高分子材料成形工艺-聚酯纤维熔纺成形

第十一章聚酯纤维熔纺成形111.1聚酯原料及纤维11.2聚酯纤维纺丝11.3聚酯纤维后加工2熔体纺丝成形应用：涤纶、锦纶和丙纶产品涤纶：直接纺丝和切片纺丝两种实施方法锦纶：主要采用切片纺丝法，不太采用的直接纺丝法目前仅限于短纤维生产PA聚合过程通常会残留一些单体和低聚物丙纶：通常只能采用切片纺丝法（PP不能直接聚合得到聚合熔体）3聚酯纤维：脂肪族聚酯（熔点低，力学强度小）不适合纺织纤维，实用都是芳香族聚酯纤维，最重要PET纤维（美国1953年），近年研制出多种实用纤维（如PBT、PTT）目前聚酯纤维通常是指PET纤维，我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大于85wt%的聚酯纤维称为涤纶产量：2006年全世界涤纶2740万吨，占化学纤维67.2％，长丝和短纤维分别1590万吨和1130万吨411.1聚酯原料及纤维

11.1.1聚酯原料11.1.2聚酯纤维511.1.1聚酯原料一、PET的生产PET是以对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）为原料缩聚反应脱除乙二醇（EG）而制备，缩聚反应式：61．BHET的制备制备PET首先制备得到BHET，BHET方法有酯交换法和直接酯化法酯交换法：先将TPA与MA反应生成粗对苯二甲酸二甲酯（粗DMT），精炼后再与EG酯交换反应得到纯度较高的BHET直接酯化法：直接采用TPA与EG酯化反应而制得BHET72．BHET的缩聚BHET缩聚反应是可逆平衡的逐步反应，依次生产BHET二聚体、三聚体、四聚体、…，不同多聚体间进一步进行缩合反应：

8二、PET的结构及性质1．分子结构特点：线型大分子，两端有羟基，酯基，没有大支链，因此分子线性好，易于取向；链结构具有高度立体规整性，因此具有结晶倾向酯交换或缩聚过程副反应产物（羰基化合物、环状低聚物、二甘醇DEG等）：破坏规整性，熔点下降，导致纺丝困难并使成品纤维性能变坏92．分子量及其分布纤维用树脂分子量通常15000~22000，分子量直接影响纺丝性能及纤维性能分子量低，则熔体黏度下降，纺丝易断头，纤维经不起较高倍拉伸，所得成品性能差分子量小于8000~10000时几乎不具有可纺性一般采用特性粘数表征，纤维级树脂通常0.62~0.68dL/g10分子量分布对PET纺丝性能及成品纤维影响较大低分子量组分含量较高，纺丝易断头、毛丝和疵点且经不起拉伸分子量分布窄，纤维表面均一，无明显裂纹113．流变性质PET熔点：分子链苯环－酯基组合基团刚性大，因此熔点较高，纯PET熔点267℃，副反应产物DEG使熔点略低，一般255~264℃，切片熔点波动较大，熔纺温度需适当调整PET熔体黏度：影响因素有温度、压力、聚合度和切变速率等熔体温度每增减10℃，约相当PET特性粘数增减0.05dL·g-112三、PET切片的质量指标PET切片质量对纺丝拉伸工艺和纤维质量影响重大分子量及其分布、熔点、灰分、DEG含量、羧基及粉尘含量等：直接影响PET熔体的流变性、均匀性和细流强度凝聚粒子：沉积于熔体过滤器的滤网或喷丝头组件的滤层，缩短滤网或喷丝头组件的更换周期或因熔体过滤反压太大而击穿滤网；残留在纤维中会造成纤维节瘤，使纤维拉伸断头或拉伸不匀，降低成品纤维的品质1311.1.2聚酯纤维一、聚酯纤维的性质1．物理性质结晶与密度：部分结晶，1.38~1.40g/cm色泽：一般为乳白色并带有丝光，无光产品需加入消光剂TiO2，纯白色产品需加入增白剂，有色丝则需加入颜料或染料14截面：常规涤纶表面光滑，横截面近于圆形，异形涤纶可有△形、Y形、中空等特殊形状吸湿性：较低，标准状态回潮率0.4%，低于腈纶1%~2%和锦纶4%，静电现象严重，透气性差，但湿强度下降少，具洗可穿性其他：软化点230~240℃，火中能燃烧，耐光性仅次于腈纶152．力学性能强度：干态强度高，4~7cN/dtex，湿态下强度不下降断裂伸长率：适中，20%~50%初始模量：大品种合成纤维中最高，可高达14~17GPa，因此涤纶织物尺寸稳定回弹性：回弹性好，接近于羊毛，织物抗皱性超过其他合纤织物耐磨性：仅次于锦纶而超过其他合成纤维，干湿态下耐磨性几乎相同163．