北服纤维材料学课件02工艺篇-2聚酰胺纤维生产工艺

概述一、定义：指分子主链由酰胺键连接起来的一类合成纤维。二、分类1由二元酸和二元胺缩聚通式为

─NH(CH2)xNHCO(CH2)yCO─n

命名胺在前、酸在后，产品以二元胺或二元酸含碳原子数命名。2以ω─氨基酸缩聚或内酰胺开环聚合制备通式为：─NH(CH2)xCO─n

以结构中碳原子数命名。第二章聚酰胺纤维生产工艺一、聚己内酰胺的制备(一)己内酰胺的开环聚合己内酰胺的水解开环聚合三个步骤

1.水解加成

2.缩聚

3.平衡阶段（酰胺链交换）1.己内酰胺的水解加成②缩聚反应——链增长③平衡㈡聚己内酰胺的生产工艺己内酰胺聚合工艺间歇

连续间歇

己内酰胺温度及压力

引发剂聚合釜出料分子量调节剂

2.连续聚合工艺流程

调配、混合过滤VK管己内酰胺

→

熔融锅（熔融）→过滤→贮槽消光剂（TiO2）开环剂（无离子水）分子量调节剂（己二酸或醋酸）热稳定剂3聚合工艺控制⑴投料配比开环剂（水）与己内酰胺配比分子量调节剂与己内酰胺的配比

1)水用量

水用量对己内酰胺聚合反应速率的影响

1608040水用量2.0％1.5％1.0％0.76％聚合时间(Hr)反应速率1.13×10-8mol/s2)分子量调节剂（己二酸）

151050.0%己二酸0.4%己二酸1.2%己二酸分子量Mｎｘ10－3分子量调节剂对聚合物最终平均分子量的影响

（2）聚合温度相对粘度

2.0

1.8

1.6

0

2

4

8

10聚合时间260℃220℃190℃（2）聚合时间反应速率时间反应速率随时间变化

（三）聚己内酰胺的纺前处理萃取、干燥

1、切片的萃取（1）萃取的目的：除去切片中大部分单体和低聚物（2）萃取流程及设备萃取工艺：间歇或连续

蒸汽进料水料蒸汽萃取工艺条件1.浴比：1：1～32.萃取温度105～110℃3.萃取后切片中低分子物含量≤0.5％萃取工艺：间歇或连续

２、切片的干燥湿切片K.F干燥塔热氮气列管式冷却器出料阀湿氮气干燥温度120～125℃

冷却后切片温度50℃

湿N2由塔顶出三、聚己二酰己二胺的制备聚己二酰己二胺的生产工艺：间歇连续法（一）成盐工艺(2)水溶液法己二酸和己二胺在水介质中反应，制成60％的66盐水溶液,

直接供缩聚工序使用。（１）甲醇溶液法：己二酸20％的甲醇溶液+己二胺50％甲醇溶液，60～70℃

反应，冷却结晶，离心分离，甲醇洗涤，干燥得粒状的66盐，其反应如下：（二）６６盐反应的特点和影响因素

１、单体的等摩尔比反应式分子量A组份过量率B组份过量率100

80

0

80

100２、可逆平衡反应３、分子量的控制及分散性

聚酰胺66的分子量控制ａ加入分子量调节剂（己二酸、醋酸）ｂ体系中水量（控制水的蒸汽压）ｃ反应体系温度

d反应体系的压力300ｍｍHｇ400ｍｍHｇ500ｍｍHｇ600ｍｍHｇ

特性粘数270

280

290

300

反应温度４、熔融聚合体的热稳定性（三）缩聚工艺缩聚工艺：间歇缩聚连续缩聚１、间歇缩聚66盐粉末配成50～60％的水溶液加入分子量调节剂（己二酸或醋酸）2％的己内酰胺高压釜进行缩聚（经历高压、降压、抽真空阶段而完成缩聚）

