1、LOGO高分子材料加工工艺及设备高分子材料加工工艺及设备朱 鹏南通大学 化学化工学院 2008.918:49第一章聚酯纤维第一章聚酯纤维1.1.背景背景 聚酯纤维是大分子链中各链结通过聚酯纤维是大分子链中各链结通过酯基相连酯基相连的成纤高聚物的成纤高聚物纺制而成的纤维（纺制而成的纤维（PETPET）。我国将含）。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大聚对苯二甲酸乙二酯组分大于于8585的合成纤维称为聚酯纤维的合成纤维称为聚酯纤维，商品名为涤纶。，商品名为涤纶。早在早在18941894年年VorlanderVorlander用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的聚酯；聚酯；1
2、8981898年年EinkornEinkorn合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为脂合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为脂肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能具肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能具有纺织纤维的实用价值。有纺织纤维的实用价值。18:49第一章聚酯纤维第一章聚酯纤维1.1.背景背景 1941 1941年年WhinfieldWhinfield和和DicksonDickson用用对苯二甲酸二甲酯（对苯二甲酸二甲酯（DMTDMT）和）和乙二醇（乙二醇（EGEG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PETPET），），这种聚合物可这种聚合物可通过
3、熔体纺丝制得性能优良的纤维。通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。19531953年美国首先建厂生产年美国首先建厂生产聚酯纤维。聚酯纤维。近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBTPBT）纤维和聚对苯）纤维和聚对苯二甲酸丙二酯（二甲酸丙二酯（PTTPTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香族）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香族聚酯纤维等。聚酯纤维等。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备 PET
4、PET工业上是以工业上是以对苯二甲酸双羟乙二酯（对苯二甲酸双羟乙二酯（BHETBHET）为原料，为原料，经经缩聚反应脱除乙二醇（缩聚反应脱除乙二醇（EGEG）来实现。缩聚反应如下：来实现。缩聚反应如下：所以所以PETPET的制备首先需得到的制备首先需得到BHETBHET，目前生产，目前生产BHETBHET的方法有的方法有酯酯交换法和直接酯化法。交换法和直接酯化法。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料（一）（一）BHETBHET的制备的制备1.1.酯交换法酯交换法 此法是将对苯二甲酸（此法是将对苯二甲酸（TPATPA）与甲醇反应生成粗对）与甲醇反应生成粗对苯二甲酸二甲酯（苯二甲酸二甲
5、酯（DMTDMT），经精制提纯后，再与），经精制提纯后，再与EGEG进行酯交换反进行酯交换反应，得到纯度较高的应，得到纯度较高的BHETBHET。在催化剂存在下，。在催化剂存在下，EGEG与与DMTDMT进行酯交进行酯交换，生成换，生成BHETBHET。被取代的甲氧基与。被取代的甲氧基与EGEG的氢结合，生产甲醇，其的氢结合，生产甲醇，其反应式如下：反应式如下：18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产1.1.缩聚反应平衡缩聚反应平衡 BHETBHET的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应，按下述步骤进行：
6、按下述步骤进行：依次，反应继续进行。除了依次，反应继续进行。除了BHETBHET分子的羟乙基和聚合体分子的羟乙基和聚合体分子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，分子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通式如下：通式如下：在通常情况下，随缩聚反应的进行和在通常情况下，随缩聚反应的进行和EGEG的不断脱除，的不断脱除，聚聚合度控制在合度控制在100100左右左右，个别情况可达，个别情况可达150150180180。BHET+BHETEGBHETEGBHETEG二聚体二聚体三聚体三聚体四聚体18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料2.2.缩聚反应副反应缩聚反应副反