其他性质化学稳定性：优异，除耐碱性差外耐其他试剂性能均较优良，对酸（尤其是有机酸）很稳定，但室温下不能抵抗浓硝酸或浓硫酸的长时间作用耐微生物作用：不受蛀虫、霉菌等作用，衣物不需防虫蛀，织物较易保存17二、聚酯纤维的用途纺织领域：短纤维可纯纺，特别适于与棉麻羊毛等天然纤维及粘胶、醋纤维、聚丙烯腈等短纤维混纺加捻长丝（DT）：主要用于织造各种仿丝绸织物，也可与天然纤维或化学短纤维纱交织，亦可与蚕丝或其他化纤长丝交织变形纱（主要是低弹丝DTY）：我国发展的主要品种，织物保暖性好、遮覆性和悬垂性优良、光泽柔和等，适于织造仿毛呢、哗叽等西装面料及装饰织物等工农业及高技术领域：应用很广泛（如帘子线、输送带、绳索、电绝缘材料等）18三、改性聚酯纤维聚酯纤维缺点：染色性差、吸湿性低、易积聚静电荷、织物易起球等聚酯纤维改性：聚酯合成、纺丝、纺纱、织造及染整等各阶段进行，改性方法大致分为化学改性和物理改性两类19化学改性：采用共聚和表面处理等方法改变分子化学结构，如采用取代琥珀酸(或酐)、间苯二甲酸、脂肪族聚酯或聚醚等共聚单体可制得易染色聚酯纤维物理改性：改变纤维形态结构实现改性，如采用异形丝、细特丝、异线密度混纤丝、异收缩丝混纤、异染色丝混纤、表面加工丝等可仿真丝；通过复合纺丝、共混纺丝、异形纺丝、混纤、交织等物理改性方法可制得易染色、阻燃、高吸湿、抗静电（导电）涤纶及模仿天然纤维（如仿真丝、仿毛、仿麻）等2011.2聚酯纤维纺丝11.2.1聚酯切片的干燥11.2.2聚酯纤维纺丝通论11.2.3聚酯纤维高速纺丝21熔纺实施方法：直接纺丝和切片纺丝两种，大型石化企业都采用直接纺丝法切片纺丝法优点：产品灵活性较强，质量较高，可固相聚合制取高强度纤维纺丝技术：常规纺、中速纺、高速纺和超高速纺等常规纺：1000~1500m/min，卷绕丝为未拉伸丝UDY中速纺：1500~3000m/min，中取向丝MOY高速纺：3000~6000m/min，4000m/min以下为预取向丝POY，若纺丝过程引入拉伸可获得全拉伸丝FDY，超高速纺6000~8000m/min，卷绕丝为全取向丝FOY纺丝技术发展：高速高效大容量短流程自动化方向发展，加强差别化功能化纤维纺丝开发22切片纺丝直接纺丝①聚酯切片厂供给纺丝厂原料切片可以管道或车辆输送，互不干扰，纺丝厂的布局比较灵活②变换品种方便，灵活性大，适宜中小型化纤厂③原料切片易贮存，但切片厂和纺丝厂均需设有仓贮设备④基建投资、原料和热能消耗较高①聚酯厂通过管道供给纺丝厂聚酯熔体，工艺流程短，可省去铸条、切粒、切片输送、混合包装和切片干燥、再熔融等过程

②无切片干燥设备和螺杆挤压机等，基建投资少

③原料和热能消耗定额较低

④适合单一品种大型化生产，灵活性小

⑤缩聚故障或原料供应不足等均影响纺丝，纺丝的严重故障又会影响缩聚，因此要求工艺和自控十分成熟可靠表11.1直接纺丝和切片纺丝的综合比较2311.2.1聚酯切片的干燥一、切片干燥目的①去除水分：湿切片含水率0.4%~0.5%，干燥后下降至0.01%（常规纺）或0.003%~0.005%（高速纺）②提高含水均匀性：所有切片间和切片内部的微量水分更均匀一致③提高结晶度和软化点：切片为无定形结构，软化点较低，70~80℃开始变软和粘连，干燥初期切片结晶度迅速提高至25%~30%，软化点提高至210℃以上且熔程狭窄，不易发生环结阻料。干燥初期使切片结晶度提高的过程通常称为预结晶24二、切片干燥机理湿切片含水分：切片表面的非结合水和氢键结合的结合水两部分1．切片干燥曲线切片干燥实质是同时进行的传质和传热过程：热介质传热给切片使水分吸热并从切片表面蒸发；水分从切片内部迁移至切片表面再进入干燥介质聚酯切片干燥：前期为恒速干燥阶段，主要除去非结合水，切片含水率随干燥时间线性下降；干燥后期为降速干燥阶段，结合水慢慢向切片表面扩散并被除去，直至最后达到平衡水分干燥温度：120℃~140℃的干燥速率出现突然升高现象（提高2.2倍），与结晶有关25图11.1PET切片经不同温度热风干燥的干燥曲线图11.2PET切片的半结晶化时间262．