[经济学]第3章 聚酯纤维.ppt

第三章 聚酯纤维 第一节 概述 聚酯(PET)纤维是由大分子链中的各链 节通过酯基连成成纤聚合物纺制的合成纤维 ，英文缩写PET。我国将聚对苯二甲酸乙二酯 含量大于85以上的纤维简称为涤纶。 聚酯纤维是到目前为止发展速度最快、 产量最高的合成纤维品种。 2009年1-12化纤产量完成情况 2010年1-5月涤纶产量 从分省市产量统计看，1-5月浙江产量486.97万吨，居全国之首，产量 增速达到16.08%，高于全国平均水平。第二到第五位依次是江苏、福建、四 川、广东，而上海、山东、河南传统聚酯涤纶大省分居六、七、八位。 n早年合成的聚酯大多为脂肪族化合物，不具 有纺织纤维的使用价值。 n1941年，英国人用对苯二甲酸（DMT）和乙 二醇（EG）合成了聚对苯二甲酸乙二酯（ PET）。 n1953年，美国首先建厂生产PET纤维，其是 大品种合成纤维中发展较晚的一种。 n近年研发的新聚酯纤维，如聚对苯二甲酸丁 二酯（PBT）纤维，聚对苯二甲酸丙二酯（ PTT）纤维，具有超高强度、高模量的全芳 香族聚酯纤维。 聚酯纤维的优点： 断裂强度和弹性模量高，回弹性适中， 热定型效果优异，耐热和耐光性好。 熔点约255，玻璃化温度约70，形状 稳定，织物具有洗可穿性。 具有优秀的阻抗性（诸如，抗有机溶剂 、肥皂、洗涤剂、漂白液、氧化剂）以及较 好的耐腐蚀性，对弱酸、碱等稳定。 原料丰富、廉价、生产过程简单。 缺点： 染色性差、吸湿性低、易积累静电、易 起球。 用作帘子线时与橡胶的粘接性差。 为了克服缺点，20世纪60年代开始改性， 80年代以来取得重大进展，生产出具有良好 舒适性和独特风格的差别化及功能化聚酯纤 维。改性方法分为两类： 化学改性 物理改性 聚酯纤维中常用的英文缩写 PET聚对对苯二甲酯酯乙二酯酯Polyethylene terephthalate TPA对对苯二甲酸terephthalic DMT对对苯二甲酸二甲酯酯Dimethyl terephthalate EG乙二醇Ethylene glycol BHET对对苯二甲酸乙二酯酯Bishydroxyethyl terphthalate EO环环氧乙烷烷Ethylene oxide 一、对苯二甲酸及乙二醇的制备 对苯二甲酸及对苯二甲酸二甲酯的制备 目前工业制取对苯二甲酸及其二甲酯的 方法主要有 高温氧化法 低温氧化法 氧化酯化法 第二节 聚对苯二甲酸乙二酯 高温氧化法 以醋酸为溶剂，醋酸钴或醋酸锰为催化剂 ，溴化物为促进剂，在高温下以对二甲苯为 原料，经空气液相氧化将对二甲苯一步氧化 为对苯二甲酸 优点：反应快、流程简单，收率在90以上， 适合大型化生产，是目前应用最广泛的方法。 缺点：设备腐蚀严重，反应温度较高，并 需用溴化物作促进剂。 低温氧化法 此法以醋酸为溶剂，以甲乙酮为促进剂， 醋酸钴为催化剂，在130、1.5MPa压力下 ，以纯氧为氧化剂，用对二甲苯制对苯二甲 酸。 优点：反应温度、压力较低，操作简便， 产品纯度高，收率亦高； 缺点：需用氧化促进剂且副产品醋酸需专 门处理，反应时间长，动力消耗大。 氧化酯化法 此法用对二甲苯分步氧化、酯化，直接 制取对苯二甲酸二甲酯。 优点：不必分步制取TPA和DMT，而是 将氧化和酯化过程两步合并，故称氧化合 并酯化法。此法反应不需用醋酸作溶剂， 反应条件温和。 缺点：反应收率偏低，仅为85左右， 对二甲苯单耗大。 乙二醇的制备 生产PET纤维用乙二醇(EG)，通常可用两 种方法制备： 环氧乙烷(EO)水解法 优点：所得EG纯度高 缺点：EO容易着火、爆炸，贮存和运输困难。 此外还有二氯乙烷水解法等。粗制的EG ，需经进一步精制提纯。 氯乙醇水解法 对苯二甲酸乙二酯的制备方法主要有 三种： 酯交换法（间接法） 直接酯化法 直接加成法（直接法） 二、对苯二甲酸乙二酯的制备 图3-1 PET纤维生产路线 酯交换法 酯交换原理 纯对苯二甲酸二甲酯与乙二醇反应可生成 对苯二甲酸乙二酯（BHET），释出甲醇。 酯交换反应是在催化剂（Mn、Zn、Co、Mg 等的醋酸盐）存在下加热至150220进行 的均相反应，乙二醇与对苯二甲酸二甲酯中 的甲氧基(-OCH3）交换，生成BHET，被取 代的甲氧基和乙二醇中的氢结合生成甲醇， 其反应式如下： 上述反应本质上相似于酯化反应或皂解反 应，是一个可逆平衡反应。为使正反应程度 尽量完全，生产上通常采用增加反应物浓度 和减少生成物浓度两种方法。 