《纤维合成工艺》PPT课件.ppt

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1、纤维合成工艺,PPSPPS树脂是硫化钠和对二氯苯在N一甲基吡咯烷酮溶剂中缩合而成，平均分子质量为 4.5万-6万，用PPS树脂制造出PPS纤维，采用常规的生产方法，则要求PPS树脂的直链度要高，特别是对网状物(凝胶团)有严格的要求。但由于直链PPS易于氧化降解，在高温下有明显的氧化现象，影响PPS纤维的使用效果。由于纤维级的PPS树脂是热塑性材料，熔点为285左右，且PPS在200以下几乎不溶于任何溶剂，难以进行湿法纺丝，因此选择熔融纺丝拉伸定型的工艺技术。图1 PPS纤维合成工艺流程,聚酰亚胺（P84）聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物尤为重要。它的合

2、成方法可以分为两类，一类是在聚合过程中形成聚酰亚胺环；另一类是以带酰亚胺环的单体缩聚来获得聚酰亚胺。比较经典的方法是第一类，其中用二酐和二胺反应是合成聚酰亚胺最普遍使用的方法。反应分两步进行，首先是生成聚酰胺酸的反应：第二步是酰亚胺化过程，从而生成带有酰亚胺结构的聚酰亚胺大分子：,酰亚胺化反应使聚台物的性质从聚酰胺酸到聚酰亚胺发生了根本性的变化。酰亚胺化可通过加热或化学的方法实现。热酰亚胺化是加热聚酰胺酸溶液或固态聚酰 胺酸，使酰胺和处于邻位的羧基发生脱水环化反应，形成具有酰亚胺结构的聚合 物。化学环化是聚酰胺酸在脱水剂的作用下发生酰亚胺化的过程。最常用的脱水 剂为酸酐(如醋酸酐、三氟醋酸酐)

3、，并以叔胺(如三乙胺、吡啶)为催化剂化学环 化的优点是可以在室温下反应。化学酰亚胺化容易生成聚异酰亚胺，但在加热脱溶剂时会转化为聚酰亚胺。具体二步法制造聚酰亚胺纤维的方法为：第一步是将聚酰胺酸的浓溶液经湿法或干湿法喷丝得到聚酰胺酸纤维。第二步是将第一步纺制的聚酰胺酸纤维经化学环化或热环化得到的聚酰亚胺纤维。纤维的拉抻工序可以在第一步进行，也可在第二步酰亚胺化的过程中进行，或者每一步都进行一定的拉伸，聚酰胺酸浆液常用的溶剂有二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N一甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等非质子极性溶剂，因此聚酰胺酸纤维中残留的溶剂比较容易洗净，有利于后

4、期的酰亚胺化和拉伸工序的进行。其他的还有一步法，即以聚酰亚胺为纺丝原浆、无酰亚胺化步骤的工艺，制备出来的为可溶性纤维；此外，还有熔融纺丝等。我们所说的P84纤维是是奥地利Lenzing AG公司(即现在的Inspec Fibers)于80年代中期推出的产品，是由BTDA和二异氰酸二苯甲烷酯及二异氰酸甲苯酯制得。,PSA先进行缩聚反应，将3,3-二氨基二苯砜和4,4-二氨基二苯砜溶于二甲基乙酰胺中，再加入对苯二甲酰氯进行低温溶液缩聚，得到相对粘度1.6的聚砜酰胺聚合溶液，体积浓度约13%。然后进行纺丝，将上述溶液用氯化钙中和，过滤、脱泡后进行湿纺，凝固液为二甲基乙酰胺-氯化钙的水溶液，经水洗、干

5、燥后热拉伸而得长丝。若制备短纤维，则将长丝束卷曲后切断、打包。若要得到沉析纤维，可以将上述纺丝溶液中，在高速剪切力作用下，加入适量沉析剂，就得到纤维状的沉析纤维，水洗后干燥而得产品。,芳纶1313芳纶 l3l3由间苯二甲酰氯(ICI)和间苯二胺(MPD)缩聚而成，其反应式为：生产缩聚物主要有如下3种方法。界面缩聚法:把配方量的间苯二胺溶于定量的水中，加入少量 的酸吸收剂成为水相。再将配方量的ICI溶于有机溶剂中，然后边强烈搅拌边把ICI溶液加到 MPD的水溶液中，在水和有机相的界面上立即发生反应，生成聚合物沉淀，经过分离、洗涤干燥后得到固体聚合物。,低温溶液缩聚法:先把间苯二胺溶解在 N，N二

