高强度聚酯纤维的研究
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ｍｏｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｌｉｄｅ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙ—ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｌｔ ｔｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｏｎｅ—ｓｔｅｐ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｅｌｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｍｅａａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ．Ａｄｏｐｔｉｏｎ ｔｈｅ ｗａｙｓ ｔｈａｔ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｔａｋｅｎ ｏｆｆ
Ｉｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ—Ｓｏｌｉｄ—Ｓｔａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｎｌｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｅｎｏｕｇｈ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｍｕｓｔ ｂｅ ｉｎｓｕｒｅｄ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２２０＋２。Ｃ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｌｏｗ：６００ １ ０００ｍｌ／ｍｉｎ，ｔｏ ｃｏｍｐｏｓｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ，ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｉｎｅ—ｔｈｅｒｍｏ－ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆｕｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｃａｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃａｐａｂｍｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｆｉｂｅｒ．Ｕｎｄｅｒ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ，ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｓｐｉｎｎｉｎｇ．Ｗｈｅｎ［ｎ］：１．１，ａ２：１．５～２，ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２９５～２９８。Ｃ，ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２９０～３００℃；ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｃｌａｓｓ，ｄｒａｆｔ．ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｄｒａｆｔ—ｒａｔｉｏ ｒａｆｔｏｎａｌ
ｆｌｂｅｒ；３）ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｌｏｗ；ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ
ｕｓｅｓ ｏｆｔｈｅ ｎｅｗ ｂｒｅｅｄ ｉｎ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ．
Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅ：１）Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｎ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ，ｐｕｒｉｔｙ ａｎｄ
ｄａｔａ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｉｎｄ １）ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｅ；２）ａ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｆ＇ｍａｌｌｙ．
Ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｈｏｗｓ：Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｒａｆｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ
ｏｎ ｈｉｇｈ－ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ
Ｃｈａｎｇ．Ｋｗｏｎ Ｋａｎｇ．Ｉｎ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｇｌｏｂａｌａｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ａｌｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｉｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ｄａｔａ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ
ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｎｉ订ｏｇｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙ ｃｏｎｄｅｎｓ砒ｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｔ’ｓ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｌｉｄｅ－．ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙ—·ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ
大连轻工业学院 硕士学位论文 高强度聚酯纤维的研究 姓名：卜小军 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：徐德增
20031201
摘要
摘要
高强度聚酯纤维是近年来发展速度快、应用领域广泛的化纤产品。随着科技的发展， 对聚酯纤维强度的要求越来越高，在这个领域的研究也越来越多。本论文以数学模型在 固相聚合上的应用及一步法纺丝过程的熔体流变性研究为理论基础，结合实际生产工艺 条件，找出理论与实际生产过程的关系，探索出提高聚醮纤维强度、优化生产流程的新 技术，进而指导聚酯纤维新品种的开发和应用。
２）Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐａｒｔ，Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｆｉｂｒｅ，ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ｍｅｌｔ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｏｎｅ—ｓｔｅｐ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｘｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｍｅｌｔ，ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｔ ｎｌａｓｓ ｏｆ ＰＥＴ ｃｈｉｐｓ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ
研究内容包括：１）数学模型在固相聚合的应用，并以固相聚合数学模型为理论依 据，结合实测反应条件，研究反应温度、停留时间、循环氮气纯度及流量等因素对固相 聚合反应的影响，从而确定了生产高强度聚酯纤维的原料一高粘切片的制各方法应采用 连续固相聚合的方式，同时确定了用固相聚合法生产高强度聚酯纤维的最佳工艺参数； ２）以高粘度聚酯熔体的流变性、流体的流动曲线的研究为基础，结合ＰＥＴ切片的相对 分子量、纺丝温度、纺丝速度、缓冷温度、牵仲比等因素对高强纤维生产工艺的影响， 确定了生产高强度聚酯纤维纺丝成型的技术和工艺条件。
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—Ｔｅｎａｃｉｔｙ ＰｏＩ ｙｅｓｔｅｒ Ｆｉｂｒｅ。ＳｏＩ ｉｄ－Ｓｔａｔｅ ＰｏＩ ｙｅｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｏｎｅ—Ｓｔｅｐ Ｓｐｉ ｎｎｉｎｇ
ＩＩＩ
第～章引言
第一章引 言
随着世界科学技术和工业的发展，化纤工业，特别是产业用化学纤维在不 断开拓新的领域、开发新的产品，并在航空航天、冶金、交通、建筑、化工、 水利等各个行业广泛应用。作为轮胎和机械橡胶制品的骨架材料，粘胶强力丝、 锦纶工业丝在西欧、日本、美国的工业用量中所占比重都有不同程度的下降。 但高强度聚酯纤维又称高强涤纶工业丝（ＨＴ）则以其断裂强度大、弹性模量高、 延伸率低、耐冲击性好等优良性能和生产成本低、生产环境好等优点而获得了 迅速发展，在世界各国的用量均处于上升趋势，１９７０年世界涤纶工业丝产量约 ｌＯ万吨，在长丝中占的比例很低。１９８０年约２０万吨，占长丝总量的９．５％。１９９１ 年为４５．５万吨，占１５．５％，大体上十年翻一番。根据国外有关资料预测，工业 用丝的三个主要化纤品种的地位继续朝着涤纶方面增长“３。
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｎｏｒｍａｌ；ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ—ｓｔｒｅｔｃｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：７０～８０℃；ｔｈｅ
ｓｅｃｏｎｄ—ｓｔｒｅｔｃｈ：１６０～１７０。Ｃ；ｔｈｅ ｆｉｎａｌｉｚｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２２０～２３０。Ｃ；ｎｏｎ—ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｇｅｎｅ（ｆａ）ｉｓ ａｂｏｕｔ ６０；ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ２５００～３０００ｎ＇ｄｍｉｎ．Ｉｆ ｗｅ ｄｏ ｌｉｋｅ ｔｈｉｓ．ｗｅ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ··ｄｒａｆｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ－－ｄｒａｆｔ
ａｒｅ ｂｅｌｏｗ Ｏ．１ ８ ａｎｄ Ｏ．１ ９；ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ａｒｅ ｂｅｌｏｗ ４０ ａｎｄ ４５ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｏ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ．Ｔｈｕｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｆｆ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ，
ａｎｄ ｆｉｘ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ
研究结果表明：球形颗粒中可逆化学反应和小分子三维扩散共同控制的固相聚合数 学模型与Ｃｈａｎｇ．Ｋｗｏｎ Ｋａｎｇ提出的理论数据相吻合，在固相聚合反应中，化学反应比 扩散反应对温度更敏感，化学反应的活化能大于扩散反应的活化能；采用高纯度氮气脱 挥方式连续固相聚合的方法，在确保足够的反应时间的同时，反应温度控制在２２０±２ ℃，氮气流量在６００ １０００ｍｌ／ｍｉｎ范围内，来合成高分子量、内在结构均匀、热稳定性 好的高粘度聚酯切片。提高纺丝熔体温度可以改善高强聚酯纤维的流动性能，只要在临 界值以下，增加剪切速率和相应地提高纺丝温度。均有利于纺丝；当增粘后ＰＥＴ切片的 特性粘度为１．１，分子量分布系数ａ２在１．５～２，０之间，纺丝温度设定为２９５～２９８℃， 缓冷温度为２９０～３００。Ｃ时：并采用三级拉伸，合理分配拉伸比，使经一级拉伸后纤维的 取向度控制在Ｏ．１８以下，结晶度在４０以下；经二级拉伸后纤维的取向度控制在０．１９ 以下，结晶度在４５左右；预拉伸温度为常温，一级拉伸温度为７０～８０℃，二级拉伸温 度１６０～１７０℃，定型温度为２２０～２３０＂Ｃ：非取向因子ｆａ值在６０左右时；同时在确保 产量和质量的前提下，纺丝速度应控制在２５００～３０００ｍ／ｔａｉｎ之间，可以得到高强度、高 稳定性的聚酯纤维产品。