因此，在酯交换反应的配比中加入过量的 乙二醇；或者把所生成的甲醇从体系中排除 ，从而抑制逆反应。生产中为了增加BHET 的收率，通常将以上两种方法同时采用。 在上述酯交换反应过程中伴随着主反应可 发生许多副反应。例如 生成低聚物，它们可能是二聚、三聚或 四聚体，利用熔点不同，可将这些低聚体分 离； 生成对苯二甲酸甲乙酯，这是缩聚反应 的链转移剂，会使BHET的缩聚反应终止， 致使PET的聚合度下降； 生成环状低聚物，这些环状低聚物会影 响BHET的缩聚反应，使PET的相对分子质 量下降，熔点波动； 生成二甘醇，使PET熔点下降，颜色发 黄，树脂质量下降，纺丝困难； 生成乙醛，它是BHET缩聚过程的链终止剂 ，使PET相对分子质量降低，此外醛类又是发色 基团，会使切片变黄。 间歇法酯交换工艺 图3-2 间歇法酯交换缩聚工艺流程图 工艺流程 na.原料DMT、EG以及配制好的催化剂等 经计量后加入酯交换釜； nb.甲醇相阶段 升温到200，酯交换反应生成的甲醇经 酯交换釜上部的蒸馏塔馏出，当甲醇馏出 量达到理论生成量(按理论计算，每吨 DMT生成甲醇约417升)的90时，认为酯 交换反应结束。酯交换反应通常在常压下 进行。 nc.乙二醇相阶段 物料继续升温，蒸出多余的EG，并进行 初期缩聚反应，反应程度根据蒸出的EG 量来确定。 n酯交换过程蒸出的甲醇或EG蒸汽，先后 经蒸馏塔和冷凝器冷凝，收集的粗甲醇或 粗EG，送去蒸馏提纯后回收再用。 酯交换反应主要工艺参数的讨论 a.单体配料比 按理论计算，酯交换反应的配料比为DMT:EG 1:2(摩尔比)。但为了增加BHET收率，必须使用过 量的EG，通常DMT:EG1:2.32.5。若EG量过少 ，未反应的DMT被带入缩聚阶段进行酯交换反应， 会生成低聚物而堵塞管道，并影响PET的聚合度； 当EG用量偏多，过量的EG会自聚生成多缩乙二 醇，并嵌入PET的大分子链中，影响PET的结构规 整性，使大分子链柔性增加，熔点降低，亦会增加 EG的回收量，而增加生产成本。 b.催化剂的种类和用量 酯交换催化剂也是缩聚反应的催化剂。目前大 多采用锰、钴、锌、镁、钙等盐类(醋酸盐或氯 化物)作为酯交换反应的催化剂。催化剂用量一 般在0.05(对DMT重量)左右。 c.反应温度 是吸热反应，温度过低，反应缓慢，适当提高 温度有利于反应进行和甲醇蒸气排出，但温度过 高，尤其在200以上时，副反应显著，且DMT 会升华而阻塞分馏柱，甚至产生气阻和液泛现象 ，使乙二醇和甲醇一起蒸出，物料倒流。 温度在甲醇相阶段控制在乙二醇沸点左右，即 180200；在乙二醇相阶段温度逐渐升高至 230240。 d.反应时间 在生产中，甲醇相阶段约需3h，乙二醇相阶 段约需1.5h，总反应时间为46h。 e.酯交换率 酯交换率越高越好，一般要求在99以上，过 低时缩聚的聚合度下降，影响成品质量。 气阻是指输油管因高温产生的空气堵塞油路导致发动机供不上油而熄火。 在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速 增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出， 称为液泛。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。 连续酯交换工艺 图3-3 连续酯交换工艺流程图 图3-3是三个立式反应釜串联装置的连续酯交换 流程，DMT由甲酯化工段送来，与EG分别被预 热到190，在常压下与催化剂一并定量连续加 入第一酯交换釜，进行酯交换反应。 酯交换率为70，并利用物料位差，连续流经 第二、第三酯交换釜，继续进行反应（酯交换率 分别提高到91.3和97.8），其后送入BHET贮 槽，在槽内最终完成酯交换反应过程（酯交换率 99），并被连续、定量地抽出，送去缩聚。 直接酯化法 所谓直接酯化法，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 点（425）高于升华温度（300），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EG 中的TPA和EG之间，反应式如下 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，故酯化反应速度与TPA浓 度无关，平衡向生成BHET方向进行，此时 酯化反应为零级反应。 