第三章 聚酯纤维

化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维第三章　聚酯纤维化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维化纤工艺学化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维学习目的要求初步掌握聚酯纤维的合成、纺丝等生产技术,,,,把握结构、性能及应用,,,,了解其改性和新型聚酯纤维....第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维化纤工艺学化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维第一节概述聚酯是制造聚酯纤维、涂料、薄膜及工程塑料的原料，是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种因随使用原料或中间体而异，故品种繁多数不胜数。但所有品种均有一个共同特点，就是其大分子的各个链节间都是以酯基““““－COOCOOCOOCOO－””””相联，所以把这类缩聚物通称为聚酯。以聚酯为基础制得的纤维称为涤纶，是三大合成纤维（涤纶、锦纶、腈纶）之一，是最主要的合成纤维。　　第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维化纤工艺学化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维第二节聚对苯二甲酸乙二酯一、一、一、一、对苯二甲酸乙二酯的制备1111．合成的工艺路线合成的工艺路线酯交换路线环氧乙烷直接加成路线对苯二甲酸用乙二醇直接酯化路线化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维PETPETPETPET纤维生产路线化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维（1）酯交换路线（酯交换法）　　将对苯二甲酸二甲酯与乙二醇按1∶2.5（摩尔比）比例混合，在醋酸锌、醋酸锰和醋酸钴催化剂的作用下，发生酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯。第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维化纤工艺学H3COOC－　　－COOCH3＋　2　HOCH2CH2OHZn（CH2COO）2HOCH2CH2COOC－　　－COOCH2CH2OH+2CH3OH对苯二甲酸双羟乙酯化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维（2222）对苯二甲酸用乙二醇直接酯化路线（直接酯化法）　　HOOC－　　－COOH＋　2　HOCH2CH2OHHOCH2CH2COOC－　　－COOCH2CH2OH对苯二甲酸双羟乙酯化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维（3333）环氧乙烷直接加成路线（环氧乙烷法）该路线是1973年开始工业化生产的。其反应如下：该反应在饱和低分子脂肪胺或季胺盐存在下，进行极为顺利，该路线具有成本低；产物低聚物少，容易精制；设备利用率高，辅助设备少等优点。HOOC－　　－COOH＋　2　CH2－CH2HOCH2CH2COOC－　　－COOCH2CH2OH对苯二甲酸双羟乙酯O化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维如果采用高纯度的对苯二甲酸和环氧乙烷进行反应，其产物可不经过精制就可以直接用于缩聚成聚酯。其中，酯交换聚酯法和直接酯化聚酯法现在依然是合成聚酯的两大主要工艺路线.酯交换路线是传统的方法，因工艺技术成熟，所以至今在工业生产中仍占有相当的地位。　　第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维化纤工艺学化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维直接酯化聚酯路线虽然起步较晚，但与酯交换聚酯路线相比，因具有消耗定额低，乙二醇配料比低，无甲醇回收，生产控制稳定，流程短，投资低等优点，而发展迅速。目前国内引进的聚酯装置多以后者为主，其生产能力1997199719971997年就已达到152152152152万t/at/at/at/a。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维二、聚对苯二甲酸乙二酯的生产1.1.1.1.生产原理　　用精制后的对苯二甲酸双羟乙酯在缩聚反应催化剂和稳定剂缩聚反应，分离出乙二醇后即得聚对苯二甲酸乙二醇酯，其反应如下：COOCH2CH2OHHOCH2CH2OOCnCO-OCH2CH2OOC-HOCH2CH2OOC[CO-n-1OCH2CH2OH+HOCH2CH2OH](PET)(EG)化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维由于缩聚反应属于可逆反应，为了使缩聚反应进行完全，必须排出反应生成的低分子物质（乙二醇），为此必须采用真空及强力搅拌，缩聚反应最终压力不大于266.6Pa266.6Pa266.6Pa266.6Pa，才能获得高相对分子质量的聚酯，一般产品的平均相对分子质量不低于20000200002000020000，用于制造纤维、薄膜的相对分子质量约为25000250002500025000。　　