PA6的生产流程(共55页)(1)

1、摘要本文介绍了从聚酰胺6的聚合到纺丝和后加工的整个过程。采用己内酰胺的开 环聚合方法制取聚酰胺切片。切片经BM干燥器干燥再熔融纺丝经后拉伸制得聚酰胺 6 FDY长丝。其吸湿排汗作用是应为纤维的横截面是非圆形的异形丝，皮肤表面汗 水町经过纤维表而的芯吸作用而达到吸湿排汗。其原理是喷丝孔为十字形的，得到 的纤维横截面为四星状的纤维。使得纤维表面有细微的沟槽，即使当织物中纤维形 成的毛细管处于水平位置时，虽然没有外力场的势能差，但由于毛细管曲而附加压 力的作用，能自动引导液体流动，而把汗水排出。使衣物穿着更舒适。设计的年产 量为三万吨的长丝生产工厂，适合的厂址为江苏义乌等南方轻工业基地。 关键词：

2、聚酰胺6、FDY、吸湿排汗纤维Thedesign of thepolyamide 6 polymerization to spinningandprocessing of thee ntireprocess. Ring - openi ngpolymerizati on of caprolactamproduction of polyamidechips. Sliceafter BM dryersdryingandmeltspinning - stretchpolyamide 6 FDYfilament. Itswickingeffect is should be a crosssection

3、 is circularshapedfibersilk, skinsurfacesweatcould be metthroughwickeffect of fibersurfacemoisture. Theprinciple is of spinneretholeforcross, getfibercrosssectionsforfourstar likefibers Makesthefibersurfaceslightlygrooved, evenwhentheformation of fibers in fabrics by capillarywhen in horizontalposit

4、ion, althoughthere is no externalforcefield of potentialenergydifference, butbecause of therole of capillarysurfacesofadditio nalpressure,canautomaticallyguidetheliquidflows,andsweat.Makeclothingmorecomfortable. Design of filame ntproductionpla nt of annualoutput of 30,000 tons, suitablesitesforJian

5、gsulightindustrybase in theSouthsuch as Yiwu.Key words:Polyamide6,FDY, moisture absorpti on perspirati on fibre 刖B第一章概述5第二章聚酰胺6纤维的生产6第一节聚已内酰胺的生产6一、聚酰胺纤维原料生产简述6二、聚酰胺的结构17第二节切片的萃取和干燥22一、干燥的冃的22二、切片的萃取22三、切片的干燥23第三节联苯加热系统25一、联苯混合物25二、联苯加热系统25第三节聚酰胺的纺丝成型26一、概述26二、聚酰胺纤维FDY的工艺要求和设备特点26三、聚酰胺的生产流程及工艺31第三章聚酰

6、胺纤维的后加工34第一节聚酰胺长丝的后加工34一、长丝后加工工艺流程34二、长丝后加工工艺特点34第四章聚酰胺纤维的性能及吸湿排汗基理38第一节聚酰胺纤维的性能38第二节吸湿排汗机理40第五章工艺计算42第一节物料衡算42一、己知条件42二、计算过程与结果42三、聚酰胺6生产物料平衡表42四、物料平衡图43第二节设备计算441螺杆挤出机442. 牵伸卷绕机443. 纺丝机444. 计量泵45第三节工艺参数计算451 泵供量452. 计量泵转速453. 螺杆转速454. 喷丝头拉伸倍数45附录：47一、原料制备47二、切片质量47三、纺前处理47四、纺丝48五、FDY丝生产49六、设备造型汇总5

7、0参考文献：51致谢：52刖吕聚酰胺纤维作为世界上最早实现工业化生产的合成纤维，聚酰胺产品以其优异 的耐蘑性、可染性及于感柔软、吸湿等性能，在织袜、服装、雨伞等方面都得到了 广泛的应用。目前常规聚酰胺6FDY有一系列的规格78dtex / 24f、78dtex / 17f、1 1 ldtex / 36f 156dtex / 36f等品种。近儿年随着纤维新产品、新T艺、新技术的 不断涌现，聚酰胺在花式纱、高速经编、花边等高档纺织品行业也得到广泛的应用， 尤其是对聚酰胺6长丝中的全消光FDY的需求在逐年增加。吸湿排汗聚酰胺6纤维 通过改变喷丝板微孔的形状并利用聚合物的流变学原理，纺制具有特殊表面沟

8、槽的 异形纤维，将自然界毛细管原理成功地引入到纺织纤维的开发，能将肌肤表而的汗水 和湿气迅速吸收、传输至织物的表而并散发掉，让您的皮肤时刻保持干爽。广泛用 于男女运动服、休闲服、童装、校服，具有穿着舒适，保暖性、透气性好，且价格 经济实惠，深受广人消费者的喜爱。近期部分国内生产金业通过设备调整和工艺设 计，采用常规聚酰胺6 FDY纺丝设备生产出了聚酰胺6纤维，提升了化纤企业的竞 争力。本文将着重介绍聚酰胺6FDY的吸湿排汗纤维的生产流程。第一章概述聚酰胺是是世界上出现的第一种合成纤维于1936年由美国杜邦公司卡罗瑟斯 (Carothers)发明了聚酰胺6纤维,并于1939年开始丁业化。1941