7、应 缩聚反应的同时会存在副反应，主要有：缩聚反应的同时会存在副反应，主要有：v 大分子链大分子链端基裂解生成乙醛端基裂解生成乙醛；v 生成环状低聚物；生成环状低聚物；v 大分子中的大分子中的酯键裂解酯键裂解；v EG EG间分子缩合生成乙二醇醚。间分子缩合生成乙二醇醚。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质（一）分子结构（一）分子结构 聚对苯二甲酸乙二酯（聚对苯二甲酸乙二酯（PETPET）的化学结构如下：）的化学结构如下：PETPET为为线性大分子线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单元，分子链的两端各有一
8、个羟基，中间每个单元链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分子链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分子线性较好，线性较好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料 由于分子链上的碳碳键内旋转，故分子存在两种空间构由于分子链上的碳碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。想。无定型无定型PETPET为顺式为顺式：结晶结晶PETPET为反式：为反式：无定型无定型PETPET为为无色透明固体无色透明固体，密度为，密度为1.335g/cm1.335g/cm3 3。完全结晶完全结晶的聚合物为的聚合物为乳白色
9、固体乳白色固体，密度为，密度为1.455g/cm31.455g/cm3。而。而PETPET纤维为部分纤维为部分结晶，其密度为结晶，其密度为1.381.381.40 g/cm31.40 g/cm3。同时，。同时，PETPET分子链中的酯键分子链中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合度下降，在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合度下降，为此，为此，PETPET纺丝时必须严格控制水份含量。纺丝时必须严格控制水份含量。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料（二）分子量及其分布（二）分子量及其分布 纤维用纤维用PETPET树脂的树脂的分子量通常为分子量通常为150001
10、50002200022000。PETPET的分子的分子量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体粘分子量低，则熔体粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品性度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品性能下降能下降。分子量分布也对分子量分布也对PETPET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有较大影响。较大影响。分子量低的组分含量较高的分子量低的组分含量较高的PETPET，纺丝易产生断头、，纺丝易产生断头、毛丝和疵点，且经不起拉伸毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均。分子量分布窄
11、的纤维，其表面均一，无明显裂纹。一，无明显裂纹。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料（三）流变性质（三）流变性质1.1.熔点熔点 纯纯PETPET的熔点为的熔点为267267，工业生产的，工业生产的PETPET熔点略低，一般在熔点略低，一般在255255264264之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应生成的生成的DEGDEG，致使，致使PETPET分子中含有醚键，破坏分子结构的规整性，分子中含有醚键，破坏分子结构的规整性，降低了分子间作用力。降低了分子间作用力。2.2.熔体粘度熔体粘度 熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切
