《涤纶长丝生产》PPT课件.ppt
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1、涤纶长丝生产课程,假捻部工艺组 2012-2-10,第一节 涤纶纤维知识,1、涤纶的定义:我们通常所说的涤纶是指以对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为基本原料制成聚对苯二甲酸乙二酯涤纶树脂,经熔融纺丝和后加工制成的合成纤维。涤纶是合成纤维中的一个重要品种,是我国聚酯纤维的商品名称。因为分子结构中含有酯基:,涤纶又称为聚酯纤维。,PET,PET发明于1944年,1949年率先在英国实现 工业化生产。六十年代,随着石油大量开采,化纤迅速发 展,涤纶在20世纪70年代以前一直保持高速 发展。1972年涤纶产量首次超过锦纶成为化 纤第一大品种。20世纪90年代后,涤纶工业的发展重心开始 转向亚洲。,
2、2、PET发展简介,我国聚酯的生产起步较晚,20世纪70年代开始形 成上海、天津、辽阳等生产基地。2002年我国涤纶生产能力一举突破1000万t/a大关,占世界涤纶总生产能力的1/4以上,居世界聚酯生产的首位。2005年我国涤纶长丝产量占世界长丝总产量的54%,占据世界涤纶长丝的一半多。(涤纶短纤占世界短纤总产量的47%),涤纶长丝,初生丝,拉伸丝,未取向丝(常规纺),半取向丝(中速纺),预取向丝(高速纺),高取向丝(超高速纺),UDY,MOY,POY,HOY,拉伸丝(POY DT),全拉伸丝,FDY,变形丝,常规变形丝,拉伸变形丝,空气变形丝,TY,DTY,ATY,1.按生产方式分类,3.涤
3、纶长丝分类,性能,2.按用途分,主要分为民用及工业用,3.按聚合物中TiO2含量不同来分,涤纶长丝,超有光(或大有光)TiO2含量为0,有光 TiO2含量 0.1%,半消光 TiO2含量 0.3-0.5%,全消光 TiO2含量 2.5%,4、按dpf划分,5.性能和用途,1)初始模量 初始模量即弹性模量是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1%时所需的应力。民用长丝不低于90CN/dtex,产业用丝可达132.5 CN/dtex,而锦纶66仅分别为35 CN/dtex和44 CN/dtex,而且在温度(干态或稳态)增高时,涤纶的模量更优于锦纶。所以,涤纶的初始模量在聚酯纤维的应用中被认为是一个重要的决
4、定因素。2)强度 涤纶有较高的强度(大约在4.58 CN/dtex),这能满足大多数服装和产业用的要求。并且它在95水中的保留强度达73,而锦纶只有51.3)弹性涤纶的弹性没有锦纶的好。例如,在2张力下的弹性恢复率为96,锦纶在同样条件下的弹性回复率为98.但应该指出的是,由于涤纶有较高的初始模量,所以其尺寸稳定性特别好。4)折皱恢复性虽然涤纶的弹性恢复率不是太高,但涤纶织物对不希望产生的折皱的恢复率是很高的。5)韧性相对于锦纶,涤纶的断裂伸长比较低,以至于涤纶的韧性对能量的吸收性能和耐磨损性都较低。,6)水的吸着作用在这方面涤纶很差,无论在湿空气中的回潮还是水的膨胀方面都是如此;平衡含水率为
5、0.4%,比锦纶的吸着力差,和腈纶相似。7)缩水性涤纶织物输水,缩水极少或几乎不缩水,特别是经过正确的热定型后,可保持1%之内的缩水要求。8)密度涤纶密度近于1.38g/m3,比锦纶(1.14g/cm3)和丙纶(0.90g/cm3)都高9)电阻率 高于锦纶的电阻率,一般在10111014欧姆/cm,锦纶为1091014欧姆/cm。10)起球 由于织物中的单丝松散和断头,造成了纤维球。因为纤维的强度高,纤维球被保留在织物上。生产者近来已制成了低抗拉强度不易成球的涤纶,它同样保持了高耐磨损性。11)玻璃化温度涤纶干态时玻璃化温度为80。次特点有利于进行纱线的卷曲及变形、织物热定形和织物打裥。,表1
6、.涤纶、锦纶与丙纶之物性比较,4.涤纶长丝的品质标准(物理指标),1)线密度2)断裂强度3)断裂伸长率4)条干不匀率条干不匀率是一种表示长丝条干均匀度的指标,用cv值(变异系数)或(U)值(Uster)表示。国际标准用CV值。Cv值的测试方法有三种,即Normal法、In-ert法、1/2Inert法,通常采用Normal法。这项指标对预取向丝和拉伸丝尤为重要。长丝条干不匀,在加工过程中容易产生毛丝和染色不匀。5)沸水收缩率6)染色均匀性染色均匀性是长丝的一项重要品质指标。变形丝的染色均匀性:每个丝筒子均要测定染色均匀性。工业部标准采用灰卡定等,分为5级9档,级数越高,染色性能越均匀。7)卷曲
