高分子材料加工工艺学-聚酰胺纤维学习培训模板课件.ppt

1、v1.聚酰胺纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维，也是合成纤维的第一个品种。l 935年Carothers等人在实验室中用己二酸和已二胺制成聚酰胺66，于19361937年发明用熔体纺丝法制造聚酰胺66纤维的技术，1938年以中间实验规模开始生产，几乎与此同时德国的Schlack在1938年发明用己内酰胺聚合制取聚酰胺6和生产纤维的技术，1941年这种纤维开始工业化生产。v4.根据其单元结构所含碳原子数目可得到不同品种的命名（见表2-1）例如聚酰胺6纤维就是由含6个碳原子的己内酰胺开环聚合而得的。其他聚酰胺纤维的命名，依此类推。v5.聚酰胺纤维除脂肪族聚酰胺纤维外，还有含脂肪环的脂环族聚酰

2、胺纤维，含芳香环的脂肪族(芳香族)聚酰胺纤维等类别。根据国际标准化组织(1SO)的新定义，聚酰胺纤维仅包括上面几种类型的纤维，而不包括全芳香族聚酰胺纤维。v表21中列出了目前主要聚酰胺纤维的品种。v一、聚酰胺纤维原料生产简述v1）聚酰胺的制造方法很多，但工业上最重要的方法不外乎熔融缩聚法，开环聚合法和低温溶液聚合法三种。低温聚合法包括界面聚合和溶液聚合。根据原料单体以及聚合体的特性不同而采用不同的制备方法。v2）聚酰胺6(聚己内酰胺)可以由氨基己酸缩聚制得，也可由己内酰胺开环聚合制得。但是，在大规模工业生产上，都是采用己内酰胺作为原料。v3）已内配胺开环聚合制备聚己内酰胺的生产工艺可以来用三种

3、不同的聚合方法：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。目前水解聚合工艺占优势，纤维用聚己内酰胺的工业生产中尤其如此。v 1）环状化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F1大于聚合物的自由能F2，即满足:FF2F10，聚合反应才可能进行。己内酰胺开环聚合生成聚己内配胺时，反应进行的自由能F变化很小，所以已内配胺开环聚合具有可逆平衡的性质，它不可能全部转变成高聚物，而总残留有部分单体和低聚体。v2）热力学上能够聚合的环状单体，还必须满足动力学的条件才能聚合。己内酰胺在热力学上能够聚合，但是相当纯的无水己内酰胺加热时并不能发生聚合。工业上普遍采用

4、添加少量的水使己内酰胺聚合称为水解聚合。v3）关于已内酰胺的水解聚合机理，多年来）关于已内酰胺的水解聚合机理，多年来有两种不同的学说：有两种不同的学说：v一种是以荷兰的赫尔曼斯为首的学派，认为一种是以荷兰的赫尔曼斯为首的学派，认为己内酰胺的水解过程是一个缩聚过程。己内酰胺的水解过程是一个缩聚过程。v另一种是以德国的威洛士为首的学派，认为另一种是以德国的威洛士为首的学派，认为是一个加成聚合反应。是一个加成聚合反应。v现在，通过大量的实验工作，比较客观的看现在，通过大量的实验工作，比较客观的看法认为；整个聚合反应过程中同时存在加聚法认为；整个聚合反应过程中同时存在加聚反应和缩聚反应，每一个聚己内酰

5、胺大分子反应和缩聚反应，每一个聚己内酰胺大分子的形成都通过下列三个阶段：链的引发；链的形成都通过下列三个阶段：链的引发；链的增长；链的终止。的增长；链的终止。v基于上述对己内酰胺水解聚合机理的认识，可把己内酰胺的水解开环聚合分为三个步骤：v 已内酰胺的引发和加成：当己内酰胺被水解生成氨基己酸后，己内酰胺分子就逐个连接到氨基己酸的链上去，直到分子量达8000(DP71)一14000(DP124)之间。v 链的增长：由于在第一阶段中绝大部分已内酰胺单体都参加了反应，因此在这一阶段主要是上阶段形成的短链进行连接，得到分子量在18000DP160)至33000(DP292)之间的聚合物，这一阶段以缩聚

6、反应为主，当然还有少量的引发和加成反应在同时进行。v平衡平衡阶段：阶段：此阶段同时进行着链交换、缩聚此阶段同时进行着链交换、缩聚和水解等反应，和水解等反应，使分子量重新分布，最后根据使分子量重新分布，最后根据反应条件反应条件(例如温度、水分及分子量稳定剂的用例如温度、水分及分子量稳定剂的用量等量等)，达到一定的动态平衡，使聚合体的平均，达到一定的动态平衡，使聚合体的平均分子量达到一定值。分子量达到一定值。v由于聚合过程具有可逆平衡的性质，而且链交由于聚合过程具有可逆平衡的性质，而且链交换、缩聚和水解三个反应同时进行，故最终反换、缩聚和水解三个反应同时进行，故最终反应混合物不仅包含聚合物、单体、

7、水和环状齐应混合物不仅包含聚合物、单体、水和环状齐聚物形式的低分子物。聚物形式的低分子物。v1）已内酰胺的聚合工艺分间歇和连续聚合两种，间歇聚合是将引发剂、分子量调节剂和熔融的已内酰胺一起加入聚合釜中，在一定的温度和压力下进行聚合。当分子量达到预定要求后，便将聚合物从釜底排出，并用水急冷，经铸带、切粒、即得到聚己内酰胺树脂。间歇聚合法虽然设备比较简单，更换品种及开停车较为方便，但各批聚合物的质量均匀性差，操作比较繁，因此只适应于小批量、多品种的生产，而大规模生产则以采用连续聚合法为好。v2）在己内酰胺连续聚合工艺中，用得最多的是常压连续聚合，这一方法根据聚合管的外形不同，分为直型和u型两种，尤

