬松性，或使纖維具有特殊的用途及紡織加工性能。第二章聚酯纖維 第六節(jié)聚酯纖維后加工43第二章聚酯纖維PET短纖維后加工工藝流程示意圖第二章聚酯纖維PET短纖維后加工工藝流程示意圖44第二章聚酯纖維2.PET長絲后加工主要工藝參數(shù)

拉伸倍數(shù)：拉伸倍數(shù)由冷拉伸盤和熱盤的線速度之比確定，要大于卷繞絲的自然拉伸比，小于最大拉伸比，一般為3.5～4.2倍。

拉伸溫度：拉伸溫度指熱盤溫度，要高于纖維玻璃化溫度10～20℃，一般控制在80～90℃土10℃。在此范圍內(nèi)溫度變化對(duì)纖維強(qiáng)度無明顯影響；但隨溫度升高，拉伸倍數(shù)可以增大、結(jié)晶度升高、拉伸應(yīng)力下降、毛絲減少、染色不勻率增加。第二章聚酯纖維2.PET長絲后加工主要工藝參數(shù)45第二章聚酯纖維

拉伸速度：拉伸速度一般在800m／min左右，過高的拉伸速度容易出現(xiàn)毛絲。

定型溫度：定型溫度指熱板或狹縫溫度，一般控制在180℃左右。第二章聚酯纖維 拉伸速度：拉伸速度一般在800m／min左46第二章聚酯纖維PET長絲拉伸加捻機(jī)示意圖第二章聚酯纖維PET長絲拉伸加捻機(jī)示意圖47第二章聚酯纖維3.假捻變形絲加工PET彈力絲的加工方法第二章聚酯纖維3.假捻變形絲加工PET彈力絲的加工方法48第二章聚酯纖維假捻原理捻向示意圖假捻原理示意圖第二章聚酯纖維假捻原理捻向示意圖假捻原理示意圖49第二章聚酯纖維第七節(jié)聚酯纖維的改性和新型聚酯纖維●易染色聚酯纖維●抗靜電導(dǎo)電聚酯纖維●阻燃聚酯纖維●仿天然纖維●吸濕排汗聚酯纖維●負(fù)離子纖維●蓄光纖維●聚酯復(fù)合纖維●皮芯復(fù)合芳香纖維●新聚酯PTT纖維第二章聚酯纖維第七節(jié)聚酯纖維的改性和新型聚酯纖維●易染色聚50第二章聚酯纖維

第八節(jié)聚酯纖維的結(jié)構(gòu)、性能及用途1．聚酯纖維的結(jié)構(gòu)聚酯纖維的結(jié)構(gòu)為高度對(duì)稱芳環(huán)的線性聚合物，易于取向和結(jié)晶，具有較高的強(qiáng)度和良好的成纖性及成膜性，結(jié)晶度為40%～60%，結(jié)晶速度慢。2．聚酯纖維的性能用于聚酯纖維原料的具體性能參數(shù)參見附表9所示。第二章聚酯纖維 第八節(jié)聚酯纖維的結(jié)構(gòu)、性能及用途51第二章聚酯纖維

聚酯纖維一般為乳白色，相對(duì)密度為1.38～1.4，回潮率很低，具有易洗快干的特性。在紡織時(shí)，容易產(chǎn)生靜電，其紡織品在使用過程中易積累靜電荷而吸灰塵。 聚酯纖維的熔點(diǎn)為255～265℃，軟化溫度230～240℃。遇明火能燃燒，有黑煙并有芳香氣味，離火后自息。第二章聚酯纖維 聚酯纖維一般為乳白色，相對(duì)密度為1.38～52第二章聚酯纖維

聚酯纖維在承受外力時(shí)不易發(fā)生變形，紡織品尺寸穩(wěn)定性好，使用過程中褶裥持久。耐磨性僅次于聚酰胺纖維。在室溫下，聚酯纖維能耐弱酸、弱堿和強(qiáng)酸，但不耐強(qiáng)堿；對(duì)丙酮、苯、鹵代烴等有機(jī)溶劑較穩(wěn)定，但在酚類及酚類與鹵代烴的混合溶劑中能溶脹。第二章聚酯纖維 聚酯纖維在承受外力時(shí)不易發(fā)生變形，紡織品尺53第二章聚酯纖維3．聚酯纖維的用途即可以純紡也或以與其他纖維混紡制成各種機(jī)織物和針織物。聚酯長絲可用于織造薄紗女衫、帷幕窗簾等，與其他纖維混紡可制成各種棉型、毛型及中長纖維紡織品。 聚酯纖維在工業(yè)上可作為輪胎簾子線、制作運(yùn)輸帶、篷帆、繩索等。第二章聚酯纖維3．聚酯纖維的用途54聚酯纖維PPT講座聚酯纖維PPT講座55第二章聚酯纖維學(xué)習(xí)目的要求

