纤维的熔融纺丝

1、纤维的熔融纺丝摘 要：聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-OC2-C2OCO64CO-PET，为高分子聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反响而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸 的生产进展了具体的概述，包括其原料组成、常用催化剂以及聚合酯化的各种方法和操作流程,同时介绍了涤纶的制备方法和工艺流程，包括纺丝中各组件的作用和把握要点。关键词：涤纶二步纺 聚对苯二甲酸乙二醇酯 对苯二甲酸 乙二醇引言之点，但各有其特点。熔法纺丝中进展的。聚合物颗粒参与纺丝机后，受热熔融而成为熔体。此熔体通过纺丝泵打入喷丝 10001500 米分。假照实行措40005000 米分。纺成的丝线越粗，成形速度就越低。0.

2、2520 注：9 1 特会增加成形的不稳定性，并降低生产力气。如形成太粗的纤丝则传热困难，并将增加通道的长度。假设用软化聚合物的方法成形，由于熔体的粘度太大，不行能将熔体从直径很小的喷丝孔中压出，所以不能生产很细的丝线。在熔法及软化聚合物法制成纤度大的单丝时为了强化冷却过程，可以承受冷却浴水浴及水溶液的方法进展冷却。用此法一般生产聚烯烃、30 米分左右。干法纺丝烃、聚氯乙烯、过氯乙烯等纤维。烯承受此法成形。100500 米分，假设增7001500米分，但是这样高的速度会引起一系列的困难。 1020 100 特，但由于溶剂蒸发较0.2 特。湿法纺丝初期是形成含有大量溶剂的凝胶，再转变为固态纤维。

3、合物从纺丝溶液中分别出来形成纤维。有时在湿法形成的凝固浴内还进展聚合物的化学改 性。湿法成形的纤维有：聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、粘胶纤维及其它纤维。在湿法纺丝过程中有较多的生产设备及工艺过程，有不同的纺丝方法，这些方法打算于0.81 米，承受高速或中速的沉淀法沉淀分别出聚合物。如生产聚氯乙烯纤维和聚丙烯腈短纤维时，纺丝板孔数较多，纺丝22.5 米。湿法纺丝过程中，由于沉淀中双集中过程的限制，沉淀的速度一般较慢，所以成形速度20 100120 米分，更高的成形速度可达 200 米分。如像熔融法和干法纺丝一样，在湿法纺丝中的纤度和0.1 12 特，如要在纺丝中形成更细的纤维，则纺丝过程的稳定性

4、下降，纺丝过程很难进展。如形成太粗的纤维，1010000，短纤维的1.52.0 倍左右。湿法纺丝的方法较多，有水平式纺丝法，沉淀池纺丝法，漏斗喇叭形纺丝机法，立式纺丝法等。流出后，需要较长的时间进展凝固，才能完成凝固过程。如要求纺出液体细流能较快地进展凝固，一般都承受水平式或凝固浴式的纺丝法。用此 米左右。用湿法成形由于凝固速度较慢的关系，所以不行能使纺丝速度提得很高。聚酯纤维是由大分子链中各链节通过酯基相连的成纤高聚物纺制而成的纤维。 Carothers 对脂肪族二元酸和乙二醇的缩聚进展了争辩，并最早用聚酯制成了纤维。早年合成的聚酯大都为脂肪族化合物，其相对分子质量及熔点都较低，且易溶于19

5、41 Whinfield Dickson用对苯二甲酸二甲酯和乙二醇合成了聚对苯二甲酸乙二酯T，这种聚合物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维，即我们通常所说的涤纶，1953 年美国首先建厂生产聚酯纤维。聚酯纤维。如具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯PBT纤维及聚对苯二甲酸丙二酯纤维，具有超高强度、高模量的全芳香族聚酯纤维等。目前所谓“聚酯纤维”通常指聚对苯二甲酸乙二酯纤维。中，热定型性能优异，耐热和耐光性好，织物具有洗可穿性等，故有广泛的服用和产业用 纤维品种。m聚对苯二甲酸乙二酯T属于结晶性高聚物，其熔点T 低于热分解温度T m目前，聚酯纤维的熔体纺丝成型可分为切片纺丝和直接纺丝两种方法。 化程

