北服纖維材料學(xué)課件02工藝篇-2聚酰胺纖維生產(chǎn)工藝

概述一、定義：指分子主鏈由酰胺鍵連接起來的一類合成纖維。二、分類1由二元酸和二元胺縮聚通式為

─NH(CH2)xNHCO(CH2)yCO─n

命名胺在前、酸在后，產(chǎn)品以二元胺或二元酸含碳原子數(shù)命名。2以ω─氨基酸縮聚或內(nèi)酰胺開環(huán)聚合制備通式為：─NH(CH2)xCO─n

以結(jié)構(gòu)中碳原子數(shù)命名。第二章聚酰胺纖維生產(chǎn)工藝一、聚己內(nèi)酰胺的制備(一)己內(nèi)酰胺的開環(huán)聚合己內(nèi)酰胺的水解開環(huán)聚合三個(gè)步驟

1.水解加成

2.縮聚

3.平衡階段（酰胺鏈交換）1.己內(nèi)酰胺的水解加成②縮聚反應(yīng)——鏈增長(zhǎng)③平衡㈡聚己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)工藝己內(nèi)酰胺聚合工藝間歇

連續(xù)間歇

己內(nèi)酰胺溫度及壓力

引發(fā)劑聚合釜出料分子量調(diào)節(jié)劑

2.連續(xù)聚合工藝流程

調(diào)配、混合過濾VK管己內(nèi)酰胺

→

熔融鍋（熔融）→過濾→貯槽消光劑（TiO2）開環(huán)劑（無離子水）分子量調(diào)節(jié)劑（己二酸或醋酸）熱穩(wěn)定劑3聚合工藝控制⑴投料配比開環(huán)劑（水）與己內(nèi)酰胺配比分子量調(diào)節(jié)劑與己內(nèi)酰胺的配比

1)水用量

水用量對(duì)己內(nèi)酰胺聚合反應(yīng)速率的影響

1608040水用量2.0％1.5％1.0％0.76％聚合時(shí)間(Hr)反應(yīng)速率1.13×10-8mol/s2)分子量調(diào)節(jié)劑（己二酸）

151050.0%己二酸0.4%己二酸1.2%己二酸分子量Mｎｘ10－3分子量調(diào)節(jié)劑對(duì)聚合物最終平均分子量的影響

（2）聚合溫度相對(duì)粘度

2.0

1.8

1.6

0

2

4

8

10聚合時(shí)間260℃220℃190℃（2）聚合時(shí)間反應(yīng)速率時(shí)間反應(yīng)速率隨時(shí)間變化

（三）聚己內(nèi)酰胺的紡前處理萃取、干燥

1、切片的萃取（1）萃取的目的：除去切片中大部分單體和低聚物（2）萃取流程及設(shè)備萃取工藝：間歇或連續(xù)

蒸汽進(jìn)料水料蒸汽萃取工藝條件1.浴比：1：1～32.萃取溫度105～110℃3.萃取后切片中低分子物含量≤0.5％萃取工藝：間歇或連續(xù)

２、切片的干燥濕切片K.F干燥塔熱氮?dú)饬泄苁嚼鋮s器出料閥濕氮?dú)飧稍餃囟?20～125℃

冷卻后切片溫度50℃

濕N2由塔頂出三、聚己二酰己二胺的制備聚己二酰己二胺的生產(chǎn)工藝：間歇連續(xù)法（一）成鹽工藝(2)水溶液法己二酸和己二胺在水介質(zhì)中反應(yīng)，制成60％的66鹽水溶液,

直接供縮聚工序使用。（１）甲醇溶液法：己二酸20％的甲醇溶液+己二胺50％甲醇溶液，60～70℃

反應(yīng)，冷卻結(jié)晶，離心分離，甲醇洗滌，干燥得粒狀的66鹽，其反應(yīng)如下：（二）６６鹽反應(yīng)的特點(diǎn)和影響因素

１、單體的等摩爾比反應(yīng)式分子量A組份過量率B組份過量率100

80

0

80

100２、可逆平衡反應(yīng)３、分子量的控制及分散性

聚酰胺66的分子量控制ａ加入分子量調(diào)節(jié)劑（己二酸、醋酸）ｂ體系中水量（控制水的蒸汽壓）ｃ反應(yīng)體系溫度

d反應(yīng)體系的壓力300ｍｍHｇ400ｍｍHｇ500ｍｍHｇ600ｍｍHｇ

特性粘數(shù)270

280

290

300

反應(yīng)溫度４、熔融聚合體的熱穩(wěn)定性（三）縮聚工藝縮聚工藝：間歇縮聚連續(xù)縮聚１、間歇縮聚66鹽粉末配成50～60％的水溶液加入分子量調(diào)節(jié)劑（己二酸或醋酸）2％的己內(nèi)酰胺高壓釜進(jìn)行縮聚（經(jīng)歷高壓、降壓、抽真空階段而完成縮聚）

