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1、第第 6章章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维1精制课件目录目录概述概述聚酰胺的结构与性质聚酰胺的结构与性质原料的合成原料的合成纺丝纺丝后加工后加工2精制课件概述概述q聚酰胺是指主链含有酰胺基的一大类高分子材聚酰胺是指主链含有酰胺基的一大类高分子材聚酰胺是指主链含有酰胺基的一大类高分子材聚酰胺是指主链含有酰胺基的一大类高分子材料料料料q由这类高分子纺制的纤维称为聚酰胺纤维由这类高分子纺制的纤维称为聚酰胺纤维由这类高分子纺制的纤维称为聚酰胺纤维由这类高分子纺制的纤维称为聚酰胺纤维q聚酰胺纤维在各国的商品名：聚酰胺纤维在各国的商品名：聚酰胺纤维在各国的商品名：聚酰胺纤维在各国的商品名：qq中国中国中国中国-
2、-锦纶、尼龙锦纶、尼龙锦纶、尼龙锦纶、尼龙qq美国美国美国美国- -尼龙（尼龙（尼龙（尼龙（Nylon)Nylon)qq德国德国德国德国- -贝纶（贝纶（贝纶（贝纶（Perlon)Perlon)qq俄罗斯俄罗斯俄罗斯俄罗斯- -卡普纶（卡普纶（卡普纶（卡普纶（Kapron)Kapron)qq日本日本日本日本- -阿米纶（阿米纶（阿米纶（阿米纶（AmilanAmilan)3精制课件概述概述v（尼龙（尼龙66）最早投入工业化生产的合成）最早投入工业化生产的合成纤维纤维 v1935年年 du Pont 公司的公司的Carother发明发明v19361937年发明了用熔体纺丝法制造年发明了用熔体纺丝法
3、制造聚酰胺聚酰胺66纤维的技术纤维的技术 v1941年开始尼龙年开始尼龙66纤维工业化生产纤维工业化生产 4精制课件概述概述q聚酰胺纤维一般可以分为两大类聚酰胺纤维一般可以分为两大类聚酰胺纤维一般可以分为两大类聚酰胺纤维一般可以分为两大类。q一类是由二元胺和二元酸缩聚而得 -HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO-命名-尼龙x(y+2)q另一类是由-氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得 -HN(CH2)xCO-命名-尼龙x5精制课件6精制课件聚酰胺的结构与性质聚酰胺的结构与性质分子结构：含有酰胺基，在完全伸直的分子结构：含有酰胺基，在完全伸直的情况下为平面锯齿形结构情况下为平面锯齿形结构适合于纤
4、维分子量适合于纤维分子量尼龙尼龙尼龙尼龙6 6：14000200001400020000尼龙尼龙尼龙尼龙6666：20000300002000030000分子量分布分子量分布尼龙尼龙尼龙尼龙6 6：22尼龙尼龙尼龙尼龙6666：1.851.857精制课件聚酰胺的结构与性质聚酰胺的结构与性质晶态结构聚酰胺为部分结晶，结晶度50%尼龙66晶态结构有、两种形式8精制课件聚酰胺的结构与性质聚酰胺的结构与性质 尼龙尼龙尼龙尼龙6 6的晶型复杂，有的晶型复杂，有的晶型复杂，有的晶型复杂，有 、 、 三种三种三种三种晶态结构晶态结构晶态结构晶态结构 晶型之间在一定的条件下可转换，不稳定的晶型可以晶型之间在一
