第一章聚酯纤维精品PPT课件
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聚酯纤维(涤纶)简介..PPT共28页
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
聚酯纤维(涤纶)简介..
51、没有哪律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
聚酯纤维的结构和性能_图文
7.9
7.9
96.8
44.0
5
8
PEN纤维的性能 PEN纤维的耐化学腐蚀性、抗紫外线辐射、热稳定性和水解稳定性均优
于PET。 PEN的玻璃化温度高达110oC左右,其纤维可以耐200oC左右的温度。
目前纤维级的PEN树脂已由美国Shell公司研制成功并投放市场，其商品名 称为Vituf。美国Amoco公司的PEN纤维也已投放市场。
• 第四节 聚酯纤维的结构性能及改性
重点内容：聚酯纤维的各种改性方法和目的。
1.4.1 聚酯纤维的结构和性能
聚酯纤维的结构 – 分子链结构 – 聚集态结构 结晶结构 取向结构
聚酯纤维的性质 – 聚酯纤维的化学性质 – 聚酯纤维的物理性质
聚酯的分子结构PET
聚酯是指分子链中含有酯基的聚合物的总称 聚酯分子的重复单元结构中由三部分组成，即酯基、
62.0 252.0
1
0.682
61.5 248.5
5
0.677
58.8 237.3
8
0.750
57.0 232.0
10
0.656
55.4 226.5
15
0.712
54.7 217.5
随着间位苯环含量的增加，共聚酯的Tg和Tm下降，而冷结晶温度则上升。当 IPA的含量大于 9 mol % 时，共聚酯已无冷结晶峰存在。美国于1959年实现了 PET—IPA共聚酯工业化生产，该共聚酯的商品名为Vycron，主要用于制备易 染纤维。由于PET—IPA结晶速率慢，我国则更多用其制备高收缩纤维。应该 指出的是这种共聚酯广泛用于瓶用聚酯，IPA的添加量为2%～4％
改变聚酯的刚性结构单元
一、间苯二甲酸代替对苯二甲酸 在PET的直接酯化聚合过程中，用对称性较差的间苯二甲 酸（IPA）取代部分的对苯二甲酸（TPA）
第一章聚酯纤维
加热系统因热载体不同而异。热载体可采用联苯混合物、38 号汽缸油、甘油、饱和蒸汽和过饱和蒸汽等。国内采用饱和蒸 汽作为热载体，其特点是结构简单、不需要其它附属装置。
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温下干燥切 片，适合易氧化或热敏性的高聚物。
但由于其干燥时间长、生产能力低、不能连续化生 产等，故一般用于小批量、多品种及一些特种纤维的 生产。
2020/2/16
第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1. 缩T+BHETƒ 二聚体＋EG
BHET＋二聚体ƒ 三聚体＋EG BHET＋三聚体ƒ 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
真空转鼓干燥机干燥质量高，可在较低温下干燥切 片，适合易氧化或热敏性的高聚物。
但由于其干燥时间长、生产能力低、不能连续化生 产等，故一般用于小批量、多品种及一些特种纤维的 生产。
2020/2/16
第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
2020/2/16
第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1. 缩T+BHETƒ 二聚体＋EG
BHET＋二聚体ƒ 三聚体＋EG BHET＋三聚体ƒ 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：
第一章聚酯纤维-熔体纺丝
行星计量泵外观
（三）丝条冷却装置
闭环冷却
开环冷却
（四）、卷取装置
第一章 聚酯纤维－熔体纺丝
第一节 聚酯纤维原料 一、PET的制备 二、PET的结构与性能 三、PET的干燥 1、干燥除水 2、干燥预结晶 3、干燥工艺控制 4、干燥设备
真空转鼓干燥机外形
第二节 聚酯纤维纺丝
一、概述 PET熔体纺丝的工艺流程：
干 燥 切 片
挤 出 机
纺 丝 熔 体
纺 丝 箱 体
纺 丝 头
熔 体 细 流
丝 条 冷 却 器
卷 体的制备
单螺杆挤出机
螺杆结构
单螺杆外观
三、纺丝机的基本结构
1、聚合物熔融装置－－单螺杆挤出机 2、纺丝箱体
3、丝条冷却装置
4、丝条收集装置 5、上油装置 （一）纺丝箱体及纺丝头组件
纺 丝 头
喷丝板结构
（二）计量泵
（三）丝条冷却装置
闭环冷却
开环冷却
（四）、卷取装置
第一章 聚酯纤维－熔体纺丝
第一节 聚酯纤维原料 一、PET的制备 二、PET的结构与性能 三、PET的干燥 1、干燥除水 2、干燥预结晶 3、干燥工艺控制 4、干燥设备
真空转鼓干燥机外形