工藝條件ａ.６６鹽濃度：

66鹽濃度高，反應(yīng)速度快，所需蒸發(fā)的水量少，但濃度過高（>60%）時(shí)，在儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí)容易結(jié)晶.ｂ分子量調(diào)節(jié)劑加入量分子量調(diào)節(jié)劑的加入量視所需聚合體分子量而定，己二酸加入量一般為0.５～0.９％，醋酸為0.3～0.5％ｃ加入2％的己內(nèi)酰胺目的是降低聚合體融點(diǎn)并能改進(jìn)纖維的拉伸性能，增加纖維的柔性。２、連續(xù)縮聚工藝流程(1)管式預(yù)縮聚溶解鍋預(yù)縮聚66鹽配成50—60%水溶液0.5%己二酸 2%己內(nèi)酰胺閃蒸器后縮聚釜80—90℃溶解210—215℃繼續(xù)升溫225℃高一管橫管高二管

2-3Hr過濾285℃3—5秒常壓除水275—285℃30—40min抽真空上有脫泡器(2)五大器流程（蒸發(fā)器、預(yù)熱器、反應(yīng)器、閃蒸器、后縮聚器）蒸發(fā)器預(yù)熱器過濾、預(yù)熱120℃濃縮到70%

預(yù)熱到215—255℃預(yù)縮聚反應(yīng)器后縮聚釜閃蒸器215—255℃1750KPa繼續(xù)蒸發(fā)水分，并使壓力降為常壓285℃靠螺桿推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)排除全部縮聚水，聚合物在旋片上形成薄膜增壓泵—直接紡絲增壓泵—注帶—切粒

60%66鹽水溶液分子量調(diào)節(jié)劑 光熱穩(wěn)定劑一、聚酰胺的結(jié)構(gòu)（一）分子結(jié)構(gòu)重復(fù)單元聚己內(nèi)酰胺重復(fù)單元聚己二酰己二胺重復(fù)單元聚酰胺的分子量聚己內(nèi)酰胺14000～20000，聚己二酰己二胺：20000～30000

分子量分布：聚己內(nèi)酰胺：α＝2，聚己二酰己二胺：α＝1.85第二節(jié)聚酰胺的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（二）晶態(tài)結(jié)構(gòu)聚己內(nèi)酰胺的晶體結(jié)構(gòu)：α型（分子鏈反平行排列）β型γ型（分子鏈平行排列）聚己二酰己二胺的晶體結(jié)構(gòu)：α型、β型二、聚酰胺的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)1、密度部分結(jié)晶的聚己內(nèi)酰胺和聚己二酰己二胺密度：1.12～1.14g/cm3和1.13～1.16g/cm32、熔點(diǎn)DSC法測(cè)：PA6224℃,PA66:264℃3、玻璃化溫度（Tｇ）DSC法測(cè)：PA6：48℃（35～50℃）

PA66:50℃（40～60℃）

４、吸濕性

５、耐化學(xué)藥品性

第三節(jié)聚酰胺的紡絲一、概述聚酰胺纖維生產(chǎn)方法：直接紡絲法（短纖維）熔融紡絲法常規(guī)紡（1000～1500m/min）UDY高速紡（4200～4500m/min）POY超高速紡（>6000m/min）FDY二、聚酰胺高速紡絲工藝和設(shè)備特點(diǎn)１、紡絲溫度、速度和冷卻成型條件

PA6紡絲溫度：265～270℃

紡速：4200～4500m/min

冷卻成形條件與聚酯基本相同風(fēng)溫：20℃，風(fēng)速：0.3～0.5ｍ/ｓ相對(duì)濕度：65～75％。２．紡絲線上取向的發(fā)展（見聚酯部分）３．紡速對(duì)卷繞結(jié)構(gòu)的影響（結(jié)晶取向）

紡速對(duì)雙折射影響見下圖

１2

3

4km/min

Δn×10604020-3４、對(duì)切片要求含水：<0.08％５、紡絲設(shè)備的特點(diǎn)要求ａ增加螺紋深度，或提高螺桿轉(zhuǎn)速ｂ在螺桿計(jì)量段前有混煉頭ｃ上油采用噴嘴上油三、聚酰胺FDY生產(chǎn)工藝(與PET同)上油:機(jī)織物0.4～0.6％針織物2～3％拉伸速度:第一拉伸輥速度：4000～4500m/min第二拉伸輥速度：5500～6000m/min拉伸比:1.2～1.3拉伸方式:可采用冷拉，第一輥不加熱或微熱第二輥加熱（150℃）第四節(jié)聚酰胺纖維的后加工一、聚酰胺長(zhǎng)絲的后加工聚酰胺長(zhǎng)絲多采用POY-DT路線，即以POY為原絲，在同一臺(tái)設(shè)備上完成拉伸加捻作用。（一）長(zhǎng)絲后加工工藝流程(與PET同)POY絲筒－導(dǎo)絲器－喂入羅拉－熱盤－熱板－拉伸盤（PA6冷拉，PA66熱拉）－鋼絲圈－環(huán)錠加捻（加捻）－卷繞筒管。１、拉伸影響拉伸的主要因素：

ａ：拉伸倍數(shù)

