纤维的熔融纺丝
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聚酰亚胺纤维1.聚酰亚胺纤维的发展历史与现状20世纪60年代,美国杜邦公司发现了芳香族聚酰亚胺的液晶行为,由此促成了著名的Kevlar纤维的研制和工业化生产。
与此同时,聚酰胺酰亚胺、聚酰胺酰阱、等聚合物制备的高性能纤维也相继研制成功。
到80年代中期,著名的P84纤维由奥地利的Lenzing AG公司研制并推广。
90年代,美国Akron大学的Stephen.Z.D.Cheng等对不同体系的高性能聚酰亚胺纤维进行了大量研究,聚酰亚胺纤维的制备工艺、纤维性能以及相关的测试分析均得到很大程度的提高。
近年来俄罗斯人制备出一类具有优异机械性能的聚酰亚胺纤维,其强度达5.8GPa,模量达285GPa,这一纤维标志着聚酰亚胺纤维的发展有进入了一个新的阶段。
2.聚酰亚胺纤维的主要性能及其应用2.1主要性能聚酰亚胺纤维具有高强、高模的特性的同时还具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、阻燃等优越的性能。
与Kevalr49纤维相比,聚酰亚胺纤维具有较好的热氧化稳定性,而且在过热水蒸气中的力学性能也相对较好。
聚酰亚胺纤维还具有非常强的耐酸碱腐蚀性和耐光辐射性,经1 x 1010rad快电子剂量照射后,强度保持率仍能达到90%,这是其他纤维无法比拟的。
聚酰亚胺纤维的极限氧指数一般在35一75,发烟率低,属自熄性材料。
此外,聚酰亚胺纤维还具有较高的热分解温度,全芳香型聚酰亚胺纤维的开始分解温度在500℃左右。
在250℃、加热10 min,热缩率小于1%。
由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酞亚胺,热分解温度600℃,最高工作温度可达300℃,可在260℃条件下连续使用,不会产生物理降解现象;而且具有良好的耐低温性能,在-269℃液氦中不易脆裂,有较好的介电性能,介电常数在3. 4左右。
2.2聚酰亚胺纤维的应用聚酰亚胺可以织成无纺布,主要用于高温放射性和有机气体及液体的过滤网、隔火毯,装甲部队的防护服、赛车防燃服、飞行服等防火阻燃服装;同时也作先进复合材料的增强剂用于航空、航天器、火箭的轻质电缆护套、高温绝缘电器、发动机喷管等。
二氧化硅粉在熔融纺丝中的作用概述在熔融纺丝过程中,二氧化硅粉起着重要的作用。
它不仅增强了纺丝材料的稳定性,还改善了纺丝纤维的质量和性能。
本文将探讨二氧化硅粉在熔融纺丝中的作用。
1.提高纺丝材料的稳定性在纺丝过程中,材料的稳定性对纤维的形成和质量起着关键的影响。
二氧化硅粉作为一种稳定剂,可以增加纺丝溶液的粘度,避免纤维断裂和断裂。
通过与纺丝材料分子之间的相互作用,二氧化硅粉能够形成一种强大的内部结构,提高材料的稳定性。
2.改善纺丝纤维的质量和性能二氧化硅粉可以作为纺丝材料的添加剂,改善纤维的质量和性能。
首先,它可以提高纺丝材料的拉伸强度和弹性模量,使纤维更加耐用和有韧性。
其次,二氧化硅粉的添加可以增加纤维的表面粗糙度,提高纤维与其他材料的接触面积,从而提高纤维的附着力和粘附性。
此外,二氧化硅粉还可以改善纤维的织造性能,使其更易于纺织和加工。
3.调节纤维形态和尺寸二氧化硅粉在纺丝过程中还可以起到调节纤维形态和尺寸的作用。
通过调节二氧化硅粉的添加量和纺丝条件,可以控制纤维的直径和长度分布,实现对纤维形态的调节。
此外,二氧化硅粉还可以增加纤维的表面积,并形成具有微孔结构的纤维,从而增加纤维的吸附性能和柔软性。
4.提高纺丝过程的效率二氧化硅粉作为一种辅助剂,可以提高纺丝过程的效率。
首先,它能够减少纺丝过程中的粘附和摩擦力,降低纤维的收缩和拉伸过程中的能耗。