初步掌握聚酯纖維的合成、紡絲等生產(chǎn)技術(shù),把握結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用,了解其改性和新型聚酯纖維.第二章聚酯纖維學(xué)習(xí)目的要求56第二章聚酯纖維

第一節(jié)概述

聚酯是制造聚酯纖維、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由飽和的二元酸與二元醇通過縮聚反應(yīng)制得的一類線性高分子縮聚物。這類縮聚物的品種隨使用原料或中間體而異，故品種繁多數(shù)不勝數(shù)。但所有品種均有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是其大分子的各個(gè)鏈節(jié)間都是以酯基“－COO－”相聯(lián)，所以把這類縮聚物通稱為聚酯。以聚酯為基礎(chǔ)制得的纖維稱為滌綸，是三大合成纖維（滌綸、錦綸、腈綸）之一，是最主要的合成纖維。第二章聚酯纖維 第一節(jié)概述57第二章聚酯纖維

第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯一、對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備1．合成的工藝路線

合成的工藝路線酯交換路線直接酯化路線環(huán)氧乙烷直接加成路線第二章聚酯纖維 第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯合成的工藝路線58第二章聚酯纖維聚酯生產(chǎn)路線第二章聚酯纖維聚酯生產(chǎn)路線59第二章聚酯纖維（1）酯交換路線（酯交換法）將對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇按1∶2.5（摩爾比）比例混合，在醋酸鋅、醋酸錳和醋酸鈷催化劑的作用下，發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯。對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第二章聚酯纖維（1）酯交換路線（酯交換法）對(duì)苯二甲酸雙羥乙60第二章聚酯纖維（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線 （直接酯化法）對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第二章聚酯纖維（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線對(duì)苯二甲61第二章聚酯纖維（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）

該路線是1973年開始工業(yè)化生產(chǎn)的。其反應(yīng)如下：對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯

該反應(yīng)在飽和低分子脂肪胺或季胺鹽存在下，進(jìn)行極為順利，該路線具有成本低；產(chǎn)物低聚物少，容易精制；設(shè)備利用率高，輔助設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)。第二章聚酯纖維（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）62第二章聚酯纖維

如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，其產(chǎn)物可不經(jīng)過精制就可以直接用于縮聚成聚酯。其中，酯交換聚酯法和直接酯化聚酯法現(xiàn)在依然是合成聚酯的兩大主要工藝路線.

酯交換路線是傳統(tǒng)的方法，因工藝技術(shù)成熟，所以至今在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)牡匚弧?/p>

第二章聚酯纖維 如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反63第二章聚酯纖維

直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚酯路線相比，因具有消耗定額低，乙二醇配料比低，無甲醇回收，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，流程短，投資低等優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)展迅速。目前國內(nèi)引進(jìn)的聚酯裝置多以后者為主，其生產(chǎn)能力1997年就已達(dá)到152萬噸/年。第二章聚酯纖維 直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚64第二章聚酯纖維二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)1.生產(chǎn)原理

用精制后的對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯在縮聚反應(yīng)催化劑和穩(wěn)定劑縮聚反應(yīng)，分離出乙二醇后即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其反應(yīng)如下：第二章聚酯纖維二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)65第二章聚酯纖維

由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反應(yīng)進(jìn)行完全，必須排出反應(yīng)生成的低分子物質(zhì)（乙二醇），為此必須采用真空及強(qiáng)力攪拌，縮聚反應(yīng)最終壓力不大于266.6Pa，才能獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量不低于20000，用于制造纖維、薄膜的相對(duì)分子質(zhì)量約為25000。第二章聚酯纖維 由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反66第二章聚酯纖維

2．聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的生產(chǎn)工藝

從操作方式上看，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的兩種主要生產(chǎn)路線都有間歇操作和連續(xù)操作之分。相比較而言，直接酯化法連續(xù)法比間歇法的成本低20%；酯交換法連續(xù)比間歇的成本低10%。下面主要介紹酯交換法和直接酯化法聚酯的生產(chǎn)工藝。