9、年，德国发本公 司(F吐ben AG)开始生产聚酰胺6纤维。聚酰胺的出现使纺织品的而貌焕然一新, 它的合成是合成纤维丁业的重人突破，同时也是高分子化学的一个重要里程碑。聚酰胺(Polyamide,简称聚酰胺)俗称尼龙(Nylon),是指纤维人分子主链由 酰胺键(CO NH)连接起来的一类合成纤维。一般聚酰胺纤维分为两人类，一 类为脂肪族聚酰胺纤维，也成尼龙，我国称为聚酰胺；另一类为芳香族聚酰胺纤维， 我国称为芳纶。聚酰胺纤维主要以聚酰胺6和聚酰胺6为主。各国的商品名称又各 不相同，如我国称聚酰胺纤维为“聚酰胺”，美国则称为“尼龙(Nylon,或译为“耐 纶”),苏联称“卡普隆” (Kapron

10、),徳国称“贝纶” (Perlon),日本称“阿米纶” (Amilan)等。聚酰胺纤维具有优良的物理机械性能和纺织性能。除了常规FDY产品(如： llldtex/36f, 233dtex / 24f, 78dtex / 24f)在织袜、机织、织带等传统领域的应 用外，近几年随着纤维新产品、新工艺、新技术的不断涌现，聚酰胺在花式纱、高 速经编、花边等高档纺织品行业也得到广泛的应用，故对聚酰胺长丝尤其是FDY细旦 丝的需求在逐年增加。由于聚酰胺的亲水性、柔软性和低弹性模量，使其对人体的 舒适性优于涤纶面料，迎合了人们对服饰既要美观又要舒适的要求。以细旦聚酰胺 FDY为原料的经编针织布常被用于制做旅

11、游服、朵技演员服装、经编花边以及春夏季 高档女式服装等。同时在纺丝时通过改变喷丝板微孔的形状并利用聚合物的流变学 原理，纺制具有特殊表面沟槽的异形纤维,将自然界毛细管原理成功地引入到纺织纤 维的开发，能将肌肤表面的汗水和湿气迅速吸收、传输至织物的表面并散发掉，让 皮肤时刻保持干爽更增加了服装的服用性能。第二章聚酰胺6纤维的生产第一节聚已内酰胺的生产一、聚酰胺纤维原料生产简述聚酰胺树脂的工业制造方法通常有熔融缩聚法、开环聚合法和低温聚合法三种。 聚酰胺6纤维的合成采用己内酰胺开环聚合制得。其生产工艺可采用三种聚和方法: 水解聚合、阴离子聚合（由于采用碱性催化剂，也称碱聚合）和固相聚合。本设计 将

12、采用水解聚合工艺。1. 己内酰胺的开环聚合环状聚合物能否转变成聚合物，是由热力学函数决定的。环状化合物的自由能 比大于聚合物的自由能既满足AF=F2-E2NOHSOt + H20b. 制取亚硝酰氯：NOHSO, + HClf NOCI + H2S04c. 光化学反应制环己酮月亏盐酸盐:NOC1d. 在发烟硫酸中Beckman重排得到己内酰胺:+ HC1这种方法工艺流程短，方法简单，省去了环己烷氧化、精制、轻胺等工序，而且副产硫酸钱较少(2. 29吨硫酸鞍/吨己内酰胺),但是出于要采用人功率高压汞 灯作为光化学反应的光源，耗电量人，灯管发光效率低，1L发热量很高，设备腐蚀 严重，装置投资高，我国

13、上海电化厂曾因电耗、灯管寿命、腐蚀三个问题没有解决 而被迫停产转产。冃前，日本东丽公司是世界上唯一采用PNC法生产己内酰胺的企 业。3 聚己内酰胺的生产流程(1)工艺流程熔融后的单体C内酰胺或液体L1内酷胺和经计量Z后的酷酸及二氧化钛一起先经静 态混合器后连续进入聚合管。设在聚合管上部第一换热器Z间的搅拌器从进料开始 连续均匀搅拌3小时，使物料温度迅速上升到245C,然后通过第二换热器使整个物 料稳定在270C,便于己内酰胺开环反应，随后通过盘管状的液体联苯管道，使物 料温度从270 C缓慢降到245C,再经过聚合管底部的一套静态混合器后出料。EMS - Invents公司聚合管（2）设备特点

14、 整个聚合管为一个独立的整体，不受外界因索的影响，共设五个单独的换热器， 其中聚合管内设有四个换热器； 在聚合管顶部设有搅拌器，口J使物料均匀分布，也町使温度达到均匀； 聚合管下部内设有盘管状的液体联苯管道，可使物料温度从270C缓慢而均匀地下 降到245 C,从而使转化率达到93 % ； 聚合管底部的静态混合器，可保证物料停留时间一致。（3）工艺参数相对粘度2.4 -2.6 ；聚合管直径1500mm;聚合停留时间20小时。4 影响聚合反应的因素1. 反应温度的影响对任何化学反应而言，温度是反应的一个重要因素。提高温度可加快反应速度， 缩短反应时间，但会使平衡时的单体和低聚物增多，还容易发生氧