工艺条件ａ.６６盐浓度：

66盐浓度高，反应速度快，所需蒸发的水量少，但浓度过高（>60%）时，在储存或运输时容易结晶.ｂ分子量调节剂加入量分子量调节剂的加入量视所需聚合体分子量而定，己二酸加入量一般为0.５～0.９％，醋酸为0.3～0.5％ｃ加入2％的己内酰胺目的是降低聚合体融点并能改进纤维的拉伸性能，增加纤维的柔性。２、连续缩聚工艺流程(1)管式预缩聚溶解锅预缩聚66盐配成50—60%水溶液0.5%己二酸 2%己内酰胺闪蒸器后缩聚釜80—90℃溶解210—215℃继续升温225℃高一管橫管高二管

2-3Hr过滤285℃3—5秒常压除水275—285℃30—40min抽真空上有脱泡器(2)五大器流程（蒸发器、预热器、反应器、闪蒸器、后缩聚器）蒸发器预热器过滤、预热120℃浓缩到70%

预热到215—255℃预缩聚反应器后缩聚釜闪蒸器215—255℃1750KPa继续蒸发水分，并使压力降为常压285℃靠螺杆推进器旋转排除全部缩聚水，聚合物在旋片上形成薄膜增压泵—直接纺丝增压泵—注带—切粒

60%66盐水溶液分子量调节剂 光热稳定剂一、聚酰胺的结构（一）分子结构重复单元聚己内酰胺重复单元聚己二酰己二胺重复单元聚酰胺的分子量聚己内酰胺14000～20000，聚己二酰己二胺：20000～30000

分子量分布：聚己内酰胺：α＝2，聚己二酰己二胺：α＝1.85第二节聚酰胺的结构和性质（二）晶态结构聚己内酰胺的晶体结构：α型（分子链反平行排列）β型γ型（分子链平行排列）聚己二酰己二胺的晶体结构：α型、β型二、聚酰胺的物理性质和化学性质1、密度部分结晶的聚己内酰胺和聚己二酰己二胺密度：1.12～1.14g/cm3和1.13～1.16g/cm32、熔点DSC法测：PA6224℃,PA66:264℃3、玻璃化温度（Tｇ）DSC法测：PA6：48℃（35～50℃）

PA66:50℃（40～60℃）

４、吸湿性

５、耐化学药品性

第三节聚酰胺的纺丝一、概述聚酰胺纤维生产方法：直接纺丝法（短纤维）熔融纺丝法常规纺（1000～1500m/min）UDY高速纺（4200～4500m/min）POY超高速纺（>6000m/min）FDY二、聚酰胺高速纺丝工艺和设备特点１、纺丝温度、速度和冷却成型条件

PA6纺丝温度：265～270℃

纺速：4200～4500m/min

冷却成形条件与聚酯基本相同风温：20℃，风速：0.3～0.5ｍ/ｓ相对湿度：65～75％。２．纺丝线上取向的发展（见聚酯部分）３．纺速对卷绕结构的影响（结晶取向）

纺速对双折射影响见下图

１2

3

4km/min

Δn×10604020-3４、对切片要求含水：<0.08％５、纺丝设备的特点要求ａ增加螺纹深度，或提高螺杆转速ｂ在螺杆计量段前有混炼头ｃ上油采用喷嘴上油三、聚酰胺FDY生产工艺(与PET同)上油:机织物0.4～0.6％针织物2～3％拉伸速度:第一拉伸辊速度：4000～4500m/min第二拉伸辊速度：5500～6000m/min拉伸比:1.2～1.3拉伸方式:可采用冷拉，第一辊不加热或微热第二辊加热（150℃）第四节聚酰胺纤维的后加工一、聚酰胺长丝的后加工聚酰胺长丝多采用POY-DT路线，即以POY为原丝，在同一台设备上完成拉伸加捻作用。（一）长丝后加工工艺流程(与PET同)POY丝筒－导丝器－喂入罗拉－热盘－热板－拉伸盘（PA6冷拉，PA66热拉）－钢丝圈－环锭加捻（加捻）－卷绕筒管。１、拉伸影响拉伸的主要因素：

