第五章 聚酯纤维 l 聚酯纤维（广义）：大分子链中各链节通过 酯 基相连的成纤高聚物纺制的纤维 l 聚酯纤维PET（狭义）：含聚对苯二甲酸乙二酯大于85% 的合成纤维 涤纶全牵伸丝(P-FDY)聚酯切片涤纶低弹丝(P-DTY)涤纶短纤维涤纶预取向丝（P-POY涤纶废丝第一节、聚酯纤维原料 一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备：PET 对苯二甲酸+乙二醇→→→→→→→→→→→→→→→→PET 对苯二甲酸+甲醇→对苯二甲酸二甲酯DMT+（乙二醇）→对苯二甲酸双羟乙酯BHET→PET （一）对苯二甲酸PT TA 1．石油→对二甲苯 2．对二甲苯→对苯二甲酸 （二）（二）乙二醇EG 1．环氧乙烷EO水解法： 2．氯乙醇水解法： （三）对苯二甲酸二甲酯DMT 1．对二甲苯氧化酯化法： 2．甲酯化法：间歇甲酯化法+连续甲酯化法（高压、常压） 高压连续甲酯化法：对苯二甲酸PTA+甲醇 粗对苯二甲酸二甲酯DMT+水 （四）对苯二甲酸双羟乙酯BHET 对苯二甲酸双羟乙酯是PET的单体，制备方法有酯交换法（间歇法、连续法）、直接酯化 法（间歇法、连续法）、环氧乙烷法工艺流程示意图聚合车间聚合车间聚合车间切片图：二、铸带和切粒（切片纺丝）： l 工艺流程：惰性气体压送高聚物熔体→铸带头→金属冷却滚筒表面（滚 筒旋转、下半部浸在冷水中）→PET熔体薄片（或圆形长条）冷却→ 冷却槽→切粒机→振动筛→上层：连刀块（废品）；下层：粉末（废 品）；中层：正品进入湿切片储斗 l 铸带头： （1）长条形缝隙式铸带头：薄片 （2）多孔型铸带头：圆形长条三、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质： 1、分子结构 l 线型：大分子易于沿纤维拉伸方向平行排列 l 基团：刚性大→纯PET熔点较高（267℃） l 分子链高度立体规整：结晶倾向大：无定形PET无色透明固体 （1.333g/cm3）；完全结晶PET乳白色固体 （1.455g/cm3）；PET纤维部分结晶（1.38～ 1.40g/cm3）； l 酯基（易水解）：聚合度↓ l 副产物：羰基、环状低聚物、二甘醇→大分子规整性↓→大分子间的 敛集↓→PET熔点↓→纺丝困难、成品纤维物理机械性↓ 2、分子量及其分布： l 分子量：纤维级PET树脂分子量15000～22000；特性粘度0.62～ 0.68dL/g分子量↑→熔体粘度↑→分子间作用力↑→拉伸能力↑→成 品强度↑ l 分子量分布：分子量分布↓→聚合度均匀↑→可纺性↑（高速纺分子 量分布＜2.02） 3．流变性： l 熔点： 纯PET：267℃ 工业PET：255～264℃（EG不纯；副产物DEG） 工业PET熔点下降的原因：EG分子内脱水 EG分子间脱水 l 熔体粘度：表征熔体流变性，与纺丝密切相关 T↑→熔体粘度↓ （纺丝用熔体温度调节熔体粘度）表 熔体粘度（Pa·s）与其分子量和温度的关系 第二节、聚酯切片的干燥一、切片干燥目的 l 除去水分 l 使含水率批与批均匀，保证纤维质量均匀 l 提高结晶度、软化点 二、切片干燥原理： l 水分脱出：含水量=自由含水量+平衡含水量 l 结晶 VC353真空转鼓干燥机 1—冷却桶 2—除尘桶 3—加热夹套 回转一充填组合干燥工艺流程图 1—混合料仓；2—上部切片料斗；3—回转式干燥机；4—下部切片料斗 5—旋风分离器；6—第三料斗；7—充填式干燥机旋涡式预结晶和气缝式充填干燥机工艺流程图（BM） 1—氯化锂脱湿机；2—干燥风机；3—热管式省热器； 4—高效过滤器；5—电加热器；6—气缝式充填干燥机； 7—旋涡式预结晶器；8—旋风分离器；9—粉尘箱； 