第二节 聚酯纤维纺丝
一、概述 PET熔体纺丝的工艺流程：
干 燥 切 片
挤 出 机
纺 丝 熔 体
纺 丝 箱 体
纺 丝 头
熔 体 细 流
丝 条 冷 却 器
卷 体的制备
单螺杆挤出机
螺杆结构
单螺杆外观
三、纺丝机的基本结构
1、聚合物熔融装置－－单螺杆挤出机 2、纺丝箱体
3、丝条冷却装置
4、丝条收集装置 5、上油装置 （一）纺丝箱体及纺丝头组件
纺 丝 头
喷丝板结构
（二）计量泵
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2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备
PET工业上是以对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）为原料， 经缩聚反应脱除乙二醇（EG）来实现。缩聚反应如下：
所以PET的制备首先需得到BHET，目前生产BHET的方法有 酯交换法和直接酯化法。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质
（一）分子结构 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的化学结构如下：
PET为线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单 元链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分 子线性较好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。
2020/10/14
高分子材料加工工艺及设备
朱鹏
2008.9
LOGO
第一章聚酯纤维
1.背景
聚酯纤维是大分子链中各链结通过酯基相连的成纤高聚物纺 制而成的纤维（PET）。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大 于85％的合成纤维称为聚酯纤维，商品名为涤纶。
早在1894年Vorlander用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的 聚酯；1898年Einkorn合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为 脂肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能 具有纺织纤维的实用价值。
第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1. 缩聚反应平衡 BHET的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应， 按下述步骤进行： BHET+BHET 二聚体＋EG
BHET＋二聚体 三聚体＋EG BHET＋三聚体 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：
2020/10/14
第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
（一）BHET的制备
1.酯交换法 此法是将对苯二甲酸（TPA）与甲醇反应生成粗对 苯二甲酸二甲酯（DMT），经精制提纯后，再与EG进行酯交 换反应，得到纯度较高的BHET。在催化剂存在下，EG与DMT 进行酯交换，生成BHET。被取代的甲氧基与EG的氢结合，生 产甲醇，其反应式如下：
2020/10/14
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
三、聚酯切片的质量指标
PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。 PET切片和纤维主要质量指标按照国标GB/T4189－93。
2020/10/14
第二节 聚酯切片的干燥
一、切片干燥的目的
1．除去水分 湿切片中含水率为0.4％～0.5％，干燥后下降至 0.01％（常规纺）或0.003％～0.005％（高速纺）。
2020/10/14
第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
2020/10/14
第二节 聚酯切片的干燥
2020/10/14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 聚酯切片的干燥
3. 切片干燥过程中的结晶
切片中水分的不良影响：①在纺丝温度下，水的存在使PET 大分子的酯键水解，聚合度下降，纺丝困难，成品丝质量降低； ②少量水分气化，往往造成纺丝断头，使生产难以正常进行。 2. 提高切片含水的均匀性 3. 提高结晶度及软化点 干燥初期，切片受热结晶，结晶度提 高至25％～30％，软化点提高至210℃以上，且熔程狭窄，熔 体质量均匀。