切片干燥过程的结晶干燥温度影响：170~190℃间结晶速率最高；170℃以下短时间干燥，切片表面温度高于内部温度，表面结晶度往往大于内部结晶度；190℃以上短时间干燥，则内部结晶度大于表面结晶度结晶对切片干燥速率影响很大：表面结晶速率低于或等于内部结晶速率，则结晶有利于提高干燥速率；反之则可能不利，表面结晶度较大使水分扩散阻力大增圆柱体切片的干燥优于平板切片：圆柱体切片的表面由里向外传质面积增大，圆柱体切片可缩短干燥时间并达到更低含水率，还可减少粉尘的产生273．干燥过程伴随的化学反应化学反应：主要是高温水解反应，过激条件下还会发生热裂解、热氧化降解等反应，某些条件下还伴随着进一步缩聚反应（固相缩聚）28三、切片干燥工艺与设备影响切片干燥效果工艺因素：温度、时间、风速和风湿温度：高则干燥快，平衡含水率降低，但温度太高则切片易粘结、降解变黄，180℃以上易固相缩聚反应影响熔体均匀性，因此通常预结晶温度控制170℃以下，干燥温度控制180℃以下时间：取决干燥方式、设备及温度，时间应适中风速风湿：风速提高则干燥时间缩短，含湿率低则干燥越快，平衡水分越低29聚酯切片干燥设备：间歇式和连续式两大类间歇式设备：真空转鼓干燥机连续式设备：回转式、沸腾式和充填式等干燥机，亦用多种形式组合而成的联合干燥装置国内常用干燥装置：德国KF（Karl-Fisher）、BM（Buhler-Miag)、吉玛（Zimmer）等干燥装置30图11.3连续结晶干燥装置流程示意图1,3—过滤器2—分子筛干燥器4—减压阀5,15—电加热器6—干燥塔7，8—插板阀9—脉动床结晶器10—粉尘小车11,16,17—蝶阀12—粉尘分离器13—空气过滤器14—回转阀18—风机3111.2.2聚酯纤维纺丝通论一、纺丝机的基本结构熔体纺丝机：通常包括熔融装置、熔体输送装置、纺丝装置、丝条冷却装置、上油装置和丝条收集装置等部分熔融装置广泛采用螺杆挤出机：长径比一般20~27，压缩比3~3.5熔体输送装置：包括弯管和熔体分配管纺丝装置：包括计量泵、纺丝头组件和纺丝箱体丝条冷却装置：包括纺丝窗及纺丝甬道上油装置：包括上油部件及油浴分配循环机构丝条收集装置：卷绕机或受丝机构321．纺丝箱体及纺丝头组件图11.4VD405纺丝机的纺丝箱体断面1－熔体分配头（熔体总管接头、分配管接头、针形阀座）2－熔体分配管3－计量泵保温座4－泵体5－计量泵6－熔体连接管7－组件座8－电热棒插管9－针形阀座33熔体路径：自螺杆挤出后经熔体管路分配至各纺丝位的计量泵和纺丝头组件一般采用4~6个纺丝位（即一根螺杆所供给的位数）合用一个矩形载热体加热箱进行集中保温，通常称为纺丝箱体纺丝箱体：箱内装有至各纺丝位的熔体分配管、计量泵、与纺丝头组件安置的保温座和电热棒等，通过加热联苯－联苯醚混合热载体气液两相保温，箱外包覆绝热材料34熔体分配管形式：分支式和辐射式两种（应确保熔体到达每个纺丝位所需时间完全相同，缩短熔体在分配过程中的停留时间，并尽可能减少回折避免各纺丝位间管路阻力差异纺丝头组件：喷丝板、熔体分配板、熔体过滤材料及组装套的结合件，应高度密封、拆装方便和固定可靠35

图11.5VD405高压纺丝头组件断面1－喷丝板座2－铝垫圈3－喷丝板4－耐压板5－滤网托板6－组合多层海砂（20、40、60目／英寸）7－分配板8－密封圈9－压盖10－铝垫圈11－熔体进口接头12－压力传感器接口13－定位块14－包边滤网（400、6000、10000孔／cm2）362．计量泵与喷丝板计量泵与喷丝板：两个高精密度标准件（1）计量泵熔纺计量泵：高温齿轮泵类型，由一对齿轮和三块板、联轴节等组成；可采用单进液孔单出液孔和多层多出液孔，后者可简化泵的传动装置和大幅提高纺丝产量37图11.6熔纺计量泵结构1－主动齿轮2－从动齿轮3－主动轴4－从动轴5－熔体出口6－下盖板7－中间板8－上盖板9－联轴节38（2）喷丝板喷丝板形状：圆形和矩形两种圆形喷丝板加工方便，使用较广；矩形喷丝板主要用于纺制短纤维喷丝孔几何形状：通常由导孔和毛细孔两段构成除纺异形丝外毛细孔都是圆柱形，导孔则有圆筒漏斗形、圆筒平底形、圆锥形和双曲面形等，圆形导孔最常见39图11.7圆形喷丝板的喷丝孔排列方式40图11.8不同导孔形状的喷丝孔413．