10一顶结晶风机；11一电加热器；12—计量涌图 卧式沸腾床BM连续预结晶装置示意图 l—进气口；2—空气柜；3—孔板；4—上干燥； 5—进料口；6—排气口7—视镜；8—可调挡板； 9—出料口；10—振动弹簧；11—振动电机 第三节、聚酯纤维的纺丝（常规纺丝） 一、概述 1、熔体纺丝过程：熔体制备→熔体自喷丝孔挤出→熔体细流拉长变细并冷却固 化→上油→卷绕 2、方法： 切片纺→→ 直接纺→→→常规纺丝（1000～1500m/min）→UDY（未拉伸丝）、短纤维 中速纺丝（1500～3000m/min）→MOY（中取向丝） 高速纺丝（3000～6000m/min）→POY（预取向丝）、FDY（全拉伸丝） 超高速纺丝（6000～8000m/min）→FOY（全取向丝） 3、纺丝新技术： l 高速纺丝普及化 l 直接纺丝法 l 纺丝后加工联合工艺 l 纺丝拉伸整经工艺 l 差别化纤维 短纤维常规纺丝工艺流程图 1—切片料斗；2—螺杆挤出机； 3、3’—螺杆挤出机和计量泵传动装置； 4—纺丝箱体；5—吹风窗；6—甬道； 7—上油轮；8—导丝器；9—绕丝辊； 10—总上油轮；11—牵引辊；12—喂入轮； 13—盛丝桶；14—总绕丝辊普通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—冷却吹风二、纺丝机： l 高聚物熔融装置：螺杆挤出机 l 熔体输送、分配、纺丝及保温装置：弯管、纺丝箱体 （熔体分配管、计量泵、纺丝头组件） l 丝条冷却装置：纺丝窗及冷却套筒 l 丝条收集装置：给湿上油机构、导丝结构、卷绕机或受丝装置 1、熔融装置：螺杆挤出机 l 作用：固体物料的供给、聚合物熔融、熔体定量挤出 l 螺杆三段：进料段、压缩段、计量段 l 螺杆挤出机结构与技术要求短纤维：国产：VD403、VD404、VD405、VD406、VD408、HV451-481；进口：日本帝人SSM-70、日本东洋纺TK48、瑞士伊文达常规长丝：国产：VC401（炉栅）、VC402（炉栅）、 VC403、VC404、VC405、VC406、VC408 l螺杆挤出机结构特点：螺杆和螺杆套筒：单头短区渐变或突变螺杆；38CrMoAlA（螺杆和螺杆套筒）传动部分：电动机+减速器+轴承加热和冷却装置：加热（电阻加热、电感应加热）；冷却（夹套或盘管通冷却水） l 螺杆挤出机的结构参数：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、螺杆头部形 状、套筒 l 螺杆挤出机工作原理： 螺杆的分区和物料在螺杆各区中的运动进料区（固化区）：等深螺杆前半部（冷却区）：夹套盘管或螺杆内芯通冷却水，＜100℃防止物料过早熔融而环结堵料；保护螺杆传动机构不受热后半部（预热区）：防止物料从进料区到压缩区温度突变压缩区（熔融区）：渐变或突变螺杆熔融物料（加热、剪切）并压缩（螺槽容积变小）；将空气或水蒸气返回进料区计量区（均化区）：等浅螺杆2．熔体输送、分配、纺丝及保温装置：弯管、纺丝箱体 l 弯管：螺杆挤出机至纺丝箱体的熔体输送管道（一端与螺 杆出口相接，另一端与纺丝机熔体分配管相接）— —夹套内联苯－联苯醚混合物加热（熔体保温） l 纺丝箱体：熔体分配管+联苯加热箱+纺丝泵及其传动装置 +纺丝头组件VC406A型纺丝机的箱体 l 熔体管道分配：原则：确保熔体到达各纺丝位的距离相同；熔体在分配管中停留 时间短；折回少；形式：分支式、辐射式 l 纺丝箱体的加热（联苯加热箱）：作用：对熔体分配管、计量泵、纺丝头组件其保温加热作用；方式：联苯—联苯醚热载体（联苯/联苯醚=26.5%/73.5%），用 电热棒加热保温：80～100mm保温层，填充超细玻璃纤维或其他绝热材料 