15、化和热裂解反应， 使分子量降低。所以，在确定反应温度时，必须考虑各种因素，决不能强调一方面 而忽视其它方面。（1）温度对平衡时单体和低聚物含量的影响前而己提及，己内酰胺聚合是可逆 反应：单体（或低聚物）聚合物随着温度升高，平衡有利于低分子物的生成（所谓低分子物是指单体和低聚物能被 沸水溶解的部分）。相反，降低温度，低分子物含量相应减少。在180C190C时， 为 3%4%； 190C210C时，约为 8%； 210C280C之间，为 13%；超过 280C时， 低分子物就急剧上升。在低于聚己内酰胺熔点（215C ）的温度聚合时，低分子物较少，但聚合后的固 体聚合物冃前还没有有效的纺丝方法。值得

16、注意的是，如果将低分子物含量很少的聚合体重新熔融时，又会重新生成 低分子物，并逐渐达到该温度下平衡时的含量。聚C内酰胺中，绝人多数是环状低 聚物，线形的很少。常在纤维表面结品析出，给纤维后加工带来影响，所以纤维必须通过压洗和干燥。（2）温度对反应速度的影响反应温度对反应速度的影响是很明显的，提高温度 可以缩短诱导期，加快反应速度，使平衡提前到来。一般情况，如呆将反应温度提 高20C,聚合速度可加快一倍。当要求分子量为15500时，在230C的温度下聚合， 需要16小时，而在280C聚合只需要3小时。出此说明反应温度对反应速度影响是 很人的。（3）温度对平衡聚合度的影响前已述及，单体或低聚物反应

17、生成聚合物是一种 可逆反应，聚合时是放热反应，而由聚合物水解成单体时是吸热反应。所以，当捉 高反应温度时，有利于水解反应发生，使聚合物的平均聚合度降低；反Z,降低温 度有利于增加平均聚合度。另外，提高反应温度，由于反应混合物中水的作用，从在则加快了聚合物的裂 解，使平均聚合度降低。当然，如呆提高反应温度，对介质的要求也相应提高，例 如介质中不能含有微量氧气，否则会因氧化而使聚合度降低和产生凝胶。2. 反应时间的影响随着反应时间的延长C内酰胺单体的转化率逐渐增加，平均聚合度也相应不断 增加，赶到达到平衡。C内酰胺聚合的特点是开始时有一个诱导期，水是活化剂，聚合温度为236C 360C时，其诱导期

18、人约需要3040mino此后，为活化剂所极化了的己内酰胺就开 始聚合，而己经聚合成线型低聚物的聚己内酰胺的端基和活化剂一样，同样能够继 续引发己内酰胺单体而聚合。所以，反应速度随着端基尝试的增加而加快。当40% 42%的单体转化聚合体时，这时的端基尝试最高，反应速度最快。Z后，聚合物分子 间的缩聚反应逐渐占优势，端基浓度降低，反应速度也相应减慢，赶到平衡。研究表明，在各个反应阶段，聚合物的聚合度分布都有一个较狭窄的高峰，此 外还有一群分布甚宽的低聚合度部分。随着反应时间不断推移，聚合度分布越来越 窄，高峰向聚合度高的方向偏移，分布宽广部分逐渐消失。己内酰胺的聚合反应过程屮，如杲反应时间短，反应

19、仍能继续进行，产品质量 不稳定，从而在进行熔融纺丝时可能会继续进行；若反应时间过长，不但要影响设 备的和生产效率，还会使产品质量劣化。这主耍是由于熔体长时间在高温下，增加 了氧化裂解的机会所致。反应时间除和产品要求的聚合度人小有关外，还决定于反应温度、活化剂及分 子量稳定剂的用量。反应温度越高，活化剂及分子量稳定剂用量越多，反应时间就 越短，反Z亦然。3. 活化剂的影响在C内酰胺的聚合反应进程中，必须有活化剂存在。能作为C内酰胺聚合用的 活化剂的种类很多，通常用的是水，其它还有酸类、金属钠、氢氧化钠以及钠的某 些盐类。工厂中普遍采用的活化剂是蒸锚水或无离子水。如用等摩尔的醇代替水作为活 化剂，

20、其作用完全一样，但由于无任何优点，成本却比水高，因此工业上均采用水 作活化剂。酸类作活化剂时，无任何实际意义。比如无机酸是强烈的活化剂，但人多数无 实用价值。硫酸和硝酸在高温下会以使单体或聚合物氧化或分解；盐酸的挥发性太 人不能作活化剂。磷酸虽可作活化剂，其聚合速度比水作活化剂时要快得多，而11 无诱导期，可在常压下进行反应，反应达到平衡后，能得到一个具有稳定分子量的 聚合物。但是磷酸作活化剂却增加己内酰胺及其聚合物对氧化皱感性，这就是说， 在磷酸存在下，容易发生氧化作用。其它有机酸如甲酸、酷酸、丁酸、乳酸、苯甲 酸以及脂肪族多元酸都可作为活化剂，但没有任何优势，故作为活化剂不具实际意 义。采