其次,由于二氧化硅粉的添加可以使纤维更加均匀和稳定地流动,减少纺丝过程中的纤维断裂和纤维结块情况,提高生产效率和产品质量。
结论二氧化硅粉在熔融纺丝中发挥着重要的作用。
它能够提高纺丝材料的稳定性,改善纺丝纤维的质量和性能,调节纤维形态和尺寸,并提高纺丝过程的效率。
随着对纺织品性能和品质要求的不断提高,二氧化硅粉的应用前景将更加广阔。
碳纤维的分类1. 引言碳纤维是一种高强度、低密度的材料,具有优异的机械性能和化学稳定性,在航空航天、汽车、体育用品等领域得到广泛应用。
碳纤维根据其结构和特性可以被分为不同的类别,本文将对碳纤维的分类进行全面、详细、完整且深入地探讨。
2. 基于生产工艺的分类根据碳纤维的生产工艺,可以将其分为以下几类:2.1 气相成熟法碳纤维气相成熟法碳纤维是一种常用的生产工艺,其主要步骤包括原料预处理、聚合物纺丝、炭化和热处理等。
这种碳纤维具有优异的机械性能和高温稳定性,广泛应用于航空航天领域。
2.2 熔融纺丝法碳纤维熔融纺丝法碳纤维是通过将碳纤维前驱体熔融,并通过纺丝和拉伸等步骤制备而成。
相比于气相成熟法碳纤维,熔融纺丝法碳纤维的生产过程更简单,但其机械性能和热稳定性稍逊。
熔融纺丝法碳纤维主要应用于汽车和体育用品等领域。
2.3 化学气相沉积法碳纤维化学气相沉积法碳纤维是一种通过化学反应在载体上沉积碳纤维的方法。
这种方法可以在较低的温度下制备碳纤维,且可以控制纤维的形貌和结构。
化学气相沉积法碳纤维在催化剂载体、电池电极等领域有广泛的应用。
3. 基于纤维结构的分类碳纤维的结构可以根据其在纤维中的排列方式进行分类,常见的碳纤维结构分类包括以下几种:单向碳纤维是指纤维的方向基本上保持在同一方向上,具有高强度、高模量的特点,适用于对拉伸性能要求较高的应用场合。
3.2 多向碳纤维多向碳纤维是指纤维在不同方向上都有一定的分布,具有比单向碳纤维更好的层合性能和抗冲击性能。
多向碳纤维常用于复合材料中,以提高材料的综合性能。
3.3 高弹性碳纤维高弹性碳纤维具有比较高的韧性和弯曲性能,可以在受到外力后迅速恢复原状。
这种碳纤维常用于需要有一定变形能力的应用场合,如体育器材等。
3.4 交联碳纤维交联碳纤维是指碳纤维与其他纤维或材料通过化学反应或物理链接相互交联。
这种碳纤维具有更复杂的结构和性能,常用于一些特殊的应用中,如航空航天领域的复合材料。
[纤维知识]中空纤维生产技术中空纤维的生产主要有:直接熔融纺丝、复合纺丝以及湿法纺丝。
1直接熔融纺丝直接熔融纺丝法通过中空喷丝板来获得中空纤维,经济合理,相关工艺技术比较成熟,许多关键工艺都能控制,为目前国内大多数企业所采用。
在中空喷丝板中装入微孔导管,在纤维空腔中充入氮气或空气可获得高中空度的充气中空纤维,避免了生产过程中机械作用压扁纤维导致中空度下降,并使得纤维导热性比空气更差,大大提高了保暖性,该技术要点是气体流量需要精确控制。
如果改变喷丝孔形状,则可以生产三角形、梅花形等多种异形截面的中空纤维,提高纤维的比表面积,同时通过特殊喷丝板可以获得3~7个孔的多孔中空纤维,但其中空率不高,在30%以内。
通过直接熔融纺丝获得中空纤维或三维卷曲中空纤维,是通过特殊的喷丝板技术及合理调整纺丝工艺纺制而成的。
其技术上的重点在于喷丝板设计、环吹风非对称冷却及后纺拉伸控制技术。
除此外,如果要获得理想的中空度,则必须合理安排设计相关工艺参数。
①熔纺中空纤维的喷丝板技术喷丝板的没计包括其形状和结构尺寸两方面,前者用于异性截面中空纤维,其设计和生产要求相关,常用的孔形有多边形、c形、圆弧形、多点形等;后者则是中空纤维能否形成的关键因素,包括喷丝孔的狭缝长度、两狭缝尖端距离、当量直径、截面积、长径比等特征尺寸数据。
其中喷丝孔的狭缝长度和两狭缝尖端距离尺寸设计尤其重要。