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Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ—Ｓｏｌｉｄ—Ｓｔａｔｅ Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｉｇｈ—ｐｕｒｉｔｙ ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ａｎｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｎｌｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｅｎｏｕｇｈ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｍｕｓｔ ｂｅ ｉｎｓｕｒｅｄ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２２０＋２。Ｃ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｆｌｏｗ：６００ １ ０００ｍｌ／ｍｉｎ，ｔｏ ｃｏｍｐｏｓｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍａｓｓ，ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｉｎｅ—ｔｈｅｒｍｏ－ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｆｕｓｉｂｉｌｉｔｙ Ｃａｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃａｐａｂｍｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｆｉｂｅｒ．Ｕｎｄｅｒ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｖａｌｕｅ，ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ｐｒｏｐｉｔｉｏｕｓ ｔｏ ｓｐｉｎｎｉｎｇ．Ｗｈｅｎ［ｎ］：１．１，ａ２：１．５～２，ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２９５～２９８。Ｃ，ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２９０～３００℃；ａｎｄ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｃｌａｓｓ，ｄｒａｆｔ．ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｄｒａｆｔ—ｒａｔｉｏ ｒａｆｔｏｎａｌ
ｆｌｂｅｒ；３）ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｌｏｗ；ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ
ｕｓｅｓ ｏｆｔｈｅ ｎｅｗ ｂｒｅｅｄ ｉｎ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ．
Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅ：１）Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｎ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｅ，ｐｕｒｉｔｙ ａｎｄ
ｄａｔａ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｉｎｄ １）ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｄｕｃｅ；２）ａ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｆ＇ｍａｌｌｙ．
Ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｈｏｗｓ：Ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｄｒａｆｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ
ｏｎ ｈｉｇｈ－ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ
Ｃｈａｎｇ．Ｋｗｏｎ Ｋａｎｇ．Ｉｎ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｎ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｇｌｏｂａｌａｒ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ａｌｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｉｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ｄａｔａ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ
ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｎｉ订ｏｇｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ－ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙ ｃｏｎｄｅｎｓ砒ｉｏｎ，ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｔ’ｓ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｏｌｉｄｅ－．ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙ—·ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ
大连轻工业学院 硕士学位论文 高强度聚酯纤维的研究 姓名：卜小军 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：徐德增
