聚酯纖維生產(chǎn)工藝

聚酯纖維生產(chǎn)工藝第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity課程介紹第一節(jié)概論

重點(diǎn)內(nèi)容：聚酯纖維的發(fā)展簡(jiǎn)史與產(chǎn)品分類(lèi)。第二節(jié)聚酯原料生產(chǎn)工藝及技術(shù)

重點(diǎn)內(nèi)容：聚酯原料的生產(chǎn)技術(shù)與工藝。第一章聚酯纖維生產(chǎn)工藝第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，線(xiàn)性好，易于平行排列分子鏈中含酯基，剛性大，熔點(diǎn)高（267oC)兩種構(gòu)象(順式和反式)立構(gòu)規(guī)整度高，所有芳環(huán)處在同一平面上，能形成緊密堆積結(jié)構(gòu)，結(jié)晶能力強(qiáng)。分子間作用力強(qiáng)許多重要的性質(zhì)與酯基相關(guān)有少量的羧基和醚鍵存在分子量通常在15000~22000之間分子量分布越小可紡性越好1.2.2聚酯分子結(jié)構(gòu)特征第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversityPET的物理性質(zhì)第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity課程介紹第三節(jié)聚酯纖維的生產(chǎn)技術(shù)及工藝

重點(diǎn)內(nèi)容：聚酯纖維的的生產(chǎn)技術(shù)與工藝。第一章聚酯纖維生產(chǎn)工藝第五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity1.3聚酯纖維的生產(chǎn)技術(shù)及工藝聚酯纖維的紡絲-采用熔體紡絲技術(shù)。根據(jù)原料的狀態(tài)不同，可以將聚酯的紡絲工藝分為直接紡絲和切片紡絲兩類(lèi)。直接紡絲工藝流程：聚合物熔體→紡絲→后處理→成品切片紡絲工藝流程：聚合物切片→干燥→熔融→紡絲→后處理→成品第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity直接紡絲與切片紡絲技術(shù)比較直接紡絲切片紡絲優(yōu)點(diǎn)：

工藝流程短：可省去切片的生產(chǎn)、運(yùn)輸、混合、干燥、熔融等工序

設(shè)備投入小：?jiǎn)挝划a(chǎn)量建設(shè)資金投入小原料單耗及能耗低缺點(diǎn)：要求聚酯的聚合工序與紡絲工序配合緊密，一體化程度高聚合工序的故障或熔體的供應(yīng)不足均會(huì)影響紡絲工序，紡絲工序的嚴(yán)重故障也可能會(huì)影響到聚合工序，因此要求工藝和設(shè)備十分穩(wěn)定應(yīng)用范圍：適合于產(chǎn)品單一、生產(chǎn)規(guī)模大、連續(xù)化程度高的情況下使用優(yōu)點(diǎn)：聚合與紡絲相互獨(dú)立，有利于紡絲廠(chǎng)的合理布局紡絲品種可根據(jù)市場(chǎng)的變化做出快速改變，靈活性大缺點(diǎn)：工藝流程長(zhǎng)原料消耗和能耗高單位產(chǎn)量的建設(shè)資金投入大

應(yīng)用范圍：適合小品種、多功能、差別化纖維的生產(chǎn)，適合于長(zhǎng)絲的生產(chǎn)第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity切片的干燥干燥的目的（普通聚酯切片含水率通常約為0.4％）干燥的目的是除去切片中的水分提高聚酯的軟化點(diǎn)；切片中水的危害聚酯分子鏈在紡絲過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的水解，造成分子量降低；形成所謂“氣泡絲”、毛絲和飄絲；切片含水量的差異，造成的纖維染色不勻。含水的聚酯切片軟化點(diǎn)較低，造成“環(huán)結(jié)”堵塞現(xiàn)象不同聚酯纖維對(duì)切片含水的要求長(zhǎng)絲：含水率應(yīng)小于50ppm，最好小于30ppm。短纖維：含水率應(yīng)小于80ppm。1.3.1原料的紡前準(zhǔn)備及處理第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity干燥的工藝原理切片干燥是一個(gè)傳熱、傳質(zhì)的物理過(guò)程。未干燥切片中的含水W=Wf+We