熔融纺丝纺制保暖性三维卷曲中空纤维主要采用圆弧狭缝式喷丝板,可方便地纺制出外径较细、中空度适宜的纤维。
目前效果较好的圆弧狭缝式喷丝板主要有C形和品形喷丝板及圆弧组合等多孔中空纤维喷丝板,用于纺制四孔、七孔乃至十几孔中空纤维。
当熔体挤出喷丝板圆弧狭缝后,圆弧形熔体膨化,端部粘合形成中空腔,经细化、固化后形成中空纤维。
喷丝板圆弧狭缝间隙的大小直接影响中空腔的形成:当间隙过大时,纤维中空不能闭合,只能纺出开口纤维;但当间隙过小时,熔体挤出喷丝孔后很快膨化粘合,无法形成中空腔,并且从机械强度考虑,喷丝板间隙小,强度低、易损坏。
涤纶纺丝方法
涤纶是一种合成纤维,常用于制作服装、家居用品和工业材料等。
下面是涤纶的纺丝方法:
1.聚合物合成:首先,将对苯二甲酸与乙二醇等原料在一定的温度和压力下进行聚合反应,生成聚酯预聚体。
这个过程称为聚酯化。
2.熔融纺丝:将聚酯预聚体经过加热溶解,并通过纺丝机的加压和挤出机构将聚酯熔融物质挤出,形成涤纶纤维的初纺丝。
3.冷却和拉伸:在初纺丝过程中,熔融的聚酯经过冷却,使其固化为连续的纤维形态。
然后,通过拉伸机构对固化的纤维进行拉伸,使纤维变得更细长、均匀,并提高其强度和延伸性。
4.后处理:为了改善涤纶纤维的性能和外观,通常会对纤维进行一些后处理工艺,如热定型、涂覆、染色、加工等,以达到所需的产品特性。
丙纶丝生产工艺丙纶丝是一种合成纤维,具有优异的物理性能和化学稳定性。
它广泛应用于纺织、医疗、建筑等领域。
本文将介绍丙纶丝的生产工艺。
一、原料准备丙纶丝的主要原料是聚丙烯颗粒。
首先需要将聚丙烯颗粒进行干燥处理,以去除其中的水分和杂质。
然后将干燥后的聚丙烯颗粒送入熔融设备中。
二、熔融纺丝熔融纺丝是丙纶丝生产的关键步骤。
在熔融设备中,聚丙烯颗粒被加热至熔融状态。
随后,通过旋转的喷丝孔板,将熔融的聚丙烯挤出成细丝,形成初级纺丝。
初级纺丝经过冷却,逐渐凝固并形成丙纶丝。
三、拉伸成型初级纺丝得到的丙纶丝并不具备理想的物理性能,需要进行拉伸成型。
拉伸成型的目的是增强丙纶丝的强度和弹性,改善其外观和手感。
拉伸成型通常分为一次拉伸和二次拉伸两个阶段。
一次拉伸是将初级纺丝通过一组辊筒进行拉伸,使其长度和直径逐渐减小。
在拉伸过程中,丙纶丝的分子链得到排列和定向,从而增强了其强度和韧性。
二次拉伸是在一次拉伸的基础上进行的。
一次拉伸后的丙纶丝经过冷却后再次进行拉伸,进一步改善其物理性能。
经过二次拉伸后,丙纶丝的强度和弹性得到进一步提高。
四、后处理拉伸成型后的丙纶丝需要进行后处理,以去除其中的残余应力和杂质。
后处理包括热定型、润滑、切割和包装等步骤。
热定型是将丙纶丝暴露在一定温度下,使其分子链重新排列并固定在新的位置上。
这可以帮助丙纶丝保持良好的弹性和形状记忆性。
润滑是为了改善丙纶丝的手感和加工性能。
在润滑过程中,润滑剂会被添加到丙纶丝表面,减少其与机械设备之间的摩擦。
切割是将丙纶丝按照一定长度进行切断,以满足不同应用的需要。
包装是将切割好的丙纶丝按照一定的重量或长度进行分装,以便于销售和运输。
五、质量检测在丙纶丝生产过程中,需要进行质量检测以确保产品符合规定的标准。
常见的质量检测项目包括丙纶丝的线密度、强度、伸长率、断裂强度、耐热性等。
线密度是指单位长度内丙纶丝的质量。
强度是指丙纶丝的抗拉强度,伸长率是指丙纶丝在拉伸过程中的变形程度。
第三章熔体纺丝工艺原理总结概述熔体纺丝属于聚合物直接纺丝方法,相对于溶液纺丝方法而言,工艺简单,速度快,对环境影响较小,适合于几乎所有热塑性聚合物的纺丝。
溶液纺丝分为干法纺丝(使用挥发性溶剂)和湿法纺丝(采用非挥发性溶剂)两种方法。
由于涉及到溶剂的回收和物质交换,因此纺丝速度低于熔体纺丝,而且溶液纺丝成形过程中丝条所经受的拉伸少,纤维强力低,因此应用很少,只有少数聚合物纺丝使用。