直接酯化反应为吸热反应，但热效应较小 ，为4.18KJ/mol。因此，升高温度，反应速 度略有增加。 直接加成法 近年来，化学工作者们正致力于用环氧乙 烷（EO）代替乙二醇直接合成BHET的工作 。此法较直接酯化法具有成本更低、反应更 快的优点。反应式如下： 该反应副产物BHET的双分子缩合物是一 种胶状物，会影响精制与过滤，因而必须严 格控制反应条件，减少副反应的发生。 三、聚对苯二甲酸乙二酯的生产 生产原理 通过酯交换反应制备BHET之后，加入摩 尔分数为0.030.04的缩聚反应催化剂（ 如Sb2o3）以及0.0150.03稳定剂，温度 逐渐升至270280，压力降低至133.3Pa （1mmHg柱）以下进行缩聚反应，制成成纤 PET。 PET生产可采用间歇法缩聚和连续法缩聚 。 间歇法缩聚工艺 工艺流程 间歇法缩聚通常与间歇法酯交换流程配合 （见图3-2）。在间歇酯交换生成的BHET中 加入缩聚催化剂和热稳定剂，并经高温（230 240）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。 缩聚反应主要工艺参数的讨论 缩聚反应温度 从化学平衡考虑，缩聚是放热反应，升 高温度使反应平衡常数略降，对提高PET 的平均聚合度不利，但在一定温度范围内 升高温度能降低物料的表观粘度，易于排 除体系中的EG，故有利于提高 。 根据反应动力学原理，升高温度使链增 长的反应速度加快，但大分子链热降解的 反应速度随温度升高而加快的速度更大， 使所得PET的 最大值变小。 从副反应考虑，温度过高，除了使大分 子裂解反应加速外，还可使生成环状低聚 物以及端羧基、端醛基、乙二醇醚等反应 加快，使最终产物PET的熔点降低，色泽 变黄，可纺性变差。 综上所述，随反应温度升高，PET的 达到最大值的时间缩短，但所得 数值变 小，产物杂质含量增加。温度过低，不仅 缩聚反应速度变慢，且体系中EG的排除困 难，也不能获得高相对分子质量的PET。 故通常控制缩聚温度在低真空阶段为250 260，高真空阶段为270280。 缩聚反应真空度 缩聚真空度直接影响生成物的相对分子质 量和产品质量。BHET缩聚反应的平衡体系 中，必须抽真空将缩聚体系中生成的EG不断 排除。真空度越高，残存的EG越少，PET的 平均聚合度越高。 若缩聚过程真空度不高，则使缩聚时间过 长，PET熔体粘度低，色泽泛黄。但在缩聚 反应初期，物料粘度低，EG排出量亦多，这 时真空度不宜过高（通常余压5.3kPa）；反 应后期，EG排出量减少，且物料粘度激增， 故要求体系真空度高（余压小于6.6Pa）。 缩聚的催化剂及稳定剂 目前，普遍使用的是Sb2O3，用量是DMT重量（ 酯交换法）的0.030.04，与在酯交换时加入的 酯交换反应催化剂如Mn、Co、Zn的醋酸盐同时起 催化缩聚作用。 热稳定剂为亚磷酸三苯酯，用量为DMT重量的 0.0150.03。 缩聚时间 缩聚反应的时间与真空度、温度和催化剂有关， 当这些因素不变时，主要取决于聚合物相对分子质 量的大小。 一般缩聚反应时间为46h。出料时间应尽可能缩 短，以免釜内高聚物熔体受热时间过长而使相对分 子质量下降。 连续法缩聚工艺 间歇法生产PET因熔体停留时间不一致， 聚合度不均匀，再熔融后纺丝易发生热降解 。而连续法可避免聚合物热降解，因为物料 的性质和状态随反应进行的程度而连续变化 ，所以连续缩聚易获得高相对分子质量的 PET，可用于生产轮胎帘子线及其它工业用 纤维。 图3-4 连续缩聚工艺流程图 工艺流程 在实际生产中，连续法缩聚工艺流程因设 备选型以及缩聚分段方法和相互衔接方式等 不同，差异很大，但各种连续缩聚流程都有 其共同特点。 可用位差或机械泵法输送物料 酯交换率99% 连续缩聚可以分为三个阶段：第一阶段除去 酯交换多余EG；第二阶段物料在低真空、低 粘度下缩聚；第三阶段在高真空、高粘度下 缩聚。 初期缩聚阶段，由于物料粘度小 可用釜式、塔式等设备。 后缩聚必须独立出来以适应高粘度、高真空 的要求。 连续缩聚工艺 EG的脱除 预缩聚和（或）前缩聚 后缩聚 三、聚对苯二甲酸乙二酯的结构与性能 分子结构 具有对称性芳环结构的线型大分子 没有大的支链 分子线型好，易于沿着纤维拉伸方向取向 而平行排列 分子链中的 基团刚性较大 纯净的PET熔点较高（约267） 由于分子内C-C链的内旋转，故分子存在两种 空间构象。