6、甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，在搅拌下加入间苯二甲酰氯，反应在低温下进行，并逐步升温到反应结束。然后加入氢氧化钙，中和反应生成氯化氢，使溶液成为DMAcCaCl酰胺盐溶液系统，经过浓度调整，可直接用于湿法纺丝，也可以通过碱性的离子交换树脂除去反应生成的HCl。乳液缩聚法：将ICI溶于与水有一定相溶性的有机溶剂(如环己酮)，MPD溶于含有酸吸收剂的水中，高速搅拌，使缩聚反应在搅拌时形成的乳液体系的有机相中进行。此方法利于热量传递。此外，还有专利报道有气相缩聚法制备芳族聚酰胺。鉴于低温溶液缩聚与界面缩聚、乳液缩聚相比，耗用溶剂少，生产效率高，在直接使用树脂溶液进行纺丝、打浆和制膜时可以省去树脂析出

7、、水洗和再溶解等操作，在生产上更为经济，所以低温溶液聚合应用广 泛。经初步实验证实，采用低温缩聚法制备聚间苯二甲酰间苯二胺，溶剂为N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)时，有下列因素对反应有影响：(1)间苯二甲酰氯、间苯二胺纯度；(2)摩尔比；(3)反应温度；(4)反应时间；(5)溶剂中的水分含量；(6)搅拌速度等。,芳纶1313干法纺丝(产品名：Nomex)干法纺丝的流程为将低温溶液缩聚所得的纺丝液用氢氧化钙中和，得到约含 2 0聚合物及9CaCl2的粘稠液，经过滤后加热到150160进行干法纺丝，得到初生纤维因带有大量无机盐，需经多次水洗后在300左右进行4 5倍的拉伸，或经卷绕后的纤维先进入沸

8、水浴进行拉伸、干燥，再于300下张紧 1.1倍处理。干法纺丝产品有长丝和短纤维两种。湿法纺丝(产品名：Conex)湿法纺丝的一般流程为：纺前原液温度控制在22左右，原液进入体积密度为 1.366的含二甲基乙酰胺和CaCl凝固浴中，浴温保持60,得到的初生纤维经水洗后，在热水浴中拉伸2.73倍，接着再进行干燥,温度为130，然后在3 2 0的热板上再拉伸1.45倍而制得成品。浆液一凝固浴一洗涤一第一次湿拉伸一第二次湿拉伸一干燥一干拉伸一后处理,芳纶1414（杜邦公司产品名Kevlar）在装有不锈钢的搅拌器并开通有干燥氮气的玻璃聚合反应器中，加入含一定量无水氯化锂和N，N二甲基吡咯烷酮(NMP)的

9、吡啶溶液，在室温下加入粉末状对苯二胺，待其溶解后，用冰水浴将溶液降到一定温度，然后加入化学计量的粉末状对苯二甲酰氯，同时加快搅拌速度，随着反应进行，溶液粘度增大，液面突起，数分钟后，发生爬杆现象并出现凝胶化，继续搅拌数分钟，粉碎黄色凝胶团，然后将产物静置 6h以上。将所得的聚合体加少量水，粉碎过滤，再用冷水及热水洗涤多次，以除去残留的溶剂、氯化锂、盐酸及吡啶，至洗液显中性，再将聚合物于 100下干燥 5h以上，得干燥聚合体。然后将聚合体于冷浓硫酸中混合，再加热至75，成为向列型液晶溶液，再用于纺丝。（二步法）其步骤如下：（1）溶解。将合成好的聚合物与冷冻浓硫酸混合，固含量约为19.4；(2)熔

10、融。将混合好的纺丝液加热到 85的纺丝温度，此时形成液晶溶液；(3)挤出。纺丝液经过滤后用齿轮 泵从喷丝口挤出；(4)拉伸。挤出液在一个被称为气隙的约为 8mm的空气层，在气隙中进行约为6倍的拉伸；(5)凝固。液态丝条在温度为520，质量分数为 520硫酸的凝固浴中凝固成形；(6)水洗中和干燥。丝条从凝固浴出来后水洗，在 160210加热干燥；(7）卷绕。干的Kevla r纤维在卷筒上卷绕。此工艺的纺丝速度大于 200m/min。,其他合成芳纶1414的方法简单如下所示：,PTFE聚四氟乙烯由四氟乙烯经自由基聚合生产。工业上的聚合反应是在大量水存在下搅拌进行的，用以分散反应热，并便于控制温度，

