第六章聚酰胺纤维

第六章聚酰胺纤维 锦纶DTY系列产品锦纶长丝 PA6切片锦纶POY.FDY系列产品

第一节、聚酰胺纤维概论 一、定义：大分子链中各链节通过酰胺键相连的成纤高聚物纺制的纤维～尼龙、耐纶、卡普隆、贝纶、阿米伦二、分类： 1、由二元胺和二元酸缩聚而得： [ HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO ]n 2、由ω-氨基酸缩聚或由己内酰胺开环聚合而得： [NH(CH2)xCO ]n

三、聚酰胺纤维生产工艺流程： 1、聚酰胺6纤维

2 、聚酰胺66纤维生产

第二节、聚酰胺原料的制备 一、单体的合成： 1、己二胺：己二酸法、丁二烯法、丙烯腈法 2、己二酸：环己烷氧化法、苯酚法 3、己内酰胺：苯酚法、环己烷法（空气氧化法、光亚硝化法）、甲苯法

聚合塔仰视图

1、连续聚合工艺流程： 二、聚己内酰胺的制备 K.F.型连续聚合生产流程

2、聚合工艺控制： （1）投料比： • 开环剂：蒸馏水或无离子水——3%己内酰胺水↑→水解开环反应诱导期↓→反应速度↑→达到平衡所需的时间↓ 反应初期：水↑（开环剂）→反应速度↑ 反应后期：水↑→聚合物平均分子量↓（水解：CONH +H2O→COOH + NH2） • 分子量稳定剂：己二酸=0.15～0.4%己内酰胺；醋酸=0.025～0.13% 己内酰胺 • 作用：封闭己内酰胺的端基，控制分子链的增长，保证熔体粘度稳定分子量稳定剂↑→聚合物平均分子量↓ 保证平均分子量不变下：排水彻底，稳定剂加得越多，则聚合物分子量稳定性越好 • 催化剂：尼龙66盐或ω—氨基己酸=2%己内酰胺催化剂↑→反应速度↑→聚合周期↓ →产物的熔点↓、强度↓

（2）聚合温度： 聚合温度↑→聚合反应速度↑→达到平衡所需的时间↓ →平衡时单体含量↑（平衡时主反应放热反应） →热裂解↑（聚酰胺水解：吸热反应）→聚合物平均分子量↓ VK管上段：升温开环和排水，吸热反应；260～270℃ VK管中段：链增长，放热反应（但反应自由能变化很小）；260℃ VK管下段：链平衡，放热反应；230～250℃ 综述：反应前期温度高：有利于加快聚合反应速度反应后期温度低：有利于分子量提高、低分子含量减少温度＜280～285℃

（3）聚合时间： 反应达到平衡时间：由反应温度、开环剂用量、分子量稳定剂用量决定；聚合反应后期，随着聚合时间的延长，分子量分布均匀； 13000分子量切片、水=3%己内酰胺、己二酸=0.3%己内酰胺、上段温度=270～280℃、聚合时间=20～30h（达到分子量时间：12～18h；其余为分子量趋于平衡时间）（4）防氧化作用： • 正常生产：靠不断进料中的水分蒸发和连续滴水来使VK管内保持正压 • 某种原因停止进料或开停车：通入氮气保护

切片特写 水下切片装置

（三）聚己内酰胺切片的纺前准备：脱单+干燥（三）聚己内酰胺切片的纺前准备：脱单+干燥目的：脱出单体和低聚物；干燥切片聚合物（单体和低聚物）→纺丝毛丝→经不起拉伸→强度↓ VC101型萃取锅示意图图 K．F．型连续萃取流程简图 1—切片输送料斗；2—切片贮罐；3—连续萃取塔； 4—水泵；5—加热器；6—切片出料阀； 7—切片输送泵；8—分离器；9—回水罐分离器； 10—切片旋风分离器