无定形PET为顺式构象： 结晶时，即转变为反式构象： nPET分子链的结构具有高度的立体规整性，具有 紧密敛集能力与结晶倾向； nPET相邻分子的原子间距，均是正常的范德华距 离，其单元晶格属三斜晶系，大分子几乎呈平面 构型； nPET的分子链节是通过酯基（ ）相 互连接起来的，在高温和水分存在下，酯键易于 发生水解，使聚合度降低，因此纺丝时必须对切 片含水量严加控制。 n由于缩聚反应过程中的副反应，如热氧化裂解、 热裂解和水解作用等都可以产生羧基， 还可能 存在醚键 ，以致破坏PET结构的 规整性，减弱分子间力，使熔点降低。 相对分子质量及其分布 相对分子质量 高聚物相对分子质量的大小直接影响其加 工性能和纤维质量。PET的耐热、光、化学 稳定等性质及纤维的强度均与相对分子质量 有关，如PET相对分子质量小于1104时，就 不能正常加工为高强力纤维。工业控制通常 采用相对粘度和特性粘数作为衡量相对分子 质量大小的尺度。特性粘数与相对分子质量 的关系： 民用成纤PET切片的相对粘度 至少为 1.301.36，相当于 0.550.65dL/g， 或相当于 2200027000 1600020000 相对分子质量分布 PET相对分子质量分布对纤维结构的均匀 性有很大影响。相对分子质量分布宽会使纤 维加工性能变坏，拉伸断头率急剧增加，并 影响成品纤维的性能。 PET的相对分子质量分布常采用凝胶渗透 色谱法（GPC）测定，可用相对分子质量分 布指数来表征。 式中的值越小，表示相对分子质量分布 越窄。有资料表明，对于高速纺丝，PET的 2.02时，其可纺性较好。 流变性质 熔点 纯PET的熔点267，工业PET熔点略低， 一般在255264之间。 熔点是PET切片的一项重要指标。如果切 片熔点波动较大，则需对熔融纺丝温度作适 当调整，但熔点对成形过程的影响不如特性 粘数（相对分子质量）的影响大。 熔体粘度 熔体纺丝时，聚合物熔体在一定压力下被 挤出喷丝孔，成为熔体细流并冷却成形。熔 体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型 密切相关。 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。 物理性质和化学性质 纤维级 PET的相 对分子质量 1500022000熔融热/Jg-1130134 玻璃化温度/导热系数 /W（cmK）g-1 1.40710-3 无定形67折光指数2.480（2） 晶 态 811.574（25） 取向态结 晶 125体积膨胀系数1.610-4（-3060） 熔点/2643.710-4（90190） 熔体密度/gcm-31.220（270）体积电阻/cm-11.21019 1.117（295） 第三节 聚酯切片的干燥 一、切片干燥的目的和要求 除去切片中的水分 聚酯切片的含水率一般为0.4%，为防止纺 丝时发生水解（另外少量的水还会生成气泡 ）、干燥后要求含水率在0.01 %以下。 提高切片的软化点和结晶度 干燥后的切片由于产生结晶，切片也变得 坚硬，且熔程狭窄，熔体质量均匀，软化点 得到提高，可以防止切片进入螺杆挤压机后 会很快软化粘合，造成环结阻料。 二、切片干燥的工艺控制 切片干燥过程实质上是一个同时进行的传 热和传质过程，并伴随着高聚物结构（结晶 ）与性质（软化点等）的变化。 温度 温度高则干燥速度加快，干燥时间缩短， 干燥后湿切片的平衡含水率降低。但温度太 高，则切片易粘结，大分子降解，色泽变黄 。在180以上易引起固相缩聚反应，影响熔 体均匀性。因此，通常预结晶温度控制在 170以下，干燥温度控制在180以下。 时间 干燥时间取决于采用的干燥方式和设备。 对于同一设备，则干燥时间取决于干燥温度 。在同一温度下，干燥时间延长则切片含水 率下降，均匀性亦佳；但时间过长则PET降解 严重，色泽变黄。 风速 风速提高则切片与气流相对速度大，干燥 时间可缩短；但风速太大，则切片粉尘增多 。风速选择还与干燥方式有关。可用20m/s以 上的风速。而充填干燥的风速为810m/s。 风速的选择也与所用设备尺寸、料柱高度、 生产能力等有关。 风湿度 热风含湿率越低，则干燥速度越快，切片 平衡水分越少。因此必须不断排除循环热风 中的部分含湿空气，并不断补充经除湿的低 露点空气。如BM型干燥机所补充的新鲜空气 含湿量小于8g/kg。 