聚酯纤维简介.ppt

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干燥分为两个阶段，即预结晶阶段和高温干燥阶段 预结晶温度和时间
沸腾床：温度可高至160~180oC，时间8~15min。 搅拌式充填：温度120~140oC，时间1~l.5小时。 转鼓干燥时，在120℃以下缓慢升温，预结晶时间应
控制为4~5小时。 高温干燥阶段
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熔体的计量（计量泵、高温齿轮泵）
计量的目的是保持丝束纤度均匀，
同时使熔体增压，以保证稳定纺丝。
泵供量取决于齿轮齿谷的容积
和齿轮的转速
工作原理：两个齿轮转动→
吸入孔1成低压→ 熔体有吸入孔1进入→
1—熔体进口； 2—熔体出口；
充满齿轮的齿隙→
3—主动齿轮；
随齿轮的转动→
4—被动齿轮
在孔2处形成压力→
5—上板；
将熔体从压出孔压出
6—中板； 7—下板；
（齿隙容积恒定，精确计量） 8—联轴节
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过滤
过滤的目的是除去熔体中的杂质
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喷丝板
结构： 导孔+毛细孔
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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
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聚酯短纤维的后加工工艺讨论
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存放与集束：初生纤维的预取向度不均匀，有内应力，需 经存放平衡，以减小或消除内应力，降低预取向度，使油 剂扩散均匀，从而改善纤维的拉伸性能。存放平衡后的丝 条进行集束。所谓集束是把若干个盛丝筒的丝条合并，集 中成工艺规定线密度的大股丝束，以便进行后处理。

第二章 聚酯纤维
长丝纺丝工艺特点： （1）对原材料要求高 （2）工艺要求严格 （3）高速度、大卷装
长丝纺丝工艺流程图
第二章 聚酯纤维
第五节 聚酯纤维的高速纺丝
1. 短纤维高速纺丝
PET短纤维高速短程纺丝工艺流程示意图
第二章 聚酯纤维
2. 长丝高速纺丝
主要特点： （1）提高纺丝机的产量 （2）取向丝的结构稳定性好 （3）纺丝中抗外界干扰性强 （4）预取向丝适合用内拉伸法生产拉伸变形丝
第二章 聚酯纤维
PET短纤维后加工工艺流程示意图
第二章 聚酯纤维
2. PET长丝后加工主要工艺参数
拉伸倍数： 拉伸倍数由冷拉伸盘和热盘的线速度 之比确定，要大于卷绕丝的自然拉伸比，小于最大拉伸 比，一般为3.5～4.2倍。 拉伸温度： 拉伸温度指热盘温度，要高于纤维玻 璃化温度10～20℃，一般控制在80～90℃土10℃。在此 范围内温度变化对纤维强度无明显影响；但随温度升高， 拉伸倍数可以增大、结晶度升高、拉伸应力下降、毛丝
醇回收，生产控制稳定，流程短，投资低等优点，而发
展迅速。目前国内引进的聚酯装置多以后者为主，其生
产能力1997年就已达到152万吨/年。
第二章 聚酯纤维
二、 聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1 . 生产原理 用精制后的对苯二甲酸双羟乙酯在缩聚反应催化剂 和稳定剂缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸 乙二醇酯，其反应如下：
第二章 聚酯纤维
酯交换法连续生产聚酯工艺流程
第二章 聚酯纤维
②预缩聚
混合器中的单体经过滤器过滤后，经计量泵、单 体预热器送入预缩聚塔底部。预缩聚塔由十六块塔板 构成，控制塔内温度在（265±5）℃。单体由塔底进 入后，沿各层塔板的升液管逐层上升，在上升过程中 进行缩聚反应，反应所生成的乙二醇蒸气起搅拌作用， 可以加快反应速率。当物料到达最上一层塔板后，便 得到特性粘度[η]=0.2～0.25的预聚物，预聚物由塔顶物 料出口流出.