第二章聚酯纖維67第二章聚酯纖維（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝

酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝包括酯交換、預(yù)縮聚、縮聚等過程，其原則工藝流程如圖3-2所示。

①酯交換將原料對(duì)苯二甲酸二甲酯連續(xù)加入熔化器中，加熱（150±5）℃熔化后，用齒輪泵送入高位槽中。另將乙二醇連續(xù)加入到乙二醇預(yù)熱器中預(yù)熱至150-160℃后，用離心泵送入高位槽中。將上述兩種原料按摩爾比1∶2分別用計(jì)量泵連續(xù)定量加入酯交換塔上部。第二章聚酯纖維（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝68第二章聚酯纖維分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.02%入量，用過量0.4mol的乙二醇配制成液體加入高位槽中,并連續(xù)定量送入連續(xù)酯交換塔上部。 連續(xù)酯交換塔是一個(gè)塔頂帶有乙二醇回流的填充式精餾柱的立式泡罩塔?？刂契ソ粨Q溫度為190-220℃，反應(yīng)所生成的甲醇蒸氣通過塔內(nèi)各層塔板上的泡罩齒縫上升，進(jìn)行氣液交換后進(jìn)入冷凝器冷凝后流入甲醇貯槽中。原料由塔頂加入后，經(jīng)十六個(gè)分段反應(yīng)室流到最后一塊塔板，完成酯交換反應(yīng)，酯交換的生成物由塔底再沸器加熱后流入混合器中。第二章聚酯纖維分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.69第二章聚酯纖維酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程第二章聚酯纖維酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程70第二章聚酯纖維②預(yù)縮聚

混合器中的單體經(jīng)過濾器過濾后，經(jīng)計(jì)量泵、單體預(yù)熱器送入預(yù)縮聚塔底部。預(yù)縮聚塔由十六塊塔板構(gòu)成，控制塔內(nèi)溫度在（265±5）℃。單體由塔底進(jìn)入后，沿各層塔板的升液管逐層上升，在上升過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)所生成的乙二醇蒸氣起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率。當(dāng)物料到達(dá)最上一層塔板后，便得到特性粘度[η]=0.2～0.25的預(yù)聚物，預(yù)聚物由塔頂物料出口流出.第二章聚酯纖維②預(yù)縮聚71第二章聚酯纖維③縮聚

預(yù)聚物由計(jì)量泵定量連續(xù)輸送到臥式連續(xù)真空縮聚釜的入口。該釜為圓筒形的內(nèi)有49枚圓盤輪的單軸攪拌器，釜的底部有與圓盤輪交錯(cuò)安裝的隔板隔成的多段反應(yīng)室，如圖10-3所示。以鋅催化劑時(shí)，釜內(nèi)縮聚反應(yīng)溫度不超過270℃，加入穩(wěn)定劑后可控275～278℃，壓力小于133.3Pa。在攪拌器的作用下，物料由縮聚釜一端向另一端移動(dòng)，在移動(dòng)過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)。當(dāng)物料到達(dá)另一端時(shí)，聚酯樹脂的特性粘度逐漸增加到0.64～0.68。然后經(jīng)過連續(xù)紡絲、拉膜或造粒即得其產(chǎn)品。第二章聚酯纖維③縮聚72第二章聚酯纖維（2）直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝

直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝所用的原料對(duì)苯二甲酸與乙二醇的質(zhì)量有一定的要求。其工藝過程包括酯化與縮聚。第二章聚酯纖維（2）直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝73第二章聚酯纖維①酯化反應(yīng)

對(duì)苯二甲酸與乙二醇按摩爾比1:1.33配料，以三氧化二銻為催化劑，在攪拌下，控制酯化溫度在乙二醇沸點(diǎn)以上。

用平均聚合度為1.1的酯化物在反應(yīng)器中循環(huán)，酯化物與對(duì)苯二甲酸的摩爾比為0.8。控制釜的夾套溫度為270℃，物料在釜內(nèi)第一區(qū)室內(nèi)充分混合，制成粘度為2Pa·s的漿液。這種漿液穿過區(qū)室間檔板上的小孔進(jìn)入下一個(gè)區(qū)室，物料在前進(jìn)中進(jìn)行反應(yīng)，最后獲得均一低聚物。反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)蒸餾排出設(shè)備外。第二章聚酯纖維①酯化反應(yīng)74第二章聚酯纖維②縮聚反應(yīng)