8、以常压直型连续聚合管法(又称直型vK管)最为广泛。v注：VK是德文“连续的”单词开头两个字母。v3）近年来，我国从国外引进了一批聚酰胺6生产技术和设备，其特点是产量大，生产连续化、自动化程度高。产品质量稳定，现以德国KF公司(KARL FISCHER卡尔菲瑟公司)的直型vK管为例，说明连续聚合生产流程(见图21）。v4）操作过程概述：将己内酰胺投入熔融锅中，经熔化，由活塞泵抽出并过滤后送到混合槽，再由泵输送并经过滤后送往己内酰胺熔体贮槽，聚合用的助剂(消光剂二氧化钛，开环剂无离子水，分子量稳定剂醋酸或己二酸，热稳定剂等)经过调配、混合和过滤后，送入助剂贮槽；己内酰胺熔体、助剂、Tio 2等各自

9、通过计量泵，由各自的贮指定量地送入聚合管(vK管)上部，在进入vK管之前，已内酰胺熔体先预热，己内酰胺熔体与各种助剂和二氧化钦等在VK管上部均匀混合后，逐步向下流动，在管中经加热，开环聚合，平衡，降温等过程，制得聚己内酰胺，聚合物从聚合管底部输送泵定量抽出，送往铸带、切粒。v经聚合、铸带、切粒后的聚已内酰胺切片还得经萃取、干燥等处理，才能送至纺丝机进行熔体纺丝，此过程称为纺前处理。v(1)萃取是为了除去切片中的低分子物含量。v（2）切片的干燥 萃取后切片虽经机械脱水，但仍含有10左右的水分，在坊前必须待湿切片进行干燥，使含水率降至0.06以下，否则聚酰胺熔融时会发生水解使粘度下降，纺丝断头率增

10、加。甚至无法进行正常纺丝v(一一)聚酰胺的结构聚酰胺的结构v1.分子结构分子结构v1）聚酰胺的分子是由许多重复结构单元）聚酰胺的分子是由许多重复结构单元(即链节即链节)通过通过酰胺键连接起来的线型长链分子酰胺键连接起来的线型长链分子在晶体中呈完全伸展在晶体中呈完全伸展的平面锯齿形构型。的平面锯齿形构型。v2）高聚物的分子量及其分布对于高聚物的加工性能）高聚物的分子量及其分布对于高聚物的加工性能和产品性能有很大影响。通常纺制纤维用的聚己内酰胺和产品性能有很大影响。通常纺制纤维用的聚己内酰胺数均分子量为数均分子量为14000一一20000左右，纺制纤维用的聚己左右，纺制纤维用的聚己二酰己二波的分子

11、量一般控制在二酰己二波的分子量一般控制在20000一一30000左右。左右。v分子量分布分子量分布PA66 ，PA6为为2.0。85.1nWMMv X射线衍射分析表明，线型聚酰胺在固态时只是部分结晶，结晶度通常在50以下。聚己内酰胺的晶态结构很复杂其晶体可能有型；型；型。其结晶数据如表22所示。图2-2为聚己内酰胺型和 型晶体的x射线衍射图。v(1)型的晶体是最稳定的形式型的晶体是最稳定的形式，在几种晶，在几种晶体结构中密度最高。在体结构中密度最高。在 型晶体中型晶体中,聚己内酰聚己内酰胺分子具有完全伸展的平面锯齿形构象并胺分子具有完全伸展的平面锯齿形构象并集合成本质上在同一个面内的氢键薄片，

12、集合成本质上在同一个面内的氢键薄片，相相邻分子链的方向是逆平行的，邻分子链的方向是逆平行的，用这种方式排用这种方式排列可生成无应变的氢键。列可生成无应变的氢键。(2)型结晶其相邻分子链式平行的，型结晶其相邻分子链式平行的，只可只可能生成一半氢键能生成一半氢键(图图2-3）故结晶不稳定。）故结晶不稳定。由于由于 型和型和 型晶体结晶不稳定，通过对样品型晶体结晶不稳定，通过对样品进行不同的处理进行不同的处理(如在空气或水中拉伸或加热）如在空气或水中拉伸或加热）这种不稳定的结构有转变成这种不稳定的结构有转变成 型晶体结构的型晶体结构的趋势。趋势。v(3)型和 型两种晶型可通过红外吸收光谱和X射线衍射

13、法加以区别。如图24所示。在聚己内酰胺的红外光吸收光谱中，928cm-1及977cm-1分别为型及 型结晶的特征吸收峰。v图25为聚己内酰胺的x射线衍射图。v其中在2240及200处的衍射峰为型结晶，v而2210 的衍射峰则与型结晶相对应。v聚己二酰己二胺的晶体结构有两种型式：型和型晶体。图26为聚己二酰已二胺型和型晶体的x射线示意图。v班班(Bunn)和加纳和加纳(Garner)测定了聚己二酰己二测定了聚己二酰己二胺的结构，认为聚已二酰己二胺的分子链在晶胺的结构，认为聚已二酰己二胺的分子链在晶体中具有完全伸展的平面锯齿形构象（图体中具有完全伸展的平面锯齿形构象（图2-7）.并由氢键固定这些分

