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1、第一章 概述1.1纤维的发展概况与分类从外形上讲，纤维是一种细而长比较柔韧的天然或人工化合物质，具有相当大的长度直径比。对于纺织纤维而言，需要有较大的断裂强度和断裂伸长，才能有服用性能。1.1.1 纤维的发展概况1.1.1.1合成纤维的发展 合成纤维是在上世纪20年代开始研制的，合成纤维的工业化在30年代中期才开始的，1935年，美国人首先研究成功了第一种聚酰胺纤维尼龙66，并在1938年建立了试验工厂，于19391940年间将其试验成果推广并开始了工业化生产，聚酰胺纤维在全世界国家得到了广泛的发展。合成纤维从发现到工业化生产的今天，经历了四个阶段。第一阶段：19381950年主要发展尼龙，同
2、时探索新的化纤高聚物。第二阶段：19501956年涤纶和腈纶问世，并实现了工业化生产。第三阶段：1956年迄今，发展第二代合成纤维改性纤维。通过化学和物理改性以制成具有特定性能的纤维。第四阶段：1960年迄今，发展特种纤维。通过努力已经获得耐高温纤维、高强力纤维、阻燃纤维、碳素纤维、超导或导电纤维等。合成纤维在全世界的发展也是一个不断变化的过程，1940年全世界合成纤维产量只有5000吨，1950年达到7万吨，并且主要集中在西方发达的国家，随着工业化的普及，在1975年以后，纤维生产的重心开始转移，从单纯的追求数量转向降低成本和提高质量上，产品生产和市场的重心也逐渐移向发展中国家和地区，如中国
3、、印度、巴西等。1.1.1.2 涤纶长丝的发展涤纶是我们国家对聚酯纤维的商业名称。国际标准组织(ISO)对聚酯纤维的说明如下：构成纤维的聚合物组成为二元醇和对苯二甲酸形成的酯，其中链形大分子至少占链中的85(以质量计)，它的通常组成为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。它的分子式是：HO(CH2CH2COO COO)nCH2CH2OH可以用其它的二元醇可用来代替乙二醇，如1，4一丁二醇，制成聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。 1953年美国杜邦(DuPont)公司首先推出聚酯纤维商品，1955年英国帝国化学工业公司(I.C.I)同时建成短纤维和长丝工厂，当时长丝年产量约1000吨。在以后的几年内，聚酯
4、纤维的产量逐年增加。聚酯纤维是近年来发展最迅速和产能最大的合成纤维品种，1998年聚酯纤维生产能力约占合成纤维总能力的68。1998年初全球聚酯纤维生产能力约1867万吨，其中长丝能力1000万吨，短纤维生产能力为880万吨。1999年初世界聚酯纤维生产能力达2050万吨，同1998年同期相比，增加了约8.6，其中长丝增至1143万吨。我国聚酯产业的发展相当迅猛， 2005年底我国聚酯生产能力达到2250万吨/年。十年来，我国涤纶长丝每年都以10%以上的产能在大幅增加。纺织纤维天然纤维动物纤维羊毛、驼毛、蚕丝植物纤维棉花、麻化学纤维再生纤维再生蛋白纤维再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜氨纤维纤维素酯
5、纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维合成纤维杂链纤维聚酰氨纤维聚酯纤维聚氨酯弹性纤维其它：聚脲、聚甲醛、聚酰亚氨等碳链纤维聚丙烯晴纤维聚乙烯醇缩醛纤维聚氯乙烯纤维聚烯烃纤维含氟纤维1.1.2 纤维的分类1.1.2.1合成纤维的分类1.1.2.2涤纶长丝的分类涤纶长丝初生丝未拉伸丝或未取向丝UDY或UOY半取向丝（中速纺丝）MOY预取向丝（高速纺丝）POY高取向丝（超高速纺丝）HOY或FOY拉伸丝变形丝二步法拉伸丝DT纺丝拉伸一步法拉伸丝FDY常规变形丝TY拉伸变形丝DTY空气变形丝ATY1.1.3涤纶长丝的性质和用途1.1.3.1 涤纶长丝的性质涤纶长丝的主要性能如下：1模量：民用涤纶长丝的模量一般不