7、收缩率和卷曲稳定度8)含油率9)满筒率,第二节.聚酯、切片及干燥,1、聚酯的概念聚酯是由二元或多元醇和二元或多元酸缩聚而成在大分子主链尚含有酯键的一大类高聚物之总称。它们包括聚酯树脂、聚酯纤维、聚酯橡胶等,品种繁多,用途广泛。涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的商品名称。在国外称“达克纶”(美国)、“特丽纶”(英国)等,在我国称为“涤纶”,早期市场上俗称“的确凉”,缩写为PET。涤纶后加工分短纤维和长丝,短纤维主要用于衣料,长丝除了服装用以外,还可以做成输送带,轮胎帘子线,缆绳等。,2.聚酯生产工艺的种类,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的生产,按生产使用的原料来分有:DMT法、PTA法和EO法。即
8、酯交换法、直接酯化法和环氧乙烷法。按生产过程来划分有:连续法和间歇法。还有一种介于连续法和间歇法之间的半连续法。盛虹科技采用的是PTA连续直缩工艺。,1.酯交换法又称DMT法 由对苯二甲酸(TA)与甲醇(MA)反应生成对苯二甲酸二甲酯(DMT),再由DMT与EG进行酯交换得到对苯二甲酸乙二醇酯(BHET),然后进行缩聚反应生成PET。2.直接酯化法又称PTA法 直接用PTA与EG反应生成BHET,中间不需要经过对苯二甲酸二甲酯这一步,然后进行缩聚反应生成PET。目前世界PET总生产能力中约%以上采用PTA法。3.环氧乙烷法又称EO法 环氧乙烷法是对苯二甲酸与环氧乙烷(EO)进行反应制取对苯二甲
9、酸乙二醇酯(BHET),然后进行缩聚反应生成PET。过去日本曾用此法进行过生产,但由于此法具有易爆,易燃、有毒等缺点,目前已淘汰。连续法具有生产周期短、设备利用率高、产量大、产品质量稳定等特点。间歇法则转产容易,宜生产多品种产品,设备简单、操作方便、工艺成熟。半连续法虽然采用的不多,但能兼取连续法与间歇法的优点。,3.聚酯合成工艺流程介绍1,PTA法合成聚酯过程包括酯化和缩聚两个阶段,每个阶段根据反应程度的不同,可以采用13个反应器;根据反应器数量的不同,可以将合成工艺分为三釜流程和五釜流程。杜邦技术采用三釜流程(一期聚酯),即酯化釜、预缩聚釜和终缩聚釜;而吉玛、中纺和伊文达技术均采用五釜流程
10、(二期聚酯),即第一酯化釜、第二酯化釜、第一预缩聚釜、第二预缩聚釜和终缩聚釜。五釜流程每个阶段的反应较均匀,副产物少;三釜流程的反应均匀性稍逊色,但流程短,可减少设备和管道的数量。五釜流程采用较低酯化温度和较低操作压力;而三釜流程则采用较高的EG/PTA摩尔比和较高的酯化温度,目的是强化反应条件,加快反应速度,缩短反应时间。,4.聚酯合成的主反应a.酯化阶段,直接酯化反应可采用催化剂也可以不采用催化剂而在加压或常压下进行酯化反应。PTA直接酯化反应目前生产上一般不采用催化剂,因为PTA分子中的羧酸本身就可起催化作用,这种催化实际上为氢离子催化。因此,在没有催化剂存在下的酯化反应被认为是一个酸催
11、化过程。酯化反应是一可逆反应,其反应方程式如下:,b.酯化缩聚反应:,c.缩聚反应,在酯化阶段,不但存在着酯化与缩聚两种主反应,同时还存在着生成二甘醇()和乙醛的副反应。对生成优质而言,含量是一个相当关键指标。如果有较多的存在,由于它介入聚合,将会影响聚合链质量,降低熔点。,聚 合 工 艺 流 程,5.工艺流程简介2,聚酯装置以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)为原料,醋酸锑为催化剂,二氧化钛为消光剂,二甘醇为添加剂,采用直接酯化、连续缩聚的生产工艺路线生成聚对苯二甲酸乙二酯(PET);具体地讲,装置采用五釜工艺流程,二段酯化、二段预缩聚和一段终缩聚,工艺条件为低温、低压、相对长的停留时间
12、(反应时间),使产品均匀性好,质量稳定性好,并且易控制操作。另外生产装置中的EG采用内循环方式,有效地降低了EG的消耗;终缩聚的真空系统采用EG蒸汽作为喷射介质,EG蒸汽喷射冷凝液可直接送到浆料配制,减少了EG损失,减少了污水量。通过对系统添加二甘醇,可以调节PET中二甘醇含量并保持恒定,可以增强后道聚酯纤维的染色性能。聚酯装置生产的聚酯熔体(PET)一路送往切粒机切成聚酯切片,一路送往长丝装置生产POY、FDY系列长丝。,6.长丝对熔体或切片质量要求,1)特性粘数为了使产品具有适当的物理机械性能,又能顺利纺丝,要求聚酯熔体或切片有适当的分子量。而测定分子量及其分布的方法烦杂,故用特性粘数表示