式中W表示切片的含水量，Wf自由含水量，We平衡含水量。自由水分屬于表面吸附水分，存在于切片表面或孔隙之中。平衡含水屬于分子間結(jié)合水，其中部分水分子與聚酯大分子形成氫鍵，很難完全脫除。水分的平衡：切片內(nèi)部和表面的平衡、切片表面與干燥介質(zhì)的平衡。這一平衡過(guò)程對(duì)干燥的條件有很大的依耐性。我們可以用亨利分壓定律來(lái)簡(jiǎn)單地描述平衡含水量與水汽分壓的之間的關(guān)系：We=KP，式中，K為平衡常數(shù)，P為平衡蒸汽壓。升高溫度和增加干燥介質(zhì)的流動(dòng)有利于干燥過(guò)程。第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity干燥過(guò)程干燥分為兩個(gè)階段，即預(yù)結(jié)晶階段和高溫干燥階段預(yù)結(jié)晶溫度和時(shí)間沸騰床：溫度可高至160~180oC，時(shí)間8~15min。攪拌式充填：溫度120~140oC，時(shí)間1~l.5小時(shí)。轉(zhuǎn)鼓干燥時(shí)，在120℃以下緩慢升溫，預(yù)結(jié)晶時(shí)間應(yīng)控制為4~5小時(shí)。高溫干燥階段轉(zhuǎn)鼓真空干燥溫度為120~140oC。熱風(fēng)干燥一般在160℃以上。第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯切片的干燥有真空干燥和氣流干燥兩種。由于干燥方式或設(shè)備的不同，工藝流程、工藝條件及操作規(guī)則方面會(huì)有差異，但干燥的原理基本相同。真空干燥（進(jìn)出料1.5-2h，升溫，保溫3-4h，冷卻1h）VC353真空干燥機(jī)示意圖1-冷卻桶、2-除塵桶、3-加熱夾套第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity連續(xù)式氣流干燥

第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity回轉(zhuǎn)圓筒-充填組合干燥（熱空氣介質(zhì)加熱，165-180℃）第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity紡絲熔體的制備的輸送熔融裝置：螺桿擠出機(jī)熔體輸送、分配：彎管、熔體分配管保溫裝置：紡絲箱體計(jì)量裝置：計(jì)量泵紡絲：紡絲組件絲條冷卻裝置：紡絲窗、側(cè)吹風(fēng)絲條收集裝置：卷繞機(jī)第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity紡絲熔體的制備紡絲熔體的制備-連接切片干燥和紡絲兩個(gè)重要的工序。紡絲熔體是通過(guò)熔融過(guò)程制備的，它是將切片在加熱下由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的一個(gè)過(guò)程。主要有兩種熔融方式，即采用爐柵或采用螺桿擠出機(jī)熔融。螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)傳熱效率高,能擠出高粘度的熔體熔體在螺桿中塑化攪拌均勻,能形成均勻的熔體聚合物在螺桿中停留時(shí)間短,減小分解的可能,停留時(shí)間一般為5~10min第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity螺桿擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity熔體制備中經(jīng)常遇到的問(wèn)題（1）熔體均勻性差；（2）降解程度高；（3）環(huán)結(jié)堵料。切片熔融溫度通常在熔點(diǎn)以上20℃左右，低于其分解溫度。螺桿分3~6區(qū)加熱。聚酯熔融溫度的選擇第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity熔體的混合用機(jī)械方式將螺桿出口的熔體混合均勻的過(guò)程。早期的混合是采用靜態(tài)混合器，使用靜態(tài)混合器可以達(dá)到強(qiáng)化熔體均勻性的目的，同時(shí)可以減少熔體通過(guò)彎管時(shí)，管壁與管中心溫度及停留時(shí)間的差別。在較新型的螺桿擠出機(jī)中，往往采用特殊設(shè)計(jì)的混煉頭來(lái)代替靜態(tài)混合器?；鞜掝^的主要作用是改變螺桿溝槽中擠出的熔體的流線(xiàn)，使熔體進(jìn)一步均勻化第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity熔體的計(jì)量（計(jì)量泵、高溫齒輪泵）計(jì)量的目的是保持絲束纖度均勻，同時(shí)使熔體增壓，以保證穩(wěn)定紡絲。泵供量取決于齒輪齒谷的容積和齒輪的轉(zhuǎn)速工作原理：兩個(gè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)→吸入孔1成低壓→熔體有吸入孔1進(jìn)入→充滿(mǎn)齒輪的齒隙→隨齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)→在孔2處形成壓力→將熔體從壓出孔壓出（齒隙容積恒定，精確計(jì)量）