第一节 聚酯纤维原料
由于分子链上的碳－碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。 无定型PET为顺式：
结晶PET为反式：
无定型PET为无色透明固体，密度为1.335g/cm3。完全结 晶的聚合物为乳白色固体，密度为1.455g/cm3。而PET纤维 为部分结晶，其密度为1.38～1.40 g/cm3。同时，PET分子链 中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合 度下降，为此，PET纺丝时必须严格控制水份含量。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
（三）流变性质
1.熔点 纯PET的熔点为267℃，工业生产的PET熔点略低，一般在
255～264℃之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应 生成的DEG，致使PET分子中含有醚键，破坏分子结构的规整 性，降低了分子间作用力。 2.熔体粘度
熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。其 一般与切变速度有关。一定特性粘度的PET在不同温度下，熔 体粘度与切变速率的关系如图1－3。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
（二）分子量及其分布
纤维用PET树脂的分子量通常为15000～22000。PET的分 子量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体 粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品 性能下降。
分子量分布也对PET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有 较大影响。分子量低的组分含量较高的PET，纺丝易产生断头、 毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均 一，无明显裂纹。
在通常情况下，随缩聚反应的进行和EG的不断脱除，聚合 度控制在100左右，个别情况可达150～180。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
2. 缩聚反应副反应
缩聚反应的同时会存在副反应，主要有： ❖ 大分子链端基裂解生成乙醛； ❖ 生成环状低聚物； ❖ 大分子中的酯键裂解； ❖ EG间分子缩合生成乙二醇醚。
第一节 聚酯纤维原料
一、聚对苯二甲酸乙二酯的制备
PET工业上是以对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）为原料， 经缩聚反应脱除乙二醇（EG）来实现。缩聚反应如下：
所以PET的制备首先需得到BHET，目前生产BHET的方法有 酯交换法和直接酯化法。
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第一节 聚酯纤维原料
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
二、聚对苯二甲酸乙二酯的结构和性质
（一）分子结构 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的化学结构如下：
PET为线性大分子，分子链的两端各有一个羟基，中间每个单 元链节都由苯环通过酯基与乙基相连，没有大的支链。因此分 子线性较好，易于沿着纤维拉伸方向取向而平行排列。
2020/10/14
高分子材料加工工艺及设备
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第一章聚酯纤维
1.背景
聚酯纤维是大分子链中各链结通过酯基相连的成纤高聚物纺 制而成的纤维（PET）。我国将含聚对苯二甲酸乙二酯组分大 于85％的合成纤维称为聚酯纤维，商品名为涤纶。
早在1894年Vorlander用丁二酰氯和乙二醇制得低分子量的 聚酯；1898年Einkorn合成聚碳酸酯；早年合成的聚酯大都为 脂肪族化合物，其分子量及熔点都较低，且易溶于水，故不能 具有纺织纤维的实用价值。
第一节 聚酯纤维原料
（二）聚对苯二甲酸乙二酯的生产
1. 缩聚反应平衡 BHET的缩聚反应是可逆平衡的逐步反应， 按下述步骤进行： BHET+BHET 二聚体＋EG
BHET＋二聚体 三聚体＋EG BHET＋三聚体 四聚体＋EG
依次，反应继续进行。除了BHET分子的羟乙基和聚合体分 子的羟乙基的反应外，羟乙酯基还可以相互进行缩聚反应，通 式如下：
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第二节 聚酯切片的干燥