1．脱单（PA66不需要脱单——几乎100%聚合） （1）切片的萃取： • 目的：除去切片中大部分单体和低聚物，使低分子物含量10%→＜1.5～2% • 原理：水→渗透到切片内部→低分子从切片中扩散出来→溶解在热水中 • 影响因素：切片比表面积：比表面积↑（异形切片）→萃取↑ 萃取水温：水温↑→单体和低聚物扩散系数↑→萃取↑→ →切片氧化变色→→→→→→→→→→→100～110℃ 水温＜100℃→对低聚物的抽提几乎无效萃取水中单体浓度：影响环状低聚物的扩散系数和溶解度（萃取水的单体浓度60%时，环状低聚物的扩散系数在己内酰胺— 水—环状低聚物体系中的溶解度最大；前段：用30～60%高浓度的单体水溶液萃取低聚物后段：用热水萃取单体浴比：萃取介质：热软水（可加入去氧剂水合肼H2NNH2·H2O）

瑞士EMS公司的萃取塔 萃取装置

（2）纺前脱单：连续聚合直接纺丝（现在基本不用；锦纶 长丝一般用切片纺） • 原理：聚己内酰胺和单体（己内酰胺）的挥发度不同，使聚己内酰胺熔体中的单体蒸发出来（真空：因为己内酰胺常压沸点262.5℃） • 设备：真空薄膜闪蒸器:内部260℃ 真空薄膜闪蒸器 1—聚己内酰胺中间体进料口；2—抽提出的单体出口；3—闪蒸室； 4—输送脱单体后的挤压机；5—脱单体后的聚合物熔体出口卧式真空薄膜闪蒸器

2、干燥切片： 干燥设备：与涤纶高速纺相同；干燥后切片含水率＜0.05% 干燥温度＜135℃ （温度过高，切片发黄）热氮气对流连续干燥时：高纯度氮气（含氧量＜3ppm）干燥介质：热氮气流

第三节、聚酰胺6的纺丝（高速） 聚酰胺纺丝：长丝（切片纺）；直接纺（短纤维）一、纺丝工艺（纺丝设备与涤纶高速纺基本相同） 1、对切片含水和熔体纯度的要求切片含水＜0.08%；熔体不允许有＞6µm的杂质 2、纺丝温度：265～270℃（比涤纶低）一区260℃，二区265℃，三区272℃，四区270℃，五区270℃，箱体265℃，熔体温度262℃ 3、纺丝速度：4200～4500m/min 纺丝速度↓（1500～3500 m/min）→预取向丝高吸湿而膨润变形→不良卷装（卷装筒子塌边）聚酰胺纤维分子间结合力大，易结晶，吸水性强→ 纺丝速度：4200～4500m/min（比涤纶高） →预取向丝取向度↑、结晶度↑→因吸湿产生的各向异性膨胀↓→良好卷装

纺丝车间

4、单体抽吸口风速： 0.1～0.2 m/s（过低或过高→丝条条干CV值↑）熔体自喷丝孔挤出→→小分子挥发→若不及时清除→丝条条干CV值↑→喷丝板易脏解决：纺丝箱上部无风区下部设置单体抽吸口 5、冷却条件：与涤纶相同风温20℃，风速0.3～0.5m/s，相对湿度60～75% 冷却条件主要考虑散热量锦纶6纺丝温度较低，但玻璃化温度也较低→丝条温度降（从熔体细流冷却至玻璃化温度）与涤纶相近→散热量相近 6、给湿上油：与涤纶同，油嘴上油 7、卷绕车间温湿度：与涤纶同，20--27℃；60—75%相对湿度

8、预取向丝取向度与卷绕张力： 卷绕张力→丝条拉伸→分子取向或结晶取向→主要发生在纺丝头与上油装置之间（1）第一区：熔体温度＞＞凝固温度→粘性流动→分子链高度活动→取向低（2）第二区：细流状聚合物处于高弹态→结晶与取向→物理交联点（3）第三区：已凝固的预取向丝→分子链段活动性较小→相对形变困难 →取向度不能再升高结论：预取向丝的取向度主要取决于在临近凝固点前单丝所受的张力 9、纺丝速度对卷绕丝结构和性能的影响：锦纶6在纺丝成型过程中易结晶：原因（锦纶6吸湿性↑→大分子间氢键，且大分子的柔顺性好→链段运动而砌入晶核→丝条接触油剂或吸收空气中水分后→伴随产生结晶）纺丝速度：1500～3000m/min，纺丝速度↑→纤维中晶核的快速增加和丝条到达卷装的时间的缩短→水分来不及渗透到微晶胞的空隙→丝条卷绕到筒子上后→继续吸收水分→晶核长大成晶粒→丝条伸长→ 卷装成型不良（松筒塌边）纺丝速度：＞3500m/min→卷绕速度增加导致取向度↑→取向诱导结晶→丝条达到卷装时结晶度较大↑→后结晶效应↓