21、用金属钠、氢氧化钠或碱式盐作为活化剂时，聚合速度特别快，只要少许量， 聚合时间就可由数小时缩短到几分钟。但是这种聚合反应难以控制，分子量很不稳 定，长期以来仅在塑料工业方而得到应用，至今在合成纤维T业上还未见实施。活化剂水的用量会影响反应速度、平衡时间以及聚合物的分子量。不论用水量 多少，C内酰胺聚合反应总有诱导期存在，但随着水量增加，诱导期有所缩短。水 量增加，反应速度也随Z增加，达到平衡所需要的时间便人人缩短。用水量增加，平衡时聚合物的分子量降低，这主耍是因为水分的存在会增加聚 合物的水解反致。水量的多少和达到平衡时聚合物中单体的含量无关。工业生产屮如以单一的水作为活化剂时，其用量一般控制

22、在3%左右。但有的也 加入少量的聚酰胺6盐或-氨基己酸，这样能明显地缩短诱导期，加快反应速度, 缩短达到平衡的时间。在聚酰胺6盐或-氨基己酸用量圈套时，不加水也能达到同样的冃的，但工业 物产中并不这样做，因为加水可以使反应更加均匀。4. 分子量稳定剂的影响C内酰胺聚合时，需加入一定量的分子量稳定剂，冃的在于保证熔体有一个比 较稳定的黏度。分子量稳定剂的作用是封闭聚己内酰胺的端基，避免分子链无限制 地增长，以保证获得具有一定黏度的聚合物，就是在以后再次熔融时，也不会发生 变化。分子量稳定剂可分为两人类:一类是和径基反应的稳定剂,通常为胺类化合物， 如间苯二甲酰二胺、苯甲胺、4-二氨基甲基联苯、3

23、-氨基甲基苯等；另一类是能和 氨基反应的稳定剂，一般为竣酸类化合物，如脂肪族二竣酸（如己二酸）、脂环族二 酸酸（如环C烷-1, 4-二檢酸）、芳香族二竣酸（如对苯二甲酸）、杂环二竣酸以及 脂肪族单竣酸筹。期货如竣酸的钠盐、锌盐或一元胺的醋酸盐也可以作为分子量稳 定剂。据报道，使用一元胺的酯酸盐在水的作用下，能同时封闭人分子两端的基团。 这样既可减少聚合物再熔融时分子量的变化，又可提高聚合物的热稳定性。胺类化合物作为分子量稳定剂时，一般其本身容易挥发，在和端基反应后氨基 含量增多，容易使聚合物氧化变萸，所以工业生产不采用胺类化合物作为聚合物的 分子量稳定剂。通常使用的稳定剂有酷酸及己二酸。采用酯

24、酸时，由于它的沸点较低（118C）, 在聚合温度为260C左右时，酯酸挥发性人，难于控制稳定的分子量。己二酸的沸 点为265C，聚合时挥发性较小，比较稳定，所以，冃前很多T厂生产都采用C二 酸作为分子量稳定剂。熔体相对黏度的人小，也就是聚合物分子量的人小,它和稳定剂的使用量有关。 稳定剂用量越多，聚合物的分子量就越低。稳定剂的加入量从理论上是可以计算的，其理论公式为:稳定剂用量（摩尔浓度）1聚己内酰胺聚合度比如在lOOmol的己内酰胺中加入lmol稳定剂，假设此稳定剂全部作用，贝ll每 一聚合物人分子平均有100个己内酰胺链节，即聚合度为100,按公式计算稳定剂用量为molo100如采用己二酸

25、作为稳定剂，可换算为:C二酸用量（重量百分数）=146聚己内酰胺分了量必须注意，上面的公式是纯理论性的。在实际生产中，反应系统内不可能是一 个单纯的体系，总存在着残余的水或其它化学物质，同时还存在着水解和氧化裂解 反应，所以稳定剂的加入量，这比上述理论公式计算出来的量小得多。通常己二酸 用量为015%0. 35%o5 氧的影响己内酰胺及其聚合物，在高温下对空气中的氧十分皱感。在聚合反应过程中， 由于长时间处于高温状态，容易和空气中的氧接触而发生部分氧化反应，可能形成 网状结构的聚合物。这种网关聚合物在熔体中不熔化，在纺丝时有可能堵赛喷丝孔， 所纺出来的纤维不均匀，拉伸困难。影响聚己内酰胺氧化变

26、黄的因素很多，但主要有以下几种因素。（1）温度的影响：当温度超过140C时，聚合物便被氧化变黄，温度越高、变 萸就越严重。（2）停留时间的临川：在140C停留1小时，或180C停留半个小时便开始变 萸。时间越长变黄越剧烈。（3）己内酰胺内存在挥发性朵质能加速氧化作用。（4）少量碱金属氢氧化物存在，对C内酰胺的氧化有保护作用。（5）酸的存在，特别是无机酸的存在，会人人加快变黄现象。（6）重金属及其盐类存在，能加速氧化作用。微量的铁存在会对氧化起催化作用。以下几种金属对己内酰胺的变黄催化，都随它们的电动势次序而增加:银(Ag) 铜(Cu) 饮(Fe) 银(Ni) 不锈钢(铝、钻等)然而铜对己内酰胺

