纤维的熔融纺丝

纤维的熔融纺丝

H2H2C6H4

摘要：聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-[OC-C OCO CO]-，简称PET，为高分子

聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。本文对PET的生产进行了详细的概述，包括其原料组成、常用催化剂以及聚合酯化的各种方法和操作流程,同时介绍了涤纶的制备方法和工艺流程，包括纺丝中各组件的作用和控制要点。

关键词：涤纶二步纺聚对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇

1 引言

纤维成形过程包括液体纺丝及液体细流的冷却固化过程。纺丝成形的方法较多，目前工业生产上主要采用熔法、干法及湿法。这三种方法的纺丝及冷却固化过程的基本原理虽有相同之点，但各有其特点。

（1）熔法纺丝

熔法纺丝是很早就实现了工业化的纺丝法，无论从纺丝原理到生产实际过程都是很成熟的方法。聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃类纤维等均用此法生产。熔法纺丝是在熔融纺丝机中进行的。聚合物颗粒加入纺丝机后，受热熔融而成为熔体。此熔体通过纺丝泵打入喷丝头，在一定的压力下熔体通过喷丝头的小孔流出，形成液体细流。细流在纺丝通道流出时同空气接触，进行热交换冷却固化成为初生纤维。纺丝中丝线的粗细及根数受到通道冷却速度的限制，所以纺丝的速度也受冷却速度的限制，一般可达1000～1500米／分。如果采取措施，能强化冷却固化过程，改进通道的冷却条件，纺丝的速度可提高到4000～5000米／分。纺成的丝线越粗，成形速度就越低。

熔体成形法所制得的纤维的纤度为0.25～20特，（注：9旦为1特）要形成更细的纤维将会增加成形的不稳定性，并降低生产能力。如形成太粗的纤丝则传热困难，并将增加通道的长度。如果用软化聚合物的方法成形，由于熔体的粘度太大，不可能将熔体从直径很小的喷丝孔中压出，所以不能生产很细的丝线。在熔法及软化聚合物法制成纤度大的单丝时为了强化冷却过程，可以采用冷却浴（水浴及水溶液的方法）进行冷却。用此法一般生产聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯及其它聚合物的单丝，成形的速度不大，一般为30米／分左右。

（2）干法纺丝

聚合物溶液干法成形时用纺丝泵喂料，从喷丝孔流出的液体细流送入成形通道，在此通道中吹入热空气蒸发溶剂，制得的丝线送入卷绕装置。干法成形时溶剂的蒸发使聚合物产生解溶剂化作用，细流的流动性急剧下降，使其转为固态。干法成形的纤维有醋酸纤维、聚烯烃、聚氯乙烯、过氯乙烯等纤维。

用挥发性溶剂增塑聚合物的成形与溶液干法原则上区别不大。一般是聚氯乙烯和聚苯乙烯采用此法成形。

干法成形时速度由于受到丝线中溶剂挥发速度的限制，一般为100～500米／分，如果增大纺丝通道和降低纺丝的纤度时，可提高到700～1500米／分，但是这样高的速度会引起一

系列的困难。

在熔法和干法成形时丝线的纤度及其根数有一定的限制，低纤度的纤维由于纺丝液粘度

不高，成形的纤维达到1特。用挥发性溶剂增塑聚合物的成形过程中所形成的丝线的纤度大

约为10～20特，用水增塑的聚乙烯醇成形的单纤维的纤度可达100特，但由于溶剂蒸发较慢，丝线的纤度一般不大于0.2特。

（3）湿法纺丝

聚合物溶液湿法成形时用纺丝泵加料，通过过滤器，通人沉浸在凝固池中的喷丝头，从

喷丝孔中流出液体细流在凝固浴中与凝固剂产生传质过程。凝固剂向细流扩散，溶剂从细流

内向外扩散。在传质过程中由于低分子组分的改变使聚合物凝固并形成固相纤维。在凝固的

初期是形成含有大量溶剂的凝胶，再转变为固态纤维。

纺丝细流向凝固浴的组分之间产生双扩散过程，使聚合物的溶解度急剧地发生变化，聚

合物从纺丝溶液中分离出来形成纤维。有时在湿法形成的凝固浴内还进行聚合物的化学改性。湿法成形的纤维有：聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、粘胶纤维及其它纤维。

在湿法纺丝过程中有较多的生产设备及工艺过程，有不同的纺丝方法，这些方法决定于

凝固浴的形式及纺丝的速度。水平式纺丝形成的细流长约为0.8～1米，采用高速或中速的沉

淀法沉淀分离出聚合物。如生产聚氯乙烯纤维和聚丙烯腈短纤维时，纺丝板孔数较多，纺丝

细流的长度约为2～2.5米。

湿法纺丝过程中，由于沉淀中双扩散过程的限制，沉淀的速度一般较慢，所以成形速度

一般不高于20米／分，当其能用更快的速度沉淀出聚合物时，纺丝速度可达100～120米／分，更高的成形速度可达200米／分。如像熔融法和干法纺丝一样，在湿法纺丝中的纤度和

纤维的根数也是有所限制的，丝线的最低纤度约为0.1特，最大不得大于1～2特，如要在纺

丝中形成更细的纤维，则纺丝过程的稳定性下降，纺丝过程很难进行。如形成太粗的纤维，

又受到凝固过程中扩散速度的限制。一般水平式纺丝机，丝线根数为10～10000，短纤维的

纺丝速度比长纤维要少1.5～2.0倍左右。湿法纺丝的方法较多，有水平式纺丝法，沉淀池纺

丝法，漏斗喇叭形纺丝机法，立式纺丝法等。

喇叭漏斗形的纺丝法用于凝固速度很慢的聚合物溶液。此法的特点是纺丝细流从喇叭口

流出后，需要较长的时间进行凝固，才能完成凝固过程。

如要求纺出液体细流能较快地进行凝固，一般都采用水平式或凝固浴式的纺丝法。用此

类方法纺丝形成的丝线不太长（约为0.5米左右）。用湿法成形由于凝固速度较慢的关系，所

以不可能使纺丝速度提得很高。

聚酯纤维是由大分子链中各链节通过酯基相连的成纤高聚物纺制而成的纤维。

1894年Vorlander采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；1928年Carothers对脂肪族二元酸和乙二醇的缩聚进行了研究，并最早用聚酯制成

了纤维。早年合成的聚酯大都为脂肪族化合物，其相对分子质量及熔点都较低，且易溶于水，