冷却装置丝条冷却吹风形式：侧吹风和环形吹风两种（1）侧吹风目前涤纶长丝纺丝常采用侧吹风，侧吹风传热系数高，冷却效果好缺点：往往不够均匀，尤其是复丝单纤维根数较多（2）环形吹风环形吹风：从丝束周围吹向丝条，可克服凝固的丝条偏离垂直位置产生的弯曲甚至互相碰撞粘结与并丝等缺点径向吹风装置在采用900~1000孔甚至更多纺丝孔的喷丝板生产短纤维时是简单有效的均匀冷却方法421765432891011图11.9侧吹风装置1—风道2—蝶阀3—多孔板4—稳压室5—风窗6—蜂窝板7—金属网8—喷丝板9—缓冷室10—冷却风11—甬道43图11.10径向吹风方式444．卷绕装置成形的丝条经纺丝室和甬道冷却固化后须先行给湿和上油再按规律卷绕卷绕机：一般由上油机构、导丝机构和卷绕机构三部分组成上油机构：国产纺丝机每位有两个油盘，分别给湿和上油或者将给湿和上油结合45导丝机构：导丝盘（辊）或称纺丝盘，纺速即是指导丝盘转动的线速度长丝纺丝机一般采用两个导丝盘，上下导丝盘直径有微小差异（后盘大0.5%）以保证丝条有张紧力长丝卷绕机：往复机构、筒管及其传动装置组成46图11.11长丝卷绕机结构1—电动机2—传动箱3—卷绕箱4—筒管轴5—卷装6—摩擦辊7—往复导丝器47二、纺丝过程的主要工艺参数熔纺参数：熔融条件、喷丝条件、固化条件、绕丝条件等参数1．熔融条件切片纺丝熔融条件：包括聚酯切片熔融及熔体输送过程的条件48加料段：物料保持固体状态，加热温度低于熔点压缩段：温度或比熔点略高，加热温度可按比切片熔点高27~33℃计量段：保持合适的熔体温度和黏度并确保在稳定压力下输送熔体，对熔点255℃以上的聚酯切片计量段温度约285℃左右，特性粘数较大时温度相应提高49螺杆通过法兰与弯管相接：法兰区本身较短但散热较大，故该区温度不宜过低，一般可与计量段温度相等或略低一些；弯管起输送熔体及保温作用，由于弯管较长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纺丝箱体温度：直接影响熔体纺丝成形，熔体在箱体中约停留1~1.5min，箱体能加热熔体并起保温匀温作用，箱体温度通常285~288℃502．喷丝条件喷丝条件：包括泵供量和喷丝头组件结构泵供量：精确性和稳定性直接影响成丝的线密度及其均匀性，欲使泵供量恒定，螺杆与纺丝泵间熔体压力须达2MPa以上51喷丝头组件的结构：是否合理以及喷丝板清洗和检查工作的优劣，均对纺丝成形过程及纤维质量有很大影响喷丝孔内夹有杂质，易使喷丝孔堵塞，产生“注头丝”、“细丝”、“毛丝”等疵病熔体进喷丝孔前应先经仔细过滤，可用粗细不同的多层不锈钢丝网组合作过滤介质或者石英砂和不锈钢丝网组合作过滤介质52熔体应均匀稳定地分配到每一个喷丝孔中去由喷丝头组件内耐压（扩散）板、分配板及粗滤网、滤砂完成，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纺丝压力：高压纺丝时组件内压力高达20~50MPa，因此组件各层间应采用铝垫圈或包边滤网严格密封533．冷却固化条件普遍采用冷却吹风，工艺条件主要包括风温、风湿、风速（风量）等风温：单面侧吹风时22~32℃范围内适当提高送风温度利于提高卷绕丝断裂强度，纺速较高时风温宜低。风湿：风湿增加可减少丝束因摩擦带电引起的抖动，提高比热容和导热系数，纺制短纤维时风湿相对湿度70%~80%甚至100%露点风54风速：单面侧吹风时随纺速提高，最佳风速点向较大风速偏移；风速过高时易造成丝束摇晃湍动，品质指标不匀率上升风速分布：风速分布形式多种多样，侧吹风风速分布一般有均匀直形分布、弧形分布及S形分布三种形式554．卷绕工艺条件卷绕工艺条件：包括纺丝（卷绕）速度、上油给湿和卷绕车间温湿度纺丝速度（卷绕线速度）：纺速越高，则卷绕张力增大，分子取向度高56上油给湿：目的是增加丝束的集束性、抗静电性和平滑性上油方式：齿轮泵计量的喷嘴上油、油盘上油及喷嘴-油盘兼用纺丝油剂：润滑剂、抗静电剂、集束剂、乳化剂和调整剂等复配POY含油率要求达0.3%~0.4%卷绕车间温湿度：冬天20℃左右，夏天25~27℃；相对湿度60%~75%57三、聚酯长丝和短纤维的纺丝工艺图11.12聚酯长丝纺丝工艺流程图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58图11.13聚酯短纤维纺丝工艺流程1－料斗2－螺杆挤压机3－纺丝箱4－计量泵5－喷丝头6－纺丝甬道7－油轮8－卷绕辊9－废丝辊10－牵引辊11－喂入轮12－条筒129897364101251159主要差别聚酯长丝聚酯短纤维螺杆挤压机螺杆直径小。