BHET的合成
BHET的合成主要采用以下三种方法： （1）DMT和EG的酯交换法； （2）PTA和EG的直接酯化法； （3）PTA和EO （环氧乙烷）加成法。 在工业上PET的制造采用二种方法：
酯交换法：以DMT为中间体通过酯交换法来制造 直接酯化法：以PTA（高纯度对苯二甲酸）或MTA （中纯度对苯二甲酸）为中间体通过直接酯化法来 制造。
可以达到强化熔体均匀性的目的，同时可以减少 熔体通过弯管时，管壁与管中心温度及停留时间 的差别。
➢ 在较新型的螺杆挤出机中，往往采用特殊设计的 混炼头来代替静态混合器。混炼头的主要作用是 改变螺杆沟槽中挤出的熔体的流线，使熔体进一 步均匀化
聚酯纤维
聚酯短纤
聚酯纤维的分类
• 从应用领域来划分
–服用 –装饰用 –产业用 –2000年的比例68：19：13 –2005年的比例54：33：13
聚酯纤维的生产工艺及技术
❖聚酯纤维原料的生产技术及工艺 ❖聚酯纤维的生产技术及工艺
聚酯纤维原料的生产技术
• PET原料: – 对苯二甲酸 – 乙二醇（或环氧乙烷）
We=KP，式中，K为平衡常数，P为平衡蒸汽压。 升高温度和增加干燥介质的流动有利于干燥过程。
干燥过程
➢干燥分为两个阶段，即预结晶阶段和高温 干燥阶段
➢预结晶温度和时间
– 沸腾床：温度可高至160~180oC，时间8~15min。 – 搅拌式充填：温度120~140oC，时间1~l.5小时。 – 转鼓干燥时，在120℃以下缓慢升温，预结晶时
• PET的制造大致可分为两个阶段 – 第一阶段是由基本原料对二甲苯、甲苯、邻 苯二甲酸酐合成中间体对苯二甲酸二甲酯 （DMT）或对苯二甲酸（PTA）。 – 第二阶段是由DMT或PTA与乙二醇（EG） 进行酯化或酯交换反应，生成聚酯单体对苯 二甲酸双β-羟乙酯（简称BHET或DGT） – 各种工艺路线的区别主要在前一阶段，即单 体的合成阶段。

7.9
7.9
96.8
44.0
5
8
PEN纤维的性能 PEN纤维的耐化学腐蚀性、抗紫外线辐射、热稳定性和水解稳定性均优
于PET。 PEN的玻璃化温度高达110oC左右,其纤维可以耐200oC左右的温度。
目前纤维级的PEN树脂已由美国Shell公司研制成功并投放市场，其商品名 称为Vituf。美国Amoco公司的PEN纤维也已投放市场。
• 第四节 聚酯纤维的结构性能及改性
重点内容：聚酯纤维的各种改性方法和目的。
1.4.1 聚酯纤维的结构和性能
聚酯纤维的结构 – 分子链结构 – 聚集态结构 结晶结构 取向结构
聚酯纤维的性质 – 聚酯纤维的化学性质 – 聚酯纤维的物理性质
聚酯的分子结构PET
聚酯是指分子链中含有酯基的聚合物的总称 聚酯分子的重复单元结构中由三部分组成，即酯基、
62.0 252.0
1
0.682
61.5 248.5
5
0.677
58.8 237.3
8
0.750
57.0 232.0
10
0.656
55.4 226.5
15
0.712
54.7 217.5
随着间位苯环含量的增加，共聚酯的Tg和Tm下降，而冷结晶温度则上升。当 IPA的含量大于 9 mol % 时，共聚酯已无冷结晶峰存在。美国于1959年实现了 PET—IPA共聚酯工业化生产，该共聚酯的商品名为Vycron，主要用于制备易 染纤维。由于PET—IPA结晶速率慢，我国则更多用其制备高收缩纤维。应该 指出的是这种共聚酯广泛用于瓶用聚酯，IPA的添加量为2%～4％
改变聚酯的刚性结构单元
一、间苯二甲酸代替对苯二甲酸 在PET的直接酯化聚合过程中，用对称性较差的间苯二甲 酸（IPA）取代部分的对苯二甲酸（TPA）

第一章 聚酯纤维－熔体纺丝
第一节 聚酯纤维原料 一、PET的制备 二、PET的结构与性能 三、PET的干燥 1、干燥除水 2、干燥预结晶 3、干燥工艺控制 4、干燥设备
真空转鼓干燥机外形
第二节 聚酯纤维纺丝
一、概述 PET熔体纺丝的工艺流程：
干 燥 切 片
挤 出 机
纺 丝 熔 体
纺 丝 箱 体
纺 丝 头
Байду номын сангаас
熔 体 细 流
丝 条 冷 却 器
卷 绕 装 置
初 生 纤 维
二、纺丝熔体的制备
单螺杆挤出机
螺杆结构
单螺杆外观
三、纺丝机的基本结构
1、聚合物熔融装置－－单螺杆挤出机 2、纺丝箱体
3、丝条冷却装置
4、丝条收集装置 5、上油装置 （一）纺丝箱体及纺丝头组件
纺 丝 头
喷丝板结构
（二）计量泵
行星计量泵外观
（三）丝条冷却装置
闭环冷却
开环冷却
（四）、卷取装置