27、的变黄起加速作用，对其聚合物的变黄却起抑制作用。从这时我 们应注意，在日常生产过程屮，应防止不利于聚合物质量的东四混入系统，操作用 的丁器具应采用优质不锈钢或搪瓷器具。二、聚酰胺的结构1. 聚酰胺的结构()1.分子结构聚酰胺的分子是由许多重复结构单元(即链节)，通过酰胺键(一CNH)连 接起来的线型长链分子，在品体中呈完全伸展的平面锯齿形构型，聚己内酰胺链节 结构为NH(CH,)5CO,聚己二酰己二胺的链节结构为OC(CH,).CONH(CH,).NH,人 分子链中含有的链节数冃(聚合度)决定了人分子链的长度和相对分子质量。高聚物的相对分子质量及其分布是链结构的一个基本参数，适合于纺制纤维的

28、聚酰胺的平均分子量要控制在一定范围内，过高或过低都会对高聚物的加工性能和 产品性质带来不利影响，通常纺制纤维用聚己内酰胺的数均分子量为1400020000, 而聚C二酰C二胺的相对分子质量一般控制在2000030000.同时还要求有适当的 相对分子质量分彳j。研究表明对于聚C二酰己二胺，表征相对分子质量分布宽窄的多分散指数为 M/Mn=l. 85,而聚己内酰胺通常为Mw/Mr=2o2 晶态结构X射线衍射分析表明，线型聚酰胺在固态时只是部分结品，结品度通常在50% 以下。同其他聚酰胺比较，聚己内酰胺的品态结构很复杂，其品体可能有下列儿种 类型的变体：a型、0型、Y型。聚C内酰胺中存在的各种品体结

29、构的相对数量取 决于该样品的热历史和加工历史，而1L品体结构在加工过程屮可以发生进一步的变 化。a型的品体是最稳定的形式，在几种品体结构中密度最高。各研究都得出的a 型品体的品格常数不尽相同，霍尔姆斯(Holmes)和班(Bunn)得出的数据如下： a=0. 956nm, b=l. 724nm, c=0. 801nm, P=67 30 ；每个晶胞中的单体单元数为 8,品体密度为1.233g/cm在a型品体屮，聚己内酰胺分子具有完全伸展的平而锯齿 形构象，并集合成本质上在同一平面内的氢键薄片，相邻分子链的方向是逆平行的， 用这种方式排列可生成无的氢键。Y型的品体其相邻的分子链是平行的，只可能生成

30、一半氢键，故其结品不稳定。 这种品型的酰胺基平而和亚甲基的锯齿而不在同一平而上，其分子链比a型品体略 有收缩。由于Y型和0型品体结品不稳定，通过对样品进行不同的处理(如在空气或消 遣拉伸或加热)，这种不稳定的结构有转变成a型品体的趋势。根据Illers的研究报道，将聚己内酰胺熔体骤冷后，在低于130C的温度下 热处理时。只形成y型结品；若继续提高温度，可出现Y型和a型两种品型共存； 而在210eC以上进行热处理时，则只形成a型结品。通常聚合所得的聚己内酰胺经 熔融、成型、冷却、固化后，在高温下易形成a型结品，但Q型结品经碘处理后， 又可转化为y型结品。聚己二酰己二胺的品体结构有两种品型a型和P

31、型。班(Bunn)和加纳(Garner) 测定了聚己二酰己二胺的结构，认为聚己二酰己二胺的分子链在品体中具有完全伸 展的平面锯齿形构象，并由氢键固定这些分子形成片，这些片的简单堆砌结果形成 a 结构的三斜晶胞,可以用具有 a=0. 49nm, b=0. 54nm, c = l. 72nm, a =48. 5 , P =77。Y =63. 5的三斜品系来描述聚己二酰己二胺a型品体的结构。品胞中原 子位置的测定完全证实了预期的分子结构，而且红外吸收光谱也同这些品体的结构 致，当然不能排除无定形区中其他结合的可能性。有关B型品体的资料不多，其品体结构尚不清楚，由于X射线的纤维照片屮出现子 午斑和层线

32、条纹，认为P型品体结构相当于a型品体结构的轻微扰动。2 聚酰胺的物理性质和化学性质1 密度聚己内酰胺的密度随着内部结构和制造条件的不同而有差异，不同品型的品态 密度不同；结果也不一致。据洛尔丹(Roldan)报道，根据X射线的数据计算得到 下列数值:a型晶体密度计算值为1. 230g/cm3,酝晶(拟六方晶体)为1. 174g/cm3,B型品体哦1. 150g/cm3；无定形区的密度为1.084 g/cm3o通常聚己内酰胺是部分结 品的，因此没得的密度在1.121. 14g/cm3Z间。据一些资料报道，聚己二酰己二 胺单斜晶系的a型晶体密度1. 240g/cm3；三斜晶系的a型晶体密度为1.2