6、度，而且进一步将纺丝和后加工联合起来，可从纺丝过程中直接制得有有用价值的产品。丝技术和超高速纺丝技术等。10001500m/minUDYundrawn yar。moriented yarn。4000m/min 以下的卷绕丝具有较pre-oriented yar。假设在纺丝过程中引人拉伸作用，fully drawn yar。绕丝具有高取向度和中等结晶构造，fully oriented yar。程、高度自动化的方向进展，并将加强差异化、功能化纤维纺制技术的开发。试验局部设备及试剂设备：酯化聚合共用釜及其周边设备、切粒机、真空转鼓枯燥机试剂：对苯二甲酸 乙二醇 金属醋酸盐催化剂催化剂聚对苯二甲酸乙二

7、酯的制备聚对苯二甲酸乙二酯PET的制备在工业生产中是以对苯二甲酸双羟乙二酯BHETBHET 的方法有酯交换法和直接酯化法。对苯二甲酸双羟乙二酯的制备TPY与甲醇反响生成粗对苯二甲酸二甲酯G。在催化剂 存在下，EGDMTBHET。被取代的EG中的氢结合，生成甲醇。DMT的酯交换反响实际分为两步完成：两个端酯基先后分两步进展反响，且两个酯基在两步反响中的活性一样。在确定反响条件下酯交换反响到达可逆平衡。酯交换反响是吸热反响，H=11.221kJ/mol。上升温度有利于酯交换，但热效应的数值 180时，K=0.3；BHET BHET的收率， EG，并从体系中排解反响副产物甲醇。台缩聚釜。料孔、防爆装

8、置和甲醇或乙二醇蒸气出口。、GT：2.32.5摩尔比。GT收率T0.05180 称甲醇相阶段。生产中酯DMT生成甲90%4h。酯交换反响完毕后，随即参与230240EG被蒸出，并进展初期缩聚反响称乙二醇相阶段1.5hGEG送去蒸馏提纯后回收再用。6 4 块挡板。釜内有不锈钢盘管，管内通人热联苯，用以加热反响物料。EG190，在常压下与催化剂一并定量连续70%，并利用物料位差，连续流经其次、第三酯交换釜，连续进展反响91.397.8T贮 槽，在槽内最终完成酯交换酯交换率99，并被连续、定量地抽出，送去缩聚。各酯交换釜的上端均装有甲醇蒸馏塔内充不锈钢环后再被冷凝固收。在连续酯交换工艺中，除了要把握

9、好酯交换率外还需严格把握反响物料的配比、反响DMT：EG=l：2.15摩尔比。由于连续酯交换时有低聚EG的用量比间歇酯交换时的用量小；190、210215。BHET 贮槽的温度提高到23523h，在1.5h8lOh，各釜槽内均为常压。TPAEG 直接进展酯化反响，一步制得425高于其升华温度300G的沸点197A的升华温度。因此，直接酯化体系为固相 EGTPAEG之间。TPATPA浓度无BHET 的方向进展，此时酯化反响为零级反响。4.18kJ/mol。因此，上升温度，反响速度略有增加。直接酯化也有间歇法和连续法两种方法。目前工业生产多用连续法。EG液的均匀混合、定量连续加料和连续固液反响，提

10、高酯化反响速度，抑制副反响等问题。粉末由料仓经计量送入浆料混合槽，EG与聚合催化剂在配料槽中充分混合，经中依次经过第一釜82、其次釜92和第三釜，最终完成酯化反响99.4。反响生成的水蒸气由每个釜上方进入分馏塔，随后导出冷凝器排放。连续直接酯化把握的工艺参数如下：反响温度和压力：为加快反响速度，通常适当提高温度。各釜物料温度顺次为 EG沸点，故导致反响釜内压力上升，通过把握反响0.35MPa、 0.12MPaEG 缩合的倾向增大，副产物二甘醇DEG增加，影响产品质量。EGEG低于完成酯1.3：11.8：1。 TPA分子中羧酸本身就起催化作用，这种催化实际为氢离子催化。聚对苯二甲酸乙二酯的生产缩