6、低于80cNdtex ，工业用长丝可达130cNdtex ，同时涤纶的模量具有热稳定性质。2强度：涤纶长丝具有较高的强度（48cNdtex），并且能在95的水中保留73的强度。这能基本满足大多数服装和产业用的要求， 3吸湿性能：在这方面涤纶比较差，在湿空气中的回潮率和水的膨润作用方面都是如此，涤纶长丝的平衡含水率为0.4。4染色性能：涤纶用水溶性染料染色时，染色性能因为涤纶自身缺少亲水基团或染料接受体部位而受到影响。用分散染料或非离子染料染色时效果比较好，但染色条件比较苛刻。5密度：涤纶的密度近于1.38g/cm3。6可燃性：涤纶燃烧时纤维会产生熔化而熄灭。涤纶与天然纤维素的混纺织物比较容易燃
7、烧，燃烧时会产生黄色火焰和浓烟，7玻璃化温度：涤纶干态时玻璃化温度为80左右。此特点有利于进行纱的卷曲变形和织物的定型加工。1.1.3.2 涤纶长丝的用途 涤纶长丝早期主要用于丝绸服装方面，随着各种加工技术的开发、运用，涤纶长丝己扩展到仿毛、仿麻、仿棉等整个衣着领域，并向装饰、产业用等领域发展。1.服装用：涤纶长丝的传统用途是仿丝绸，用于女式衬衣、男女外衣、裙子、睡衣和丝巾等。多孔细旦长丝在变形前加以强捻，可制成柔软的仿丝绸，适用于制作高级连衫裙等；比较粗的变形丝可做成毛型织物，用于制作西装、外衣、领带；混纤丝主要用于制作男式服装、童装和运动衣等。2.床上用品：用作被面、枕套、床单、床罩、蚊帐
8、、台布和絮棉等。3.装饰用：用作沙发布、家具布、窗帘布、窗纱布、贴墙布、地毯、雨披、伞布和汽车内部装饰布等。4.产业用：用作缝纫线、帘子线、运输传送带、帆布、土工布、过滤布、篷帐、网类和绳索等。1.2 涤纶长丝原料（聚酯）的生产我国聚酯的生产起步较迟，初期发展速度慢，在七十年代末期以后才得到迅速发展。我国初期的聚酯生产装置依靠国外成套引进，从八十年代我们开始聚酯纤维的研究工作，并正在组织力量建设配套工程，如原料对苯二甲酸、乙二醇等的生产、聚酯纤维的改性研究、聚酯新产品的开发和工业化、聚酯装置的国产化等。1.2.1聚酯的生产工艺原理 聚酯化学反应过程分为两步，即先反应生成中间产品对苯二甲酸乙二醇
9、酯(BHET)，然后进行缩聚反应生成高分子聚合物，即聚酯产品。1.2.1.1 对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)的生产一般厂家采用直接酯化法，即直接用苯二甲酸与乙二醇反应生成对苯二甲酸乙二醇酯的方法，也称之为PTA法。PTA法发生如下反应：HOOCCOOH+2HOCH2CH2OH HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH+2H2O (PTA) (EG) (BHET) 对苯二甲酸乙二醇酯的生产方法目前还有另外两种（酯交换法和环氧乙烷法），酯交换法、环氧乙烷法和直接酯化法形成聚酯生产的三大工艺路线。1.酯交换法 酯交换法是由对苯二甲酸(PTA)与甲醇(MA)反应生成对苯二甲酸二甲酯(DMT)，然后
10、，再由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯交换得到对苯二甲酸乙二醇酯。由于中间产物对苯二甲酸二甲酯的缩写为DMT，所以也叫DMT法。2.环氧乙烷法环氧乙烷法是对苯二甲酸与环氧乙烷进行反应制取对苯二甲酸乙二醇酯的方法，因为氧乙烷的缩写为EO，所以也称EO法。1.2.1.2 缩聚 经过上述三种方法得到对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)后，缩聚反应便可开始进行，其化学反应式如下：nHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH HOCH2CH2OOCCO（OCH2CH2OOCCO）n-OH +（n-1）HOCH2CH2OH1.2.2 聚酯生产工艺技术聚酯生产的工艺路线主要由酯化和缩聚两个步骤组成。根据实际生产过