5、定的条件下可转换，不稳定的晶型可以晶型之间在一定的条件下可转换，不稳定的晶型可以晶型之间在一定的条件下可转换，不稳定的晶型可以向稳定的晶型转变向稳定的晶型转变向稳定的晶型转变向稳定的晶型转变9精制课件聚酰胺的结构与性质聚酰胺的结构与性质聚酰胺的物理性质和化学性质 密度：尼龙6：1.121.14克/厘米3尼龙66：1.131.16克/厘米3熔点：尼龙66为260oC 尼龙6为220oC玻璃化温度尼龙66为4060oC 尼龙6为5375oC10精制课件原料的合成原料的合成一、尼龙一、尼龙6666的合成的合成 qq聚聚聚聚己己己己二二二二酰酰酰酰己己己己二二二二胺胺胺胺( (尼尼尼尼龙龙龙龙66)6
6、6)，由由由由己己己己二二二二酸酸酸酸和和和和己己己己二二二二胺胺胺胺缩缩缩缩聚聚聚聚制得制得制得制得。qq缩缩缩缩聚聚聚聚反反反反应应应应时时时时要要要要求求求求己己己己二二二二胺胺胺胺和和和和己己己己二二二二酸酸酸酸有有有有相相相相等等等等的的的的摩摩摩摩尔尔尔尔比比比比，因因因因为为为为任任任任何何何何一一一一种种种种组组组组分分分分过过过过量量量量都都都都会会会会使使使使由由由由酸酸酸酸或或或或氨氨氨氨端端端端基基基基构构构构成成成成的链增长终止。的链增长终止。的链增长终止。的链增长终止。qq在在在在工工工工业业业业生生生生产产产产聚聚聚聚己己己己二二二二酰酰酰酰己己己己二二二二胺胺胺
7、胺时时时时，先先先先使使使使己己己己二二二二酸酸酸酸和和和和己己己己二二二二胺胺胺胺生生生生成成成成尼尼尼尼龙龙龙龙66666666盐盐盐盐( ( ( (简简简简称称称称66666666盐盐盐盐) ) ) )，然然然然后后后后用用用用这这这这种种种种盐盐盐盐作作作作为为为为中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。qq采用熔融缩聚的采用熔融缩聚的采用熔融缩聚的采用熔融缩聚的方法生产聚己二酰己二胺。方法生产聚己二酰己二胺。方法生产聚己二酰己二胺。方法生产聚己二酰己二胺。qq间歇法和连续法两种聚合生产工艺
8、。间歇法和连续法两种聚合生产工艺。间歇法和连续法两种聚合生产工艺。间歇法和连续法两种聚合生产工艺。 11精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成成盐工艺成盐工艺己二酸的20%甲醇溶液和己二胺的50%甲醇溶液综合，反应温度6070oC,pH 6.77, 甲醇回流HOOC(CH2)4COOH + NH2(CH2)6NH+H3N(CH2)6NH2-HOOC(CH2)4COO-产物经冷却、结晶、分离、清洗、干燥得66盐。12精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成66盐缩聚反应的特点和影响因素盐缩聚反应的特点和影响因素 （1）单体的等摩尔比 13精制课件尼龙66的合成(2)可逆平衡反应 6666盐的缩聚反应是
9、可逆平衡反应盐的缩聚反应是可逆平衡反应盐的缩聚反应是可逆平衡反应盐的缩聚反应是可逆平衡反应在整个缩聚反应过程中要供给大量的热量在整个缩聚反应过程中要供给大量的热量在整个缩聚反应过程中要供给大量的热量在整个缩聚反应过程中要供给大量的热量反应时有水产生反应时有水产生反应时有水产生反应时有水产生除除除除去去去去水水水水是是是是获获获获得得得得高高高高分分分分子子子子量量量量的的的的聚聚聚聚酰酰酰酰胺胺胺胺6666必必必必不不不不可可可可少少少少的的的的条件。条件。条件。条件。无无无无论论论论是是是是间间间间歇歇歇歇缩缩缩缩聚聚聚聚还还还还是是是是连连连连续续续续缩缩缩缩聚聚聚聚，在在在在反反反反应应