1—熔體進(jìn)口；2—熔體出口；3—主動(dòng)齒輪；4—被動(dòng)齒輪5—上板；6—中板；7—下板；8—聯(lián)軸節(jié)第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity過(guò)濾過(guò)濾的目的是除去熔體中的雜質(zhì)第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity結(jié)構(gòu)：導(dǎo)孔+毛細(xì)孔圖噴絲孔的幾何形狀

a—圓筒漏斗形；b—圓筒平底形；c—圓錐形；d—雙曲面形導(dǎo)孔：圓筒漏斗形、圓筒平底形、圓錐形、雙曲面形毛細(xì)孔：圓柱形，孔徑0.20～0.45mm，長(zhǎng)徑比1～2（比值↑→熔體在毛細(xì)管內(nèi)應(yīng)力松弛↑→出口膨化↓→紡絲有利→機(jī)械加工困難）孔數(shù)：短纖維（500孔、600孔、900孔、1120孔、3600孔、2400孔）長(zhǎng)絲：幾～幾十孔排列：同心圓、菱形、星形噴絲板質(zhì)材：耐熱不銹鋼1Cr18Ni9Ti噴絲板噴絲板第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯短纖維的生產(chǎn)聚酯短纖維紡絲的特點(diǎn)：大型化、高速化、連續(xù)化單線(xiàn)日產(chǎn)20~50噸，最大規(guī)模為日產(chǎn)200噸大型噴絲板，其孔數(shù)達(dá)5000～50000孔紡絲線(xiàn)集束線(xiàn)密度達(dá)30000dtex以上較高紡絲速度1500~2500m／min第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity5萬(wàn)t/年聚酯短纖維T-16N紡絲機(jī)第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯短纖維的后加工高強(qiáng)低延伸聚酯短纖維后加工的集束、拉伸、緊張熱定型、上油、卷曲工序流程示意圖

第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯短纖維后加工的干燥、切斷、打包工序流程示意圖

第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯短纖維的后加工工藝討論存放與集束：初生纖維的預(yù)取向度不均勻，有內(nèi)應(yīng)力，需經(jīng)存放平衡，以減小或消除內(nèi)應(yīng)力，降低預(yù)取向度，使油劑擴(kuò)散均勻，從而改善纖維的拉伸性能。存放平衡后的絲條進(jìn)行集束。所謂集束是把若干個(gè)盛絲筒的絲條合并，集中成工藝規(guī)定線(xiàn)密度的大股絲束，以便進(jìn)行后處理。第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯短纖維的后加工工藝討論拉伸：拉伸是靠各拉伸機(jī)之間的速度差異來(lái)完成的。拉伸又稱(chēng)為纖維的“二次成形”。拉伸是后加工過(guò)程中最重要的工序，拉伸的工藝條件包括拉伸溫度、拉伸介質(zhì)、拉伸速度、拉伸倍數(shù)及其分配。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)公司采用水浴、水浴或水浴-蒸汽2道拉伸。對(duì)于紡速超過(guò)2000m/min的高速紡聚酯初生纖維，已具有一定取向度，因此后處理的拉伸倍數(shù)可降低。通常卷繞速度每提高100m/min，最大拉伸倍數(shù)可降低15%~20%。T-16N紡絲機(jī)的紡速比其他紡絲機(jī)速度高500~800m/min，所以其后加工拉伸工序可以采用較簡(jiǎn)單的干熱拉伸裝置。這樣可以使操作簡(jiǎn)便，也使廢水排出量大大減少。第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity熱定型：熱定型的目的是消除纖維內(nèi)應(yīng)力，提高纖維的尺寸穩(wěn)定性，并促進(jìn)結(jié)晶化，進(jìn)一步改善其力學(xué)性能。熱定型可使拉伸、卷曲效果固定，并使成品纖維符合使用要求。熱定型可以在張力下進(jìn)行，也可以在無(wú)張力下進(jìn)行，前者稱(chēng)緊張熱定型（包括定張力熱定型和定長(zhǎng)熱定型），后者稱(chēng)松弛熱定型。生產(chǎn)不同品種和不同規(guī)格的纖維，往往采用不同的熱定型方式。影響熱定型的主要工藝參數(shù)是定型溫度、時(shí)間及張力。上油：為了防止纖維在后加工過(guò)程摩擦產(chǎn)生靜電以及使纖維在棉紡廠(chǎng)加工時(shí)改善其紡織加工性能還需再次上油。卷曲：賦予纖維的彈性聚酯短纖維的后加工工藝討論第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity切斷：短纖維的長(zhǎng)度由纖維的品種決定。通常，棉型聚酯短纖維名義長(zhǎng)度為38mm，毛型為90~120mm，中長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度介于棉型與毛型之間，一般為51~76mm。切斷纖維主要控制長(zhǎng)度偏差，超倍長(zhǎng)纖維量以及粘結(jié)絲（或稱(chēng)并絲）量等幾個(gè)指標(biāo)。切斷機(jī)采用壓切式，可按照纖維品種對(duì)長(zhǎng)度的不同要求，安裝不同數(shù)量的刀片。打包機(jī)為油壓式箱式打包機(jī)。聚酯短纖維的后加工工藝討論第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity聚酯長(zhǎng)絲的生產(chǎn)按紡絲速度可分為常規(guī)紡絲中速紡絲高速紡絲。按工藝流程又可分為三步法二步法一步法。第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity常規(guī)紡絲常規(guī)紡絲-低速紡絲紡絲速度低：1000~1500m/min采用紡絲卷繞-拉伸加捻-假捻變形的三步法工藝路線(xiàn)(UDY-DY-TY)。拉伸加捻速度為600~1000m/min。假捻變形的速度為120~160m/min?？缮a(chǎn)33~167dtex的聚酯長(zhǎng)絲。常規(guī)紡絲工藝既可生產(chǎn)拉伸絲，又能生產(chǎn)變形絲。其特點(diǎn)是工藝成熟、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、技術(shù)容易掌握、產(chǎn)品質(zhì)量較好。第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity工藝的流程為：干切片→熔融擠出