PP、PE、PA 和PET一般采用熔体纺丝;醋酯、聚氨酯和一部分PAN采用干法纺丝;粘胶纤维、维纶、铜氨纤维和大部分PAN纤维采用湿法纺丝。
思考题:试比较熔体纺丝、干法纺丝和湿法纺丝法的工艺特征和产品特征。
第一节熔体纺丝成网工艺原理聚合物切片送入螺杆挤出机,经熔融、挤压、过滤、计量后,由喷丝孔喷出,长丝丝束经气流冷却牵伸后,均匀铺放在凝网帘上,形成的长丝纤网经固网工序(热粘合、化学粘合、水刺或针刺)加固后成为熔体纺丝成网法非织造材料。
1、工艺流程为:聚合物切片→切片烘燥→熔融挤压→纺丝→冷却→牵伸→分丝→铺网→加固→切边→卷绕2、纺粘非织造工艺参数:聚合物种类、熔融挤压条件、纺丝孔尺寸、冷却空气、拉伸/牵伸方式、固网方法(重点掌握热轧粘合工艺参数对纺粘非织造布结构和性能的影响)。
思考题:试画出化纤长丝生产和纺粘非织造布生产工艺流程图,并标出每个工艺步骤的名称和作用。
一、熔体纺丝工艺特点熔体纺丝工艺具有过程简单和纺丝速度高的特点,在熔体纺丝过程中,成纤高聚物经历了两种变化,即几何形状的变化和物理状态的变化。
几何形状的变化是指成纤高聚物经过喷丝孔挤出和拉长而形成连续细丝的过程;物理变化即先将高聚物变为易于加工的流体,挤出后为保持已经改变了的几何形状和取得一定的化纤结构,使高聚物又变为固态。
原则上讲,分解温度高于熔点温度(或流动温度)的热塑性高聚物都可以采用熔体纺丝法。
二、熔体纺丝工艺过程(以纺粘法非织造布生产过程为例)主要步骤:―高聚物纺丝熔体的制备;―熔体自喷丝孔挤出/纺丝;―挤出的熔体细流的冷却和拉伸成形;―成形的纤维长丝铺网与固网。
聚乳酸纤维
聚乳酸纤维是一种生物降解性塑料,由聚乳酸分子构成。
它具有优良的生物相
容性和可降解性,可以替代传统塑料在一些领域的应用。
聚乳酸纤维被广泛应用于医疗、纺织和包装等领域。
制备过程
聚乳酸纤维的制备主要有两种方法:溶液旋转成型法和熔融纺丝法。
溶液旋转成型法 1. 将聚乳酸溶解在有机溶剂中,形成聚合物溶液。
2. 将聚合
物溶液注入旋转模具中,经过旋转成型,使其形成纤维状结构。
3. 将形成的聚乳
酸纤维进行干燥和固化处理,最终得到产品。
熔融纺丝法 1. 将聚乳酸颗粒在高温条件下熔化,形成聚合物熔融。
2. 将熔化
的聚乳酸通过喷丝孔拉伸成纤维。
3. 纤维冷却凝固后进行卷绕,最终得到聚乳酸
纤维产品。
特性与应用
聚乳酸纤维具有以下特性:
•生物相容性:聚乳酸纤维对人体无害,可在医疗领域用于缝合线等应用。
•可降解性:聚乳酸纤维在一定条件下可被微生物降解,减少环境污染。
•良好的强度:聚乳酸纤维具有较高的强度,可用于纺织品和工程材料制备。
•可染性:聚乳酸纤维可通过染色处理获得丰富多彩的颜色。
聚乳酸纤维在医疗、纺织和包装等领域得到广泛应用:
•医疗领域:用于制备缝合线、缓释药物载体等医疗器械。
•纺织领域:制备各种纺织品,如衣服、床上用品和家居用品。
•包装领域:用于生物降解包装材料,降低塑料污染对环境的影响。
聚乳酸纤维的可降解性和生物相容性使其在替代传统塑料方面具有广阔的应用
前景,未来随着技术的不断发展,聚乳酸纤维有望在更多领域得到应用和推广。
纤维的熔融纺丝H2H2C6H4摘要:聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-[OC-C OCO CO]-,简称PET,为高分子聚合物,由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。
对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。