14、子形成片，这些片的简单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堆砌结果形成 结构的三斜晶胞，图结构的三斜晶胞，图28为聚己为聚己二酰己二胺二酰己二胺 型晶体结构的示意图。可以用具有型晶体结构的示意图。可以用具有a0.49nm，b0.54nm，c1.72nm，48.5o，77o,63.5o的三斜晶系来描述豪的三斜晶系来描述豪聚己二酰己二胺聚己二酰己二胺 型晶体的结构。型晶体的结构。v1密度 聚己内酰胺的密度随着内部结构和制造条件不同而有差异，不同晶型的晶态密度的数值不同；测定方法不同，结果也不一致。v几钟主要聚酰胺的密度数据见表2-3v聚酰胺是一种部分结晶高聚物，具有较窄的熔融范围。

15、使用的测定方法不同，所得熔点数值不同。如表24v目前一般采用差示扫描量热法(DSC)来测定聚合物的熔点，如图29所示的吸热峰温度即为熔点。用DSC测定聚己内酰胺的熔点时经常观察到多重峰现象。v聚酰胺的玻璃化温度与测定方法和测定条件有关，表2-5列出了聚酰胺的玻璃化温度(Tg)。v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。见图2-10。v典型的聚己内酰胺动态粘弹典型的聚己内酰胺动态粘弹谱如图谱如图211所示。所示。v从损耗角正切从损耗角正切(tg)的温度曲的温度曲线可以看到三个分散峰。其中线可以看到三个分散峰。其中60 C附近的附近的 分散峰来源于聚分散峰来源于聚己内酰胺非

16、晶区中的分子链段己内酰胺非晶区中的分子链段的运动，它与玻璃化温度相对的运动，它与玻璃化温度相对应。应。一一40附近的附近的 分散峰是分散峰是基于非晶区中分子链上氢键结基于非晶区中分子链上氢键结合较弱的合较弱的氨基运动氨基运动。此外，一。此外，一120附近的附近的 分散峰则与分散峰则与亚甲亚甲基链的局部运动基链的局部运动相对应。；相对应。；v聚己内酰胺的熔体粘度随数均分子量增大而增加，聚己内酰胺的熔体粘度随数均分子量增大而增加，在恒定温度下，下列关系成立：在恒定温度下，下列关系成立：nMCAlglgv聚己内酰胺的熔体粘度也依赖于温度、单体含量、低聚物含量等有关。v图213所示的曲线表示聚己内酰胺

17、水萃取物含量(低聚物)与熔体粘度的关系。v聚酰胺6和66相对于其他合成纤维，有较好的吸湿性，水分子可进入聚酰胺的非结晶区与酰胺控结合。对于聚酰胺6，水分子与酰胺健的配位模型如图214所示。v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水溶液中，也可溶于苯酚和某些醇中，特别在高温时更易溶解。v聚己二酰己二胺和聚已内酰胺在稀酸溶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中可能发生溶胀、丧失形状或溶解，而一般的有机溶剂对聚己内酰胺只起溶胀作用。聚酰胺的耐化学药品性能见表2-6。v1.一般聚酰胺纤维均采用熔体纺丝法成形。一

18、般聚酰胺纤维均采用熔体纺丝法成形。v2.聚酰胺纤维主要以切片熔融纺丝法为主，虽然可聚酰胺纤维主要以切片熔融纺丝法为主，虽然可采用直接纺丝的，但由于聚合体内含有单体和低聚物，采用直接纺丝的，但由于聚合体内含有单体和低聚物，造成纺丝困难。造成纺丝困难。v3.聚酰胺纤维易吸湿使卷绕丝在卷装上发生过多的聚酰胺纤维易吸湿使卷绕丝在卷装上发生过多的松弛而导致变软、崩塌，故其相应的高速纺丝速度必松弛而导致变软、崩塌，故其相应的高速纺丝速度必须达到须达到42004500 m/min以上。以上。v5聚酰胺纤维熔体纺丝的原理及生产设备与聚酯纤维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，只是工艺过程及控

19、制有些差别。基本相同，只是工艺过程及控制有些差别。v 1对切片含水和熔体纯度的要求对切片含水和熔体纯度的要求 一般要一般要求高速纺丝时聚酰胺切片含水必须小求高速纺丝时聚酰胺切片含水必须小0.08%；熔体中不允许有熔体中不允许有6 m以上的杂质存在。以上的杂质存在。v2对纺丝设备的要求对纺丝设备的要求 聚酰胺高速纺丝的聚酰胺高速纺丝的卷绕速度较高，要求每个纺丝头的吐液量比卷绕速度较高，要求每个纺丝头的吐液量比普通纺丝的吐液量大得多，为此需增加螺杆普通纺丝的吐液量大得多，为此需增加螺杆挤出量和提高纺丝熔体的均匀性。挤出量和提高纺丝熔体的均匀性。v(1)当选定螺杆直径当选定螺杆直径D及其长径比及其长

20、径比LD后，后，可通过增加螺纹探度、提高螺杆转速等手段可通过增加螺纹探度、提高螺杆转速等手段增加螺杆的挤出量。增加螺杆的挤出量。v（2）此外。在螺杆计量段之前，安装带有）此外。在螺杆计量段之前，安装带有销钉状结构的混炼头，可提高熔体粘度、温销钉状结构的混炼头，可提高熔体粘度、温度的均匀性和稳定性。图度的均匀性和稳定性。图2-16v（1）由于高速纺丝的速度快，丝条在空气中）由于高速纺丝的速度快，丝条在空气中冷却停留时间短为了加强冷却效果，满足成冷却停留时间短为了加强冷却效果，满足成形的需要，高速纺丝时应适当加高纺丝吹风窗形的需要，高速纺丝时应适当加高纺丝吹风窗的高度，有时也适当增大吹风速度。的高