33、03g/ cm3； 三斜品系的B型品体密度为1. 258 g/cm但有的资料对其品型末加区别，认为完全 晶态的密度为1. 24 g/cm3；完全非晶态的密度为109 g/cm3,并作为计算纤维结晶 度的依据，由于聚己二酰己二胺也是部分结品的，通常其密度值的范围在1.13 一 1.16 g/cm3o几种主要聚酰胺的密度数据见表2-1。表2-1聚酰胺的密度（25C）聚酰胺种类结品相密度/3g cm非品相密度/3g cm常规法成型所得 纤维密度/ g cm3聚酰胺61.231. 101. 12 1. 16聚酰胺61.241.091. 121. 16聚酰胺6101. 171.041.06 1.09聚酰

34、胺111. 121.01103105聚酰胺121. 110. 991.01 1.04注：后四种聚酰胺为参照，木节以下表亦是。2 熔点聚酰胺是一种部分结品高聚物，具有较窄的熔融范用，使用的测定方法不同, 所得的熔点数值也不同。表2-2列出了不同方法测得的几种聚酰胺的熔点。表2-2用不同方法测得的儿种聚酰胺的熔点方法熔点/c聚己内酰胺聚己二酰己二胺聚酰胺11聚酰胺610Fisher-Johon s法（ASTM D789）220（218226）260（256266）191（188194）219（216223）219259190217毛细管法（214223）（254266）（122193）（21222

35、1）Kofler逐步加221261191220热（ASTM（214230）（250268）（185196）（212230）D2117）X射线法206267192227差热分析法224264192224聚酰胺像其他高聚物一样，易受过冷作用的影响，实际上其凝固点常常比熔点 低大约30C,据报道，聚己二酰己二胺凝固温度为215240Co冃前，一般采用差示扫描量热法(DCS)来测定聚合物的熔点，用DCS测圧聚己内酰 胺的熔点时，经常会观察到多重峰现彖。根据Weigel等的研究报告，聚己内酰胺最 多可出现5个吸热峰，其中有两对峰分别与a型和B型结品的熔融峰相对应。3 玻璃化温度聚酰胺的玻璃化温度与测立方

36、法和测立条件有关。因为水是聚酰胺的塑化剂，故 随着聚合物的吸湿，玻璃化温度有所下降。表2-3聚酰胺绝十时的玻璃化温度测定方法L/C聚酰胺6聚酰胺6聚酰胺610聚酰胺11聚酰胺12黏弹性的损耗峰tan 575. 6580. 7867. 705354DSC48504643414 动态黏弹谱典型的聚己内酰胺动态黏弹谱如下图所示。从损耗角度正切(tan 5 )的温度 曲线可以看到三个分散峰。其中60C附近的a分散峰来源于聚己内酰胺非品区中的 分子链段的运动，它与玻璃化温度相对应。-40C附近的P分散峰是基于非品区中分 子链上氢键结合较弱的氨基运动。此外，-120C附近的y分散峰则与亚甲基链的局 部运动

37、相对应。聚己内酰胺的a分散峰温度也与玻璃化温度一样，受吸湿性的影响， 随着吸湿量的增加而向低温方向偏移。5. 熔体黏度聚己内酰胺的熔体黏度绑着数均分子量的增人而增加，在恒定温度下，有下列 关系式：lgr| = A + ClgMn式屮：几为熔体黏度，d聚酰胺XL为数均分子量；A、C为常数。聚己内酰胺的熔体黏度也依赖于温度，单体含量等因素。由于低聚物与高聚物 Z间存在着与温度有关的平衡，因此情况较聚己二酰己二胺复杂得多。6.吸湿性聚酰胺6和聚酰胺6相对于其他合成纤维，有较好的吸湿性，水分子可以进入 聚酰胺的非品区与酰胺键结合，对于聚酰胺6,由水分子与酰胺键的配位模型可以 看出，每两个酰胺键间与其配

38、位的水分子有3个，其中1个水分子产生的强固的氢 键结合，其他2个水分子则处于松散结合状态。聚酰胺的吸湿性还受环境、相对温 度等因素影响。7.对化学药品性聚酰胺的耐碱性很好，但耐酸性较差，通常可溶于有机酸和无机酸以及它们的 浓溶液屮，也可溶于苯本分和某些醇屮，特别在高温时更容易溶解。聚己二酰己二 胺和聚己内酰胺在稀酸液中会被水解成单体和低聚物，而在室温下的浓酸溶液中可 以溶解，但水解速率极低。聚酰胺在煮沸的多元醇屮可能发生溶胀、丧失开关或溶 解，而一般的有机溶剂对聚己内酰胺只起溶胀作用。第二节切片的萃取和干燥一、干燥的目的干燥的n的主要是除去切片的水分，切片中的水分含量对纺丝过程和纤维质量有 很