12、相关熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。其一般与切变速度有关。一定特性粘度的其一般与切变速度有关。一定特性粘度的PETPET在不同温度下，熔在不同温度下，熔体粘度与切变速率的关系如图体粘度与切变速率的关系如图1 13 3。18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料18:49第一节第一节 聚酯纤维原料聚酯纤维原料三、聚酯切片的质量指标三、聚酯切片的质量指标 PET PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。PETPET切片和纤维主要质量指标按照国标切片和纤维主要质量指标按照国标GB/T4189GB/T41899393
13、。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥一、切片干燥的目的一、切片干燥的目的1 1除去水分除去水分 湿切片中含水率为湿切片中含水率为0.40.40.50.5，干燥后下降至，干燥后下降至0.010.01（常规纺）或（常规纺）或0.0030.0030.0050.005（高速纺）。（高速纺）。切片中水分的不良影响：在纺丝温度下，水的存在使切片中水分的不良影响：在纺丝温度下，水的存在使PETPET大分子的大分子的酯键水解，聚合度下降酯键水解，聚合度下降，纺丝困难，成品丝质量降低；，纺丝困难，成品丝质量降低；少量水分气化，少量水分气化，往往造成纺丝断头往往造成纺丝断头，使生产难以正常进行。
14、，使生产难以正常进行。2.2.提高切片含水的均匀性提高切片含水的均匀性3.3.提高结晶度及软化点提高结晶度及软化点 干燥初期，切片受热结晶，结晶度提干燥初期，切片受热结晶，结晶度提高至高至25253030，软化点提高至，软化点提高至210210以上，且熔程狭窄，熔体以上，且熔程狭窄，熔体质量均匀。质量均匀。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥二、切片干燥机理二、切片干燥机理1.1.切片中的水分切片中的水分 PETPET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其水分分为两部分：水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水一是粘附在切片表面的非结合水，
15、另一是与，另一是与PETPET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。2.2.切片的干燥曲线切片的干燥曲线 由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降低。在干燥前期为降低。在干燥前期为恒速干燥阶段恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中。这时除去的主要是切片中的非结合水。干燥后期为的非结合水。干燥后期为降速干燥阶段降速干燥阶段，主要去除结合水。，主要去除结合水。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥3.3.切片干燥过
16、程中的结晶切片干燥过程中的结晶 聚酯在聚酯在170-190170-190时结晶速时结晶速率最高率最高，超过，超过190190，结晶速率反，结晶速率反而随温度升高而下降。这是由于而随温度升高而下降。这是由于高温下晶核生成太少的缘故高温下晶核生成太少的缘故。因。因此，在此，在170170以下短时间干燥，由以下短时间干燥，由于切片表面温度高于内部温度，于切片表面温度高于内部温度，切片表面的结晶度高于内部；在切片表面的结晶度高于内部；在190190以上短时间干燥，则内部结以上短时间干燥，则内部结晶度大于表面结晶度。晶度大于表面结晶度。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥三、切片干燥设备
17、三、切片干燥设备 聚酯切片干燥设备分为间歇式和连续式两大类。间歇式设聚酯切片干燥设备分为间歇式和连续式两大类。间歇式设备主要为备主要为真空转鼓干燥机真空转鼓干燥机；连续式多为多种形式；连续式多为多种形式组合而成的联组合而成的联合干燥装置合干燥装置。（一）真空转鼓干燥机（一）真空转鼓干燥机 该设备的该设备的优点优点是：结构简单，流程短，干燥质量高，能耗是：结构简单，流程短，干燥质量高，能耗低；更换切片方便，出料灵活；操作环境好，噪音低；低；更换切片方便，出料灵活；操作环境好，噪音低；其其缺点缺点是：切片干燥周期长，单机产量低；切片干燥后产是：切片干燥周期长，单机产量低；切片干燥后产生的粉尘多；各
18、批切片干燥质量有差异。生的粉尘多；各批切片干燥质量有差异。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥1.1.转鼓部分转鼓部分 转鼓是全机的主体，转鼓是全机的主体，两端有碟形封头，且倾两端有碟形封头，且倾斜装置的圆筒形容器，斜装置的圆筒形容器，倾角为倾角为2525o o。目的是。目的是保保证切片在干燥过程中能证切片在干燥过程中能较好地翻转，以使传热较好地翻转，以使传热均匀，防止切片粘结和均匀，防止切片粘结和卸料方便卸料方便。干燥机主要由有干燥机主要由有转鼓部分、转鼓部分、抽真空系统抽真空系统和和加热系统加热系统三部分组成。三部分组成。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥
19、2.2.抽真空系统抽真空系统 常用真空泵为常用真空泵为机械真空泵和蒸汽喷射泵机械真空泵和蒸汽喷射泵。其中蒸汽喷射泵。其中蒸汽喷射泵具有工作稳定可靠，设备简单等特点。一般三级蒸汽喷射泵蒸具有工作稳定可靠，设备简单等特点。一般三级蒸汽喷射泵蒸汽压力为汽压力为9.89.810105 5PaPa，可使转鼓内的余压降到，可使转鼓内的余压降到0.0330.03310104 4PaPa；四级蒸汽喷射泵蒸汽压力为四级蒸汽喷射泵蒸汽压力为15.715.710105 5PaPa，转鼓内余压可降到，转鼓内余压可降到0.00530.005310104 4PaPa。3.3.加热系统加热系统 加热系统因热载体不同而异。热
20、载体可采用联苯混合物、加热系统因热载体不同而异。热载体可采用联苯混合物、3838号汽缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽等。号汽缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽等。国内采用饱和国内采用饱和蒸汽作为热载体蒸汽作为热载体，其特点是结构简单、不需要其它附属装置。，其特点是结构简单、不需要其它附属装置。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥 真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温下干燥真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温下干燥切片，切片，适合易氧化或热敏性的高聚物适合易氧化或热敏性的高聚物。但由于其干燥时间长、生产能力低、不能连续化但由于其干燥时间长、生产能力低、不能连续化生产等，故生产等，故
21、一般用于小批量、多品种及一些特种纤维一般用于小批量、多品种及一些特种纤维的生产的生产。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥（二）（二）BMBM联合干燥设备联合干燥设备 组合式干燥设备主要包括组合式干燥设备主要包括预结晶器预结晶器、充填干燥器充填干燥器及及热风循热风循环系统环系统三部分组成。切片首先经过预结晶器除去大部分水，并三部分组成。切片首先经过预结晶器除去大部分水，并具有一定的预结晶度，软化点提高。然后进入充填干燥器，在具有一定的预结晶度，软化点提高。然后进入充填干燥器，在干燥器内保证足够且均匀的停留时间，充分去除切片水分。本干燥器内保证足够且均匀的停留时间，充分去除切片水
22、分。本节主要介绍德国节主要介绍德国BMBM公司的联合干燥设备。公司的联合干燥设备。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥1.BM1.BM干燥设备工艺流程干燥设备工艺流程 德国德国BMBM公司切片干燥工公司切片干燥工艺流程采用预结晶装置和连艺流程采用预结晶装置和连续式充填干燥器相结合，配续式充填干燥器相结合，配以附有氯化锂除湿器和废气以附有氯化锂除湿器和废气余热利用装置的热风循环系余热利用装置的热风循环系统。统。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥2.2.预结晶器预结晶器 BMBM干燥设备采用干燥设备采用间歇式预结间歇式预结晶器，整体为一不锈钢制圆锥晶器，整体为一不
23、锈钢制圆锥形容器形容器，底部有一隔板阀，利，底部有一隔板阀，利用旋涡式热气流吹拂和加热切用旋涡式热气流吹拂和加热切片。气流将一定量的切片从底片。气流将一定量的切片从底部输入时，流速达部输入时，流速达20m/s20m/s。随着。随着容器上部直径增大，气流速度容器上部直径增大，气流速度下降到下降到2m/s2m/s，切片浮力减小，切片浮力减小，又靠重力降落。下落至锥形底又靠重力降落。下落至锥形底部遇到高速热气流，有重复上部遇到高速热气流，有重复上升，升，呈剧烈沸腾状，不仅加强呈剧烈沸腾状，不仅加强传质传热，而且防止了切片的传质传热，而且防止了切片的粘结。粘结。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚
24、酯切片的干燥3.3.充填干燥器充填干燥器 BMBM公司充填干燥器为不公司充填干燥器为不锈钢方形容器，锈钢方形容器，由四节干燥仓由四节干燥仓组成组成。热风从底层干燥仓进入，。热风从底层干燥仓进入，从顶部干燥仓的出风口出去。从顶部干燥仓的出风口出去。各节干燥仓的内部纵向交错排各节干燥仓的内部纵向交错排列着人字形风管，两侧是风道。列着人字形风管，两侧是风道。18:49第二节第二节 聚酯切片的干燥聚酯切片的干燥 风管周围充满了缓慢下落的切片，热风由进风口进入右风风管周围充满了缓慢下落的切片，热风由进风口进入右风道，同时进入道，同时进入第第1 1、3 3、5 5层进风管层进风管，随后从人字形风管底部矩，