2000t/a时螺杆直径φ120mm；1000t/a时螺杆直径φ65mm。螺杆直径大。7500t/a时若使用一根螺杆，其直径则为φ200mm。纺丝组件①喷丝板直径小。VCA06A纺丝机喷丝板直径φ65mm。②喷丝板孔数少。根据品种和纤度而定，例如纺167dtex品种时只有36孔。③组件小。过滤砂装入量只有100~200g。①喷丝板直径大。LHV431型纺丝机喷丝板直径φ220mm。②喷丝板孔数多。普通板通常1000~3600孔，大型板达5,000~50,000孔。③组件大。有的组件重达0.5吨以上.计量泵采用叠泵，泵的容积小，只有1.2~2.4ml／r。采用单泵，泵的容量大，其规格10~40ml／r或更大。冷却吹风装置长丝喷丝板孔数少，采用侧吹风足可满足均匀冷却的要求。短纤维喷丝板孔数多，必须采用环吹风装置进行冷却。卷绕装置每束丝都单独地卷绕在一个筒管上，每台纺丝机有几十个筒管。将一台纺丝机所有纺丝位（24~36位）的丝束集为一束装入盛丝桶内。发展趋势①高速纺丝，大于3200m／min；②一位多头，最多可达一位8头。①常规纺丝，小于1500m／min；②增加纺丝位数，多达32位；③增加喷丝板孔数；④只有极少数厂家采用高速纺丝。表11.2聚酯长丝和短纤维切片纺丝的差别6011.2.3聚酯纤维高速纺丝高速纺与常规纺工艺过程相似，高速纺生产能力比常规纺高6~15倍一、聚酯预取向丝生产工艺1．生产工艺特征POY：纺速3000~4000m/min，高取向低结晶的卷绕丝，局部最大形变速率达600s-1甚至10000s-1，动力学因素主要是惯性力和空气摩擦阻力，纤维应力达100MPa61纺程形变位置：不仅发生在熔体流动状态区域，而且固化后还发生均匀塑性形变，卷绕丝取向度提高随着纺速提高，POY取向度和密度增大，纺速3000m/min以上时取向度变化十分明显62图11.14纺丝速度对POY双折射率和密度的影响63图11.15POY切片纺丝生产工艺流程示意图1－料斗2－挤出机3－过滤器4－静态混合器5－纺丝箱体6－卷绕机642．生产工艺控制（1）纺丝条件切片特性粘数和含水率要求较严格特性粘数0.65dL/g，波动值应小于0.01dL/g，含水率0.005%以下，不允许直径大于6μm杂质或TiO2凝聚粒高速纺螺杆温度控制与常规纺基本相同，但是熔体要有较好流变性能POY纺丝温度比常规纺约高5~10℃，一般290~300℃高速纺常采用高压或中压纺丝：高压40MPa以上，中压l5~30MPa65（2）冷却吹风条件冷却吹风条件对丝条凝固动力学的影响明显减弱，对POY条干均匀性影响较大吹风速度比常规纺要高，一般0.3~0.7m/s，风温20℃，风湿70%~80%66（3）卷绕速度POY纺速影响丝条的结构和性能：纺速3000~3600m/min时双折射率增加速率达到最大值，密度增长的最高速率稍落后于双折射率，POY纺速应尽量选择防止取向诱导结晶的范围内影响POY结构和性能的其他工艺参数：上油集束位置、纺丝机上有无导丝盘等673．预取向丝的性能双折射率（）：0.025以上但不大于0.06过高会导致后加工性能变差，而过低则纤维结构不稳定结晶度：越低越好，一般1%~2%结晶度高，后拉伸应力增加，容易产生毛丝，拉伸对原结晶结构的破坏越大，新结构形成越不完整68断裂伸长率：应在70%~180%间，最好100%~150%条干不匀率：乌斯特值（即U值）要求1.2%以下，U值太高会使成品丝的不匀率增加其他：卷装成形良好，德氏硬度适中（60%~70%），并易于退绕，等69二、聚酯全拉伸丝生产工艺高速纺情形：一般高速纺虽然纺丝张力很大，但所得纤维的强力不能达到最高值，只有纺速达7000~8000m/min以上才能获得UDY-DT工艺所获得的强度，纺丝要求高，难度较大全拉伸丝（FDY）：POY高速纺过程中引入有效拉伸，卷绕速度5000m/min以上70FDY生产工艺：纺丝－拉伸－卷绕一步法连续工艺，即先（如3000m/min