三、切片干燥设备 PET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 ，也有用多种形式组合而成的联合干燥装置 ，如德国的KF、BM，吉玛和日本的钟纺、 奈良等干燥装置。 间歇式干燥设备 真空转鼓干燥机是应用已久的间歇式干燥 设备，如图3-5。设备主要由转鼓、真空系统 和加热系统所组成。 图3-5 VC353真空干燥机示意图 1-冷却桶 2-除尘桶 3-加热夹套 n由于倾角的存在，转鼓运转时切片翻动良好，不 需搅拌也能达到均匀干燥的目的。 n真空转鼓干燥机能较充分地排除水分，且在真空 下可防止氧化降解和加速干燥速度。但这种干燥 形式不适合连续生产，单机生产能力小，适合中 、小型企业使用。 n采用真空转鼓干燥时，干燥温度一般选择在115 150左右，真空转鼓干燥工作周期一般为8 12h，其中包括进出料1.52h，升温2.33.5h， 保温34h，冷却1h。 连续式干燥设备 回转圆筒-充填干燥机 回转圆筒-充填二级干燥是组合干燥的一种形 式。此装置是与VD406涤纶短纤维纺丝机配套的 切片干燥设备。前段是切片输送和回转圆筒干燥 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3-6。 图3-6 回转圆筒-充填组合干燥工艺流程图 1-混合料仓 2-上部切片料斗 3-回转干燥机 4-下部切片料斗 5-旋风分离器 6-第三料斗 7-充填式干燥机 第四节 聚酯纤维的纺丝 聚对苯二甲酸乙二酯采用熔体纺丝法纺丝 。目前，PET纤维的熔体纺丝成形可分为切片 纺丝和直接纺丝两类。 PET纤维一般以纺丝速度的高低来划分纺丝 技术路线的类型： 常规纺丝：纺丝速度10001500m/min， 其卷绕丝为未拉伸丝，通称UDY（undraw yarn）。 中速纺丝：纺丝速度为15003000m/min 。其卷绕丝具中等取向度，为中取向丝，通称 MOY（medium orented yarn）。 高速纺丝：纺丝速度为30006000m/min 。纺丝速度为4000m/min以下的卷绕丝具有较 高的取向度，为预取向丝POY（pre-oriented yarn）。若在纺丝过程中引入拉伸作用，可获 得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝，为全 拉伸丝FDY（full draw yarn）。 超高速纺丝：纺丝速度为6000 8000m/min。卷绕丝具有高取向和中等结晶结 构，为全取向丝，通称FOY（fully oriented yarn）。 一、纺丝熔体的制备 PET纤维熔融纺丝广泛采用螺杆挤出纺丝机进 行纺丝。采用螺杆挤出机熔融高聚物具有以下显 著优点： 由于螺杆不断旋转，推料前进，使传热面不 断更新，大大提高了传热系数，使切片熔融过程 强化，从而提高了劳动生产率。 螺杆挤出机能将各种粘度较高的熔体强制输 送。 单螺杆挤出机结构简图 1-螺杆 2-套筒 3-弯头 4-铸铝加热圈 5-电热棒 6-冷却水管 7-进料管 8-密封部分 9-传动及变速机构 螺杆旋转输送熔体，熔体被塑化搅拌 均匀，在机内停留时间较短，一般为5 10min，大大减小了热分解的可能性。 物料在螺杆挤出机中的状态是连续变化的，不 能机械的认为某种变化会截然局限于在某段发生 。 二、纺丝机的基本结构 高聚物熔融装置：螺杆挤出机。 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、纺丝头组件及纺丝箱 体部件。 丝条冷却装置：包括纺丝窗及冷却套筒 。 丝条收集装置：卷绕机或受丝机构。 上油装置：包括上油部件及油浴分配循 环机构。 为制取高质量的卷绕丝，纺丝机的各部分 结构仍在不断改进。 纺丝头组件的基本结构包括两部分： 喷丝板、熔体分配板和熔体过滤材料等 零件； 容纳和固定上述零件的组装套。 纺丝头组件的要求： 确保熔体过滤、分配和纺丝成形，高度密 封、拆装方便和固定可靠。 纺丝头组件的作用： 熔体过滤； 使熔体能充分混合； 把熔体均匀地分配到喷丝板的每一小孔 ，形成熔体细流。 纺丝头组件有常压和高压两种组装形式。 三、纺丝过程中的主要工艺参数 熔融条件 螺杆各区温度的选择与控制 在预热段内，物料有一较大的升温梯度,但基 本低于熔点，即基本保持固体状态。在预热段内 切片不应过早熔化，但到压缩段时应达到熔融温 度，因此预热段就必须保持一个合适的温度。 