化纖工藝學(xué)聚酯纖維第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

學(xué)習(xí)目的要求

初步掌握聚酯纖維的合成、紡絲等生產(chǎn)技術(shù),把握結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用,了解其改性和新型聚酯纖維.第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

第一節(jié)概述

聚酯是制造聚酯纖維、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由飽和的二元酸與二元醇通過縮聚反應(yīng)制得的一類線性高分子縮聚物。這類縮聚物的品種因隨使用原料或中間體而異，故品種繁多數(shù)不勝數(shù)。但所有品種均有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是其大分子的各個(gè)鏈節(jié)間都是以酯基“－COO－”相聯(lián)，所以把這類縮聚物通稱為聚酯。以聚酯為基礎(chǔ)制得的纖維稱為滌綸，是三大合成纖維（滌綸、錦綸、腈綸）之一，是最主要的合成纖維。第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日第二節(jié)聚對(duì)苯二甲酸乙二酯一、對(duì)苯二甲酸乙二酯的制備1．合成的工藝路線

合成的工藝路線酯交換路線環(huán)氧乙烷直接加成路線對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日PET纖維生產(chǎn)路線第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日（1）酯交換路線（酯交換法）將對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇按1∶2.5（摩爾比）比例混合，在醋酸鋅、醋酸錳和醋酸鈷催化劑的作用下，發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯。第三章聚酯纖維化纖工藝學(xué)H3COOC－－COOCH3＋2HOCH2CH2OHZn（CH2COO）2

HOCH2CH2COOC－－COOCH2CH2OH+2CH3OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日（2）對(duì)苯二甲酸用乙二醇直接酯化路線（直接酯化法）

HOOC－－COOH＋2HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOC－－COOCH2CH2OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日（3）環(huán)氧乙烷直接加成路線（環(huán)氧乙烷法）該路線是1973年開始工業(yè)化生產(chǎn)的。其反應(yīng)如下：

該反應(yīng)在飽和低分子脂肪胺或季胺鹽存在下，進(jìn)行極為順利，該路線具有成本低；產(chǎn)物低聚物少，容易精制；設(shè)備利用率高，輔助設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)。HOOC－－COOH＋2CH2－CH2HOCH2CH2COOC－－COOCH2CH2OH對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯O第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日如果采用高純度的對(duì)苯二甲酸和環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，其產(chǎn)物可不經(jīng)過精制就可以直接用于縮聚成聚酯。其中，酯交換聚酯法和直接酯化聚酯法現(xiàn)在依然是合成聚酯的兩大主要工藝路線.

酯交換路線是傳統(tǒng)的方法，因工藝技術(shù)成熟，所以至今在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)牡匚弧５谌戮埘ダw維化纖工藝學(xué)第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日直接酯化聚酯路線雖然起步較晚，但與酯交換聚酯路線相比，因具有消耗定額低，乙二醇配料比低，無甲醇回收，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，流程短，投資低等優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)展迅速。目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的聚酯裝置多以后者為主，其生產(chǎn)能力1997年就已達(dá)到152萬t/a。

第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的生產(chǎn)1.生產(chǎn)原理

用精制后的對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯在縮聚反應(yīng)催化劑和穩(wěn)定劑縮聚反應(yīng)，分離出乙二醇后即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，其反應(yīng)如下：

第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

由于縮聚反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)，為了使縮聚反應(yīng)進(jìn)行完全，必須排出反應(yīng)生成的低分子物質(zhì)（乙二醇），為此必須采用真空及強(qiáng)力攪拌，縮聚反應(yīng)最終壓力不大于266.6Pa，才能獲得高相對(duì)分子質(zhì)量的聚酯，一般產(chǎn)品的平均相對(duì)分子質(zhì)量不低于20000，用于制造纖維、薄膜的相對(duì)分子質(zhì)量約為25000。

第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

2．聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的生產(chǎn)工藝

從操作方式上看，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的兩種主要生產(chǎn)路線都有間歇操作和連續(xù)操作之分。相比較而言，直接酯化法連續(xù)法比間歇法的成本低20%；酯交換法連續(xù)比間歇的成本低10%。下面主要介紹酯交換法和直接酯化法聚酯的生產(chǎn)工藝。