二、切片干燥机理
1. 切片中的水分 PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，其 水分分为两部分：一是粘附在切片表面的非结合水，另一是与 PET大分子上的羰基及少量的端羟基等以氢键结合的结合水。 2. 切片的干燥曲线
由曲线可以看出，切片的含水率均随干燥时间延长而逐步降 低。在干燥前期为恒速干燥阶段。这时除去的主要是切片中的 非结合水。干燥后期为降速干燥阶段，主要去除结合水。
（一）BHET的制备
1.酯交换法 此法是将对苯二甲酸（TPA）与甲醇反应生成粗对 苯二甲酸二甲酯（DMT），经精制提纯后，再与EG进行酯交 换反应，得到纯度较高的BHET。在催化剂存在下，EG与DMT 进行酯交换，生成BHET。被取代的甲氧基与EG的氢结合，生 产甲醇，其反应式如下：
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2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
三、聚酯切片的质量指标
PET切片的质量对纺丝、拉伸工艺和纤维质量有重大影响。 PET切片和纤维主要质量指标按照国标GB/T4189－93。
2020/10/14
第二节 聚酯切片的干燥
一、切片干燥的目的
1．除去水分 湿切片中含水率为0.4％～0.5％，干燥后下降至 0.01％（常规纺）或0.003％～0.005％（高速纺）。
2020/10/14
第一章聚酯纤维
1.背景
1941年Whinfield和Dickson用对苯二甲酸二甲酯（DMT） 和乙二醇（EG）合成聚对苯二甲酸乙二酯（PET），这种聚合 物可通过熔体纺丝制得性能优良的纤维。1953年美国首先建厂 生产聚酯纤维。
近年研制开发出了多种具有不同特性的实用性聚酯纤维。如 具有高伸缩弹性的聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维和聚对苯 二甲酸丙二酯（PTT）纤维、具有超高强度、高模量的全芳香 族聚酯纤维等。
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第二节 聚酯切片的干燥
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第二节 聚酯切片的干燥
3. 切片干燥过程中的结晶
切片中水分的不良影响：①在纺丝温度下，水的存在使PET 大分子的酯键水解，聚合度下降，纺丝困难，成品丝质量降低； ②少量水分气化，往往造成纺丝断头，使生产难以正常进行。 2. 提高切片含水的均匀性 3. 提高结晶度及软化点 干燥初期，切片受热结晶，结晶度提 高至25％～30％，软化点提高至210℃以上，且熔程狭窄，熔 体质量均匀。
第一节 聚酯纤维原料
由于分子链上的碳－碳键内旋转，故分子存在两种空间构想。 无定型PET为顺式：
结晶PET为反式：
无定型PET为无色透明固体，密度为1.335g/cm3。完全结 晶的聚合物为乳白色固体，密度为1.455g/cm3。而PET纤维 为部分结晶，其密度为1.38～1.40 g/cm3。同时，PET分子链 中的酯键在高温和水存在下或强碱介质中容易发生水解，聚合 度下降，为此，PET纺丝时必须严格控制水份含量。
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第一节 聚酯纤维原料
（三）流变性质
1.熔点 纯PET的熔点为267℃，工业生产的PET熔点略低，一般在
255～264℃之间，这主要是由于酯化或缩聚反应过程中副反应 生成的DEG，致使PET分子中含有醚键，破坏分子结构的规整 性，降低了分子间作用力。 2.熔体粘度
熔体粘度是熔体流变性能的表征，与纺丝成型密切相关。其 一般与切变速度有关。一定特性粘度的PET在不同温度下，熔 体粘度与切变速率的关系如图1－3。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
（二）分子量及其分布
纤维用PET树脂的分子量通常为15000～22000。PET的分 子量直接影响其纺丝性能及纤维物理性能。分子量低，则熔体 粘度下降，纺丝易断头，纤维也经不起较高倍数的拉伸，成品 性能下降。
分子量分布也对PET纺丝加工性能及成品纤维结构、性能有 较大影响。分子量低的组分含量较高的PET，纺丝易产生断头、 毛丝和疵点，且经不起拉伸。分子量分布窄的纤维，其表面均 一，无明显裂纹。
在通常情况下，随缩聚反应的进行和EG的不断脱除，聚合 度控制在100左右，个别情况可达150～180。
2020/10/14
第一节 聚酯纤维原料
2. 缩聚反应副反应
缩聚反应的同时会存在副反应，主要有： ❖ 大分子链端基裂解生成乙醛； ❖ 生成环状低聚物； ❖ 大分子中的酯键裂解； ❖ EG间分子缩合生成乙二醇醚。