l 计量泵：高温齿轮泵计量泵的结构示意 1—熔体进口；2—熔体出口；3—主动齿轮；4—被动齿轮 5—上板；6—中板；7—下板；8—联轴节 l 纺丝头组件：作用：过滤熔体，防止堵塞喷丝孔熔体充分混合，减 少熔体粘度差异把熔体均匀分散到喷丝孔的每 个小孔中去形成熔体细流结构：喷丝板+熔体分配板+熔体过滤材料+组装套的结合件（1）高压式 （2）低压式 图 纺丝组件结构示意图 1—组件壳体；2—喷丝板；3—耐压分配板；4—过滤材料（20、40、60目/英寸）； 5—自封压板；6—螺纹压板；7，8—铝填圈；9—圆形铝密封环；10，11—薄形铝填圈； 12—熔体进口；13—过滤网（400、6000、10000孔/厘米2）喷丝板图 喷丝孔的几何形状 a—圆筒漏斗形；b—圆筒平底形；c—圆锥形；d—双曲面形 3、丝条冷却装置：纺丝窗及纺丝甬道l 纺丝窗作用：使丝条在冷却过程中只受定向、定量和定质的空气流冷却，冷却速度均匀一 致，纤维凝固位置固定（不受周围气流影响）缓冷室：下部设前后两块插板，使其与冷却纺丝筒隔开，上部有闭锁器，使喷丝 板下形成缓冷区；长30～200mm；防止冷却风吹冷喷丝板面、降低卷绕 丝双折射、提高拉伸性吹风窗：0.2～1.2m侧吹风：空气直接吹在纤维未完全凝固的区域，并与纤维垂直，传热系 数高，冷却效果好；但不均匀——长丝（0.8m）环吹风：空气从丝束周围吹向丝束，克服凝固的丝条偏离垂直位置产生 的弯曲，甚至互相粘结——短纤维（0.2m）侧吹风装置示意图 环形吹风装置示意图 1—恻吹风进风管；2—调节阀；3，5—多孔板； 1—喷丝板；2—多孔环状板；3—提 4—稳压室；6—金属网；7—整流板；8—纺丝组件 拉套筒；4—吹风环；6—过滤材料9—缓冷室；10—丝条；11—甬道l 纺丝甬道：3.2～7m目的：保证已凝固的初生纤维不受外界气流的影响，并继续冷却到室温；结构：长丝：金属铝制圆筒形或矩形管，3.2～7m（长度↑↑→气流紊乱→丝条摇晃→互相摩擦→毛丝）短纤维：玻璃套筒（可上下升降）+金属铝制圆筒形或矩形管（固定）4．丝条收集装置：短纤维（盛丝桶大卷装）；长丝（筒管卷绕） l 短纤维丝条收集装置（短纤维卷绕机）短纤维卷绕机结构示意 1—纺丝甬道；2—废丝吸丝器；3—压丝器； 4—上油轮；5—盛油盘；6—浆块剔除器； 7—导丝轮；8—纺丝油剂总上油器； 9—集束导丝器；10—牵引辊；11—导丝辊； 12—压丝器；13—喂人轮；14—导丝筒； 15—盛丝桶；16—盛丝桶传动履带； 17—废丝真空吸引槽 l 长纤维收集装置（长纤维卷绕机） 图 普通长丝卷绕机示意图 1—丝束；2—下纺丝筒；3—上导丝盘；4—上油盘； 5—下导丝盘；6—吸丝口；7—位复导丝器；8—摩擦辊； 9—丝筒；10—导丝棒；11—面板 三 、纺丝工艺控制： 1、熔融工艺螺杆各区温度：1个冷却区，5个加热区； l冷却区温度：50～100℃，夹套通冷却水；进料段前半部作用：防止环结堵料（软化切片粘结于螺杆）保护螺杆传动部分不受热 l预热段区温度：265～285℃（熔点）；加热一区和加热二区前半部；作用：预热切片，使物料进入压缩段时能升高到聚合物熔点以上，又要求切片不能过 早熔化。
温度↑→切片在到达压缩段前过早熔化→原来固体颗粒间的空隙消失→熔体体积＜原 固体堆砌体积→熔体在等深螺杆内无法压紧压实→熔体向前推动力↓→后面来的未熔 化的切片粘结在熔体上造成环结温度↓→切片进入压缩段后不能顺利熔融→切片在压缩段内堵塞 l熔融区温度：熔点+（25～35℃）→290～295℃；加热二区后半部和加热三区（加热 三区温度最高）；作用：熔融物料，产生机头熔体压力（螺杆螺槽由深变浅→螺槽容积↓→挤压作用）排除切片夹带空气及微量水蒸气。