11、聚合一般在40-80，3-26千克力/厘米2压力下进行，可用无机的过硫酸盐、有机过氧化物为引发剂，也可以用氧化还原引发体系。每摩尔四氟乙烯聚合时放热171.38KJ。分散聚合须添加全氟型的表面活性剂，例如全氟辛酸或其盐类。制造聚四氟乙烯纤维：一是采用切割拉伸法，即将聚四氟乙烯薄膜切割成细条拉伸而成;另一种方种就是以化学纤维为载休的湿法纺丝，即使聚四氟乙烯树脂与化学纤维的混合液经过纺丝头，挤成纤维，然后在高温迸行烧结，化学纤维分解、碳化逸去，得到聚四氟乙烯纤维。聚四氟乙烯纤维在低温时仍很柔软，可编织成人工血管;也可编织成动密封件，这种动密封件比石棉动密封件具有更广泛的使用温度与耐化学腐蚀性。用聚

12、四氟乙烯纤维织成的布具有聚四氟乙烯所具有的所有优良特性，可用于制造人工关节、防护衣、滤布、绝缘材料及包装材料等。将聚四氟乙烯分散液与粘胶混合后，用计量泵(0.6ml/min)将上述混合液经过过滤器过滤后打入纺丝头(孔径0.01mm)，纺丝头放置在凝固浴中，经过纺丝头的混合液在凝固浴中凝聚成纤维，然后使纤维经过淋洗辊以95的软水淋洗，再上油辊(采用锦纶#2油)，干燥辊(表面温度150200)、烧结炉(温度440、速度1m/min左右)，最后进行拉伸(温度420，拉伸89倍)，制成聚四氟乙烯纤维。,涤纶涤纶的生产过程包括缩聚和熔体纺丝两部分。原料主要从石油裂解获得，也可从煤和天然气取得。石油加热裂

13、解得到甲苯、二甲苯和乙烯等，经化学加工后可得到对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯及乙二醇。在早期涤纶生产中由于对苯二甲酸不易精制，曾用对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料。1965年对苯二甲酸的精制获得成功，使涤纶生产工序减少，成本降低。用对苯二甲酸和乙二醇为原料生产的涤纶逐年都有增加。缩聚：将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇进行酯交换，生成的对苯二甲酸乙二酯，在270290和真空条件下缩聚而得聚对苯二甲酸乙二酯;或将对苯二甲酸与乙二醇直接酯化,然后对苯二甲酸乙二酯进行缩聚获得合成纤维聚合物。熔体纺丝：有切片纺丝法和直接纺丝法两种。切片纺丝是将缩聚后的高聚物熔体经铸带、切粒而得到切片，再经过干燥、熔融而纺丝。熔融

14、过程中，切片所含的水分能使聚酯发生水解而影响纺丝性能和纤维质量，因此在纺丝前必须经过干燥，使切片含水率降低到0.01以下。直接纺丝则将高聚物熔体干燥后的涤纶切片在螺杆中加热熔融，挤压送入纺丝箱体的各个纺丝部位，由计量泵精确计量和过滤后，从喷丝板的小孔中喷出。喷丝孔的直径一般为0.250.30毫米。喷出的熔体细流，被冷却气流冷却凝固成丝条。纺制短纤维时,多根线条集合在一起,经给湿上油后落入成丝桶。再经集束、拉伸、卷曲、热定形、切断等工序得到成品。如在拉伸后经过一次180左右的紧张热定形，则可得到强度达到6克/旦以上、伸长率在30以下的高强度、低伸长率短纤维。,均聚丙烯腈（DT）水解原理为,聚丙烯（PP）聚丙烯纤维有等规聚丙烯为原料纺丝制得。等规聚丙烯的合成根据聚合介质的不同,聚合可以区分为在惰性碳氢化合物中的悬浮聚合(淤浆式聚合法),在液态单体中的整体聚合以及气相聚合。聚丙烯纤维通常采用熔融纺丝法纺丝。,