10、应应后后后后期期期期都都都都要采取真空排水等措施。要采取真空排水等措施。要采取真空排水等措施。要采取真空排水等措施。聚聚聚聚合合合合体体体体的的的的产产产产量量量量总总总总比比比比投投投投入入入入的的的的原原原原料料料料单单单单体体体体重重重重量量量量少少少少，如如如如平平平平均均均均分分分分子子子子量量量量为为为为1300013000的的的的聚聚聚聚合合合合体体体体，其其其其理理理理论论论论产产产产量量量量仅仅仅仅为原料单体重量的为原料单体重量的为原料单体重量的为原料单体重量的8686左右左右左右左右。 14精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成（3）分子量的控制及多分散性 在生产实际中，加入
11、少量己二酸作为分子量调节剂，由体系中水的分压和分子量调节剂共同控制尼龙66的分子量。加入单官能团化合物（如醋酸）作为分子量调节剂，单官能团化合物作为链端加入的单官能团分子数目为系统中聚合物分子链总数的两倍。 15精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成（ 4）聚合体中低分子物的含量少，一般小于1，不需要脱单体过程。（5）熔融聚合体的热稳定性差。聚己二酰己二胺在高温时能生成环戊酮，环戊酮是聚己二酰己二胺的一种交联剂，能促使大分子链间交联，产生网状结构而形成凝胶。大分子链上的己二酰结构容易与末端的氨基缩合生成吡咯结构，使聚合体泛黄。（6）缩聚时反应压力控制的特点先在高压下预缩聚的方法以防止己二胺的挥发
12、，待66盐中的己二胺和己二酸在预缩聚中化合成酰胺键后，再在真空条件下进行后缩聚，以排除水分，提高产物的分子量。 16精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成缩聚工艺及设备缩聚工艺及设备 通常采用熔融缩聚的方法，以尼龙通常采用熔融缩聚的方法，以尼龙66盐盐作为中间体进行缩聚制取聚己二酰己二作为中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。胺。目前工业生产聚己酰己二胺有间歇缩聚目前工业生产聚己酰己二胺有间歇缩聚和连续缩聚两种方法。和连续缩聚两种方法。间歇缩聚；聚酰胺间歇缩聚；聚酰胺66间歇缩聚包括溶解、间歇缩聚包括溶解、调配、缩聚、铸带、切粒等工序。调配、缩聚、铸带、切粒等工序。17精制课件尼龙尼龙6666的合成
13、的合成18精制课件尼龙尼龙6666的合成的合成19精制课件20精制课件尼龙尼龙6 6的合成的合成原料原料v 聚己内酰胺可以由-氨基己酸缩聚制得，也可由己内酰胺开环聚合前得。v己内酰胺的制造方法和精制提纯均比-氨基己酸简单，大规模工业生产中大都采用以己内酰胺为原料。v己内酰胺的聚合方法主要有三种v水解聚合v阴离子聚合(由于采用碱性催化剂，也称碱聚合)v固相聚合。v生产纤维用的聚己内酰胺主要采用水解聚合工艺。21精制课件尼龙尼龙6 6的合成的合成聚合机理聚合机理22精制课件尼龙尼龙6 6的合成的合成聚合过程聚合过程(1)己内酰胺的引发和加成：当己内酰胺被水解生成氨基己酸后，己内酰胺分子就逐个连接到