第四节、聚酰胺纤维的后加工 一：聚酰胺普通长丝后加工：普通长丝（拉伸加捻丝DT丝）：高取向、高强力、低伸长： UDY或POY→DT 全拉伸丝FDY： 1．工艺流程：UDY—DT工艺流程单区拉伸机示意图（a）拉伸机结构（b）拉伸机的加热板（c）拉伸机的加热盘 1—未拉伸丝筒子；2—上压辊；3—给丝罗拉；4—拉伸棒； 5—分丝棒；6—拉伸盘；7—导丝钩；8—钢领板； 9—锭子；10—加热板；11—热锭；

双区拉神加捻机示意图图 拉伸加捻机示意图 1—未牵伸丝筒子；2—分丝瓷棒；3—橡胶压辊；4—送丝罗拉； 5—上牵伸盘小转子；6—上牵伸盘；7—加热板；8—下牵伸盘小转子； 9—下牵伸盘；10—导丝钩；11—牵伸后的卷取筒子； 12—钢领、钢丝圈、升降钢领板；13—锭子

2．拉伸与加捻： （1）卷绕丝质量： • 卷绕丝可拉伸性：分子量↑→可拉伸性↑→分子量增大到极限→可拉伸性↓ • 卷绕丝中单体含量：单体（低分子）→增塑作用→降低大分子间作用力→纤维拉伸容易，但强度不能改善 →游离在丝的表面→沾污拉伸机械（2）拉伸倍数：（后拉伸倍数）拉伸倍数↑→取向度及结晶度↑→强度↑、延伸度↓、沸水收缩率↑ • 范围：自然拉伸比＜拉伸倍数＜断裂拉伸比（否则拉伸点会由给丝辊移向拉伸辊，而在另一段上形成的新拉伸点，产生未拉伸丝） • 拉伸倍数与成品的质量要求有关：民用丝：一定延伸度、柔软、弹性、染色好——拉伸倍数选择较低； UDY丝3.5～4倍，POY丝1.2～1.3 高强丝及帘子线：强度高、延伸度低——拉伸倍数选择较高，＞5倍 • 拉伸倍数与支数及打滑：支数高（细）：拉伸易断——拉伸倍数选择较低支数低（粗）：在拉伸盘上易打滑——拉伸倍数选择稍为高些

（3）拉伸温度： • 范围：Tg＜拉伸温度＜软化点（软化点=熔点-20～40）聚酰胺6：Tg=35～50℃；Tm=215～220℃（有小分子增塑，Tg会低于室温）聚酰胺66：Tg=40～60℃；Tm=265℃ 民用丝聚酰胺6：室温拉伸，最大拉伸应力出现在50℃ 强力丝或短纤或聚酰胺66：热拉伸（～150℃） • 讨论：拉伸区实际温度→加热罗拉温度↑→纤维拉伸区温度↑ →被拉伸丝的温度升高→拉伸热效应↓→拉伸区温度↓ 适当提高拉伸温度→拉伸应力↓→断头率↓ （4）拉伸速度： • 影响：拉伸速度↑→拉伸应力↑→沸水收缩率↑ →拉伸热效应↑→拉伸应力↓→沸水收缩率↓ • 范围：200～1000m/min 拉伸温度高→分子链活动↑→松弛时间↓→拉伸速度可提高（5）拉伸车间温湿度：低分子物含量越高对车间湿度越敏感恒温恒湿：22±1℃，RH65±5% （6）拉伸形式：普通聚酰胺长丝：单区拉伸；高强度或较粗纤维（帘子线）：双区拉伸；