本文对PET的生产进行了详细的概述,包括其原料组成、常用催化剂以及聚合酯化的各种方法和操作流程,同时介绍了涤纶的制备方法和工艺流程,包括纺丝中各组件的作用和控制要点。
关键词:涤纶二步纺聚对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇1 引言纤维成形过程包括液体纺丝及液体细流的冷却固化过程。
纺丝成形的方法较多,目前工业生产上主要采用熔法、干法及湿法。
这三种方法的纺丝及冷却固化过程的基本原理虽有相同之点,但各有其特点。
(1)熔法纺丝熔法纺丝是很早就实现了工业化的纺丝法,无论从纺丝原理到生产实际过程都是很成熟的方法。
聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃类纤维等均用此法生产。
熔法纺丝是在熔融纺丝机中进行的。
聚合物颗粒加入纺丝机后,受热熔融而成为熔体。
此熔体通过纺丝泵打入喷丝头,在一定的压力下熔体通过喷丝头的小孔流出,形成液体细流。
细流在纺丝通道流出时同空气接触,进行热交换冷却固化成为初生纤维。
纺丝中丝线的粗细及根数受到通道冷却速度的限制,所以纺丝的速度也受冷却速度的限制,一般可达1000~1500米/分。
如果采取措施,能强化冷却固化过程,改进通道的冷却条件,纺丝的速度可提高到4000~5000米/分。
纺成的丝线越粗,成形速度就越低。
熔体成形法所制得的纤维的纤度为0.25~20特,(注:9旦为1特)要形成更细的纤维将会增加成形的不稳定性,并降低生产能力。
如形成太粗的纤丝则传热困难,并将增加通道的长度。
如果用软化聚合物的方法成形,由于熔体的粘度太大,不可能将熔体从直径很小的喷丝孔中压出,所以不能生产很细的丝线。
在熔法及软化聚合物法制成纤度大的单丝时为了强化冷却过程,可以采用冷却浴(水浴及水溶液的方法)进行冷却。
用此法一般生产聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯及其它聚合物的单丝,成形的速度不大,一般为30米/分左右。
(2)干法纺丝聚合物溶液干法成形时用纺丝泵喂料,从喷丝孔流出的液体细流送入成形通道,在此通道中吹入热空气蒸发溶剂,制得的丝线送入卷绕装置。
干法成形时溶剂的蒸发使聚合物产生解溶剂化作用,细流的流动性急剧下降,使其转为固态。
干法成形的纤维有醋酸纤维、聚烯烃、聚氯乙烯、过氯乙烯等纤维。
用挥发性溶剂增塑聚合物的成形与溶液干法原则上区别不大。
一般是聚氯乙烯和聚苯乙烯采用此法成形。
干法成形时速度由于受到丝线中溶剂挥发速度的限制,一般为100~500米/分,如果增大纺丝通道和降低纺丝的纤度时,可提高到700~1500米/分,但是这样高的速度会引起一系列的困难。
在熔法和干法成形时丝线的纤度及其根数有一定的限制,低纤度的纤维由于纺丝液粘度不高,成形的纤维达到1特。
用挥发性溶剂增塑聚合物的成形过程中所形成的丝线的纤度大约为10~20特,用水增塑的聚乙烯醇成形的单纤维的纤度可达100特,但由于溶剂蒸发较慢,丝线的纤度一般不大于0.2特。
(3)湿法纺丝聚合物溶液湿法成形时用纺丝泵加料,通过过滤器,通人沉浸在凝固池中的喷丝头,从喷丝孔中流出液体细流在凝固浴中与凝固剂产生传质过程。
凝固剂向细流扩散,溶剂从细流内向外扩散。
在传质过程中由于低分子组分的改变使聚合物凝固并形成固相纤维。
在凝固的初期是形成含有大量溶剂的凝胶,再转变为固态纤维。
纺丝细流向凝固浴的组分之间产生双扩散过程,使聚合物的溶解度急剧地发生变化,聚合物从纺丝溶液中分离出来形成纤维。
有时在湿法形成的凝固浴内还进行聚合物的化学改性。
湿法成形的纤维有:聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、粘胶纤维及其它纤维。