）纺出预取向丝，随后即对固化丝条再进行一次热拉伸，便可获得拉伸取向效果热拉伸：纺丝过程中丝条在离开第一导辊之后配置一组热拉伸辊（2~3辊），丝条在第一辊上达到POY纺速3000m/min，第二辊上达到5000m/min以上速度71图11.16聚酯FDY生产工艺流程示意图1－切片料桶2－挤出机3－预过滤器4－静态混合器5－纺丝组件6－侧吹风窗7－纺丝甬道8－拉伸辊9－卷绕头72三、聚酯全取向丝生产工艺全取向丝（FOY）：6000m/min以上，高度取向结构长丝6000m/min纺速得到的是高取向丝（HOY），断裂伸长率仍较大，高达40%左右7000m/min以上得到的全取向丝（FOY）结构才与FDY基本相同，现在超高速纺工艺路线已工业化FOY结构：高拉伸应力使大分子链产生取向和热结晶而形成微原纤结构，因此FOY具有微原纤结构；同时由于纺速高，丝条表面和中心温差大，因此FOY出现皮芯层结构73超高速纺丝工艺具有两大特点①纺程上凝固点位置随纺丝速度而变化纺速提高，凝固点位置移向喷丝板（如纺速5000m/min时60cm，纺速9000m/min时仅l0cm）；同时纺速提高，拉伸应力增大且冷却条件强化，丝条在凝固点的温度提高74②纺程中出现细颈现象涤纶高速纺纺速4000m/min以上时纺程开始出现颈状变化，纺速达5500~6000m/min时细颈现象十分明显纺速越高，细颈点位置上移，但细颈开始点温度则大致相同；丝条出现细颈现象变形后直径不再变细75四、TCS热管法聚酯全拉伸丝生产工艺TCS热管纺丝法全拉伸丝工艺：纺丝甬道位置上改装上热管对已冷却成形的丝束进行再加热，在较高纺速下对丝束进行拉伸和定形76热管位置：可安装在甬道不同位置，同时有的采用两个热管丝条拉伸：包括两个阶段，第一阶段的喷丝头拉伸是在进入热管前的那一段，第二阶段的拉伸则发生于热管内，丝条进入热管受热拉伸属于无细颈的均匀拉伸77TCS工艺的最大特点：自补偿效应总拉伸倍数为两段拉伸倍数的乘积，卷绕速度相同时进入热管前的纤维的取向度越低，热管中的形变越大，即热管拉伸倍数越大，相应喷丝头拉伸比变小，则丝条进入热管的速度相应降低，摩擦阻力相应减少，这样将使热管中的拉伸倍数随之降低，因而可以抑制原来的变化，反之亦然，因此TCS两段拉伸总是不断地自我平衡78纺丝过程中原料切片的特性粘数、纺丝温度和冷却条件等发生变化时能够通过自行补偿调节使工艺状态恢复到原来位置，因此能制得结构性能较为均匀稳定的纤维，TCS工艺更适合纺制单丝更细的纤维TCS热管法优势：4500m/min左右纺速可纺制出全拉伸丝，断裂强度一般达3.8~4.0cN/dtex，断裂伸长率35%左右；设备投资和维护较为经济7911.3聚酯纤维后加工11.3.1聚酯长丝后加工11.3.2聚酯短纤维后加工80存放平衡：刚成形的初生纤维的预取向度不稳定，存放使内应力减小或消除，预取向度降至平衡值；同时使卷绕时油剂扩散均匀以改善纤维拉伸性能初生纤维须在恒温恒湿条件下存放一定时间（通常存放8h以上）后加工：包括拉伸、热定形、加捻、变形加工和成品包装等工序8111.3.1聚酯长丝后加工聚酯长丝规格繁多，后加工流程不尽相同；常规纺卷绕丝与高速纺卷绕丝的后加工过程基本相同，区别是前者需高倍拉伸，后者仅需补充拉伸（或不需拉伸）82UDY和POY原丝经拉伸加捻制得普通长丝POY原丝经变形加工得到变形丝：假捻变形丝、网络丝、空气变形丝及其他差别化长丝等，聚酯长丝变形加工最常使用假捻变形法，该法约占90%以上变形丝根据卷缩性分为高弹丝、低弹丝和无弹性的膨体丝83图11.1784一、普通长丝后加工拉伸加捻：在拉伸加捻机进行拉伸的同时给予少量的捻度的工艺拉伸加捻工艺：UDY或POY原丝的工艺过程无本质区别，仅拉伸倍数不同，前者称UDY－DT工艺，后者称POY－DT工艺UDY－DT和POY－DT丝因捻度较小称为弱捻丝或无捻丝，弱捻丝织造前通常需补充加捻，即进行复捻或后加捻以得到较高的捻度851．