→混合

→計(jì)量

→過(guò)濾

→紡絲→冷卻成型

→

上油

→卷繞→

UDY筒子（未拉伸絲）第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversityUDY絲的拉伸加捻拉伸加捻機(jī)從結(jié)構(gòu)上可以分為三部分，即原絲架、拉伸機(jī)構(gòu)、卷繞成型機(jī)構(gòu)

第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity拉伸絲假捻變形第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity中速紡絲工藝中速紡絲采用二步法工藝紡絲速度為1800~2500m/min，得到半預(yù)取向絲(MOY)中速紡絲有兩種工藝路線(xiàn)：（1）MOY-DY工藝：此工藝采用中速紡絲和低速拉伸，拉伸加捻的速度為800~1200m/min，可紡制33~167dtex的拉伸絲，常見(jiàn)的是75dtex和50dtex。（2）MOY-DTY工藝:

此工藝采用中速紡絲和高速拉伸變形，MOY的剩余拉伸倍數(shù)為2.1~2.4倍，拉伸變形的速度為400~500m/min?？杉徶?5~88dtex的變形絲，超過(guò)110dtex時(shí)，需將兩根絲條合股成一個(gè)筒子。此工藝的生產(chǎn)效率不如POY-DTY工藝路線(xiàn)。第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversity高速紡絲高速紡絲的紡絲速度為3000~3500m/min。制得的纖維為預(yù)取向絲(POY)。POY主要用于變形絲的生產(chǎn)。第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日SichuanUniversityPOY的后加工（1）POY-DTY工藝此工藝采用高速紡絲和高速拉伸變形，后加工速度通常為450~700m/min?？杉徶?0~167dtex的變形絲(DTY)。其特點(diǎn)是工藝流程短，生產(chǎn)效率高，基建投資省。（2）POY-TY工藝此工藝采用高速紡絲和低速假捻變形(轉(zhuǎn)子式假捻法)?？杉徶?67dtex的變形絲。這種工藝路線(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理，是一種權(quán)宜的做法。我國(guó)有一些中小型彈力絲廠(chǎng)采用此法。（3）POY-DY工藝此工藝采用高速紡絲和低速拉伸加捻，可紡制55~110dtex的拉伸絲。拉伸比為1.3~1.7倍。日本東麗公司和瑞土伊文塔公司曾介紹過(guò)這種工藝路線(xiàn)，我國(guó)也有少數(shù)工廠(chǎng)采用此工藝。第