39、人的影响，聚酰胺6切片在熔融状态下极易水解，即使有微量的水存在，也会人人 加速水解反应的进行，使分子量降低，相对黏度降低。黏度太低或者局部黏度不匀, 都会对纺丝成形带来很坏影响。同时水在高温下极易气化，而在螺杆挤岀纺丝时，水 蒸汽排除有很闲难，这部分水蒸汽与纺丝熔体混合，致使纺丝成形时形成气泡丝，在 拉伸时容易断裂，使断头率增加。同时通过干燥可使切片含水均匀，从而保证纤维质 量均匀。二、切片的萃取己内酰胺的聚合反应是个可逆平衡反应，反应不能进行到底，当达到平衡后， 聚合体内仍含有8%10%的单体和低聚体。这些低分子物在熔融纺丝过程屮会变成 气体蒸发出来，恶化工作条件，同时，低分子物存在于纤维中

40、不利于拉伸加工，易 断头或产生毛丝，影响纤维的机械性能。当然，极少量的低分子物对纤维的影响不 人1L有利于拉伸。生产中采用萃取方法使低分子物含量下降到L5%2%左右，技 能符合纺丝条件。切片的萃取，工业生产中一般采用热的软水，以洗岀切片中的低分子物。萃取 过程实际上是水分不断地渗入到切片内部、低分子物不断地从切片中扩散出来而溶 解在热的软水中的过程。因此，选择较高的萃取温度、增加切片和水的的接触面积 以及在水中加入适量的去氧剂，可提高萃取效率和确保切片质量。萃取设备采用连续式萃取塔，塔高812m,内壁由不锈钢制成，外壁为普通 碳钢制成的夹套；塔底成锥形，锥形截面上钻有很多小孔，萃取水叮由这些小

41、孔进 入塔内；锥形底部与出料管连通，出料的顶端有出料螺杆；萃取塔顶部有储料斗、 旋风分离器、萃取水岀口和视镜等；出水管道上装有阀门并与转子流量计相通，用 于指示排水量。切片在连续萃取塔内以95C热软水对流方式进行萃取，萃取塔内切片门上而下 地流动，萃取水则自下而上，与切片逆向流动，萃取后的切片从塔底排出。萃取水采用连续循环，当萃取液屮单体及低聚物的浓度达到5%左右时，将萃取液送入回收 槽，并不断地补充新鲜软水。回收的萃取液经真空蒸发后在进行蒸帼回收。萃取后 切片单体含量为1.5%2%时输送至干燥工序。三、切片的干燥聚酰胺切片的干燥方式最常用的是真空转鼓间歇干燥，在选择工艺条件时，要考虑 很多因

42、索，要保证十燥后的切片含水率低，1L波动范围小，十燥过程中聚合物的氧 化降解及热降解越小越好。干燥的温度通常控制在io5cnor,过高，切片容易变黄。生产屮往往采用抽真 空的方法把切片中的水蒸汽排除，并将切片的周围的空气排除，以加速干燥过程， 降低切片达到平衡时候的含水率，防止切片的氧化，在同样的干燥温度下，真空度 越高，干燥效果越好。干燥时间越长，切片的含水率越低，但是设备的生产效率越 低，所以干燥的时间选择，应以切片达到纺丝所要求的含水率为依据，聚酰胺6的 干燥时间，当温度为1O5C11OC,真空度99.75k聚酰胺时，约为IX小时。冃前才用的最为普遍的干燥设备是真空转鼓式干燥设备，它具有

43、干燥质量高, 更换品种容易，十燥过程中高聚物不易氧化等特点，其主要部分分为转鼓部分和加 热系统，以及抽真空系统，其工艺步骤如下：把湿切片机爱如鼓内，关紧加料盖, 转动真空转鼓，并开始加热，通入蒸汽Z前，先打开排气阀，用蒸汽驱净空气后再 关闭排气阀抽真空，当切片含水率达到丁艺要求后，停止加热，并在夹套内通软水 循环冷却降温，当切片达到工艺要求后，用惰性气体解除鼓内真空，出料。而连续十燥设备LVC该装置有干燥能力人，干燥效果好，能耗低等优点，其是 有预结品系统和干燥系统组成，设备参数为：物料的粒度3mmx（3.54）mm; 3mmx3mmx2.3mm; 4mmx4mmx2.3mm 切片含水率0.5

44、%十切片含水率W0.0025% 结品状态为物料在连续化状态下结品，无机械搅拌。进风温度170-180C物料与干 燥介质对流传热，传质，物料以稳定的活寒式流出，不发生短路现彖，无机械搅拌。其干燥示意图如下：181617连续结晶干燥装置示意图1,3过滤器2分子筛干燥器4 一减压阀5, 15电加热器 6干燥塔 7, 8插板阀9 一脉动床结晶器 10粉尘小车13空气过滤器12粉尘分离器14回转阀 18风机现今最先进的干燥系统是BM干燥系统，它的预结品分为干燥和连续，预结品干 燥分开按照，A.OTW-150型预结品器，按照流化床的方式进行工作，就是利用循环 的高温热风，早干燥机内直接与切片接触，热风自下