25、随后从人字形风管底部矩形开口处溢出后上升穿透缓慢下行的切片层，由形开口处溢出后上升穿透缓慢下行的切片层，由2 2、4 4、6 6层风层风管底部开口处进入风管而转入左风道管底部开口处进入风管而转入左风道。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝一、概述一、概述 由于由于PETPET的熔点的熔点TmTm低于热分解温度低于热分解温度TdTd，因此常采用，因此常采用熔体纺熔体纺丝法丝法。熔体纺丝的基本过程包括：。熔体纺丝的基本过程包括：熔体的制备熔体的制备;熔体自喷丝孔挤出熔体自喷丝孔挤出;熔体细流的拉长变细同时冷却固化熔体细流的拉长变细同时冷却固化;以及纺出丝条的上油和卷绕。以及纺出丝条
26、的上油和卷绕。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝聚酯纤维一般以聚酯纤维一般以纺丝速来划分纺丝技术路线类型纺丝速来划分纺丝技术路线类型：（1 1）常规纺丝常规纺丝：纺丝速度：纺丝速度100010001500m/min1500m/min，其卷绕丝为未拉，其卷绕丝为未拉伸丝，通称为伸丝，通称为UDYUDY（undrawundraw yarn yarn）；）；（2 2）中速纺丝中速纺丝：纺丝速度：纺丝速度15001500300m/min300m/min，其卷绕丝具有中等，其卷绕丝具有中等取向度，为中取向丝，通称为取向度，为中取向丝，通称为MOYMOY（medium oriented
27、yarnmedium oriented yarn）；）；（3 3）高速纺丝高速纺丝；纺丝速度；纺丝速度300030006000m/min6000m/min。纺丝速度。纺丝速度4000m/min4000m/min以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预取向丝，通称以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预取向丝，通称为为POYPOY（pre-oriented yarnpre-oriented yarn）。）。（4 4）超高速纺丝超高速纺丝：纺丝速度为：纺丝速度为600060008000m/min8000m/min。卷绕丝具有。卷绕丝具有高取向和中等结晶结构，为全取向丝，通称为高取向和中等结晶结构，为全取向丝，
28、通称为FOYFOY（fully fully oriented yarnoriented yarn）。）。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝二、纺丝熔体的制备二、纺丝熔体的制备 聚酯切片的熔融纺丝广泛采用聚酯切片的熔融纺丝广泛采用单螺杆挤出机单螺杆挤出机。在纤维成形。在纤维成形中，螺杆有中，螺杆有输送、熔融、搅拌和计量等作用输送、熔融、搅拌和计量等作用，其工作部分分为，其工作部分分为三段，即三段，即进料段、压缩段及计量段进料段、压缩段及计量段。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝 整个挤出过程中，螺杆主要完成三个操作：整个挤出过程中，螺杆主要完成三个操作：切片的
29、供给、切片的供给、切片的熔融和熔体的计量挤出，切片的熔融和熔体的计量挤出，同时使物料起道混匀和塑化作用。同时使物料起道混匀和塑化作用。按照物料的状态，可将螺杆挤出机分成三个区域：按照物料的状态，可将螺杆挤出机分成三个区域：固体区、熔化区及熔体区。固体区、熔化区及熔体区。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝 螺杆挤出机的特征主要集中在螺杆结构，其包括螺杆挤出机的特征主要集中在螺杆结构，其包括直径、长直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与套筒的间隙径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与套筒的间隙。1.1.螺杆直径：指螺杆外径。螺杆直径：指螺杆外径。直径增大，产量
30、上升直径增大，产量上升，但同时会引，但同时会引起传热变差、功率消耗大等问题。起传热变差、功率消耗大等问题。2.2.长径比：指螺杆工作长度与外径之比。螺杆的加热面积和物长径比：指螺杆工作长度与外径之比。螺杆的加热面积和物料停留时间都与螺杆长度成正比。料停留时间都与螺杆长度成正比。长径比大，有利于物料的混长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和减少逆流和漏流损失合塑化、提高熔体压力和减少逆流和漏流损失。目前一般采用。目前一般采用L/DL/D在在20202727的螺杆，也有的螺杆，也有L/DL/D在在28283333，但螺杆太长，热稳定，但螺杆太长，热稳定性差的高聚物易分解。性差的高聚物易分解