11、聚反响平衡BHET的缩聚反响是可逆平衡的逐步反响，按下述步骤进展：BHET+BHEF二聚体EG 三聚体EG四聚体EG乙酯基还可相互进展缩合反响。EG100 左右，个别状况150180。缩聚反响副反响大分子中的酯键裂解；G 间分子缩合生成乙二醇醚。副反响使大分子的聚合度下降或生成很多有害杂质，令大分子末端带上很多其他基团， 间歇法缩聚BHETBHET中参与0.015%0.03%热稳定剂亚磷酸三苯酯均相对于T 重量230240实际为常压缩聚后，用氮气送入缩聚釜进展缩聚反响。缩聚釜是主体为圆柱形、底部为圆锥形的密闭不锈钢反响器，内有锚式搅拌叶，外有气相加热夹套。物料在釜内的反响分两阶段把握，前段是低

12、真空5.3kPa缩聚，后段EG蒸汽被抽出和冷凝后送去蒸馆回收。两段反响的温度均需严格控表示反响物料的表观粘度达确定值，或经取样测定聚合物特性粘度到达确定值0.64 0.66dL/，即可翻开缩聚釜出料阀，熔体经铸带头，到圆筒冷凝器，经冷却槽结成片状，由PET 粒子，再经筛选，除去过大或过小的粒子，风送至湿切片贮槽，以备切片枯燥和纺丝。连续法缩聚BHET所承受的方法酯交换或直接酯化法和相互连接方式等不同，差异很大，但各种连续法缩聚流程都有其共同的特点：承受位差或机械泵等方法。随着缩聚反响的进展，物料的性质和状态发生连续变化，需承受多个反响器串联设备分段进展工艺把握。通常生产分三段或四段进展：第一段

13、是脱除在酯化或酯交换过程多余的EG；其次段是在低粘度、低真空下缩聚；第三段是在高粘度、高真空下完成缩聚过程。物料EG脱除塔至后缩聚釜出料，均承受EGEG 蒸气由两个串EGEG洗涤塔喷淋冷凝。连续流淌过程中完成缩聚反响，而且物料的性质和状态随反响进展的程度而连续变化。因 此，连续缩聚的工艺通常是依据物料性质和状态分三段把握。 已参与定量催化剂和稳定剂中过EG 塔或釜BHETEG被大量蒸发除去，由于 EG20kPa 即可，真空235250。预缩聚和或前缩聚。此为缩聚反响进展的主要阶段，EG 逸出量比前阶段相应削减，物料的表观粘度增大，EG不易逸出。因此，需要上升温度，提高真空度和加强物料翻动或EG

14、11.5h，温度6.6kPa1.53h，275282400Pa。不同的装置， 流程也不尽一样，有些装置有前缩聚但无预缩聚，某些装置有二道预缩聚但无前缩聚，而某些装置既有预缩聚，又有前缩聚。后缩聚。此为最终完成缩聚反响的阶段，此时物料粘度高，EG气泡难以形成和排解，故要求真空度很高。通常把握温度为 275285，余压为 100300Pa，物料平均停留 1.5 5h。聚对苯二甲酸乙二酯的纺丝纺丝熔体的制备纺丝的生产流程较长，但生产过程较熔体直接纺易于把握，更多地用于纺细旦纤维。及加料、加热和冷却装置构成。均化段。固体切片从料筒进入螺杆后，首先在进料段被输送和度后以确定压力定量输送至计量泵进展纺丝。

15、出，同时使物料实现混匀和塑化。按物料在挤出机中的状态，可将螺杆挤出机分成三个区 进料段、压缩段和计量段在确定程度上相全都。事实上，物料在螺杆挤出机中的状态是连续变化的，不能机械地认为某种变化会截然局限在某一特定段内发 熔融状态，但在其开头的几节螺距还可能连续完成熔化作用。螺杆挤出机的特征集中反映于螺杆的构造。螺杆的构造特征主要包括螺杆直径、长径 响。的挤出机均承受增加直径的方法。然而直径太大会引起其他方面的问题，例如导致单位加热面积所需加热的物料增加，传热变差，功率消耗增大等。长L径D比：长径比是指螺杆工作长度不包括头及附件与外径之比。物料在这个长度上被输送、压缩和加热熔化。螺杆的加热面积和物