3．后加捻： （1）目的：捻度↑→抱合力↑→强力↑（有个最大值）↑→捻度↑→强力↓ 提高纤维抱合力把丝条绕到多孔的铝合金筒管上→压洗定型（2）工艺控制：

4．压洗：（直接纺） （1）目的：洗出丝条中的低分子物（2）原因：低分子物→丝条染色均匀性↓ →存放时间稍长，低分子物析出在丝条表面→似霉点→丝条发黄变脆（3）设备：压洗锅、烛筒形过滤器、加热器、卧式循环水桶、抽吸台、真空泵、水泵（4）工艺：网眼筒管叠放在筒管座的烛芯上 VC501型压洗机流程示意图

5．热定型： （1）工艺：蒸汽加热定型 • 流程：压洗抽吸后的丝筒装在小车上→定型锅→关闭定型锅门→抽真空（排除锅内空气，防止高温定型纤维氧化变黄）→同时开启间接蒸汽加热→锅内真空度＞600mmHg→通直接蒸汽→锅内压力上升至0.8～ 1kg/cm2→定型1h→关闭直接蒸汽→抽真空→定型完毕→关间接蒸汽→解除真空→开启定型锅 • 控制：注意定型前高真空或定型后低温出料表聚酰胺纤维的热定型温度

6、络丝： （1）平衡：RH60～65%，20～22℃，24h （2）络丝： • 目的：纤维在网眼筒管商定型后，卷装疏松易散乱，故要络筒压洗中纺丝卷绕油剂基本除去，要上油把丝卷绕成双锥形筒子，防止光滑的丝条从筒子端面脱落 • 工艺流程：上油后丝条含油率1.0～2.0% 丝条→导丝钩→绒布面→上油盘→张力器→检制缝→导丝器→小压辊→宝塔纸管

二：弹力丝（高弹丝）后加工： 聚酰胺纤维模量较低，织物不够挺括——高弹丝（一个加热器） 1．弹力丝对原丝质量的要求：（1）支数和股数：100旦（24～34孔），70旦（16～24孔）单纤维根数↑→织物柔软（但纺织加工要求高）→内衣单纤维根数↓→织物丰满厚实→袜子（2）强力：原丝=120%弹力丝弹力指标（因弹力加工后强力会损伤）；＞4.5～5g/旦（3）伸长：24～32% 原丝伸长↑→后加工变形↑ 原丝伸长↓→织物收缩率↑ （4）捻度：原丝捻度小为好，＜20捻/米→弹力丝蓬松↑ （5）原丝不要求压洗定型：定型后纤维处于低能级的稳定状态→要使它在受热变形困难聚合物中含低分子物→增塑作用→弹力丝受热加工容易变形（降低假捻定型温度）（6）消光剂均匀分布在纤维上

2、弹力丝生产方法工艺流程： 拉伸丝→加捻、热定型、解捻→→→→ →络筒→→→→→→ 预取向丝→内拉伸加捻热定型、解捻→→合股并捻→上油→→倒框成绞→平衡→→包装 • 经热定型再解捻的丝，会发生与解捻方向相反的转矩，其转矩在针织加工时由于丝松弛而缠结针织加工用变形丝，需将捻向不同的两束丝合捻，以抵销转矩；合股后并捻对增加抱合力有利，但对蓬松性不利（后加捻数要小）；机织加工的高弹丝不需要合股并捻

3、聚酰胺高弹丝工艺控制：

三、聚酰胺短纤维后加工： 与聚酯短纤维后加工相似，只是对锦纶6要增加热水洗、上油、压干、开松、干燥等工序 1、热水洗：将单体含量降至1.5%以下；定型；长束洗涤或切断成短纤维后淋洗 2、开松：湿开松（水洗后开松）：便于干燥干开松（干燥后开松）：增加纤维的开松程度 3、干燥：链板式干燥机、网式圆筒干燥机

DTY产品生产线

新空包机生产线

锦纶POY.HOY.生产线

第六章 聚酰胺纤维