ａ：拉伸倍数

Rｎ<R<RmaxUDY拉伸3.5～4倍，5倍以上（帘子线）

POY拉伸1.2～1.3倍ｂ、拉伸温度拉伸温度>Tg

PA6，Tｇ＝35～50℃

PA66,Tｇ＝40～60℃２、加捻加捻过程与生产涤纶DT丝相同捻度（捻/ｍ）＝锭子转速（r／min）

拉伸盘出丝速度（ｍ／min）牵伸加捻丝的捻度（5～20捻/ｍ）后加捻的捻度，一般要求100～400捻/ｍｃ、拉伸速度

200~700m/min二、聚酰胺弹力丝后加工（一）假捻法高弹丝生产工艺流程拉伸丝－加捻－热定型，解捻POY－拉伸、加捻、热定型、解捻－合股并捻

－上油－落筒

（二）聚酰胺高弹丝内拉伸变形工艺

聚酰胺高弹丝一般总在DTY拉伸变形机上完成张力比T2:T1大于或等于1生产聚酰胺纤维典型的工艺条件工艺参数PA66PA6加工速度（m/min）700602D/Y2.231.59拉伸比1.3521.252假捻张力（T2/T1）1.2～加热器温度（℃）220170加热时间（ｓ）0.20.2冷却时间（ｓ）0.10.1三、聚酰胺帘子线的后加工（一）聚酰胺帘子线生产的特点１、聚合体由于帘子线强度高，一般要求使用高粘度（ηｒ＝3.2～3.5）或高分子量>20000的聚合体。

PA6：加压－真空闪蒸－后缩聚

PA66：加压－真空闪蒸－后缩聚２、纺丝采用高压纺丝，压力高达196000KPa（通常29400～49000KPa）冷却缓和：采用徐冷环，以延缓冷却，使丝条结构均匀。３、卷绕设备多数采用纺丝拉伸联合机，其卷绕速度在1500ｍ/min

以上，少数厂家采用高速纺丝法。４、拉伸向多区拉伸和大卷装发展。如重特（旦）双区热拉伸机（二）复捻和合股合股：捻向与复捻相反，得到产品为”ZS”

捻也有或“ZSZ”或“SZS”形式。（三）帘子布的织造和浸胶织布：浸胶：浸胶工艺：热拉伸热定型浸胶浸胶干燥拉伸定型注意热定型温度（190℃）一定高于轮胎制造时硫化温度（140～160℃）否则硫化时发生收缩。四、聚酰胺膨体长丝（BCF）的生产1．BCF地毯长丝流程长丝——热拉伸——热喷气变形（过热蒸汽或热空气，在热和湍流介质作用下纤维发生变形，形成卷曲和膨松的变形丝）——空气冷却（在回转筛上强制冷却定型）——空气喷嘴形成网络丝——卷绕——变形地毯长丝。2．BCF短纤维生产工艺流程长丝——热拉伸——热喷气变形——冷却——切断——纤维输送——成包的BCF短纤。（二）BCF的加工工艺单丝线密度：17~22dtex丝束根数：50~150根总线密度：556~4444dtex拉伸温度：喂入辊：90℃以下拉伸辊：100~190℃拉伸比：3.5~5倍变形温度：过热蒸汽：130~250℃热空气：150~250℃空气喷射压力：200~500KPa卷绕速度：600~3000m/min超喂率：15%～30%冷却空气温度：25℃五、聚酰胺短纤维后加工工艺特点聚酰胺短纤维生产一般采用熔体直接纺丝法。集束、拉伸、热定型、卷曲、切断等工序。但由于聚酰胺纤维中含有较多的单体（约8~10%），因此为使单体含量降至1.5%以下，相应还需要水洗——上油——压干——开松——干燥——开松等过程。第四节聚酰胺纤维的性能、用途（1）断裂强度：服用长丝断裂强度4.4~5.7CN/dtex

强力丝断裂强度6~9CN/dtex

湿强略下降，约为85%~90%干强

(2)断裂伸长：强力丝略低：20%~30%，普通长丝：25%~40%。（3）模量初始模量低，一般低于羊毛和聚丙烯腈纤维（4）回弹性聚酰胺纤维回弹性极好，伸长10%时，回弹率99%，