16、料停留时间都与螺杆长度成正比。长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和削减逆流以及漏流损失。L/D=2027 L/D=2833 的，但是螺杆太长，物料在高温下的停留时间增加，会引起一些热稳定性较差的高聚物热分解。 表示。压缩比主要打算于物料熔融后密度的变化，不同形态粉状、粒状或片状的物料其堆砌密度不同，压实和熔融后体积的变化也不33.5。为等螺距螺杆，可通过螺纹沟槽深度的变化来实现压缩作用。 ，tDtan。随螺旋角不同，螺杆的送料力气不同；不同外形的物料，对螺旋角的要求也不同。通常，螺杆挤出机均供给固 1738=0.15D1/3，应小于0.002D0.005D。套筒：套筒是挤出机中仅次于

17、螺杆的重要部件，它和螺杆组成了挤出机的根本构造度和装配精度，影响螺杆和套筒的同心度。1Cr18Ni9Ti等，尤以前三者应用较多。所以应在热处理或材质选择时，使其内外表硬度比螺杆高。纺丝机的根本构造熔体纺丝机的种类及型号虽多种多样，但其根本构造类似，均包括以下一些构成局部：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安排循环机构。纺丝机及纺丝丝头组件熔体自螺、杆挤出后，经熔体管路安排至各纺丝位的计量泵和喷丝头组件。为进展熔体 合用一个矩形载热体加热箱进展集中保温，通常称之为纺丝箱体。箱体内装有至各部位的熔体安排管，计量泵与喷丝头组件安置有保温座以及电热棒等。通过加热联苯-联苯醚混

18、合热载体气液两相保温，箱外包覆绝热材料。1/22/3-的联苯混合物液体，插入电热棒直接加热，气液两一样时保温；也可以用联苯混合物蒸气做载热体，在箱外附设联苯锅炉。高度密封、拆装便利和固定牢靠的要求。计量泵与喷丝板准确的计量送至喷丝头组件，再从喷丝板上的喷丝孔挤出完成纤维成型。间高精度平面密合而不是用垫片来实现密封，可防止熔体渗漏。可大幅提高纺丝产量。形喷丝板主要用于纺制短纤维。的切变速率并获得较大的压力差来源，以圆锥形和双曲面形导孔为好，但其加工较困难。丝条冷却装置丝条冷却吹风形式有两种，即侧吹风和环形吹风。均匀，尤其是单纤维根数较多时，位于侧吹风迎风侧和背风侧的冷却条件差异较大。环形吹风：环

19、形吹风是从丝束四周吹向丝条，可抑制凝固的丝条偏离垂直位置产生的弯曲，甚至相互碰撞粘结、并丝等缺点。有一种径向吹风装置，该装置是在圆形喷丝板中间的无孔区，自下方插入一个圆筒，圆筒壁由多孔材料制成多孔青铜或多孔不锈钢气能使全部的丝条均匀冷却。在承受 9001000 孔甚至更多纺丝孔的喷丝板生产短纤维时， 这是一种简洁有效的均匀冷却方法。卷绕装置卷绕机构三局部组成。高速纺丝的给油喷嘴安装在纺丝风窗的下部。国产纺丝机每位有两个油盘，可分别给湿和上油，也可将给湿和上油结合起来。辊也称纺丝盘，所谓纺丝速度即为导丝盘转动的线速度。长丝纺0.5%，也可分别用变频调速把握丝条张力。装置组成，将卷绕丝卷成筒子形式

20、。纺丝过程的主要工艺参数生产上就是通过把握这些参数来制得所需性能的纤维。固化条件、绕丝条件等项加以争辩。熔融条件这里主要指切片纺丝间接纺丝时，高聚物切片熔融及熔体输送过程的条件。预热段，被套筒壁渐渐加热，到达预热段末端紧靠压缩段时，温度到达熔点。在整个进料段50265。在预热段内，物料温度根本低于熔点，即物料应根本上保持固体状态。在进入压缩段后，随着温度的上升，并由于螺杆的挤压作用，切片渐渐熔融，由固态转变为粘流态的熔体，其温度根本等于熔点或比熔点略于熔点的熔体。温度。假设预热段温度过高，切片在到达压缩段前就过早熔化，使原来固体颗粒间的空隙消 失，熔化后的熔体由于在螺槽等深的预热段无法压缩，从