拉伸加捻工艺过程拉伸加捻机：一般为双面式，全机由原丝筒子架、拉伸装置、加热器和加捻卷绕成形系统四部分组成，并附有自动装载筒子架和自动落纱等辅助机构工艺过程：卷绕丝从筒子架上引出经过导丝器、喂入辊，在上拉伸盘上被预热，在喂入辊和第一导丝盘间进行一段拉伸，在第一和第二拉伸盘间进行二段拉伸，拉伸同时经加热器初步热定形；从第二拉伸盘引出的拉伸丝，经卷绕系统上部中心处的导丝器和上下移动着的钢领上的钢丝圈后被卷绕在旋转的筒管上；丝条的加捻是由回转锭子和在固定钢领上滑动的钢丝圈相互作用实现，钢丝圈转一圈，丝条即得到一个捻回86图11.18拉伸加捻机流程图1－筒子架2－卷绕丝3，8－导丝器4－喂入辊5－上拉伸盘6－加热器7－下拉伸盘9－钢领10－筒管11－废丝轴12－钢丝圈13－锭子872．拉伸加捻工艺条件POY原丝拉伸加捻工艺条件：通常双区热拉伸，两段拉伸比分别1.01和1.60左右，总拉伸比1.6~1.8，第一段拉伸主要是使丝条形成一定张力88热盘（第一拉伸盘）温度：一般应控制在丝条玻璃化温度以上10~20℃范围内过高，拉伸时易断头甚至丝条熔化，拉伸不均匀性增大过低，则拉伸点下移，会使拉伸不匀且出现未拉伸丝、成品丝染色不匀等第二段拉伸温度：通常选择在结晶速率最快的温区（即140~190℃），使取向和结晶同时顺利进行同一台拉伸机上各热盘间温度差异应控制在±2℃内89二、假捻变形丝加工假捻变形是对长丝进行假捻变形后再热定形而制得的高度卷曲蓬松的丝或纱1．假捻变形丝生产原理传统假捻变形丝：拉伸加捻丝为原丝，即拉伸加捻、热定形、解捻分开进行现在假捻变形丝：假捻连续工艺，即拉伸和假捻变形连续进行（简称DTY法）90（1）加捻－热定形－解捻变形过程分析假捻法生产高弹丝过程三基本步骤：复丝高捻、热定形和解捻加捻复丝：单丝从复丝中心到表面的应力逐渐增大，但各根单丝的位置不断变化，因此各根单丝所受的变形大致相同91热定形：加捻后复丝有退捻趋势，经热处理其结构被定形，加捻内应力被消除解捻：各根单丝回到原始状态，但加捻形成的螺旋形配置已定形，解捻对加捻复丝所加的反方向扭矩使各单丝呈正反螺旋状交替排列的空间螺旋弹簧形弯曲，复丝直径增大，蓬松度提高92（2）假捻加工原理图11.19假捻模型93假捻模型：若固定丝两端，握住其中间加以旋转，则握持点上、下两端捻向相反而捻数相等，整根丝上的捻度为零，动力学上称为假捻；如果丝条运行，则握持点前捻数为，握持点后以相反捻向（）移动，因此握持点后区域内的捻数为零94现代假捻握持方法：多采用摩擦式假捻器，常用三轴重叠盘，把丝直接压在数组圆盘的外表面上，圆盘高速旋转借助摩擦力使丝条加捻，假捻器上方丝被加捻，而假捻器下方丝被解捻假捻机构的加捻区域内（进丝侧）装置加热器：一面加捻变形，一面使丝运行，使加捻－热定形－解捻三个基本工序连续化952．聚酯低弹丝生产工艺（1）假捻变形工艺流程聚酯低弹丝采用装有两段加热器的假捻变形机喂入辊和传送辊之间借助第一段热板加热进行拉伸，同时原丝在喂入辊和假捻器之间被加捻变形，而在假捻器和传送辊之间被解捻，再在局部松弛下进入第二加热器定形。因此，拉伸和变形在同一区域内同时完成，称为内拉伸变形工艺96第一加热器之后一般装有冷却板，使加捻热定形后的变形丝冷却至玻璃化温度以下再进行解捻，以保证解捻后的丝条呈卷曲状态第二加热器作用是使变形丝进一步热定形，使内应力松弛，同时消除非常弱的卷曲97图11.20聚酯低弹丝的假捻变形工艺流程及相应的纤维表观形态示意图1－预取向丝(POY)2－张力器3－喂入辊4－第一加热器5－假捻转子6－传送辊7－第二加热器8－卷绕辊9－低弹丝10－卷绕筒子98（2）假捻变形工艺条件假捻变形工艺条件：变形温度、定形温度、加热时间、冷却时间、假捻张力、假捻度和超喂率等变形温度：变形区接触式加热，变形温度控制很重要，通常190~220℃定形温度：一般为非接触式空气加热，通常180~220℃99加热时间：与丝线密度、丝速和加热温度等有关，通常0.4~0.6s假捻张力：假捻器前后丝条张力及波动应严格控制假捻度：直接影响卷曲效果的重要因素超喂率：假捻时通常都采用超喂，超喂率一般10%~20%左右100三、网络丝加工网络丝：指丝条在网络喷嘴中经喷射气流作用，单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝网络加工作用：改进合纤长丝极光效应和蜡状感的效果良好网络加工原丝：POY、FDY和DTY网络丝应用：用途广泛，如织造时可免去上浆、代替并捻或加捻、提高卷绕丝的加工性能、改善卷装或用于制造不同类型的混纤丝等1011．