第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日（1）酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝包括酯交換、預(yù)縮聚、縮聚等過程，其原則工藝流程如圖3-2所示。

①酯交換

將原料對(duì)苯二甲酸二甲酯連續(xù)加入熔化器中，加熱（150±5）℃熔化后，用齒輪泵送入高位槽中。另將乙二醇連續(xù)加入到乙二醇預(yù)熱器中預(yù)熱至150～160℃后，用離心泵送入高位槽中。將上述兩種原料按摩爾比1∶2分別用計(jì)量泵連續(xù)定量加入酯交換塔上部。第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日分別將催化劑醋酸鋅和三氧化二銻按DMT的0.02%加入量，用過量0.4mol的乙二醇配制成液體加入高位槽中,并連續(xù)定量送入連續(xù)酯交換塔上部。

連續(xù)酯交換塔是一個(gè)塔頂帶有乙二醇回流的填充式精餾柱的立式泡罩塔?？刂契ソ粨Q溫度為190～220℃，反應(yīng)所生成的甲醇蒸氣通過塔內(nèi)各層塔板上的泡罩齒縫上升，進(jìn)行氣液交換后進(jìn)入冷凝器冷凝后第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日流入甲醇貯槽中。原料由塔頂加入后，經(jīng)十六個(gè)分段反應(yīng)室流到最后一塊塔板，完成酯交換反應(yīng)，酯交換的生成物由塔底再沸器加熱后流入混合器中。第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日12345678910111213DMTEG催化劑去甲醇貯槽回收EG接真空系統(tǒng)去包裝1415

酯交換法連續(xù)生產(chǎn)聚酯工藝流程第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日②預(yù)縮聚

混合器中的單體經(jīng)過濾器過濾后，經(jīng)計(jì)量泵、單體預(yù)熱器送入預(yù)縮聚塔底部。預(yù)縮聚塔由十六塊塔板構(gòu)成，控制塔內(nèi)溫度在（265±5）℃。單體由塔底進(jìn)入后，沿各層塔板的升液管逐層上升，在上升過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)所生成的乙二醇蒸氣起攪拌作用，可以加快反應(yīng)速率。當(dāng)物料到達(dá)最上一層塔板后，便得到特性粘度[η]＝0.2～0.25的預(yù)聚物，預(yù)聚物由塔頂物料出口流出.第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日③縮聚預(yù)聚物由計(jì)量泵定量連續(xù)輸送到臥式連續(xù)真空縮聚釜的入口。該釜為圓筒形的內(nèi)有49枚圓盤輪的單軸攪拌器，釜的底部有與圓盤輪交錯(cuò)安裝的隔板隔成的多段反應(yīng)室，如圖10-3所示。以鋅催化劑時(shí)，釜內(nèi)縮聚反應(yīng)溫度不超過270℃，加入穩(wěn)定劑后可控制275～278℃，壓力小于133.3Pa。在攪拌器的作用下，物料由縮聚釜一端向另一端移動(dòng)，在移動(dòng)過程中進(jìn)行縮聚反應(yīng)。當(dāng)物料到達(dá)另一端時(shí)，聚酯第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日樹脂的特性粘度逐漸增加到0.64～0.68。然后經(jīng)過連續(xù)紡絲、拉膜或造粒即得其產(chǎn)品。

（2）直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝直接酯化聚酯生產(chǎn)工藝所用的原料對(duì)苯二甲酸與乙二醇的質(zhì)量要求如表10-3所示。其工藝過程包括酯化與縮聚。第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日①酯化反應(yīng)對(duì)苯二甲酸與乙二醇按摩爾比1∶1.33配料，以三氧化二銻為催化劑，在攪拌下，控制酯化溫度在乙二醇沸點(diǎn)以上。酯化反應(yīng)在如圖3-2所示的反應(yīng)釜中進(jìn)行。用平均聚合度為1.1的酯化物在反應(yīng)器中循環(huán)，酯化物與對(duì)苯二甲酸的摩爾比為0.8。控制釜的夾套溫度為270℃，物料在釜內(nèi)第一區(qū)室內(nèi)充分混合，制成粘度第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日為2Pa·s的漿液。這種漿液穿過區(qū)室間檔板上的小孔進(jìn)入下一個(gè)區(qū)室，物料在前進(jìn)中進(jìn)行反應(yīng)，最后獲得均一低聚物。反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)蒸餾排出設(shè)備外。