21、而失去了往前推动的力气，造成会造成切片在压缩段内堵塞。对于某一给定的熔体挤出量，必定有与其相应适宜的套筒壁温度。高熔体温度，故该区温度可适当高一些，依据生产实践阅历，可按下式确定：T=Tm+2733Tm 及螺杆挤出量螺杆转速和机头压力 全熔化，使其保持确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以上的聚酯切片，该区温度约为 285切片特性粘度较大时，温度要相应提高。成型等方面均有利。短，对熔体温度影响不大，但法兰散热较大，故该区温度也不宜过低，一般法兰区温度可与计量段温度相等或略低一些。1.5min，对聚酯降解影响较大。一般弯管区温度可接近或略低于纺丝熔体温度。据阅历估算

22、，弯管区温度可较PET 1420。温度直接影响熔体纺丝成型，是纺丝工艺温度中的重要参数。熔体在箱体中约停留 1 1.5min，箱体力气日热熔体并起保温匀温作用。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，以免特性粘度下降明显。通常箱体温度为 285 288，并依纺丝成型状况而定。应以纺丝质量为依据，加以适当调整。同时对熔体细流的冷却固化效果、初生纤维的构造以及拉伸性能都有很大影响，所以正确地选择与严格把握熔体温度格外重要。m特性粘度、熔体温度与熔体粘度之间有确定依靠关系。相对分子20220 PET，其熔体粘度与温度呈明显的线性函数关系。熔体流出喷丝板孔道前Ts T

23、s T ，使聚合物熔体具有适宜的熔体粘度，以保证纺丝成型顺当进展。m纺丝熔体温度的提高有确定的限制性，它主要受到高聚物热裂解温度Td和熔体粘度的限制。因此，选择纺丝温度应满足下式：m Tm杆挤出机的混炼效果等措施来改善纺丝熔体的均匀性，使纺丝得以顺当进展。喷丝条件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2MPa 以上时，泵供量与转速呈直线关系，而在确定转速下，泵供量为一恒定值，不随熔体压力而转变。量总泵供量时，在纺丝泵前产生确定的熔体压力，螺杆挤出量会相应下降逆流量增加压力，亦即要求螺杆转数确定，熔体挤出虽恒定。均对纺丝成型过程及纤维质量有很大影响。用。

24、集中板、安排板及粗滤网、滤砂来完成，且尽可能使组件内贮存熔体的空腔加大，保证喷丝头组件内熔体压力均匀，喷丝良好。纺丝成型时，由于增加纺丝熔体压力，可提高纤维线密度的均匀性和染色均匀性，所以2050MPa。因此组件各层间应承受铝垫圈或包边滤网，起严格密封的作用。组件组装后用油泵压紧，以防“漏丝条冷却固化条件及其均匀性，生产中普遍承受冷却吹风。冷却吹风可加速熔体细流的冷却速度，有利于提高纺丝速度；加强丝条四周空气的对 高，拉伸性能好，又有利于提高设备的生产力气。冷却吹风工艺条件主要包括风温、风湿、风速风量等。备特征包括吹风方式等因素有关。在承受单面侧吹风时，适当提高送风温度2232范围内裂强度，最

25、大拉伸倍数变化不明显，强伸度不匀率有所改善。速度，因此，冷却风温宜低。低，而在某一风温温度以上，则随风温的上升而增大。70%80%的相对湿度，也可承受相100%的露点风。多样，在承受不同孔径的均匀分布环形吹风装置时，纺丝成型效果良好。对侧吹风而言，风S 形分布三种形式。600900m/min262870%80%、 时，最正确风速点向较小风速偏移，这是由于环形吹风易于穿透丝束。假设风速过高，冷却风不但能穿透丝层且有剩余动能，造成丝束摇摆湍动，并使喷丝板处的气流形成涡流，从而导致纤维品质指标不匀率上升。卷绕工艺条件速度：卷绕线速度通称纺丝速度。在常用的纺丝速度范围内，随着纺丝速度的提高，纺丝线上速度梯度也越大，熔体细流冷却凝固速度加快，且丝束与冷却空气的摩擦阻力提高，致使卷绕丝所承受的