21、度，有时也适当增大吹风速度。v（2）高速纺丝的上油方式不同于常规纺丝。）高速纺丝的上油方式不同于常规纺丝。其上油机构不在卷绕机的板面上，而在纺丝机其上油机构不在卷绕机的板面上，而在纺丝机下方的甬道人口处，采用油嘴上油。下方的甬道人口处，采用油嘴上油。v（3）油嘴的材质可使用耐磨性好的二氧化钛）油嘴的材质可使用耐磨性好的二氧化钛陶瓷或三氧化二铝陶瓷，在油嘴与丝条接触部陶瓷或三氧化二铝陶瓷，在油嘴与丝条接触部分，要求十分光滑。分，要求十分光滑。v1纺丝温度、速度和冷却成形条件纺丝温度、速度和冷却成形条件 v（1）聚酰胺聚酰胺6高速纺丝设备与聚酯基本相同，高速纺丝设备与聚酯基本相同，但纺丝工艺有差别

22、。但纺丝工艺有差别。聚酰胺聚酰胺6纺丝温度为纺丝温度为265270；纺丝速度比聚酯高，至少在；纺丝速度比聚酯高，至少在4000mmin以上，这主要是由于纺丝速度较低时以上，这主要是由于纺丝速度较低时(如如1500 一一2500mmin)，聚酰胺分子间结合力大，聚酰胺分子间结合力大，易结晶和吸水。预取向丝会因吸湿而膨润变易结晶和吸水。预取向丝会因吸湿而膨润变形使卷装筒子塌边。形使卷装筒子塌边。v（2）聚酰胺）聚酰胺6纺丝冷却成形条件与聚酯基本相纺丝冷却成形条件与聚酯基本相同，风温同，风温20，风速，风速0.3一一0.5ms，相对湿度，相对湿度65一一75。v聚酰胺聚酰胺6预取向丝的取向度与纺丝速

23、度和卷绕张力有预取向丝的取向度与纺丝速度和卷绕张力有关。在卷绕张力的作用下，关。在卷绕张力的作用下，从喷丝头开始至上油装置从喷丝头开始至上油装置可划分为如下所述三个区域。可划分为如下所述三个区域。v第一区：在这一区中，熔体细流温度远高于凝固温第一区：在这一区中，熔体细流温度远高于凝固温度，此时形变以粘性流动为主，分子链的活动能力较度，此时形变以粘性流动为主，分子链的活动能力较高，取向受到妨碍，在喷丝头下面的一段范围内，丝高，取向受到妨碍，在喷丝头下面的一段范围内，丝条受空气阻力较小。条受空气阻力较小。v 第二区：当细流继续冷却，进入第二区时，细流第二区：当细流继续冷却，进入第二区时，细流状聚合

24、物处于高弹态，这时发生取向和结晶，并形成状聚合物处于高弹态，这时发生取向和结晶，并形成物理交联点。在初生预取向丝的交联结构中，形变与物理交联点。在初生预取向丝的交联结构中，形变与分子取向同时发生。分子取向同时发生。v根据网络理论，聚酰胺根据网络理论，聚酰胺6预取向丝的取向度预取向丝的取向度用双折射用双折射 n表示表示)与伸长与伸长()的关系如下：的关系如下：v第三区：在该区丝条已是凝固的预取向丝，由于分子链段的活动性较小，相对形变因难。在此条件下，恒定的张力已不能再使取向度提高。v(1)图图2-17表示聚酰胺表示聚酰胺纤维的取向度纤维的取向度(用用 n表征表征)与纺丝速度的关系。与纺丝速度的关

25、系。纺纺速在速在1400mmin以下时，以下时，其取向度随纺速的提高其取向度随纺速的提高面急剧增大，当纺速达面急剧增大，当纺速达1400mmin以上时，取以上时，取向的增大缓慢，纺速达向的增大缓慢，纺速达3500mmin以上时，取以上时，取向再度有较显著的增大向再度有较显著的增大.v(2)与聚酯相比，聚酰胺纤维在纺丝成形过程中容易与聚酯相比，聚酰胺纤维在纺丝成形过程中容易产生结晶，这是因为聚酰胺纤维吸湿性较高，大分子产生结晶，这是因为聚酰胺纤维吸湿性较高，大分子间存在氢键，且大分子的柔顺性好，易运动而切入晶间存在氢键，且大分子的柔顺性好，易运动而切入晶核，因此在纺丝过程中，即伴随着产生结晶。核

26、，因此在纺丝过程中，即伴随着产生结晶。v（3）生产实践证明，当纺丝速度超过）生产实践证明，当纺丝速度超过1500 mmin时，随着纺速的提高，纤维中晶核的迅速增加，丝条时，随着纺速的提高，纤维中晶核的迅速增加，丝条到达卷装的时间的缩短，水分来不及渗透到微晶胞的到达卷装的时间的缩短，水分来不及渗透到微晶胞的空隙中占，因此丝条统到筒子上后，将继续吸收水空隙中占，因此丝条统到筒子上后，将继续吸收水分使晶核长大成晶粒，并使丝条伸长，而导致松筒分使晶核长大成晶粒，并使丝条伸长，而导致松筒塌边，以致不能进行后加工。卷绕速度提高至塌边，以致不能进行后加工。卷绕速度提高至3500mmin以上时，由于大分子的取