縮聚反應(yīng)設(shè)備與酯交換基本相同，連續(xù)酯化后的產(chǎn)物進(jìn)入縮聚設(shè)備進(jìn)行連續(xù)縮聚反應(yīng)，即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。

由于直接酯交換法中一般要加入了磷酸三苯酯、亞磷酸三苯酯等穩(wěn)定劑，所以聚酯產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性和聚合度都比酯交換法聚酯高，可以作為生產(chǎn)輪胎簾子線的高質(zhì)量纖維。

第二章聚酯纖維②縮聚反應(yīng) 由于直接酯交換75第二章聚酯纖維

第三節(jié)聚酯切片的干燥1、切片干燥的目的和要求

切片在熔融紡絲之前必須進(jìn)行干燥。干燥的目的是除去切片中的水分，并提高切片的結(jié)晶度和軟化點(diǎn)。

2、切片干燥的工藝控制

切片干燥過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行的傳熱和傳質(zhì)過程，并伴隨著高聚物結(jié)構(gòu)(結(jié)晶)與性質(zhì)(軟化點(diǎn)等)的變化。

溫度時(shí)間風(fēng)速風(fēng)濕度第二章聚酯纖維 第三節(jié)聚酯切片的干燥76第二章聚酯纖維

3、切片干燥設(shè)備

PET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)，也有用多種形式組合而成的聯(lián)合干燥裝置，如德國的KF、BM，吉瑪和日本的鐘紡、奈良等干燥裝置。第二章聚酯纖維 3、切片干燥設(shè)備77第二章聚酯纖維VC353真空干燥機(jī)示意圖第二章聚酯纖維VC353真空干燥機(jī)示意圖78第二章聚酯纖維回轉(zhuǎn)圓筒一充填組合干燥工藝流程圖第二章聚酯纖維回轉(zhuǎn)圓筒一充填組合干燥工藝流程圖79第二章聚酯纖維KF式干燥工藝流程第二章聚酯纖維KF式干燥工藝流程80第二章聚酯纖維間歇式預(yù)結(jié)晶和BM式干燥工藝流程圖第二章聚酯纖維間歇式預(yù)結(jié)晶和BM式干燥工藝流程圖81第二章聚酯纖維

第四節(jié)聚酯纖維的紡絲

聚酯纖維是通過熔融紡絲法生產(chǎn)的，一般是將聚酯樹脂切片經(jīng)過真空干燥（真空度266.6～666.5Pa，溫度140～150℃，時(shí)間10～20h），除去吸附的微量水分，并使樹脂由無定型變?yōu)榻Y(jié)晶形后，在惰性氣體的保護(hù)下加熱成熔體。再在一定壓力下定量壓出噴絲孔，冷卻后形成纖維，再經(jīng)拉伸、卷曲、切斷等工序成為一定規(guī)格的可紡短纖維；或在拉伸后進(jìn)行加捻、定型等后處理工序，成為符合各項(xiàng)指標(biāo)的長纖維。第二章聚酯纖維 第四節(jié)聚酯纖維的紡絲82第二章聚酯纖維PET纖維一般以紡絲速度高低來劃分紡絲技術(shù)路線類型:①常規(guī)紡絲：紡絲速度1000～1500m/min，其卷繞絲為未拉伸絲，通稱UDY（undrawedyarn）②中速紡絲：紡絲速度為1500～3000m/min。其卷繞絲具中等取向度，為中取向絲，通稱MOY（mediumorientedyarn）第二章聚酯纖維PET纖維一般以紡絲速度高低來劃分紡絲技術(shù)路83第二章聚酯纖維③高速紡絲：紡絲速度為3000～6000m/min。紡絲速度為4000m/min以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預(yù)取向絲POY（pre-orientedyarn）若在紡絲過程中引入拉伸作用，可獲得具有高取向度和中等結(jié)晶度的卷繞絲，為全拉伸絲FDY（fulldrawedyarn）④超高速紡絲：紡絲速度為6000～8000m/min。卷繞絲具有高取向和中等結(jié)晶結(jié)構(gòu)，為全取向絲，通稱FOY第二章聚酯纖維③高速紡絲：紡絲速度為3000～6000m/84第二章聚酯纖維1.紡絲熔體的制備