Rｎ<R<RmaxUDY拉伸3.5～4倍，5倍以上（簾子線）

POY拉伸1.2～1.3倍ｂ、拉伸溫度拉伸溫度>Tg

PA6，Tｇ＝35～50℃

PA66,Tｇ＝40～60℃２、加捻加捻過程與生產(chǎn)滌綸DT絲相同捻度（捻/ｍ）＝錠子轉(zhuǎn)速（r／min）

拉伸盤出絲速度（ｍ／min）牽伸加捻絲的捻度（5～20捻/ｍ）后加捻的捻度，一般要求100～400捻/ｍｃ、拉伸速度

200~700m/min二、聚酰胺彈力絲后加工（一）假捻法高彈絲生產(chǎn)工藝流程拉伸絲－加捻－熱定型，解捻POY－拉伸、加捻、熱定型、解捻－合股并捻

－上油－落筒

（二）聚酰胺高彈絲內(nèi)拉伸變形工藝

聚酰胺高彈絲一般總在DTY拉伸變形機(jī)上完成張力比T2:T1大于或等于1生產(chǎn)聚酰胺纖維典型的工藝條件工藝參數(shù)PA66PA6加工速度（m/min）700602D/Y2.231.59拉伸比1.3521.252假捻張力（T2/T1）1.2～加熱器溫度（℃）220170加熱時(shí)間（ｓ）0.20.2冷卻時(shí)間（ｓ）0.10.1三、聚酰胺簾子線的后加工（一）聚酰胺簾子線生產(chǎn)的特點(diǎn)１、聚合體由于簾子線強(qiáng)度高，一般要求使用高粘度（ηｒ＝3.2～3.5）或高分子量>20000的聚合體。

PA6：加壓－真空閃蒸－后縮聚

PA66：加壓－真空閃蒸－后縮聚２、紡絲采用高壓紡絲，壓力高達(dá)196000KPa（通常29400～49000KPa）冷卻緩和：采用徐冷環(huán)，以延緩冷卻，使絲條結(jié)構(gòu)均勻。３、卷繞設(shè)備多數(shù)采用紡絲拉伸聯(lián)合機(jī)，其卷繞速度在1500ｍ/min

以上，少數(shù)廠家采用高速紡絲法。４、拉伸向多區(qū)拉伸和大卷裝發(fā)展。如重特（旦）雙區(qū)熱拉伸機(jī)（二）復(fù)捻和合股合股：捻向與復(fù)捻相反，得到產(chǎn)品為”ZS”

捻也有或“ZSZ”或“SZS”形式。（三）簾子布的織造和浸膠織布：浸膠：浸膠工藝：熱拉伸熱定型浸膠浸膠干燥拉伸定型注意熱定型溫度（190℃）一定高于輪胎制造時(shí)硫化溫度（140～160℃）否則硫化時(shí)發(fā)生收縮。四、聚酰胺膨體長(zhǎng)絲（BCF）的生產(chǎn)1．BCF地毯長(zhǎng)絲流程長(zhǎng)絲——熱拉伸——熱噴氣變形（過熱蒸汽或熱空氣，在熱和湍流介質(zhì)作用下纖維發(fā)生變形，形成卷曲和膨松的變形絲）——空氣冷卻（在回轉(zhuǎn)篩上強(qiáng)制冷卻定型）——空氣噴嘴形成網(wǎng)絡(luò)絲——卷繞——變形地毯長(zhǎng)絲。2．BCF短纖維生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)絲——熱拉伸——熱噴氣變形——冷卻——切斷——纖維輸送——成包的BCF短纖。（二）BCF的加工工藝單絲線密度：17~22dtex絲束根數(shù)：50~150根總線密度：556~4444dtex拉伸溫度：喂入輥：90℃以下拉伸輥：100~190℃拉伸比：3.5~5倍變形溫度：過熱蒸汽：130~250℃熱空氣：150~250℃空氣噴射壓力：200~500KPa卷繞速度：600~3000m/min超喂率：15%～30%冷卻空氣溫度：25℃五、聚酰胺短纖維后加工工藝特點(diǎn)聚酰胺短纖維生產(chǎn)一般采用熔體直接紡絲法。集束、拉伸、熱定型、卷曲、切斷等工序。但由于聚酰胺纖維中含有較多的單體（約8~10%），因此為使單體含量降至1.5%以下，相應(yīng)還需要水洗——上油——壓干——開松——干燥——開松等過程。第四節(jié)聚酰胺纖維的性能、用途（1）斷裂強(qiáng)度：服用長(zhǎng)絲斷裂強(qiáng)度4.4~5.7CN/dtex

強(qiáng)力絲斷裂強(qiáng)度6~9CN/dtex

濕強(qiáng)略下降，約為85%~90%干強(qiáng)

(2)斷裂伸長(zhǎng)：強(qiáng)力絲略低：20%~30%，普通長(zhǎng)絲：25%~40%。（3）模量初始模量低，一般低于羊毛和聚丙烯腈纖維（4）回彈性聚酰胺纖維回彈性極好，伸長(zhǎng)10%時(shí)，回彈率99%，