20031201
摘要
摘要
高强度聚酯纤维是近年来发展速度快、应用领域广泛的化纤产品。随着科技的发展， 对聚酯纤维强度的要求越来越高，在这个领域的研究也越来越多。本论文以数学模型在 固相聚合上的应用及一步法纺丝过程的熔体流变性研究为理论基础，结合实际生产工艺 条件，找出理论与实际生产过程的关系，探索出提高聚醮纤维强度、优化生产流程的新 技术，进而指导聚酯纤维新品种的开发和应用。
２）Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐａｒｔ，Ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｃａｒｅｆｕｌｌｙ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ
ｆｉｂｒｅ，ｂａｓｅｄ ０ｎ ｔｈｅ ｍｅｌｔ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｏｎｅ—ｓｔｅｐ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｘｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｍｅｌｔ，ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｔ ｎｌａｓｓ ｏｆ ＰＥＴ ｃｈｉｐｓ，ｓｐｉｎｎｉｎｇ
研究内容包括：１）数学模型在固相聚合的应用，并以固相聚合数学模型为理论依 据，结合实测反应条件，研究反应温度、停留时间、循环氮气纯度及流量等因素对固相 聚合反应的影响，从而确定了生产高强度聚酯纤维的原料一高粘切片的制各方法应采用 连续固相聚合的方式，同时确定了用固相聚合法生产高强度聚酯纤维的最佳工艺参数； ２）以高粘度聚酯熔体的流变性、流体的流动曲线的研究为基础，结合ＰＥＴ切片的相对 分子量、纺丝温度、纺丝速度、缓冷温度、牵仲比等因素对高强纤维生产工艺的影响， 确定了生产高强度聚酯纤维纺丝成型的技术和工艺条件。
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—Ｔｅｎａｃｉｔｙ ＰｏＩ ｙｅｓｔｅｒ Ｆｉｂｒｅ。ＳｏＩ ｉｄ－Ｓｔａｔｅ ＰｏＩ ｙｅｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｏｎｅ—Ｓｔｅｐ Ｓｐｉ ｎｎｉｎｇ
ＩＩＩ
第～章引言
第一章引 言
随着世界科学技术和工业的发展，化纤工业，特别是产业用化学纤维在不 断开拓新的领域、开发新的产品，并在航空航天、冶金、交通、建筑、化工、 水利等各个行业广泛应用。作为轮胎和机械橡胶制品的骨架材料，粘胶强力丝、 锦纶工业丝在西欧、日本、美国的工业用量中所占比重都有不同程度的下降。 但高强度聚酯纤维又称高强涤纶工业丝（ＨＴ）则以其断裂强度大、弹性模量高、 延伸率低、耐冲击性好等优良性能和生产成本低、生产环境好等优点而获得了 迅速发展，在世界各国的用量均处于上升趋势，１９７０年世界涤纶工业丝产量约 ｌＯ万吨，在长丝中占的比例很低。１９８０年约２０万吨，占长丝总量的９．５％。１９９１ 年为４５．５万吨，占１５．５％，大体上十年翻一番。根据国外有关资料预测，工业 用丝的三个主要化纤品种的地位继续朝着涤纶方面增长“３。
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｎｏｒｍａｌ；ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ—ｓｔｒｅｔｃｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：７０～８０℃；ｔｈｅ
ｓｅｃｏｎｄ—ｓｔｒｅｔｃｈ：１６０～１７０。Ｃ；ｔｈｅ ｆｉｎａｌｉｚｅ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：２２０～２３０。Ｃ；ｎｏｎ—ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｇｅｎｅ（ｆａ）ｉｓ ａｂｏｕｔ ６０；ｔｈｅ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ２５００～３０００ｎ＇ｄｍｉｎ．Ｉｆ ｗｅ ｄｏ ｌｉｋｅ ｔｈｉｓ．ｗｅ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｎａｃｉｔｙ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ··ｄｒａｆｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ－－ｄｒａｆｔ
ａｒｅ ｂｅｌｏｗ Ｏ．１ ８ ａｎｄ Ｏ．１ ９；ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ａｒｅ ｂｅｌｏｗ ４０ ａｎｄ ４５ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｏ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ．Ｔｈｕｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｆｆ ｏｆ ｈｉｇｈ—ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｂｅｒ，
ａｎｄ ｆｉｘ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ
研究结果表明：球形颗粒中可逆化学反应和小分子三维扩散共同控制的固相聚合数 学模型与Ｃｈａｎｇ．Ｋｗｏｎ Ｋａｎｇ提出的理论数据相吻合，在固相聚合反应中，化学反应比 扩散反应对温度更敏感，化学反应的活化能大于扩散反应的活化能；采用高纯度氮气脱 挥方式连续固相聚合的方法，在确保足够的反应时间的同时，反应温度控制在２２０±２ ℃，氮气流量在６００ １０００ｍｌ／ｍｉｎ范围内，来合成高分子量、内在结构均匀、热稳定性 好的高粘度聚酯切片。提高纺丝熔体温度可以改善高强聚酯纤维的流动性能，只要在临 界值以下，增加剪切速率和相应地提高纺丝温度。均有利于纺丝；当增粘后ＰＥＴ切片的 特性粘度为１．１，分子量分布系数ａ２在１．５～２，０之间，纺丝温度设定为２９５～２９８℃， 缓冷温度为２９０～３００。Ｃ时：并采用三级拉伸，合理分配拉伸比，使经一级拉伸后纤维的 取向度控制在Ｏ．１８以下，结晶度在４０以下；经二级拉伸后纤维的取向度控制在０．１９ 以下，结晶度在４５左右；预拉伸温度为常温，一级拉伸温度为７０～８０℃，二级拉伸温 度１６０～１７０℃，定型温度为２２０～２３０＂Ｃ：非取向因子ｆａ值在６０左右时；同时在确保 产量和质量的前提下，纺丝速度应控制在２５００～３０００ｍ／ｔａｉｎ之间，可以得到高强度、高 稳定性的聚酯纤维产品。