11、程控制的参数和设计的思路不同，其中酯化过程可以是一段酯化(一个反应釜)，二段酯化(二个反应釜)或三段酯化(三个反应釜)，缩聚过程可以是一段预缩聚(一个反应釜)，二段预缩聚(二个反应釜)和最终缩聚等几个阶段。目前世界上采用最多的是以吉玛公司为代表的五釜反应流程和以杜邦公司为代表的三釜反应流程。下面就这两种工艺流程简要说明如下：1.2.2.1五釜反应流程 吉玛聚酯技术为二段酯化、二段预缩聚和缩聚(并联两釜)的五釜反应流程，如下图11所示：浆料第一酯化釜第二酯化釜第二酯化釜第一预缩聚釜第二预缩聚釜终缩聚釜1终缩聚釜2图11吉玛五釜反应工艺流程示意图目前世界上采用五釜反应流程的典型公司还有钟纺公司、卡
12、尔费歇公司等。1.2.2.2三釜反应流程杜邦公司聚酯技术为一段酯化、一段预缩和一段终缩的三釜流程，如图12所示：浆料酯化釜预缩聚釜终缩聚釜图12 杜邦三釜反应工艺流程图目前世界上采用三釜反应流程的典型公司还有莱茵公司等。两种聚酯生产技术的比较1.三釜反应流程比五釜反应流程少两个反应釜，因此在工艺流程上就显得比较紧凑，并且反应器的设计思路新颖，结构合理，装置设备、管道较少，投资费用省。2.三釜反应流程反应速度快，物料在反应釜中总停留时间短。如杜邦公司流程中物料总停留时间为2.53.5小时。3.三釜反应流程与五釜反应流程比，在酯化与预缩聚过程中反应温度高，反应压力大，减少了副反应的产生。4.两种工
13、艺流程生产工艺都非常成熟，产品质量比较稳定，都可以在后面接直接纺丝，也可以生产切片供间接纺生产用。1.3涤纶长丝的生产工艺及特点1.3.1涤纶长丝生产主要工艺路线1.3.1.1 POYDTY 长丝生产POYDTY长丝生产路线是指在高速纺速下（纺丝速度为30003600mmin）制得预取向丝(POY)，然后对POY进行加弹、变形等后加工的工艺路线。此工艺采用高速纺丝和高速拉伸变形，是典型的二步法工艺路线，是目前生产变形丝采用最多的工艺路线。POY的后加工速度通常为4001000mmin。这种工艺路线于70年代开始工业化。特点是工艺流程短，生产效率高，基建投资省。1.3.1.2 FDY 长丝生产F
14、DY 是指全拉伸丝。纺丝、拉伸一步完成。它可采用低速生头(纺速9001500mmin)、高速拉伸卷绕(卷绕速度32005000mmin)，两道工序在一台纺丝拉伸联合机上完成。采用FDY路线生产的全拉伸丝不但生产成本低，而且成品质量稳定，毛丝断头少，染色均匀性好，具有很好的服用性能。1.3.1.3其他工艺生产路线1.高取向丝生产工艺高取向丝(HOY)，亦称全取向丝。此工艺采用一步法超高速纺丝制得高取向丝，纺丝卷绕速度为55006000mmin。由于大幅度增加了喷丝板拉伸，因此纤维的取向度大大提高；同时由于结晶粒子较大，非晶区的取向度较低，纤维的染色性能比较好。2.高结晶丝(HCY)是在普通高速纺丝纺程上，在纤维凝固集束上油之前，加一段热管，由热空气将丝条加热到玻璃化温度以上(软化点之下)，使凝固后的丝条在卷绕牵引力的作用下得到进一步拉伸的工艺。1.3.2 涤纶长丝的生产特点1生产速度高。 随着长丝生产技术的发展，纺丝速度愈来愈高，初期速度只有400500mmin，现在已提高到35005000mmin甚至更高。纺丝速度的提高，对工艺技术、设备制作、操作管理等均提出了更高的要求。2卷装容量大。 随着生产速度的提高，长丝丝饼的卷装重量愈来愈大，卷绕丝丝饼的净重从45kg已增至15kg20kg。卷装重量增大后，对高速运转的卷绕头锭子轴的安装校验、丝饼内外层质量的均一性、原丝