45、而上通过孔眼，连续地把切片吹 起和移动，干燥介质气流速度人于临界的硫化速度，小于带出速度，从而使切片处于 类似的沸腾态。B.OKTD型十燥器，整个十燥塔由受料室、十燥室、出料室、组成, 出料室存预结品切片并装有料位计，当料位低于设定的下限时，料位计发出信号，预 结品器开始丁作。干燥塔有三到六个干燥室，每个干燥室有四排交错排列的半菱形风管，这些风管 好像一个屋脊，成为BM干燥器，风管两端是热风道，每个风管两端开口，另一端闭 口，热风从左风道进入开口的风管后，由于另一端封闭，因此热风只能从风管的下而 逸出，沿着风管边缘上升，与下行切片接触，通过传热传质使其十燥，然后热风进入 上一排风管，因为上排的

46、风管在连接右风道的一段开口，所以热风只可流入右风道, 第一干燥室的右风道与第二干燥室的右风道相连通，热风又以相同方式进入左风道, 如此这样热风经过四个十燥室后从十燥塔出口排除。热风分为两股，一股横向吹过干 燥仓，另一股热风与切片逆流而上进行热交换，即热风有横吹竖吹两种，最后都经回 风口排除，进入到热风循环系统中，十燥后的切片直接进入挤压机进行纺丝，BM的 干燥结构即可以保证切片的平稳下降，与可保证切片与热风充分接触，又能使切片在 干燥过程中不断混合，切片与十燥风Z间总的来说，是逆流接触，对于每个干燥室而 言，却只有在上下一对风管Z间有逆流，即切片在经过风管时，均被同样条件的干燥 风干燥，这样的

47、设计干燥效果好。第三节联苯加热系统一、联苯混合物在合成高聚物的过程中，特别是在合成纤维熔体纺丝的生产过程中，较多的采 用联苯一联苯醯的低共熔恒沸点混合物作为热载体。该混合物联苯醯占73.5%,联 苯占26.5%。联苯混合物在常压下的沸点255C258C,凝固点为12. 3C，临界温 度528C,临界压力为4021k聚酰胺，在空气中20C的表而张力为0. 401N/m, 40C 时为 0. 376N / me联苯混合物在室温下为淡黄色透明液体，有刺鼻的特殊臭味，不溶于水，凝固 时体积缩小5.8%,形成的均匀的带有黄色的共熔结品体，其具有热稳定性好、腐 蚀性小、传热均匀、横沸蒸发、可在低压下进行高

48、温加热、温度稳定等优点。二、联苯加热系统小型的合纤厂采用联苯混合物为载体，多数采用一个热源控制一个温度的方法，其 加热形式有：夹套内充有联苯混合物夹套外绕电感应线圈加热、用电阻丝或者电热 棒这届加热夹套内的联苯液体、用联苯锅炉进行加热。而人型的合纤采用热源循环系统，即一个热源供给儿个不同温度要求的不同装置的热循环系统。第四节聚酰胺的纺丝成型一、概述除特殊类型的耐高温和改性聚酰胺纤维以外，聚酰胺纤维均采用熔体纺丝法成 型。吸湿排汗聚酰胺6纤维主要以切片熔融纺丝法为主，虽然在生产上也采用缩聚后熔 体直接纺丝，但由于其技术要求高，质量难以控制，特别是聚酰胺6,其聚合体内 含10%左右的单体和低聚物，

49、造成纺丝困难，纤维结构不均匀，因此聚酰胺6直接 纺丝法冃前人多限于生产短纤维，而对于长丝品种则主要采用切片纺丝法。20世纪70年代后期，聚酰胺的熔融纺丝技术有了新的突破，即由原来的常规 纺丝发展为高速纺丝（制P0Y）和高速纺丝拉伸一步法（制FDY）工艺。聚酰胺纤维的结构与聚酯不同，为了避免卷绕丝在卷绕装上发生过多的松弛而导致 变软、塌边，故其相应的高速纺丝速度必须达到4200m/min. 4500m/mino进入20卅纪80年代后，随着机械制造技术的进一步提高，在聚酰胺纤维生产中己 成功地应用高速卷绕头（机械速度口J达6000m/min） 一步法制取全拉伸丝（FDY）。聚酰胺纤维熔体纺丝的原理及生产设备与聚酯纤维基本相同，只是由于聚合物 的特性不同而造成工艺过程及控制有些差别。从国内外生产发展的情况看，聚酰胺 纤维的常规纺丝己经逐渐为高速纺丝所取代，因此，本节着重介绍聚酰胺纤维高速 纺丝丁艺及特点。二、聚酰胺纤维FDY的工艺要求和设备特点为了制得品质良好的成品纤维，除了对聚酰胺6切片的质量以及纺丝设备有一 定的要求外，还必须合理地选择纺丝过程的工艺条件。这些工艺条件包括喷丝板的 选择、纺丝温度、冷却条件、纺丝速度、拉伸倍数、上油率、卷绕速度等。下面分 别讨论纺丝过程主要的工艺参数及其对成品质量的影响。1 对切片和熔体纯度的要求与常规纺相比