聚酯纖維生產工藝.ppt

SichuanUniversity 課程介紹 第一節(jié)概論重點內容 聚酯纖維的發(fā)展簡史與產品分類 第二節(jié)聚酯原料生產工藝及技術重點內容 聚酯原料的生產技術與工藝 第一章聚酯纖維生產工藝 SichuanUniversity 結構對稱 線性好 易于平行排列分子鏈中含酯基 剛性大 熔點高 267oC 兩種構象 順式和反式 立構規(guī)整度高 所有芳環(huán)處在同一平面上 能形成緊密堆積結構 結晶能力強 分子間作用力強許多重要的性質與酯基相關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聚酯分子結構特征 SichuanUniversity PET的物理性質 SichuanUniversity 課程介紹 第三節(jié)聚酯纖維的生產技術及工藝重點內容 聚酯纖維的的生產技術與工藝 第一章聚酯纖維生產工藝 SichuanUniversity 1 3聚酯纖維的生產技術及工藝 聚酯纖維的紡絲 采用熔體紡絲技術 根據原料的狀態(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 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 SichuanUniversity 直接紡絲與切片紡絲技術比較 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 切片中水的危害聚酯分子鏈在紡絲過程中產生劇烈的水解 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較低 造成 環(huán)結 堵塞現象不同聚酯纖維對切片含水的要求長絲 含水率應小于50ppm 最好小于30ppm 短纖維 含水率應小于80ppm 1 3 1原料的紡前準備及處理 SichuanUniversity 干燥的工藝原理 切片干燥是一個傳熱 傳質的物理過程 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 切片內部和表面的平衡 切片表面與干燥介質的平衡 這一平衡過程對干燥的條件有很大的依耐性 我們可以用亨利分壓定律來簡單地描述平衡含水量與水汽分壓的之間的關系 We KP 式中 K為平衡常數 P為平衡蒸汽壓 升高溫度和增加干燥介質的流動有利于干燥過程 SichuanUniversity 干燥過程 干燥分為兩個階段 即預結晶階段和高溫干燥階段預結晶溫度和時間沸騰床 溫度可高至160 180oC 時間8 15min 攪拌式充填 溫度120 140oC 時間1 l 5小時 轉鼓干燥時 在120 以下緩慢升溫 預結晶時間應控制為4 5小時 高溫干燥階段轉鼓真空干燥溫度為120 140oC 熱風干燥一般在160 以上 SichuanUniversity 聚酯切片的干燥有真空干燥和氣流干燥兩種 由于干燥方式或設備的不同 工藝流程 工藝條件及操作規(guī)則方面會有差異 但干燥的原理基本相同 真空干燥 進出料1 5 2h 升溫2 5 3 5h 保溫3 4h 冷卻1h VC353真空干燥機示意圖1 冷卻桶 2 除塵桶 3 加熱夾套 SichuanUniversity 連續(xù)式氣流干燥 SichuanUniversity 回轉圓筒 充填組合干燥 熱空氣介質加熱 165 180 SichuanUniversity SichuanUniversity SichuanUniversity 紡絲熔體的制備的輸送 熔融裝置 螺桿擠出機熔體輸送 分配 彎管 熔體分配管保溫裝置 紡絲箱體計量裝置 計量泵紡絲 紡絲組件絲條冷卻裝置 紡絲窗 側吹風絲條收集裝置 卷繞機 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重要的工序 紡絲熔體是通過熔融過程制備的 它是將切片在加熱下由固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的一個過程 主要有兩種熔融方式 即采用爐柵或采用螺桿擠出機熔融 螺桿擠出機的優(yōu)點 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間短 減小分解的可能 停留時間一般為5 10min SichuanUniversity 螺桿擠出機的結構 SichuanUniversity 熔體制備中經常遇到的問題 1 熔體均勻性差 2 降解程度高 3 環(huán)結堵料 切片熔融溫度通常在熔點以上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 SichuanUniversity SichuanUniversity 熔體的混合 用機械方式將螺桿出口的熔體混合均勻的過程 早期的混合是采用靜態(tài)混合器 使用靜態(tài)混合器可以達到強化熔體均勻性的目的 同時可以減少熔體通過彎管時 管壁與管中心溫度及停留時間的差別 在較新型的螺桿擠出機中 往往采用特殊設計的混煉頭來代替靜態(tài)混合器 混煉頭的主要作用是改變螺桿溝槽中擠出的熔體的流線 使熔體進一步均勻化 SichuanUniversity 熔體的計量 計量泵 高溫齒輪泵 計量的目的是保持絲束纖度均勻 同時使熔體增壓 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速工作原理 兩個齒輪轉動 吸入孔1成低壓 熔體有吸入孔1進入 充滿齒輪的齒隙 隨齒輪的轉動 在孔2處形成壓力 將熔體從壓出孔壓出 齒隙容積恒定 精確計量 1 熔體進口 2 熔體出口 3 主動齒輪 4 被動齒輪5 上板 6 中板 7 下板 8 聯軸節(jié) SichuanUniversity 過濾 過濾的目的是除去熔體中的雜質 SichuanUniversity 結構 導孔 毛細孔 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 雙曲面形導孔 圓筒漏斗形 圓筒平底形 圓錐形 雙曲面形毛細孔 圓柱形 孔徑0 20 0 45mm 長徑比1 2 比值 熔體在毛細管內應力松弛 出口膨化 紡絲有利 機械加工困難 孔數 短纖維 500孔 600孔 900孔 