温度过高，切片在达到压缩段前就过早 熔化，由于在螺槽等深的预热段无法压缩 ，无法往前推进，造成“环结”阻料。温度 过低，切片在进入压缩段后还不能熔融， 也必然造成切片在压缩段内阻塞。 螺杆其他各加热区的温度 压缩段：切片在该区内要吸收熔融热并提 高熔体温度，该区温度可高一些，根据生产 实践经验，可按下式确定： t = tm + (2733) 加热温度的确定除需依据熔点tm 及螺杆的 挤出量外，还应考虑切片的特性粘数与尺寸 等因素。 计量段：使切片进一步熔化，保持一定的 熔体温度和粘度，并确保在稳定的压力下输 送熔体。对熔点在255以上的PET切片，该 区温度为285左右。切片特性粘数较大时， 温度要相应提高。 熔体输送过程中温度的选择与控制 法兰区：螺杆通过法兰与弯管相连，其温 度可与计量段相等或略低一些。 弯管则起输送熔体及保温作用，由于弯管 较长，对PET降解影响较大。一般弯管区温 度可接近或略低于纺丝熔体温度。 箱体是对熔体、纺丝泵及纺丝组件保温及 输送并分配熔体至每个纺丝部位的部件，此 区温度直接影响熔体纺丝成型。适当提高箱 体温度，有利于纺丝成型，并改善初生纤维 的拉伸性能，但也不宜过高，以免特性粘数 明显下降。通常箱体温度为285288，并 依纺丝成型情况而定。 喷丝条件 泵供量 泵供量的精确度和稳定性直接影响成丝的 线密度及其均匀性。熔体计量泵的泵供量除 与泵的转数有关外，还与熔体粘度、泵的进 出口熔体压力有关。当螺杆与纺丝泵间的熔 体压力达2MPa以上，泵供量与转速成直线关 系，而在一定的转速下，泵供量为一恒定值 ，不随熔体压力而改变。 喷丝头组件结构 喷丝头的组件结构是否合理以及喷丝板清 洗和检查工作的优劣，均对纺丝成型过程及 纤维质量有很大影响。 为使纤维成型良好，就应使熔体均匀稳定 地分配到每一个喷丝孔中，这个任务由喷丝 头组件内耐压板、分配板及粗滤网、滤砂来 完成，且尽可能使组件内储存的空腔加大， 保证喷丝头组件内熔体压力均匀，喷丝良好 。 丝条冷却固化条件 丝条冷却固化条件对纤维结构与性能有决 定性的影响，为控制PET熔体细流的冷却速 度及其均匀性，生产中普遍采用冷却吹风。 冷却吹风可以加速熔体细流冷却速度，有 利于提高纺丝速度；而且加强了丝条周围的 空气的对流，使内外层丝条冷却均匀，为采 用多孔喷丝板创造了条件；冷却吹风时初生 纤维质量提高，拉伸性能好，又有利于提高 设备的生产能力。 冷却吹风工艺条件主要包括风温、风湿、 风速（风量）等。 卷绕工艺条件 纺丝速度 卷绕线速度通称为纺丝速度，纺丝速度越 高，纺丝线上速度梯度也越大，且丝束与冷 却空气的摩擦阻力提高，致使卷绕丝分子取 向度高，双折射率增加，后拉伸倍数降低。 上油、给湿 上油给湿的目的是为了增加丝束的集束性 、抗静电和平滑性，以满足纺丝、拉伸和后 加工的要求。高速纺丝对上油的均匀性要求 高于常规纺丝。上油方式一般可采用由齿轮 泵剂量的喷嘴上油，或油盘上油，以及喷嘴 和油盘兼用等三种形式。 纺丝油剂是由多种组分复配而成，其主要 成分有润滑剂、抗静电剂、集束剂、乳化剂 和调整剂等。此外对于高速纺的纺丝油剂还 要求具有良好的热稳定性。 卷绕车间的温湿度 为确保初生纤维吸湿均匀和卷绕成型良好 ，卷绕车间的温湿度控制在一定范围内。一 般生产厂卷绕车间温度冬天控制在20左右 ，夏天控制在2527；相对湿度控制在 60%75%范围内。 四、聚酯短纤维的纺丝工艺 可分为切片纺丝和直接纺丝两类。 切片纺丝工艺流程：PET切片干燥熔 融纺丝后处理成品纤维。 直接纺丝工艺流程：PET熔体纺丝后 处理成品纤维。 聚酯短纤维的纺丝工艺 工艺特点 直接纺丝 大型PET短纤维厂几乎全部采用连续聚合 、直接纺丝工艺，大大提高了过程的连续化 和自动化程度。 纺丝设备大型化 现代PET短纤维生产线的生产能力大多为 日产2050t，最大规模为日产100t，甚至可 达200t以上；纺丝采用大型喷丝板，其孔数 达 500050000孔；纺丝线集束线密度达30000dtex 以上；短纤维常规纺丝速度在15002000m/min 之间，高速纺丝已实现工业化生产，纺丝直接制 条技术也得到推广应用。 品种多样化 PET短纤维的品种繁多，除棉型、毛型、中长 型、高强低伸型外，还有异形纤维、有色纤维、 超细纤维、三维卷曲纤维等品种，使纺织原料多 样化，产品高档化，以提高短纤维产品的附加值 。 