②縮聚反應(yīng)

縮聚反應(yīng)設(shè)備與酯交換基本相同，連續(xù)酯化后的產(chǎn)物進(jìn)入縮聚設(shè)備進(jìn)行連續(xù)縮聚反應(yīng)，即得聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日由于直接酯交換法中一般要加入了磷酸三苯酯、亞磷酸三苯酯等

穩(wěn)定劑，所以聚酯產(chǎn)物的熱穩(wěn)定

性和聚合度都比酯交換法聚酯

高，可以作為生產(chǎn)輪胎簾子線的

高質(zhì)量纖維。

第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

第三節(jié)聚酯切片的干燥1、切片干燥的目的和要求切片在熔融紡絲之前必須進(jìn)行干燥。干燥的目的是除去切片中的水分，并提高切片的結(jié)晶度和軟化點(diǎn)。

2、切片干燥的工藝控制切片干燥過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)同時(shí)進(jìn)行的傳熱和傳質(zhì)過程，并伴隨著高聚物結(jié)構(gòu)(結(jié)晶)與性質(zhì)(軟化點(diǎn)等)的變化。

溫度時(shí)間風(fēng)速風(fēng)濕度

第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日3、切片干燥設(shè)備

PET切片干燥設(shè)備分為間歇式和連續(xù)式兩大類。間歇式設(shè)備有真空轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)；連續(xù)式設(shè)備有回轉(zhuǎn)式、沸騰式和充填式等干燥機(jī)，也有用多種形式組合而成的聯(lián)合干燥裝置，如德國(guó)的KF、BM，吉瑪和日本的鐘紡、奈良等干燥裝置。第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日VC353真空干燥機(jī)示意圖第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日回轉(zhuǎn)圓筒一充填組合干燥工藝流程圖第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

KF式干燥工藝流程第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

間歇式預(yù)結(jié)晶和BM式干燥工藝流程圖第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)聚酯纖維的紡絲

聚酯纖維是通過熔融紡絲法生產(chǎn)的，一般是將聚酯樹脂切片經(jīng)過真空干燥（真空度266.6～666.5Pa，溫度140～150℃，時(shí)間10～20h），除去吸附的微量水分，并使樹脂由無定型變?yōu)榻Y(jié)晶形后，在惰性氣體的保護(hù)下加熱成熔體。再在一定壓力下定量壓出噴絲孔，冷卻后形成纖維，再經(jīng)拉伸、卷曲、切斷等工序成為一定規(guī)格的第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

可紡短纖維；或在拉伸后進(jìn)行加捻、定型等后處理工序，成為符合各項(xiàng)指標(biāo)的長(zhǎng)纖維。

PET纖維一般以紡絲速度高低來劃分紡絲技術(shù)路線類型

①常規(guī)紡絲：紡絲速度1000～1500m／min，其卷繞絲為未拉伸絲，通稱UDY（undrawyarn）第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日②中速紡絲：紡絲速度為1500～3000m／min。其卷繞絲具中等取向度，為中取向絲，通稱MOY（mediumorentedyarn）③高速紡絲：紡絲速度為3000～6000m／min。紡絲速度為4000m／min以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預(yù)取向絲POY（pre—orientedyarn）。第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

若在紡絲過程中引入拉伸作用，可獲得具有高取向度和中等結(jié)晶度的卷繞絲，為全拉伸絲FDY（fulldrawyarn）。④超高速紡絲：紡絲速度為6000～8000m／min。卷繞絲具有高取向和中等結(jié)晶結(jié)構(gòu)，為全取向絲，通稱FOY。第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日1.紡絲熔體的制備由縮聚釜或用連續(xù)縮聚制得的PET熔體可直接用于紡絲，也可以經(jīng)鑄帶、切粒后再熔融以制備紡絲熔體。

