聚酯纤维生产工艺

过滤
过滤的目的是除去熔体中的杂质
喷丝板
结构： 导孔+毛细孔
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
纺丝熔体的制备
❖ 纺丝熔体的制备-连接切片干燥和纺丝两个重要的工序。 ❖ 纺丝熔体是通过熔融过程制备的，它是将切片在加热下由
固态转变为液态的一个过程。 ❖ 主要有两种熔融方式，即采用炉栅或采用螺杆挤出机熔融
。 螺杆挤出机的优点
❖ 传热效率高, ❖ 能挤出高粘度的熔体 ❖ 熔体在螺杆中塑化搅拌均匀,能形成均匀的熔体 ❖ 聚合物在螺杆中停留时间短,减小分解的可能,停留时间
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
干燥的工艺原理
❖ 切片干燥是一个传热、传质的物理过程。 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 。
❖ 自由水分属于表面吸附水分，存在于切片表面或孔隙之中。 ❖ 平衡含水属于分子间结合水，其中部分水分子与聚酯大分子
形成氢键，很难完全脱除。 ❖ 水分的平衡：切片内部和表面的平衡、切片表面与干燥介质
❖ 切片中水的危害 – 聚酯分子链在纺丝过程中产生剧烈的水解，造成分子 量降低； – 形成所谓“气泡丝”、毛丝和飘丝； – 切片含水量的差异，造成的纤维染色不匀。 – 含水的聚酯切片软化点较低，造成“环结”堵塞现象
❖ 不同聚酯纤维对切片含水的要求 – 长丝：含水率应小于50ppm，最好小于30ppm。 – 短纤维：含水率应小于80ppm。
密堆积结构，结晶能力强。 ❖ 分子间作用力强 ❖ 许多重要的性质与酯基相关 ❖ 有少量的羧基和醚键存在 ❖ 分子量通常在15000~22000之间 ❖ 分子量分布越小可纺性越好
PET的物理性质
课程介绍
第一章 聚酯纤维生产工艺
• 第三节 聚酯纤维的生产技术及工艺
重点内容：聚酯纤维的的生产技术与工艺。
优点： 工艺流程短：可省去切片的生产、运输、
混合、干燥、熔融等工序 设备投入小：单位产量建设资金投入小 原料单耗及能耗低
缺点： 要求聚酯的聚合工序与纺丝工序配合紧密
，一体化程度高 聚合工序的故障或熔体的供应不足均会影
响纺丝工序，纺丝工序的严重故障也可能会影 响到聚合工序，因此要求工艺和设备十分稳定 应用范围：适合于产品单一、生产规模大、连 续化程度高的情况下用
切片纺丝
优点： 聚合与纺丝相互独立，有利于纺
丝厂的合理布局 纺丝品种可根据市场的变化做出
快速改变，灵活性大 缺点：
工艺流程长 原料消耗和能耗高 单位产量的建设资金投入大 应用范围：适合小品种、多功能、差 别化纤维的生产，适合于长丝的生产
1.3. 1 原料的纺前准备及处理
切片的干燥
❖ 干燥的目的（普通聚酯切片含水率通常约为0.4％） – 干燥的目的是除去切片中的水分 – 提高聚酯的软化点；
– 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
– 转鼓真空干燥温度为120~140oC。 – 热风干燥一般在160℃以上。
聚酯切片的干燥有真空干燥和气流干燥两种。由于干 燥方式或设备的不同，工艺流程、工艺条件及操作规 则方面会有差异，但干燥的原理基本相同。 真空干燥（进出料1.5-2h，升温2.5-3.5h，保温3-4h，冷却1h ）
1.3 聚酯纤维的生产技术及工艺
❖ 聚酯纤维的纺丝-采用熔体纺丝技术。 ❖ 根据原料的状态不同，可以将聚酯的纺丝工艺分为直
接纺丝和切片纺丝两类。
直接纺丝工艺流程： 聚合物熔体→纺丝→后处理 →成品
切片纺丝工艺流程： 聚合物切片→干燥→熔融→纺丝→后处理 → 成品
直接纺丝与切片纺丝技术比较
直接纺丝
VC353真空干燥机示意图 1-冷却桶、2-除尘桶、3-加热夹套
连续式气流干燥
回转圆筒-充填组合干燥 （热空气介质加热，165-180℃）
纺丝熔体的制备的输送
❖ 熔融装置：螺杆挤出机 ❖ 熔体输送、分配：弯管、熔体分配管 ❖ 保温装置：纺丝箱体 ❖ 计量装置：计量泵 ❖ 纺丝：纺丝组件 ❖ 丝条冷却装置：纺丝窗、侧吹风 ❖ 丝条收集装置：卷绕机
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
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，
的平衡。这一平衡过程对干燥的条件有很大的依耐性。我们 可以用亨利分压定律来简单地描述平衡含水量与水汽分压的 之间的关系： 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
一般为5~10min
螺杆挤出机的结构
熔体制备中经常遇到的问题
（1）熔体均匀性差； （2）降解程度高； （3）环结堵料。
聚酯熔融温度的选择 切片熔融温度通常在熔点以上20℃左右，低于其
分解温度。螺杆分3~6区加热。
熔体的混合
❖ 用机械方式将螺杆出口的熔体混合均匀的过程。 ❖ 早期的混合是采用静态混合器，使用静态混合器可以
聚酯纤维生产工艺
课程介绍
第一章 聚酯纤维生产工艺
• 第一节 概论
重点内容：聚酯纤维的发展简史与产品分类。
• 第二节 聚酯原料生产工艺及技术
重点内容：聚酯原料的生产技术与工艺。
1.2.2 聚酯分子结构特征
❖ 结构对称，线性好，易于平行排列 ❖ 分子链中含酯基，刚性大，熔点高（267oC) ❖ 两种构象(顺式和反式) ❖ 立构规整度高，所有芳环处在同一平面上，能形成紧