27、向度明显提高，因而卷以上时，由于大分子的取向度明显提高，因而卷装后丝条的伸长也就大大减少。生产聚酰胺预取向丝装后丝条的伸长也就大大减少。生产聚酰胺预取向丝(POY)的纺速以的纺速以4000一一5200mmin为宜。为宜。v图218为聚酰胺6全拉伸丝(FDY)生产流程图。v 1纺丝温度纺丝温度 聚酰胺熔体的纺丝温度主要取决于聚聚酰胺熔体的纺丝温度主要取决于聚合体的熔点和熔体粘度。聚酰胺合体的熔点和熔体粘度。聚酰胺6和和66的熔点分别为的熔点分别为215 和和255，而两者的分解温度相差不大，大约，而两者的分解温度相差不大，大约300 左右，为此聚酰胺左右，为此聚酰胺6的纺丝温度可控制在的纺丝温度

28、可控制在270，聚酰胺，聚酰胺66则控制在则控制在280一一290左右。左右。v 2冷却条件冷却条件 通常冷却吹风使用通常冷却吹风使用20 左右的露点左右的露点风，送风速度风，送风速度般为般为0.4一一0.5m/s，相对湿度为，相对湿度为75%80%，冷却吹风位置上部应靠近喷丝板，但注，冷却吹风位置上部应靠近喷丝板，但注意不能使喷丝板温度降低以保证纺丝的顺利进行。意不能使喷丝板温度降低以保证纺丝的顺利进行。v目前高速纺丝已达目前高速纺丝已达到到4000一一6000mmin，甚至更高，纺，甚至更高，纺丝速度很高，因而喷丝速度很高，因而喷丝头拉伸倍数也较大。丝头拉伸倍数也较大。v喷丝头拉伸倍数越喷

29、丝头拉伸倍数越大，剩余拉伸倍数就大，剩余拉伸倍数就越小。图越小。图219为聚为聚酰胺酰胺6和和66卷绕丝剩卷绕丝剩余拉伸倍数与纺丝速余拉伸倍数与纺丝速度的关系。度的关系。v可以看出，纺丝速度在可以看出，纺丝速度在2000一一3000mmin之前，剩余拉伸倍数随纺丝速度的增加之前，剩余拉伸倍数随纺丝速度的增加而迅速减少，当纺速高于而迅速减少，当纺速高于3000mmin之后，之后，剩余拉伸倍数变化较为缓慢。这一规律可作剩余拉伸倍数变化较为缓慢。这一规律可作为高速纺丝与常规纺丝的分界点，当纺丝速为高速纺丝与常规纺丝的分界点，当纺丝速度超过此界限时，就能有效地减小后度超过此界限时，就能有效地减小后(剩

30、余剩余)拉伸倍数。拉伸倍数。FDY机通过第一导丝辊的高速纺机通过第一导丝辊的高速纺丝和第二导丝辊的补充拉伸，便可获得全拉丝和第二导丝辊的补充拉伸，便可获得全拉伸丝伸丝(FDY)。v（1）高速纺丝上油比常规纺丝上油更为重要，它直）高速纺丝上油比常规纺丝上油更为重要，它直接影响纺丝拉伸卷绕成形工艺的正常进行和丝条质量，接影响纺丝拉伸卷绕成形工艺的正常进行和丝条质量，特别是丝条与机件的高速接触联接，更容易产生静电，特别是丝条与机件的高速接触联接，更容易产生静电，引起毛丝和断头，因此要施加性能良好的纺丝油剂。引起毛丝和断头，因此要施加性能良好的纺丝油剂。v （2）常规纺丝采用油盆上油。）常规纺丝采用油

31、盆上油。FDY工艺中采用上工艺中采用上油量比较均匀的齿轮泵计量、喷嘴上油法，喷嘴上油油量比较均匀的齿轮泵计量、喷嘴上油法，喷嘴上油的位置设在吹风窗的下端。的位置设在吹风窗的下端。v（3）高速纺丝所用的油剂有多种类型，但基本是由）高速纺丝所用的油剂有多种类型，但基本是由润滑剂、抗静电剂和乳化剂等三种组分组成。一般用润滑剂、抗静电剂和乳化剂等三种组分组成。一般用于机织物的丝条含油量为于机织物的丝条含油量为0.4%一一0.6用于针织物用于针织物的则可高达的则可高达2一一3。vFDY工艺是将经第一导辊的预取向丝工艺是将经第一导辊的预取向丝(POY)连连续绕经高速运行的辊筒来实行拉伸的，拉伸作续绕经高速

32、运行的辊筒来实行拉伸的，拉伸作用发生在两个转速不同的辊筒之间，后一个速用发生在两个转速不同的辊筒之间，后一个速度大于前一个，两个辊筒的速度比即为拉伸倍度大于前一个，两个辊筒的速度比即为拉伸倍数。纺制聚酰按数。纺制聚酰按FDY一般第一导辊的速度可达一般第一导辊的速度可达POY的生产水平的生产水平(4000一一4500mmin)，而拉，而拉伸的卷绕辊筒的速度则高达伸的卷绕辊筒的速度则高达5500一一6000m/min。拉伸倍数一般为拉伸倍数一般为1.21.3倍。倍。v本节将介绍聚酰胺长丝、弹力丝、帘子线、膨本节将介绍聚酰胺长丝、弹力丝、帘子线、膨体长丝体长丝(BCF)以及短纤维的生产工艺及设备。以