普通涤纶短纤三维中空涤纶短纤增白涤纶短纤玩具填充物（含涤纶短纤） 常规纺丝工艺 1-切片料桶 2-螺杆挤出机 3-螺杆挤出机和计量泵传动装置 4-纺丝箱体 5-吹风窗 6-甬道 7-上油轮 8-导丝器 9-绕丝辊 10-总上油轮 1l-牵引辊 12-喂入轮 13-受丝桶 14-总绕丝辊 纺丝温度 螺杆各区温度：290300，纺丝箱体温 度：285310。 温度过高：热降解，熔体粘度下降，产生 气泡丝； 温度过低：熔体粘度增高，熔体输送困难 ，出现漏浆现象。 纺丝温度过高或过低均会导致成形时产生 异常丝。生产要求纺丝温度波动范围越小越 好，一般不超过2。 纺丝压力 PET短纤维熔体纺丝压力为0.50.9MPa称 为低压纺丝；15MPa以上为高压纺丝。 低压纺丝时需升高纺丝温度，以改善熔体的 流变性能，但易引起热降解；高压纺丝时由 于组件内滤层厚而密，熔体在高压下强制通 过滤层会产生大的压力降，使熔体温度升高 。 压力每升高10MPa，熔体温度约升高3 4。 丝条冷却固化条件 PET短纤维生产中，环形吹风的温度一般 为30 2、风的湿度为7080 。 吹风速度对纤维成形的影响比风温和风湿 更大。随着纺丝速度的提高或孔数增多，吹 风速度应相应加大，生产上一般为0.3 0.4m/s。吹风速度的分布可为弧形或直形分 布，均能达到良好的冷却效果。一般在喷丝 板下10cm处开始吹风，其目的是使熔体细流 在其上一段距离内保持静止状态，同时避免 冷却气流影响喷丝板面的温度。 纺丝速度 PET短纤维纺丝速度为1000m/min时，后 拉伸倍数约4倍；当纺丝速度增大到 1700m/min时，后拉伸倍数只有3.5倍。 后拉伸倍数的选择一般根据纺织加工的需 要来确定，而其可拉伸倍数则取决于纺丝速 度。为保证卷绕丝具有良好的后加工性能， 常规纺短纤维的纺丝速度控制不超过 2000m/min。 五、聚酯长丝的纺丝工艺 聚酯长丝的发展概况 PET长丝包括普通长丝（复丝）、工业用 长丝、弹力丝、空气变形丝等品种。 大有光涤纶长丝 半消光涤纶长丝 n工业化晚于短纤维，初期发展建设较短纤维 慢。上世纪60年代后，得到了迅速发展， 19601985年，长丝产量平均年递增314， 而短纤维仅为178。80年代后期，PET长丝 产量的增长又明显减慢。 n国外PET长丝的发展趋势是生产规模日益扩 大，拉伸丝和变形丝同时发展，产品以高线 密度丝为主，单丝线密度日趋细化，用途日 益广泛，遍及工业、装饰、衣着等领域。 聚酯长丝的生产工艺路线 聚酯长丝纺丝工艺特点 对原材料的质量要求高 含水率不大于8010-6 (纺短纤维时切片含 水率为20010-6)。干切片中粉末和粘结粒子 少；干燥过程中的粘度降小；干燥均匀性好 。 工艺控制要求严格 长丝生产中，为了保证纺丝的连续性和均 一性，工艺参数需严格控制。如熔体温度波 动不超过1，侧吹风风速差异不大于 0.1m/s，纺丝张力要求稳定等。 高速度、大卷装 PET长丝的纺丝卷绕速度为1000 8000m/min。在不同卷绕速度下制得的卷绕 丝具有不同的性能，目前长丝的纺丝速度趋 向高速化，工业生产中已经普遍采用 5500m/min的纺速。随着纺丝速度的提高， 长丝筒子的卷装重量越来越大，卷绕丝筒子 的净重从34kg增至15kg。 卷装重量增长后，对高速卷绕辊的材质、 精度和运转性能要求大大提高。对筒子内外 层质量的均一性、原丝的退卷、筒子的装箱 运输等亦有较高的要求。 常规纺丝工艺 1切片料仓 2 切片干燥机 3 螺杆挤出机 4 箱体 5上油轮 6上导丝盘 7 下导丝盘 8 卷绕筒子 9摩 擦辊 10卷绕机 11 纺丝甬道 12 冷却吹风 生产中主要控制的工艺参数： 纺丝温度 长丝纺丝可采用低温或高温进料的纺丝工艺。 熔体纺丝温度一般控制在280290范围内，视 切片粘度和挤出量进行调节。 螺杆挤出压力 螺杆挤出压力用于克服熔体在管道和混合器等 设备内的阻力，以保证计量泵有一定的入口压力 。实际生产中螺杆挤出压力控制为6.57.5MPa ，而纺丝组件的压力则控制在9.824.5MPa范 围内。 冷却条件 长丝纺丝一般采用侧吹风的冷却形式。冷 却吹风温度一般控制在2030，常采用 28。冷却风湿通常控制在70%左右。风速 对卷绕丝的结构和性能有较大影响，吹风速 度随丝条线密度增大而提高。常规纺丝的冷 却风速采用0.30.5m/min。 卷绕速度 卷绕速度是影响卷绕丝预取向度的重要因 素。卷绕速度越高，卷绕丝预取向度越高， 后拉伸倍数越低。