13、其分子量的大小。熔点 熔点(软化点)指高分子链能自由运动的温度。长丝生产要求聚酯熔体或切片的熔点约为260.2)二甘醇含量聚酯中二甘醇的含量影响切片的熔点、色相和成品的染色。要求含量小于1.3,且分布均匀。3)凝聚粒子 聚酯熔体或切片中的凝聚粒子主要有聚合物的氧化凝胶物、二氧化钛凝聚物、催化剂沉淀物以及在反应釜壁上生成的高熔点物、碳化物等。这些杂物不仅加重了熔体预过滤器或组件过滤层的负荷,而且还极易导致毛丝和断头。4)端羧基含量 端羧基含量高,说明分子量分布宽,可纺性差。制得的成品在热态使用条件下,会导致聚酯大分子的降解加剧。要求端羧基含量小于30mmol/106mg。5)二氧化钛含量聚酯熔体
14、或切片中加入二氧化钛的目的是为了使纤维消光,加入量为0.30.5,就能较好地产生半消光作用,在能伍的较好的消光效果的前提下,TiO2的含量 应尽量低,并分布均匀,粒子细。6)灰分 指切片中除TiO2以外的无机物金属盐。含量高,表明切片内杂质多,切片的纺丝性能差,故一般要求低于0.1.7)铁质含铁量高,会使纤维发黄,色泽变差,故要求其含量小于3ppm。8)色相聚酯熔体或切片的色相不仅影响成品纤维的色相,而且影响切片的纺丝性能。一般要求切片的色相b值小于3.,9)粒子尺寸要求切片粒子的尺寸均匀,超大粒子和粉末含量尽量少,以防止切片在输送过程中的堵塞,且能减少成品纤维的原料单耗。10)含水率 切片的
15、标准含量为0.4,干燥装置均据此设计。含水率高,不利用干燥,并会增大切片消耗。,7、切片干燥的目的和要求,目的:1、除掉水分 2、提高软化点 3、除去粉末 4、提高均匀性要求:1、含水率要求:高速纺要求在30ppm 2、切片粘度降:一般控制在范围 3、对粉末量的要求:0.1%以下(越少越好)4、对均匀性的要求:干燥历程和时间基本一致,1.纺丝工艺流程如下:熔体输送 增压泵 热交换器 纺丝箱体 计量泵 纺丝组件 侧吹风 上油 FDY:热辊牵伸定型 卷绕成型 POY:导丝盘 卷绕成型,第三节.高速纺丝,1)静态混合器 静态混合器是熔体输送管道上的重要部件之一,作用是:均化熔体,减少“壳层效应”。静
16、态混合器安装在管道内部,一般看不见它。它的混合过程是靠固定在管内的混合元件来完成的,使熔体时而左旋时而右旋,不断改变流动方向,不仅将中心液流推向周边,而且将周边流体推向中心,从而造成良好的径向混合效果。,2.纺丝的部分主要设备,使流体在管子截面上的温度梯度、速度梯度和质量梯度明显减少,改善了熔体的均匀性。,2)熔体热交换器 熔体热交换器的作用就是换热,根据工艺的需要,可以起到加热的作用,也可以起到冷却的效果。,3).增压泵 增压泵的作用是增加熔体的输送压力。熔体直纺生产的熔体输送管道一般较长,熔体管道长,压力损失较大,熔体输送压力越来越小,为了保证纺丝计量泵泵前压力,因此要通过增压泵提高熔体的
17、输送压力。,熔体,增压泵,热交换器,40bar,100-150bar,4).热媒循环泵 作用是热媒循环的动力来源,使系统中的液相热媒沿一定的方向循环,对熔体输送管路进行保温或通过热交换器与熔体进行热交换。,纺丝箱体的作用是:使每个纺位的计量泵和纺丝头都能保持均匀一致的温度,并把从总管输送的熔体通过纺丝泵均匀计量、组件过滤纺成丝。熔体温度的变动对成品丝的染色均匀性有影响,因此要求熔体温度均匀稳定,联苯是最佳的载热体,使得熔体分配管、计量泵和纺丝组件保持温度均匀。联苯加热的方式有两种:一种是联苯在箱体内的汽热相加热;另一种是锅炉外循环汽相加热。常规纺耗热量少,一般采用汽液相加热;高纺速耗热量多,采
18、用锅炉外循环加热。我们公司采用的锅炉外循环加热。,5).纺丝箱体,纺丝计量泵的作用是将纺丝熔体定量均匀的输向喷丝组件,通过喷丝小孔喷出丝束,以确保丝束纤度均匀。计量泵是纺丝机的关键部件之一,其计量精确性对纺丝质量的影响很大。计量泵在使用过程中也会发生故障,常见的故障有泛浆、渗浆和卡泵等。计量泵转速:根据POY线密度决定,7).纺丝计量泵及其传动,8).纺丝组件 纺丝组件的作用是使熔体通过过滤层后,除去杂质,充分混合均匀,并在一定压力下,从喷丝板的微孔喷出,形成丝条。纺丝组件一般由壳体、盖板、耐压板(分配板)、过滤网、过滤层(过滤砂)、喷丝板、密封圈等组成。纺丝组件使用一段时间后,板面及喷丝孔周
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