网络生成合纤长丝在网络器的丝道中通过时受到与丝条垂直的喷射气流横向撞击，发生交络、缠结，产生沿丝条轴线方向上的缠结点图11.21网络器内气流的作用和横流(a)气流将各单丝吹松(b)折向气流使各单丝缠结1022．网络喷嘴网络喷嘴：网络技术的关键，有开启式和封闭式分，包括单孔和双孔网络喷嘴丝道长度一般30~40mm，气孔直径1.5~2mm1033．网络工艺条件POY和FDY的网络度较低，大多20个/m以下，DTY网络度60~100个/m网络加工工艺条件：通常包括压缩空气压力、网络加工速度、丝条张力和超喂率以及丝条进出网络器的角度、丝条的总线密度和异形度等104四、空气变形丝加工空气变形丝：POY或FOY原丝通过一个特殊喷嘴，在空气喷射作用下单丝弯曲形成圈状结构，环圈和线圈缠结在一起，形成具有高度蓬松性的环圈丝空气变形丝特征：若将部分丝圈拉断，则变形表面可见圈圈和细纱尖，具有类似短纤纱的某些特征，因此称为仿短纤纱；空气变形丝采用不同变形工艺可制出具有仿毛、仿纱、仿麻效果105图11.22环圈变形丝的结构(a)单股丝(b)多股组合丝(c)花式丝1061．空气变形丝的生产原理空气变形也称吹捻变形或喷气变形：喷气变形过程中有横向气流、轴向气流和旋转涡流，喷嘴加捻区类似许多加捻器，单丝在紊流作用下互相接触、转移和结合，这种过程可归结为交络和缠绕两种形式，从而使整根变形丝形成错综复杂的丝体，呈现环圈加交络的变形丝结构107空气变形丝加工过程中丝交缠和圈结过程一般分三步完成：①原丝进入喷嘴被气流吹开，获得实现交缠可能②被吹开的各根单丝发生位移并发生横向弯曲，生成圈结⑧丝的长度缩短，强化缠结及网络，使已生成的圈结固定下来108

2．空气变形丝生产工艺流程中还可设有短纤化装置以将丝束上近20%~30%的丝圈割断，形成游离纤维末端，使变形丝具有短纤纱的独特风格图11.23空气变形丝工艺流程1－原丝2，4－喂入罗托3－热锭5－喷嘴导丝针6－压缩空气入口7－缓冲室8－环隙9－导丝管10－挡体11，12－冷牵伸罗拉13－加热器14－输出罗拉15－卷装16－压力表a－多股花式变形纱b－单股纱c－双股平行纱109图11.24Hema型喷嘴芯1—喂入丝条2—压缩空气3—变形丝4—喷射芯子空气变形丝生产工艺参数：包括超喂率、热辊温度、拉伸比、定形温度、定形时间、加工速度、张力、空气压力和给湿量等11011.3.2聚酯短纤维后加工一、工艺流程图11.25短纤维后加工流程图1－集束架2－导丝架3－八辊导丝机4－第一台牵伸机5－油（水）浴加热器6－第二台牵伸机7－热水或蒸汽加热器8，9－紧张热定型机10－油冷却槽11－第四台牵伸机12－叠丝机13－二辊牵引机14－张力机15－卷曲架16－皮带输送机17－松弛热定型机18－捕结器19－三辊牵引机20－切断机2l－打包机111国内聚酯短纤维有普通型和高强低伸型两类，两者后加工流程和设备有所差异，高强低伸型短纤维需进行紧张热定形，普通型短纤维时不必二、工艺及设备1．初生纤维的集束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，一般30×1（股）~75×2（股）ktex左右（以成品纤维特数为准）1122．拉伸拉伸采用集束拉伸，集束拉伸机为三道七辊拉伸机短纤维一般采用湿热拉伸工艺，各道拉伸机间常设置加热器，有热水喷淋、蒸汽喷射、油浴和水浴加热等形式，目前更多倾向于油浴和水浴加热拉伸方式可以是一级拉伸和二级拉伸：通常采用间歇集束两级拉伸工艺拉伸工艺条件：拉伸温度、拉伸速度、拉伸倍数及其分配和拉伸点控制等113拉伸温度：第一级拉伸温度一般控制以上，但不应过高，70~90℃间最好；第二级拉伸温度150℃（棉型）~180℃（毛型）间拉伸速度：涤纶短纤维拉伸时丝束喂入速度一般30~45m/min，出丝速度140~180m/min；毛型短纤维的出丝速度则要低些114拉伸倍数：选择在自然拉伸倍数和最大拉伸倍数之间，总拉伸倍数4.0~4.4倍时第一级拉伸倍数控制85%左右拉伸点：生产上希望拉伸点距离越短越好（通常2~3cm区域），生产上为稳定拉伸点，一般在一、二道拉伸机之间借加热装置使拉伸点准确控制在一、二道拉伸