31、。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝3.3.压缩比：压缩比：指加料段一个螺距的螺槽容积与计量段一个螺槽指加料段一个螺距的螺槽容积与计量段一个螺槽容积的比值，一般去压缩比为容积的比值，一般去压缩比为3 34 4。其主要取决于物料熔融前。其主要取决于物料熔融前后密度的变化，其计算公式如下：后密度的变化，其计算公式如下：式中：式中：D D螺杆外径（螺杆外径（mmmm）；）；h1h1加料段槽深（加料段槽深（mmmm）；）；h3 h3计量段槽深（计量段槽深（mmmm）。）。4.4.螺距螺距 螺距螺距t t决定于螺旋角决定于螺旋角，。为便于制造螺杆，螺距取与，。为便于制造螺杆，螺距取与螺
32、杆直径相等，为此螺旋角固定为。螺杆直径相等，为此螺旋角固定为。1133()()DhhDhh17 4018:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝三、纺丝机的基本结三、纺丝机的基本结构构（一）纺丝箱头及纺丝头（一）纺丝箱头及纺丝头组件组件 熔体自螺杆挤出后，熔体自螺杆挤出后，经熔体管路分配至各纺丝经熔体管路分配至各纺丝位的计量泵和纺丝头组件。位的计量泵和纺丝头组件。纺丝箱内部包括熔体分配纺丝箱内部包括熔体分配管、计量泵和保温座等。管、计量泵和保温座等。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝（二）计量泵（二）计量泵 计量泵的
33、作用是精确计量、连续输送成纤高聚物熔体或溶计量泵的作用是精确计量、连续输送成纤高聚物熔体或溶液，其属于液，其属于高温齿轮泵类型高温齿轮泵类型。计量泵由一对相等齿数的齿轮、三块泵板、两根计量泵由一对相等齿数的齿轮、三块泵板、两根轴和一副联轴器构成。当齿轮啮合运转时，在吸入轴和一副联轴器构成。当齿轮啮合运转时，在吸入孔造成负压，流体被吸入泵内并添满两个齿轮的齿孔造成负压，流体被吸入泵内并添满两个齿轮的齿谷，熔体在齿轮的带动下紧贴着孔内壁回转一周后谷，熔体在齿轮的带动下紧贴着孔内壁回转一周后送至出口。送至出口。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝（三）喷丝板（三）喷丝板 喷丝板的主要
34、作用喷丝板的主要作用是将高聚物熔体或溶液通过微孔转变成是将高聚物熔体或溶液通过微孔转变成具有特定截面的细流具有特定截面的细流，经风冷却或凝固浴固化而形成细条。喷，经风冷却或凝固浴固化而形成细条。喷丝孔的几何形状是直接影响熔体的流动特性，从而影响纤维成丝孔的几何形状是直接影响熔体的流动特性，从而影响纤维成型。喷丝孔通常由型。喷丝孔通常由导孔和毛细孔构成导孔和毛细孔构成。熔体从较大的空间挤入很小的微孔时流动速度急剧增大，熔体从较大的空间挤入很小的微孔时流动速度急剧增大，为控制熔体流动的切变速度和获得较大的压力差来源，为控制熔体流动的切变速度和获得较大的压力差来源，圆锥形圆锥形和双曲面形导孔较好和双
35、曲面形导孔较好。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝（四）丝条冷却装置（四）丝条冷却装置 丝条冷却吹风形式有两种：丝条冷却吹风形式有两种：侧吹风和环形吹风侧吹风和环形吹风，而环吹风，而环吹风又分为外环吹风和内环吹风。又分为外环吹风和内环吹风。采用侧吹风时，采用侧吹风时，空气直接吹在纤维还空气直接吹在纤维还未完全凝固的区域，未完全凝固的区域，并并与纤维成垂直方向，与纤维成垂直方向，故传热系数高、冷却故传热系数高、冷却效果好。但往往不够效果好。但往往不够均匀，均匀，尤其是单纤维尤其是单纤维根数较多时，不同位根数较多时，不同位置冷却条件差异大。置冷却条件差异大。18:49第三节第三节
36、 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝 在采用在采用90090010001000孔甚至更多纺丝孔的孔甚至更多纺丝孔的喷丝板生产短纤维时，喷丝板生产短纤维时，环形吹风是一种简单环形吹风是一种简单有效的方法。有效的方法。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝（五）卷绕装置（五）卷绕装置 为避免产生静电为避免产生静电，进行正，进行正常卷绕前，必须常卷绕前，必须先给湿和上油先给湿和上油。因此，一般卷绕机由因此，一般卷绕机由上油机构、上油机构、导丝机构和卷绕机构导丝机构和卷绕机构三部分组三部分组成。成。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤
37、维的纺丝四、聚酯纤维的纺丝工艺四、聚酯纤维的纺丝工艺（一）短纤维纺丝工艺（一）短纤维纺丝工艺 纺丝时螺杆各区温度控制在纺丝时螺杆各区温度控制在290290300300，纺丝箱体温度控，纺丝箱体温度控制在制在285285260260。高压纺丝压力在。高压纺丝压力在15MPa15MPa以上，其有利于降低纺以上，其有利于降低纺丝箱体温度，避免热降解。环形吹风温度一般为丝箱体温度，避免热降解。环形吹风温度一般为3030左右。纺左右。纺丝速度一般在丝速度一般在2000m/min2000m/min以下，拉伸倍数为以下，拉伸倍数为3.53.54 4。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝18:
38、49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝聚酯纤维的纺丝（二）长纤维纺丝工艺（二）长纤维纺丝工艺 与短纤维生产相比，其工艺特点要求：与短纤维生产相比，其工艺特点要求：1 1）原材料）原材料含水率低为不大于含水率低为不大于0.0080.008，而纺短纤而纺短纤维时切片含水率为维时切片含水率为0.020.02；2 2）为保证纺丝的）为保证纺丝的连续性和均一性连续性和均一性，要求熔体温度，要求熔体温度波动不超过波动不超过11，侧风风速差异小于，侧风风速差异小于0.1m/s0.1m/s；3 3）卷绕速度高为）卷绕速度高为100010006000m/min6000m/min。18:49第三节第三节 聚酯纤维的纺丝
39、聚酯纤维的纺丝18:49第四节第四节 聚酯纤维的高速纺丝聚酯纤维的高速纺丝 由于高速纺丝生产能力比常规纺丝高由于高速纺丝生产能力比常规纺丝高6 61515倍，同倍，同时产品纤维具有取向度高、结晶度不高、纤维柔软、时产品纤维具有取向度高、结晶度不高、纤维柔软、易染色等特点而被广泛应用，近年多采用高速纺丝。易染色等特点而被广泛应用，近年多采用高速纺丝。其工艺与常规纺丝类似。其工艺与常规纺丝类似。作业：作业：1.1.针对针对POYPOY、FDYFDY及及FOYFOY不同工艺，从工艺上（切不同工艺，从工艺上（切片质量、纺丝温度、压力、冷却吹风条件、卷绕速度片质量、纺丝温度、压力、冷却吹风条件、卷绕速度
40、等）和产品性能（强度、模量、双折射率、热收缩等）等）和产品性能（强度、模量、双折射率、热收缩等）上比较三者区别。上比较三者区别。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工 纤维的后加工是指对纺丝成型的初生纤维（卷绕丝）进行纤维的后加工是指对纺丝成型的初生纤维（卷绕丝）进行加工，改善纤维结构，加工，改善纤维结构，其包括拉伸、热定形、加捻、变形加工其包括拉伸、热定形、加捻、变形加工和成品包装等工序。和成品包装等工序。纤维后加工作用如下：纤维后加工作用如下：（1 1）将纤维进行补充拉伸，）将纤维进行补充拉伸，使纤维中大分子取向、规整排列，使纤维中大分子取向、规整排列，提高纤维强度提高纤
41、维强度、降低伸长率；、降低伸长率；（2 2）将纤维进行热处理，使大分子在热作用下，）将纤维进行热处理，使大分子在热作用下，消除拉伸时产消除拉伸时产生的内应力生的内应力，降低纤维的收缩率、提高纤维的结晶度；，降低纤维的收缩率、提高纤维的结晶度；（3 3）对纤维进行特殊加工，如将纤维卷曲或变形、加捻等，以）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、蓬松性提高纤维的摩擦系数、弹性、柔软性、蓬松性。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工一、聚酯短纤维的加工一、聚酯短纤维的加工（一）工艺流程（一）工艺流程 现多采用高强低伸型短纤维后加工工艺，主
42、要包括现多采用高强低伸型短纤维后加工工艺，主要包括 集束、集束、拉伸、拉伸、卷曲、卷曲、热定形热定形 及切断打包及切断打包几个过程。几个过程。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工（二）工艺及设备（二）工艺及设备1.1.初生纤维的存放和集束初生纤维的存放和集束 刚成型的初生纤维其预取向不稳定，需经过存放平衡，使刚成型的初生纤维其预取向不稳定，需经过存放平衡，使内应力减少或消失，内应力减少或消失，一般一般8 8小时以上小时以上，基本趋于稳定。存放稳定，基本趋于稳定。存放稳定后的丝条需要进行集束。后的丝条需要进行集束。所谓集
43、束是把若干个盛丝筒的丝条合并，集中成工艺规定所谓集束是把若干个盛丝筒的丝条合并，集中成工艺规定粗度的大股丝束，以便进行后处理粗度的大股丝束，以便进行后处理。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工2.2.拉伸设备及工艺拉伸设备及工艺（1 1）拉伸设备）拉伸设备 集束拉伸工艺常用的设备为三道集束拉伸工艺常用的设备为三道七辊拉伸机七辊拉伸机。为保证丝束。为保证丝束的加热均匀，短纤维的拉伸一般采用的加热均匀，短纤维的拉伸一般采用湿热拉伸工艺湿热拉伸工艺，因此在各，因此在各道拉伸机之间常设置加热器。道拉伸机之间常设置加热器。一台牵伸机通常由五个或七个牵伸辊组成一组，直径相同，一台牵伸机