33、及短纤维的生产工艺及设备。v现在聚酰胺长丝的生产多采用现在聚酰胺长丝的生产多采用POYDT拉伸拉伸加捻工艺，即以高速纺的加捻工艺，即以高速纺的POY丝为原料，在同丝为原料，在同一机台上一机台上(拉伸加捻极又称拉伸加捻极又称DT机机)一步完成拉伸一步完成拉伸加捻作用。加捻作用。v 从图从图220可看出，卷绕丝从筒子架引出，可看出，卷绕丝从筒子架引出，经导丝器、喂给罗拉到达拉伸盘，在喂给罗拉经导丝器、喂给罗拉到达拉伸盘，在喂给罗拉和拉伸盘之间进行冷和拉伸盘之间进行冷(或热或热)拉伸，从拉神盘引拉伸，从拉神盘引出的拉伸丝，再经导丝钩和上下移动着的钢领出的拉伸丝，再经导丝钩和上下移动着的钢领板，被卷绕

34、在简管上，并获得一定的捻皮，成板，被卷绕在简管上，并获得一定的捻皮，成为拉伸加捻丝。为拉伸加捻丝。v1.拉伸工艺 在聚酰胺长丝后加工过程中拉伸是一个关键工序。通过拉伸使纤维具有适当的物理机械性能和纺织性能，如强度、延伸度、弹性、沸水收缩率、染色性等。v（1）原丝质量。生产聚酰胺长丝的原丝可）原丝质量。生产聚酰胺长丝的原丝可以是末取向的卷统丝以是末取向的卷统丝(UDY)或预取向丝或预取向丝(POY)，其质量决定于高聚物的质量和纺丝成形条件。其质量决定于高聚物的质量和纺丝成形条件。v（2）拉伸倍数。正确地确定拉伸倍数，是）拉伸倍数。正确地确定拉伸倍数，是保证拉伸丝的质量的关键。随着拉伸倍数的增保证

35、拉伸丝的质量的关键。随着拉伸倍数的增加，纤维的取向度和结晶度都会进一步提高，加，纤维的取向度和结晶度都会进一步提高，从而使纤维的强度增大，延伸度下降，沸水收从而使纤维的强度增大，延伸度下降，沸水收缩率增加。缩率增加。UDY拉伸一般为拉伸一般为 3.54倍左右即倍左右即可。若采用可。若采用POY，拉伸倍数一般为，拉伸倍数一般为1213倍。倍。v（3）拉伸温度。一般拉伸温度要求高于玻璃化温度）拉伸温度。一般拉伸温度要求高于玻璃化温度Tg，并低于软化温度，此温度一般在熔点以下，并低于软化温度，此温度一般在熔点以下20一一40。v聚酰胺聚酰胺6纤维的玻璃化温度约为纤维的玻璃化温度约为3550，熔融温度

36、，熔融温度约为约为215220 。对于民用单、复丝，一般可在室。对于民用单、复丝，一般可在室温下进行拉伸；而对于帘线等强力丝或短纤维，则应温下进行拉伸；而对于帘线等强力丝或短纤维，则应在升温下在升温下(150)进行拉伸。聚酰胺进行拉伸。聚酰胺66纤维的玻璃化纤维的玻璃化温度约为温度约为40一一60，熔融温度约为，熔融温度约为265 左右，生产左右，生产普通丝时拉伸温度一般可选择在室温左右。普通丝时拉伸温度一般可选择在室温左右。v（4）拉伸速度。在拉伸过程中，当拉伸倍数和拉伸）拉伸速度。在拉伸过程中，当拉伸倍数和拉伸温度一定时，提高拉伸速度，拉伸应力也相应增加。温度一定时，提高拉伸速度，拉伸应力

37、也相应增加。但另一方面拉伸热效应也会随拉伸速度的提高而增加，但另一方面拉伸热效应也会随拉伸速度的提高而增加，而使拉伸应力降低。因此随拉伸速度的增大，拉伸应而使拉伸应力降低。因此随拉伸速度的增大，拉伸应力也出现一极大值，即开始增大，随后又下降。力也出现一极大值，即开始增大，随后又下降。v按拉伸丝的纤度可分为单按拉伸丝的纤度可分为单丝拉伸加捻机、中等纤度丝拉伸加捻机、中等纤度(轻旦轻旦)拉伸加捻机和粗纤度拉伸加捻机和粗纤度（重旦（重旦)拉伸加捻机。拉伸加捻机。v右图是拉伸加捻机构示意右图是拉伸加捻机构示意图。丝条经拉伸之后，通过图。丝条经拉伸之后，通过拉伸加捻机上的加捻机构可拉伸加捻机上的加捻机构

38、可获得一定捻度。加捻机构由获得一定捻度。加捻机构由导丝钧、隔丝板、钢领、钢导丝钧、隔丝板、钢领、钢丝钓、锭子和筒管等几个重丝钓、锭子和筒管等几个重要部分组成。要部分组成。v拉伸加捻机常用的加捻方法是，拉伸盘和小拉伸加捻机常用的加捻方法是，拉伸盘和小转子握持丝的一端，另一端由锭子和钢丝钩转子握持丝的一端，另一端由锭子和钢丝钩带动加以回转，而使丝条得到加捻。纤维在带动加以回转，而使丝条得到加捻。纤维在拉伸加捻机上所获得的捻度为：拉伸加捻机上所获得的捻度为：v用于聚酰胺纤维的国产拉伸加捻机类型有用于聚酰胺纤维的国产拉伸加捻机类型有VC443A型复丝拉伸加捻机、型复丝拉伸加捻机、VC43l型、型、SF