用于熔紡合成纖維生產(chǎn)的主要是單螺桿擠出機(jī)，其結(jié)構(gòu)見圖。第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日單螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.紡絲機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

VD405高壓紡絲頭組件第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.紡絲過程中的主要工藝參數(shù)

熔法紡絲過程中有許多參變數(shù)，這些參變數(shù)決定纖維成形的歷程和紡出纖維的結(jié)構(gòu)和性能，生產(chǎn)上就是通過控制這些參數(shù)來制得所要求性能的纖維。按工藝過程生產(chǎn)中控制的主要紡絲參數(shù):熔融條件噴絲條件固化條件繞絲條件

第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日4.聚酯短纖維的紡絲工藝

PET短纖維的紡絲，按其使用的原料狀態(tài)不同，可分為切片紡絲和直接紡絲兩類。切片紡絲工藝流程：PET切片→干燥→熔融→紡絲→后處理→成品纖維直接紡絲工藝流程：PET熔體一紡絲一后處理一成品纖維。第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

PET短纖維常規(guī)紡絲工藝流程圖

第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.聚酯長(zhǎng)絲的紡絲工藝PET長(zhǎng)絲普通長(zhǎng)絲(復(fù)絲)、工業(yè)用長(zhǎng)絲彈力絲空氣變形絲等品種。

聚酯長(zhǎng)絲的生產(chǎn)工藝路線第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日PET長(zhǎng)絲分類如下：第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

長(zhǎng)絲紡絲工藝流程圖第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

第五節(jié)聚酯纖維的高速紡絲圖３-１４PET短纖維高速短程紡絲工藝流程示意圖1.短纖維高速紡絲第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日PET預(yù)取向絲的生產(chǎn)全拉伸絲的生產(chǎn)全取向絲的生產(chǎn)

2.長(zhǎng)絲高速紡絲第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日第六節(jié)聚酯纖維后加工纖維后加工作用：（1）將纖維進(jìn)行拉伸（或補(bǔ)充拉伸），使纖維中大分子取向，并規(guī)整排列，提高纖維強(qiáng)度，降低伸長(zhǎng)率。（2）將纖維進(jìn)行熱處理，使大分子在熱作用下，消除拉伸時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低纖維的收縮率，并提高纖維的結(jié)晶度。（3）對(duì)纖維進(jìn)行特殊加工，如將纖維卷曲或變形、加捻等，以提高纖維的摩擦系數(shù)、彈性、柔軟性、蓬松性，或使纖維具有特殊的用途及紡織加工性能。第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日?qǐng)D３-15PET短纖維后加工工藝流程示意圖第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.PET長(zhǎng)絲后加工主要工藝參數(shù)拉伸倍數(shù)：

拉伸倍數(shù)由冷拉伸盤和熱盤的線速度之比確定，要大于卷繞絲的自然拉伸比，小于最大拉伸比，一般為3.5～4.2倍。

拉伸溫度：拉伸溫度指熱盤溫度，要高于纖維玻璃化溫度10～20℃，一般控制在80～90℃土10℃。在此范圍內(nèi)溫度變化對(duì)纖維強(qiáng)度無明顯影響；但隨溫第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日度升高，拉伸倍數(shù)可以增大、結(jié)晶度升高、拉伸應(yīng)力下降、毛絲減少、染色不勻率增加。

拉伸速度：拉伸速度一般在800m／min左右，過高的拉伸速度容易出現(xiàn)毛絲。

定型溫度；定型溫度指熱板或狹縫溫度，一般控制在180℃左右。第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日PET長(zhǎng)絲拉伸加捻機(jī)示意圖第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日3.假捻變形絲加工PET彈力絲的加工方法第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日捻向示意圖假捻原理示意圖假捻原理示意圖第五十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第七節(jié)聚酯纖維的改性和新型聚酯纖維