14、氨基己酸的链上，相对分子质量为800014000的齐聚物。(2)链的增长：主要是齐聚物之间的缩聚，也伴随少量引发和加成反应。(3)平衡阶段：此阶段同时进行链交换、缩聚和水解等反应，使分子量重新分布，最后根据反应条件(如温度、水分及分子量稳定剂的用量等)达到一定的动态平衡，聚合物的平均分子量也达到一定值。23精制课件尼龙尼龙6 6的合成的合成聚合工艺聚合工艺 己内酰胺的聚合工艺也分间歇式和连续式两种。间歇聚合：一次投料、混合、聚合、排料、水冷、经铸带、切粒、洗涤、干燥。连续聚合：混合、熔融、过滤、单体贮罐、聚合、排料、冷却、切粒、洗涤、干燥。24精制课件25精制课件尼龙6的合成影响聚合的工艺参数
15、影响聚合的工艺参数 (1)开开开开环环环环剂剂剂剂水水水水的的的的用用用用量量量量：开开开开环环环环聚聚聚聚合合合合反反反反应应应应存存存存在在在在诱诱诱诱导导导导期期期期。水水水水量量量量增增增增加加加加，诱诱诱诱导导导导期期期期缩缩缩缩短短短短，反反反反应应应应速速速速率率率率增增增增加加加加，达达达达到到到到平平平平衡衡衡衡时时时时间间间间短短短短，但会降低分子量，后期尽量除去体系中的水。但会降低分子量，后期尽量除去体系中的水。但会降低分子量，后期尽量除去体系中的水。但会降低分子量，后期尽量除去体系中的水。(2)(2)聚聚聚聚合合合合温温温温度度度度，提提提提高高高高温温温温度度度度可可
16、可可加加加加快快快快聚聚聚聚合合合合速速速速度度度度，缩缩缩缩短短短短聚聚聚聚合合合合时时时时间间间间，但但但但也也也也使使使使反反反反应应应应平平平平衡衡衡衡时时时时的的的的相相相相应应应应单单单单体体体体含含含含量量量量增增增增加加加加，并并并并且且且且容容容容易易易易产产产产生热裂解，使聚合度降低。生热裂解，使聚合度降低。生热裂解，使聚合度降低。生热裂解，使聚合度降低。(3)(3)聚聚聚聚合合合合时时时时间间间间：时时时时间间间间延延延延长长长长，单单单单体体体体转转转转化化化化率率率率、分分分分子子子子量量量量增增增增加加加加，分分分分子量分布越趋平均。子量分布越趋平均。子量分布越趋平
17、均。子量分布越趋平均。(4)(4)分分分分子子子子量量量量稳稳稳稳定定定定剂剂剂剂：分分分分子子子子量量量量稳稳稳稳定定定定剂剂剂剂可可可可以以以以封封封封闭闭闭闭聚聚聚聚己己己己内内内内酰酰酰酰胺胺胺胺的的的的端端端端基基基基，控控控控制制制制分分分分子子子子链链链链的的的的增增增增长长长长，保保保保证证证证其其其其熔熔熔熔体体体体有有有有比比比比较较较较稳稳稳稳定定定定的的的的粘粘粘粘度度度度。常常常常用用用用的的的的稳稳稳稳定定定定剂剂剂剂：己己己己二二二二酸酸酸酸、醋醋醋醋酸酸酸酸等等等等有有有有机机机机酸酸酸酸。一一一一般般般般加入量：加入量：加入量：加入量：0.150.150.40
18、.4( (对己内酰胺的重量对己内酰胺的重量对己内酰胺的重量对己内酰胺的重量) ) 26精制课件聚酰胺纤维的纺丝聚酰胺纤维的纺丝采用熔体纺丝过程采用熔体纺丝过程纺丝过程与聚酯纺丝基本相同纺丝过程与聚酯纺丝基本相同尼龙尼龙6、尼龙、尼龙66除了纺前处理不同以外，除了纺前处理不同以外，其他纺丝过程基本相同其他纺丝过程基本相同27精制课件聚酰胺纤维的纺丝聚酰胺纤维的纺丝一、尼龙一、尼龙一、尼龙一、尼龙6 6的纺前处理及切片干燥的纺前处理及切片干燥的纺前处理及切片干燥的纺前处理及切片干燥 尼龙6的切片含有约10%的单体和低聚物，房前需要除去。（1）直接纺丝纺前脱单体）直接纺丝纺前脱单体v如采用直接纺丝方