在湿法纺丝过程中有较多的生产设备及工艺过程,有不同的纺丝方法,这些方法决定于凝固浴的形式及纺丝的速度。
水平式纺丝形成的细流长约为0.8~1米,采用高速或中速的沉淀法沉淀分离出聚合物。
如生产聚氯乙烯纤维和聚丙烯腈短纤维时,纺丝板孔数较多,纺丝细流的长度约为2~2.5米。
湿法纺丝过程中,由于沉淀中双扩散过程的限制,沉淀的速度一般较慢,所以成形速度一般不高于20米/分,当其能用更快的速度沉淀出聚合物时,纺丝速度可达100~120米/分,更高的成形速度可达200米/分。
如像熔融法和干法纺丝一样,在湿法纺丝中的纤度和纤维的根数也是有所限制的,丝线的最低纤度约为0.1特,最大不得大于1~2特,如要在纺丝中形成更细的纤维,则纺丝过程的稳定性下降,纺丝过程很难进行。
如形成太粗的纤维,又受到凝固过程中扩散速度的限制。
一般水平式纺丝机,丝线根数为10~10000,短纤维的纺丝速度比长纤维要少1.5~2.0倍左右。
湿法纺丝的方法较多,有水平式纺丝法,沉淀池纺丝法,漏斗喇叭形纺丝机法,立式纺丝法等。
喇叭漏斗形的纺丝法用于凝固速度很慢的聚合物溶液。
此法的特点是纺丝细流从喇叭口流出后,需要较长的时间进行凝固,才能完成凝固过程。
如要求纺出液体细流能较快地进行凝固,一般都采用水平式或凝固浴式的纺丝法。
用此类方法纺丝形成的丝线不太长(约为0.5米左右)。
用湿法成形由于凝固速度较慢的关系,所以不可能使纺丝速度提得很高。
聚酯纤维是由大分子链中各链节通过酯基相连的成纤高聚物纺制而成的纤维。
1894年Vorlander采用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的聚酯;1898年Einkorn合成聚碳酸酯;1928年Carothers对脂肪族二元酸和乙二醇的缩聚进行了研究,并最早用聚酯制成了纤维。
早年合成的聚酯大都为脂肪族化合物,其相对分子质量及熔点都较低,且易溶于水,故不具有纺织纤维的实用价值。
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)合成了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,即我们通常所说的涤纶,1953年美国首先建厂生产聚酯纤维。
随着有机合成和高分子科学与工业的发展,近年研制开发出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)纤维及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。
目前所谓“聚酯纤维”通常指聚对苯二甲酸乙二酯纤维。
聚酯纤维问世虽晚,但由于具有一系列优良性能,如断裂强度和弹性模量高,回弹性适中,热定型性能优异,耐热和耐光性好,织物具有洗可穿性等,故有广泛的服用和产业用途。
同时由于近年石油化工业飞速发展,为涤纶生产提供了更加丰富而廉价的原料;加之近年化工、机械、电子自控等技术的发展,使涤纶原料生产、纤维成型和加工等过程逐步实现短程化、连续化、自动化和高速化。
目前,聚酯纤维已成为发展速度最快,产量最大的合成纤维品种。
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)属于结晶性高聚物,其熔点(T m)低于热分解温度(T d),因此常采用熔体纺丝法。
熔体纺丝的基本过程包括:熔体的制备,熔体自喷丝孔挤出,熔体细流的拉长变细同时冷却固化,以及纺出丝条的上油和卷绕。
目前,聚酯纤维的熔体纺丝成型可分为切片纺丝和直接纺丝两种方法。
20世纪70年代以来,高速纺丝技术快速发展,不仅大大提高了生产效率和过程的自动化程度,而且进一步将纺丝和后加工联合起来,可从纺丝过程中直接制得有实用价值的产品。