常规纺长丝的最佳纺丝速 度为9001200m/min。 上油量 卷绕丝的上油量直接决定成品丝的含油量 。油剂浓度越高，卷绕丝的上油量亦越高。 上油量视丝的最终用途而定，机织用丝为0.6 0.7，针织用丝为0.70.9，加弹 用丝为0.50.6。油轮转速1020r/min ，油剂质量分数为1016。 第五节 聚酯纤维的后加工 纤维后加工是指对纺丝成型的初生纤维（ 卷绕丝）进行加工，以改善纤维的结构，使 其具有优良的使用性能。 后加工包括拉伸、热定型、加捻、变形加 工和成品包装等工序。 纤维后加工有如下作用： 纤维进行拉伸（或补充拉伸），使大分 子取向，规整排列，提高纤维强度，降低伸 长率。 进行热处理，消除大分子在拉伸时产生 的内应力，降低纤维的收缩率，提高纤维的 结晶度。 对纤维进行特殊加工，如将纤维卷曲或 变形、加捻等，以提高纤维的摩擦系数、弹 性、柔软性、蓬松性，或使纤维具有特殊的 用途及纺织加工性能。 一、聚酯短纤维的后加工 工艺流程 视纤维品种不同，后加工流程和设备均有 差异。目前国内生产的PET短纤维有普通型 和高强低伸型，相应后加工也有两种流程。 PET短纤维后加工主要由集束、拉伸、定 型、卷曲、上油、切断和打包等工序组成。 典型的工艺流程示如图 3-15。 图3-15 PET短纤维后加工工艺流程图 工艺过程讨论 初生纤维的存放及集束 刚成形的初生纤维其预取向度不均匀，需 经存放平衡，使内应力减小或消除，预取向 度降低，卷绕时的油剂扩散均匀，改善纤维 的拉伸性能。存放平衡后的丝条进行集束。 所谓集束是把若干个盛丝筒的丝条合并，集 中成工艺规定线密度的大股丝束，以便进行 后处理。 拉伸 在短纤维生产中，拉伸工艺采用集束拉伸 ，拉伸是靠各拉伸机之间的速度差异来完成 的。拉伸又称为纤维的“二次成形”。 拉伸是后加工过程中最重要的工序，拉伸 方式分一级和二级拉伸，目前涤纶短纤维生 产通常采用间歇集束两级拉伸工艺。其工艺 条件包括拉伸温度、拉伸介质、拉伸速度、 拉伸倍数及其分配、拉伸点的控制等。 热定型 热定型的目的是消除纤维内应力，提高纤 维的尺寸稳定性，并且进一步改善其物理机 械性能。热定型可使拉伸、卷曲效果固定， 并使成品纤维符合使用要求。 热定型可以在张力下进行，也可以在无张 力下进行，前者称紧张热定型(包括定张力热 定型和定长热定型)，后者称松弛热定型。生 产不同品种和不同规格的纤维，往往采用不 同的热定型方式。影响热定型的主要工艺参 数是定型温度、时间及张力。 卷曲 涤纶截面近似圆形，表面光滑，纤维间的 抱合力较小，不易与其它纤维抱合在一起， 必须进行卷曲，使其具有与天然纤维相似的 卷曲性。工业上都用填塞箱型机械卷曲。涤 纶短纤维的卷曲数要求为： 棉型 57个/cm 毛型 35个/cm 为使卷曲稳定，卷曲加工应在玻璃化温度 以上进行。卷曲前丝束应先预热，在卷曲箱 中直接通入蒸汽效果更好。影响卷曲的主要 因素有丝片密度、丝片温度、丝片张力、填 塞箱压力及热定型条件。 切断和打包 棉型涤纶短纤维名义长度为38mm，毛型 为90120mm，中长纤维为5176mm。也 有根据用户要求切成不等长（如分布在51 114mm范围）短纤维。根据切断方式，有经 拉伸卷曲后的湿丝束先切断再干燥热定型以 及湿丝束先干燥热定型再切断两种形式。 切断纤维主要控制长度偏差，超倍长纤维 量以及粘结丝(或称并丝)量等几个指标。 打包是涤纶短纤维生产的最后一道工序， 将短纤维打成一定规格和重量的包，以便运 送出厂。成包后应标明批号、等级、重量、 时间和生产厂等。 PET短纤维后处理设备 目前国内使用较广泛的PET短纤维后处理 设备是LVD802短纤维后加工联合机，它具 有高速度和可处理高线密度丝束的特点。设 备包括七辊拉伸机并有紧张热定型装置。后 加工过程中，在切断前以丝束形式输送，切 断后则用机械输送或气流输送。 国内一些大型化纤企业如天津石油化纤厂 等引进日本东洋纺设备，工艺先进、自动化 程度高，操作方便，产量大且产品质量好。 目前国产设备中最先进的要属LHV902型涤 纶短纤维后处理联合机，它是引进日本东洋 纺公司的图纸，根据我国具体情况进行转换 设计的。这套联合机具有规模大、产量高、 自动化程度高、操作方便、安全措施和劳动 条件较好、占地面积较小、能源消耗低等特 点，是当今世界上同等规模的大型直接纺 PET纤维后处理设备中较好的一种，具有国 际70年代末、80年代初的水平。 二、聚酯长丝的后加工 PET长丝后加工工艺流程比短纤维简