19、法，残余单体须在纺前脱去。v原理是利用单体与聚合物的挥发性的差别，将单体与聚合物分离。v由于己内酰胺的沸点较高（262.5oC），在工业上采用中等温度，减压蒸发的方法脱单体。28精制课件聚酰胺纤维的纺丝聚酰胺纤维的纺丝（2）切片纺丝-切片萃取由于单体在水中的溶解度较大，可用热水洗涤尼龙6切片。用热水萃取后切片的低分子物含量下降到1.52.0%，满足纺丝要求。切片的干燥：切片经脱水，仍含有相当量的水分，需要干燥除去水分，这个过程对尼龙66切片也适用。干燥设备与聚酯相同纺丝用的尼龙切片含水率20000 41精制课件聚酰胺纤维的后加工聚酰胺纤维的后加工纺丝成型：采用高压纺丝法，压力约在2940049
20、000kPa，高粘度的聚合物可在较低温度下纺丝，有利于产品质量的提高。纺丝前常在干燥好的切片中加入防老剂等添加剂。卷绕：目前多数采用纺丝-拉伸联合机，其卷绕速度在1500mmin以上，少数厂家采用高速纺丝法。聚酰胺帘子线的复捻和合股：经拉伸加捻后的丝条，捻度低，需复捻和合股。环锭加捻机是专门用来加捻和合股较粗的合股线的。 42精制课件聚酰胺纤维的后加工聚酰胺纤维的后加工（4 4 4 4）聚酰胺膨体长丝的生产）聚酰胺膨体长丝的生产）聚酰胺膨体长丝的生产）聚酰胺膨体长丝的生产 聚聚聚聚酰酰酰酰胺胺胺胺膨膨膨膨体体体体长长长长丝丝丝丝(BCF)(BCF)是是是是采采采采用用用用纺纺纺纺丝丝丝丝、拉拉
21、拉拉伸伸伸伸和和和和喷喷喷喷气气气气变变变变形形形形加工一步法加工一步法加工一步法加工一步法( (或称或称或称或称SDTYSDTY法法法法) )进行连续生产制成的。进行连续生产制成的。进行连续生产制成的。进行连续生产制成的。 聚聚聚聚酰酰酰酰胺胺胺胺膨膨膨膨体体体体长长长长丝丝丝丝具具具具有有有有三三三三维维维维卷卷卷卷曲曲曲曲、手手手手感感感感柔柔柔柔软软软软、覆覆覆覆盖盖盖盖性性性性能能能能好好好好、不不不不掉掉掉掉毛毛毛毛、不不不不起起起起球球球球、耐耐耐耐磨磨磨磨、清清清清扫扫扫扫方方方方便便便便等等等等特特特特点点点点，是是是是生生生生产簇绒地毯的理想材料。产簇绒地毯的理想材料。产簇
22、绒地毯的理想材料。产簇绒地毯的理想材料。 BCFBCF地毯长丝生产的工艺流程：地毯长丝生产的工艺流程：地毯长丝生产的工艺流程：地毯长丝生产的工艺流程： 纺纺纺纺丝丝丝丝-热热热热拉拉拉拉伸伸伸伸-热热热热喷喷喷喷气气气气变变变变形形形形-空空空空气气气气冷冷冷冷却却却却-卷卷卷卷绕绕绕绕- - - -变形地毯长丝筒子变形地毯长丝筒子变形地毯长丝筒子变形地毯长丝筒子 BCFBCF短纤维生产的工艺流程：短纤维生产的工艺流程：短纤维生产的工艺流程：短纤维生产的工艺流程： 纺纺纺纺丝丝丝丝-热热热热拉拉拉拉伸伸伸伸-热热热热喷喷喷喷气气气气变变变变形形形形-空空空空气气气气冷冷冷冷却却却却-切切切切断断断断- - - -纤维输送纤维输送纤维输送纤维输送-成包的成包的成包的成包的BCFBCFBCFBCF短纤维。短纤维。短纤维。短纤维。 43精制课件