44、通常由五个或七个牵伸辊组成一组，直径相同，依靠两台牵伸机的速度差来完成丝束的拉伸依靠两台牵伸机的速度差来完成丝束的拉伸。而在牵引辊上方。而在牵引辊上方或下方增加压辊可以防止丝束打滑、提高拉伸能力。同时，牵或下方增加压辊可以防止丝束打滑、提高拉伸能力。同时，牵伸机之间的浸渍辊可以控制拉伸点，防止因拉伸潜热的作用使伸机之间的浸渍辊可以控制拉伸点，防止因拉伸潜热的作用使拉伸点前移，从而达到稳定拉伸的作用。拉伸点前移，从而达到稳定拉伸的作用。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工（2 2）拉伸工艺）拉伸工艺 目前，聚酯短纤维多采
45、用目前，聚酯短纤维多采用间歇集束两级拉伸工艺间歇集束两级拉伸工艺。在高聚。在高聚物的玻璃化温度以上，拉伸屈服应力随温度升高而下降明显。物的玻璃化温度以上，拉伸屈服应力随温度升高而下降明显。因此，因此，第一级拉伸温度一般控制在第一级拉伸温度一般控制在TgTg以上以上，但为防止发生流动，但为防止发生流动变形不应过高。纤维经过第一级拉伸后，已经有一定取向度，变形不应过高。纤维经过第一级拉伸后，已经有一定取向度，结晶度和结晶度和TgTg都有所提高，都有所提高，因此需要提高温度因此需要提高温度。而拉伸倍数应根据卷绕丝的应力应变曲线确定，选择在而拉伸倍数应根据卷绕丝的应力应变曲线确定，选择在自然拉伸倍数和
46、最大拉伸倍数之间。自然拉伸倍数和最大拉伸倍数之间。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工4.4.卷曲设备及工艺卷曲设备及工艺 聚酯短纤维通常与棉、毛或其它化学纤维混纺。聚酯短纤维通常与棉、毛或其它化学纤维混纺。棉、毛纤维外形有天然的卷曲棉、毛纤维外形有天然的卷曲，而，而聚酯纤维表面光滑、纤聚酯纤维表面光滑、纤维间抱合力差，不易与其它纤维抱合在一起维间抱合力差，不易与其它纤维抱合在一起，对纺织后加工不，对纺织后加工不利。利。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工化学纤维的卷曲可以分为三种类型：化学纤维的卷曲可以分为三种类型：化学卷曲、物理卷曲及机化学卷曲、物理
47、卷曲及机械卷曲。械卷曲。v化学卷曲：是在纺丝中形成卷曲的一种方法，其原理是利用化学卷曲：是在纺丝中形成卷曲的一种方法，其原理是利用特殊的特殊的纺丝成型条件造成纤维截面的不对称性而获得卷曲纺丝成型条件造成纤维截面的不对称性而获得卷曲。（成本高、污染严重）（成本高、污染严重）v物理卷曲：改变分子间的作用力来处理已纺织的纤维而造成物理卷曲：改变分子间的作用力来处理已纺织的纤维而造成卷曲。如涤纶并列型复合纤维，由于两种聚合物的收缩性不同，卷曲。如涤纶并列型复合纤维，由于两种聚合物的收缩性不同，故在故在热处理前后两侧内应力不同热处理前后两侧内应力不同，形成卷曲。，形成卷曲。v机械卷曲：施加机械力使已纺制
48、的纤维形成卷曲。机械卷曲：施加机械力使已纺制的纤维形成卷曲。填塞箱式填塞箱式卷曲的效果显著，而被广泛应用。卷曲的效果显著，而被广泛应用。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工卷曲原理：卷曲原理：可以采用可以采用受压杆的弯曲理论来解释受压杆的弯曲理论来解释。丝束像一个。丝束像一个细杆，两卷曲轮夹持丝束的点可以看作固定端细杆，两卷曲轮夹持丝束的点可以看作固定端A A，而气动压力阻，而气动压力阻止丝束走出卷曲箱，其对丝束产生的阻力可看成外力止丝束走出卷曲箱，其对丝束产生的阻力可看成外力P P作用于作用于B B端。端。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工 丝束通过
49、一对主动回转的卷曲轮，喂入卷曲箱丝束通过一对主动回转的卷曲轮，喂入卷曲箱。气缸通过。气缸通过活动板将压力加到丝束。卷曲轮不断将丝束加入箱内，直至完活动板将压力加到丝束。卷曲轮不断将丝束加入箱内，直至完全塞满箱内空间。后在推理作用下，卷曲的丝束连续不断被推全塞满箱内空间。后在推理作用下，卷曲的丝束连续不断被推出卷曲箱。出卷曲箱。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工5.5.热定型设备及工艺热定型设备及工艺 热定型的目的是热定型的目的是消除纤维拉伸过程中产生的内应力，改善消除纤维拉伸过程中产生的内应力，改善纤维弹性。热定型可
50、以在张力作用下或无力作用下进行。纤维弹性。热定型可以在张力作用下或无力作用下进行。对于生产普通型聚酯纤维，一般在链板式或圆网式热定型对于生产普通型聚酯纤维，一般在链板式或圆网式热定型机上以自由收缩状态进行，称为松弛热定型；机上以自由收缩状态进行，称为松弛热定型；对于生产高强低伸型纤维时，一般先采用热辊式定型设备，对于生产高强低伸型纤维时，一般先采用热辊式定型设备，在一定张力下进行热定型，后再进行松弛热定型。在一定张力下进行热定型，后再进行松弛热定型。18:49第五节第五节 聚酯纤维的后加工聚酯纤维的后加工圆网式烘燥机圆网式烘燥机 纤维吸附在一组正反方向回转着、交叉排列的圆网滚筒表纤维吸附在一组