第二章 聚酯纤维
②缩聚反应 缩聚反应设备与酯交换基本相同，连续酯化后的
酯交换法连续生产聚酯工艺包括酯交换、预缩聚、 缩聚等过程，其原则工艺流程如图3-2所示。
①酯交换 将原料对苯二甲酸二甲酯连续加入熔化 器中，加热（150±5）℃熔化后，用齿轮泵送入高位槽 中。另将乙二醇连续加入到乙二醇预热器中预热至150160℃后，用离心泵送入高位槽中。将上述两种原料按 摩尔比1∶2分别用计量泵连续定量加入酯交换塔上部。
第二章 聚酯纤维
二、 聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1 . 生产原理 用精制后的对苯二甲酸双羟乙酯在缩聚反应催化剂
和稳定剂缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸 乙二醇酯，其反应如下：
第二章 聚酯纤维
由于缩聚反应属于可逆反应，为了使缩聚 反应进行完全，必须排出反应生成的低分子物质 （乙二醇），为此必须采用真空及强力搅拌，缩 聚反应最终压力不大于266.6Pa，才能获得高相 对分子质量的聚酯，一般产品的平均相对分子质 量不低于20000，用于制造纤维、薄膜的相对分 子质量约为25000。
聚酯纤维 PPT讲座
第二章 聚酯纤维
学习目的要求
初步掌握聚酯纤维的合成、纺丝等生产技术, 把握 结构、性能及应用, 了解其改性和新型聚酯纤维.
第二章 聚酯纤维
第一节 概述
聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的 原料，是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的 一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种随使用原 料或中间体而异，故品种繁多数不胜数。但所有品种均 有一个共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以酯 基“－COO－”相联，所以把这类缩聚物通称为聚酯。 以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶，是三大合成纤维 （涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。

延伸 度,%
30.04 37.42 31.92
模量
/cN·dtex-1
105.74 76.15 83.26
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化学改性
三、添加脂肪二酸或酯
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改性PET纤维常用的脂肪二酸(或酯)为己二酸(酯)和
葵二酸(酯)。添加己二酸(酯)的共聚酯的英文缩写为PET-
A，添加葵二酸(酯)的共聚酯的英文缩写为PET-S。
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化学改性
三、与含磺酸基的苯二甲酸共聚
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含磺酸基的苯二甲酸是指苯环上的一个氢被磺酸基取代，
形成邻位、间位或对位的含磺酸基的苯二甲酸
常用于聚酯改性的有对苯二甲酸二甲酯磺酸钠（STPM）和
间苯二甲酸二甲酯磺酸钠（SIPM）

由于添加的第三单体含有可离子化的磺酸钠基团，可以
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改性后纤维的性能 PET大分子中引入PBT柔性链段后共聚酯整体的
趋势是刚性下降,取向度降低,强度也相应下降。
PBT 含 量/%
15 20 25
试样线密 度/dtex
1153.0 2150.1 3133.2
强度
/cN·dtex-1
3.576 3.396 3.280
PBT
α
β
4.83
4.95
5.94
5.67
11.59 12.95
99.7
101.7
115.2 121.8
110.8 99.9
12
结构的形成和发展
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PET纤维的结晶特征随卷绕速度的变化

行星计量泵外观
（三熔 体 细 流
丝 条 冷 却 器
卷 绕 装 置
初 生 纤 维
二、纺丝熔体的制备
单螺杆挤出机
螺杆结构
单螺杆外观
三、纺丝机的基本结构
1、聚合物熔融装置－－单螺杆挤出机 2、纺丝箱体
3、丝条冷却装置
4、丝条收集装置 5、上油装置 （一）纺丝箱体及纺丝头组件
纺 丝 头
喷丝板结构
（二）计量泵
第一章 聚酯纤维－熔体纺丝
第一节 聚酯纤维原料 一、PET的制备 二、PET的结构与性能 三、PET的干燥 1、干燥除水 2、干燥预结晶 3、干燥工艺控制 4、干燥设备
真空转鼓干燥机外形
第二节 聚酯纤维纺丝
一、概述 PET熔体纺丝的工艺流程：
干 燥 切 片
挤 出 机
纺 丝 熔 体
纺 丝 箱 体
纺 丝 头

加热系统因热载体不同而异。热载体可采用联苯混合物、38 号汽缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽等。国内采用饱和蒸 汽作为热载体，其特点是结构简单、不需要其它附属装置。
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温下干燥切 片，适合易氧化或热敏性的高聚物。
但由于其干燥时间长、生产能力低、不能连续化生 产等，故一般用于小批量、多品种及一些特种纤维的 生产。
2020/2/16
第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1. 缩T+BHETƒ 二聚体＋EG
BHET＋二聚体ƒ 三聚体＋EG BHET＋三聚体ƒ 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：