聚酯纤维一般以纺丝速度的高低来划分纺丝技术路线的类型,如常规纺丝技术、高速纺丝技术和超高速纺丝技术等。
(1)常规纺丝:纺丝速度1000~1500m/min,其卷绕丝为未拉伸丝,通称UDY(undrawn yarn)。
(2)中速纺丝:纺丝速度1500~3000m/min,其卷绕丝具中等取向度,为中取向丝,通称MOY(medium oriented yarn)。
(3)高速纺丝:纺丝速度3000~6000m/min。
纺丝速度4000m/min以下的卷绕丝具有较高的取向度,为预取向丝,通称POY(pre-oriented yarn)。
若在纺丝过程中引人拉伸作用,可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝,为全拉伸丝,通称FDY(fully drawn yarn)。
(4)超高速纺丝:纺丝速度为6000~8000m/min。
绕丝具有高取向度和中等结晶结构,为全取向丝,通称FOY(fully oriented yarn)。
聚酯纤维的纺丝技术在近年来得到迅速发展。
今后仍将沿着高速、高效、大容量、短流程、高度自动化的方向发展,并将加强差别化、功能化纤维纺制技术的开发。
2 实验部分2.1 设备及试剂(1)设备:酯化聚合共用釜及其周边设备、切粒机、真空转鼓干燥机(2)试剂:对苯二甲酸乙二醇金属醋酸盐催化剂催化剂2.2 聚对苯二甲酸乙二酯的制备聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的制备在工业生产中是以对苯二甲酸双羟乙二酯(BHET)为原料,经缩聚反应脱除乙二醇(EG)来实现的。
目前生产BHET的方法有酯交换法和直接酯化法。
2.2.1 对苯二甲酸双羟乙二酯的制备(1)酯交换法:此法是先将对苯二甲酸(TPY)与甲醇反应生成粗对苯二甲酸二甲酯(粗DMT),经精制提纯后,再与EG进行酯交换反应,得到纯度较高的BHET。
在催化剂(Mn、Zn、Co、Mg等的醋酸盐)存在下,EG与DMT进行酯交换,生成BHET。
被取代的甲氧基与EG中的氢结合,生成甲醇。
DMT的酯交换反应实际分为两步完成:两个端酯基先后分两步进行反应,且两个酯基在两步反应中的活性相同。
在一定反应条件下酯交换反应达到可逆平衡。
酯交换反应是吸热反应,ΔH=11.221kJ/mol。
升高温度有利于酯交换,但热效应的数值很小,升高温度对反应平衡常数K值增加不大。
例如使用醋酸锌催化剂,180℃时,K=0.3;195℃时,K=0.33。
所以,反应平衡时BHET的收率很低。
生产中为了增加BHET的收率,通常加入过量的EG,并从体系中排除反应副产物甲醇。
①间歇法酯交换:间歇法酯交换一般是与间歇缩聚相配套,主机只有一台酯交换釜和一台缩聚釜。
酯交换釜是一圆柱形反应釜,内装有锚式搅拌叶,釜外壁有联苯加热夹套,釜顶盖有加料孔、防爆装置和甲醇(或乙二醇)蒸气出口。
原料DMT、EG按DMT:EG=l:(2.3~2.5)(摩尔比。
EG过量,有利于增加BHET收率),金属醋酸盐催化剂按DMT重量的0.05%左右加人酯交换釜,先控制反应温度为180~200℃,使酯交换反应生成的甲醇经酯交换釜上部的蒸馏塔馏出(称甲醇相阶段)。
生产中酯交换反应通常在常压下进行,甲醇馏出量达到理论生成量(按理论计算,每吨DMT生成甲醇约417L)的90%时,可认为酯交换反应结束,时间约4h。
酯交换反应结束后,随即加入缩聚催化剂三氧化二锑和热稳定剂亚磷酸三苯酯,可直接将物料放入缩聚釜进行缩聚;也可在酯交换结束后,将物料升温至230~240℃,使多余的EG被蒸出,并进行初期缩聚反应(称乙二醇相阶段),时间约1.5h,再放入缩聚釜进行缩聚。