由縮聚釜或用連續(xù)縮聚制得的PET熔體可直接用于紡絲，也可以經(jīng)鑄帶、切粒后再熔融以制備紡絲熔體。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)見下圖。第二章聚酯纖維1.紡絲熔體的制備85第二章聚酯纖維單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖第二章聚酯纖維單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖86第二章聚酯纖維2.紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（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：彎管、熔體分配管、計(jì)量泵、紡絲頭組件及紡絲箱體（3）絲條冷卻裝置：紡絲窗及冷卻套筒（4）絲條收集裝置：卷繞機(jī)或受絲機(jī)構(gòu)（5）上油裝置：上油部件及油浴分配循環(huán)機(jī)構(gòu)第二章聚酯纖維2.紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1）高聚物熔融裝置87第二章聚酯纖維VD405高壓紡絲頭組件第二章聚酯纖維VD405高壓紡絲頭組件88第二章聚酯纖維3.紡絲過程中的主要工藝參數(shù)

熔法紡絲過程中有許多參變數(shù)，這些參變數(shù)決定纖維成形的歷程和紡出纖維的結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)上就是通過控制這些參數(shù)來制得所要求性能的纖維。 按工藝過程生產(chǎn)中控制的主要紡絲參數(shù):

熔融條件噴絲條件固化條件繞絲條件第二章聚酯纖維3.紡絲過程中的主要工藝參數(shù)89第二章聚酯纖維

4.聚酯短纖維的紡絲工藝

PET短纖維的紡絲，按其使用的原料狀態(tài)不同，可分為切片紡絲和直接紡絲兩類。

切片紡絲工藝流程：PET切片→干燥→熔融→ 紡絲→后處理→成品纖維

直接紡絲工藝流程：PET熔體→紡絲→后處理 →成品纖維

第二章聚酯纖維 4.聚酯短纖維的紡絲工藝90第二章聚酯纖維PET短纖維常規(guī)紡絲工藝流程圖工藝特點(diǎn)：（1）以直接常規(guī)紡絲為（2）紡絲設(shè)備大型化（3）品種多樣化第二章聚酯纖維PET短纖維常規(guī)紡絲工藝流程圖工藝特點(diǎn)：91第二章聚酯纖維5.聚酯長絲的紡絲工藝PET長絲普通長絲(復(fù)絲)工業(yè)用長絲彈力絲空氣變形絲等品種第二章聚酯纖維5.聚酯長絲的紡絲工藝PET長絲普通長絲(復(fù)92第二章聚酯纖維PET長絲分類如下：初生絲半預(yù)取向絲（中速紡絲）MOY預(yù)取向絲（高速紡絲）POY高取向絲（超高速紡絲）HOY聚酯長絲變形絲常規(guī)變形絲TY拉伸變形絲DTY空氣變形絲ATY低速拉伸絲DY全拉伸絲（紡絲拉伸一步法）FDY拉伸絲第二章聚酯纖維PET長絲分類如下：初生絲半預(yù)取向絲93第二章聚酯纖維長絲紡絲工藝流程圖長絲紡絲工藝特點(diǎn)：（1）對(duì)原材料要求高（2）工藝要求嚴(yán)格（3）高速度、大卷裝第二章聚酯纖維長絲紡絲工藝流程圖長絲紡絲工藝特點(diǎn)：94第二章聚酯纖維

第五節(jié)聚酯纖維的高速紡絲1.短纖維高速紡絲PET短纖維高速短程紡絲工藝流程示意圖第二章聚酯纖維 第五節(jié)聚酯纖維的高速紡絲PET短纖95第二章聚酯纖維2.長絲高速紡絲主要特點(diǎn)：（1）提高紡絲機(jī)的產(chǎn)量（2）取向絲的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好（3）紡絲中抗外界干擾性強(qiáng)（4）預(yù)取向絲適合用內(nèi)拉伸法生產(chǎn)拉伸變形絲第二章聚酯纖維2.長絲高速紡絲96第二章聚酯纖維

第六節(jié)聚酯纖維后加工纖維后加工作用：（1）將纖維進(jìn)行拉伸（或補(bǔ)充拉伸），使纖維中大分子取向，并規(guī)整排列，提高纖維強(qiáng)度，降低伸長率。（2）將纖維進(jìn)行熱處理，使大分子在熱作用下，消除拉伸時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低纖維的收縮率，并提高纖維的結(jié)晶