1120孔 3600孔 2400孔 長絲 幾 幾十孔排列 同心圓 菱形 星形噴絲板質材 耐熱不銹鋼1Cr18Ni9Ti噴絲板 噴絲板 SichuanUniversity 1 3 2聚酯短纖維的生產 聚酯短纖維紡絲的特點 大型化 高速化 連續(xù)化單線日產20 50噸 最大規(guī)模為日產200噸大型噴絲板 其孔數達5000 50000孔紡絲線集束線密度達30000dtex以上較高紡絲速度1500 2500m min SichuanUniversity 5萬t 年聚酯短纖維T 16N紡絲機 SichuanUniversity 聚酯短纖維的后加工 高強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 SichuanUniversity 聚酯短纖維后加工的干燥 切斷 打包工序流程示意圖 SichuanUniversity SichuanUniversity 聚酯短纖維的后加工工藝討論 存放與集束 初生纖維的預取向度不均勻 有內應力 需經存放平衡 以減小或消除內應力 降低預取向度 使油劑擴散均勻 從而改善纖維的拉伸性能 存放平衡后的絲條進行集束 所謂集束是把若干個盛絲筒的絲條合并 集中成工藝規(guī)定線密度的大股絲束 以便進行后處理 SichuanUniversity 聚酯短纖維的后加工工藝討論 拉伸 拉伸是靠各拉伸機之間的速度差異來完成的 拉伸又稱為纖維的 二次成形 拉伸是后加工過程中最重要的工序 拉伸的工藝條件包括拉伸溫度 拉伸介質 拉伸速度 拉伸倍數及其分配 國內外大多數公司采用水浴 水浴或水浴 蒸汽2道拉伸 對于紡速超過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可降低 通常卷繞速度每提高100m min 最大拉伸倍數可降低15 20 T 16N紡絲機的紡速比其他紡絲機速度高500 800m min 所以其后加工拉伸工序可以采用較簡單的干熱拉伸裝置 這樣可以使操作簡便 也使廢水排出量大大減少 SichuanUniversity 熱定型 熱定型的目的是消除纖維內應力 提高纖維的尺寸穩(wěn)定性 并促進結晶化 進一步改善其力學性能 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行 也可以在無張力下進行 前者稱緊張熱定型 包括定張力熱定型和定長熱定型 后者稱松弛熱定型 生產不同品種和不同規(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是定型溫度 時間及張力 上油 為了防止纖維在后加工過程摩擦產生靜電以及使纖維在棉紡廠加工時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 SichuanUniversity 切斷 短纖維的長度由纖維的品種決定 通常 棉型聚酯短纖維名義長度為38mm 毛型為90 120mm 中長纖維長度介于棉型與毛型之間 一般為51 76mm 切斷纖維主要控制長度偏差 超倍長纖維量以及粘結絲 或稱并絲 量等幾個指標 切斷機采用壓切式 可按照纖維品種對長度的不同要求 安裝不同數量的刀片 打包機為油壓式箱式打包機 聚酯短纖維的后加工工藝討論 SichuanUniversity 1 3 3聚酯長絲的生產 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 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 UDY DY TY 拉伸加捻速度為600 1000m min 假捻變形的速度為120 160m min 可生產33 167dtex的聚酯長絲 常規(guī)紡絲工藝既可生產拉伸絲 又能生產變形絲 其特點是工藝成熟 設備運轉穩(wěn)定 技術容易掌握 產品質量較好 SichuanUniversity 工藝的流程為 干切片 熔融擠出 混合 計量 過濾 紡絲 冷卻成型 上油 卷繞 UDY筒子 未拉伸絲 SichuanUniversity UDY絲的拉伸加捻 拉伸加捻機從結構上可以分為三部分 即原絲架 拉伸機構 卷繞成型機構 SichuanUniversity 拉伸絲假捻變形 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 得到半預取向絲 MOY 中速紡絲有兩種工藝路線 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的剩余拉伸倍數為2 1 2 4倍 拉伸變形的速度為400 500m min 可紡制55 88dtex的變形絲 超過110dtex時 需將兩根絲條合股成一個筒子 此工藝的生產效率不如POY DTY工藝路線 SichuanUniversity 高速紡絲 高速紡絲的紡絲速度為3000 3500m min 制得的纖維為預取向絲 POY POY主要用于變形絲的生產 SichuanUniversity POY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 可紡制50 167dtex的變形絲 DTY 其特點是工藝流程短 生產效率高 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 轉子式假捻法 可紡制167dtex的變形絲 這種工藝路線在技術經濟上不合理 是一種權宜的做法 我國有一些中小型彈力絲廠采用此法 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這種工藝路線 我國也有少數工廠采用此工藝 SichuanUniversity 全拉伸絲生產工藝 全拉伸絲 FDY 生產工藝采用低速紡絲 高速拉伸 且兩道工序在一臺紡絲拉伸聯合機上完成 系一步法工藝路線 紡絲速度為900m min 拉伸速度為3200m min 拉伸比為3 5 可紡制55 165dtex的拉伸絲 國內也有將高速紡絲 紡絲速度3200m min 超高速拉伸 拉伸速度5500m min 工藝生產的長絲稱FDY SichuanUniversity 高取向紡絲工藝 高取向絲 HOY 亦叫全取向絲 采用一步法超高速紡絲 紡絲卷繞速度為5500 6000m mi