39、ZNl型重旦拉伸加捻机及型重旦拉伸加捻机及VC45l型单丝拉型单丝拉伸加捻机。伸加捻机。v目前拉伸加捻机的发展趋势是高速度、大卷目前拉伸加捻机的发展趋势是高速度、大卷装、高效能和自动化。如德国辛泽装、高效能和自动化。如德国辛泽(zinser)公公司的司的519型拉伸加捻机就属于此类型，其拉伸型拉伸加捻机就属于此类型，其拉伸速度可提高到速度可提高到2500mmin，锭子转速达，锭子转速达20000rmin，卷装净重达，卷装净重达4kg，并具有自动，并具有自动装载筒子架机构和自动落纱的拔筒插管机。装载筒子架机构和自动落纱的拔筒插管机。v经过拉伸加捻后的纤维，尽管已经获得一定的捻度经过拉伸加捻后的纤

40、维，尽管已经获得一定的捻度(520捻捻m)，但因捻度太少，所以仍称为无捻丝。，但因捻度太少，所以仍称为无捻丝。聚酰胺长丝除以无捻丝聚酰胺长丝除以无捻丝(拉伸丝拉伸丝)形式出厂外，有时还形式出厂外，有时还要根据品种和纺织后加工的要求，特别是针织物用丝，要根据品种和纺织后加工的要求，特别是针织物用丝，对拉伸丝进行后加捻。对拉伸丝进行后加捻。v 后加捻的目的是增大长丝的捻度，一般要求后加捻的目的是增大长丝的捻度，一般要求100一一400捻捻m，使纱线中的纤维抱合得更好，以增加纱线，使纱线中的纤维抱合得更好，以增加纱线的强力，提高纺织加工性能。的强力，提高纺织加工性能。v 在加捻过程中，随着捻度增加，

41、丝条强力也逐渐在加捻过程中，随着捻度增加，丝条强力也逐渐增加，但是当捻度增加到一定权限值后，强力反而下增加，但是当捻度增加到一定权限值后，强力反而下降，这种强力达极限值的捻度称为临界捻度。不同纤降，这种强力达极限值的捻度称为临界捻度。不同纤度的丝条，其临界捻度也不同。度的丝条，其临界捻度也不同。v 现代的聚酰胺弹力丝生产多采用假捻变形法，现代的聚酰胺弹力丝生产多采用假捻变形法，由于聚酰胺纤维的模量较低，织物不够挺括，由于聚酰胺纤维的模量较低，织物不够挺括，因此产品一般以高弹丝为主。高弹丝的生产仅因此产品一般以高弹丝为主。高弹丝的生产仅使用一个加热器，这是与低弹丝生产工艺的最使用一个加热器，这是

42、与低弹丝生产工艺的最大区别。大区别。v(一一)假捻法高弹丝生产工艺流程假捻法高弹丝生产工艺流程v用摩擦式拉伸变形法生产聚酰胺高弹丝，用用摩擦式拉伸变形法生产聚酰胺高弹丝，用图图222所示的装置进行，其工艺流程如下：所示的装置进行，其工艺流程如下：v原丝连续通过张力器，以伸直状态进入喂入原丝连续通过张力器，以伸直状态进入喂入辊，再通过加热器，使假捻器至喂入辊之间已辊，再通过加热器，使假捻器至喂入辊之间已加捻或内拉伸加捻的丝条经受热定型。因此，加捻或内拉伸加捻的丝条经受热定型。因此，通过加热器的丝已具有很高捻度，然后，丝条通过加热器的丝已具有很高捻度，然后，丝条进入假捻器与输出辊之间的解捻区，解捻

43、后的进入假捻器与输出辊之间的解捻区，解捻后的丝成为螺旋状的集合体，具有高弹性。丝成为螺旋状的集合体，具有高弹性。v针织用变形丝，需将捻向不同的两束丝合捻，针织用变形丝，需将捻向不同的两束丝合捻，以抵消其转矩，现代假捻变形的合股工序在同以抵消其转矩，现代假捻变形的合股工序在同一机台上完成。一机台上完成。v 聚酰胺高弹丝的生产与聚聚酰胺高弹丝的生产与聚酯弹力丝一样，均可采用拉酯弹力丝一样，均可采用拉伸变形联合机，即伸变形联合机，即DTY机。机。拉伸变形工艺参数与聚酯弹拉伸变形工艺参数与聚酯弹力丝相近，首先应考虑假捻力丝相近，首先应考虑假捻张力比。加捻和解捻张力尽张力比。加捻和解捻张力尽可能接近一致

44、，或其比值稍可能接近一致，或其比值稍高于高于1。假捻张力主要受拉。假捻张力主要受拉伸比和伸比和DY值两个因素影值两个因素影响，从图响，从图223的的DY值与值与卷缩刚性、假捻张力的关系卷缩刚性、假捻张力的关系可看出假捻张力的适宜范围。可看出假捻张力的适宜范围。v 帘子线是产业用纺织材料的重要品种之一，帘子线是产业用纺织材料的重要品种之一，是橡胶制品的骨架材料。广泛用于轮胎、胶管、是橡胶制品的骨架材料。广泛用于轮胎、胶管、运输带、传动带等领域。运输带、传动带等领域。v(一一)聚酰胺帘子线生产聚酰胺帘子线生产(聚合和纺丝聚合和纺丝)的特点的特点v 聚酰胺帘线丝一般采用切片法生产。在生产聚酰胺帘线丝

45、一般采用切片法生产。在生产中，聚合至拉伸的工艺与普通长丝基本相同。中，聚合至拉伸的工艺与普通长丝基本相同。但某些工序存在一些不同之处。但某些工序存在一些不同之处。v（1）目前国外在帘子线纺丝技术上最突出的特点是）目前国外在帘子线纺丝技术上最突出的特点是采用高压纺丝法，压力约在采用高压纺丝法，压力约在29.一一49.0MPa。高压纺。高压纺丝有利于产品质量的提高。最高压力已达丝有利于产品质量的提高。最高压力已达196MPa.v(2)适当控制纺丝冷却成形条件也是提高帘子线质量适当控制纺丝冷却成形条件也是提高帘子线质量的关键之一。通常在喷丝板下加装徐冷装置，以延续的关键之一。通常在喷丝板下加装徐冷装

46、置，以延续丝条冷却，使丝条的结构均匀，从而获得具有良好拉丝条冷却，使丝条的结构均匀，从而获得具有良好拉伸性能的卷绕丝。伸性能的卷绕丝。v(3)为提高帘子线的耐热性，常在纺丝前干燥好的切为提高帘子线的耐热性，常在纺丝前干燥好的切片中加入防老剂等片中加入防老剂等(有时也可在聚合时加入有时也可在聚合时加入)，与此同，与此同时还加入润滑剂时还加入润滑剂(如硬脂酸镁如硬脂酸镁)以减少螺杆的磨损。要以减少螺杆的磨损。要求纺丝前聚合物的单体含量在求纺丝前聚合物的单体含量在0.5一一1.0的范围内。的范围内。v 3卷绕设备 目前多数采用纺丝拉伸联合机，其卷绕速度在1500mmin以上，少数厂家采用高速纺丝法。

47、v 4拉伸 有向多区拉伸和大卷装发展的趋势。重特拉伸机一般为双区热拉伸机，国产重特拉伸加捻机有VC431型和SFZN1型等型式。目前国外已有三段拉伸的重特拉伸加捻机出现。v在复捻合股后，得到的成品其捻向称为在复捻合股后，得到的成品其捻向称为ZS捻。在捻。在双捻双捻(即前环锭加捻和后环侯加捻即前环锭加捻和后环侯加捻)时，其成品捻向时，其成品捻向称为称为“ZSZ”捻。捻。v2.一般帘子线强度随初、复捻捻数的增加一般帘子线强度随初、复捻捻数的增加最初增加而后逐渐下降。最初增加而后逐渐下降。v3.一般认为在选择适合的疲劳强度方面，捻一般认为在选择适合的疲劳强度方面，捻度系数度系数 (其中其中n为捻数，

48、以捻为捻数，以捻m表示，表示，T为组成帘子线的纱线特数为组成帘子线的纱线特数)应大于应大于160，最好在，最好在175至至235的范围内。的范围内。v4.国内帘子线复捻设备采用国内帘子线复捻设备采用R811A型、型、I192型，合股并线采用型，合股并线采用1393型。型。T/1000nmv 1帘子布的织造帘子布的织造 为了便于浸胶和轮胎加工，保证为了便于浸胶和轮胎加工，保证帘子线在轮胎中合理排列，需要将帘子线织成帘子布。帘子线在轮胎中合理排列，需要将帘子线织成帘子布。帘子布用聚酰胺帘线作经纱，纬纱可用帘子布用聚酰胺帘线作经纱，纬纱可用197295tex的棉纱或丙纶，纬纱仅仅起固定经纱位置的的棉

49、纱或丙纶，纬纱仅仅起固定经纱位置的作用，在轮胎加工过程中，纬纱断裂而失去其作用。作用，在轮胎加工过程中，纬纱断裂而失去其作用。v 2帘子布的浸胶热拉伸帘子布的浸胶热拉伸 帘子布浸胶热拉伸的目的帘子布浸胶热拉伸的目的是为了改善聚酰胺帘线对橡胶的粘着力及进一步改善是为了改善聚酰胺帘线对橡胶的粘着力及进一步改善帘子布的质量。帘子布的质量。v浸胶工艺一般采用热拉伸浸胶工艺一般采用热拉伸热定型热定型浸胶工艺；或浸胶工艺；或浸胶浸胶干燥干燥拉伸拉伸定型工艺；或二次浸脓工艺。定型工艺；或二次浸脓工艺。v帘布的浸胶过程主要由三个部分组成；v(1)帘布的热拉伸：帘布的热拉伸是在热拉伸箱和第一、二两组拉伸辊之间进

50、行的。热拉伸箱内用热空气循环加热，温度为190 左右，帘布在箱内既热拉伸又热定型。第二组拉伸辊内需通冷水，使帘布迅速降温，不致影响后道浸胶液的温度而使其变质。v(2)浸胶：帘布的浸胶液一般用间苯二酚、甲醛、胶乳的混合液(又称间甲胶或RFz液)，浸胶时间约5s。浸胶后用重型挤压辊挤去多余的胶液，再通过真空抽吸装置，吸去帘线间隙中的胶液，使附胶量控制在4一6v(3)干燥热定型：浸胶后的帘布，先经红外线干燥，然后进入热定型箱定型温度为190，定型温度必须高于轮胎制造时的硫化温度(140一160)，否则硫化时会发生收缩。v 帘子布浸胶后提高了帘子线与橡胶的粘着力。粘着力是指浸胶后的帘布与橡胶的粘着能力