化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维　　2222．聚对苯二甲酸乙二醇酯的生产工艺　　从操作方式上看，聚对苯二甲酸乙二醇酯的两种主要生产路线都有间歇操作和连续操作之分。相比较而言，直接酯化法连续法比间歇法的成本低20%20%20%20%；酯交换法连续比间歇的成本低10%10%10%10%。下面主要介绍酯交换法和直接酯化法聚酯的生产工艺。　　化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维（1111）酯交换法连续生产聚酯工艺酯交换法连续生产聚酯工艺包括酯交换、预缩聚、缩聚等过程，其原则工艺流程如图3-23-23-23-2所示。①酯交换　将原料对苯二甲酸二甲酯连续加入熔化器中，加热（150150150150±±±±5555）℃熔化后，用齿轮泵送入高位槽中。另将乙二醇连续加入到乙二醇预热器中预热至150150150150～160160160160℃后，用离心泵送入高位槽中。将上述两种原料按摩尔比1111∶2222分别用计量泵连续定量加入酯交换塔上部。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维分别将催化剂醋酸锌和三氧化二锑按DMTDMTDMTDMT的0.02%0.02%0.02%0.02%加入量，用过量0.4mol0.4mol0.4mol0.4mol的乙二醇配制成液体加入高位槽中,,,,并连续定量送入连续酯交换塔上部。连续酯交换塔是一个塔顶带有乙二醇回流的填充式精馏柱的立式泡罩塔。控制酯交换温度为190190190190～220220220220℃，反应所生成的甲醇蒸气蒸气通过塔内各层塔板上的泡罩齿缝上升，进行气液交换后进入冷凝器冷凝后化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维流入甲醇贮槽中。原料由塔顶加入后，经十六个分段反应室流到最后一块塔板，完成酯交换反应，酯交换的生成物由塔底再沸器加热后流入混合器中。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维11112222333344445555666677778888999910101010111111111212121213131313DMTDMTDMTDMTEGEGEGEG催化剂去甲醇贮　槽回收EGEGEGEG接真空系统去包装1414141415151515酯交换法连续生产聚酯工艺流程化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维②预缩聚预缩聚预缩聚预缩聚　混合器中的单体经过滤器过滤后，经计量泵、单体预热器送入预缩聚塔底部。预缩聚塔由十六块塔板构成，控制塔内温度在（265265265265±±±±5555）℃。单体由塔底进入后，沿各层塔板的升液管逐层上升，在上升过程中进行缩聚反应，反应所生成的乙二醇蒸气起搅拌作用，可以加快反应速率。当物料到达最上一层塔板后，便得到特性粘度[[[[η]]]]＝0.20.20.20.2～0.250.250.250.25的预聚物，预聚物由塔顶物料出口流出....化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维③缩聚缩聚缩聚缩聚预聚物由计量泵定量连续输送到卧式连续真空缩聚釜的入口。该釜为圆筒形的内有49494949枚圆盘轮的单轴搅拌器，釜的底部有与圆盘轮交错安装的隔板隔成的多段反应室，如图10-310-310-310-3所示。以锌催化剂时，釜内缩聚反应温度不超过270270270270℃，加入稳定剂后可控制275275275275～278278278278℃，压力小于133.3Pa133.3Pa133.3Pa133.3Pa。在搅拌器的作用下，物料由缩聚釜一端向另一端移动，在移动过程中进行缩聚反应。当物料到达另一端时，聚酯化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维树脂的特性粘度逐渐增加到0.640.640.640.64～0.680.680.680.68。然后经过连续纺丝、拉膜或造粒即得其产品。（（（（2222）直接酯化聚酯生产工艺）直接酯化聚酯生产工艺）直接酯化聚酯生产工艺）直接酯化聚酯生产工艺直接酯化聚酯生产工艺所用的原料对苯二甲酸与乙二醇的质量要求如表10-310-310-310-3所示。其工艺过程包括酯化与缩聚。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维①酯化反应　对苯二甲酸与乙二醇按摩尔比1111∶1.331.331.331.33配料，以三氧化二锑为催化剂，在搅拌下，控制酯化温度在乙二醇沸点以上。酯化反应在如图3-23-23-23-2所示的反应釜中进行。用平均聚合度为1.11.11.11.1的酯化物在反应器中循环，酯化物与对苯二甲酸的摩尔比为0.80.80.80.8。控制釜的夹套温度为270270270270℃，物料在釜内第一区室内充分混合，制成粘度化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维为2Pa2Pa2Pa2Pa····ssss的浆液。这种浆液穿过区室间档板上的小孔进入下一个区室，物料在前进中进行反应，最后获得均一低聚物。反应产生的水，经蒸馏排出设备外。②缩聚反应　缩聚反应设备与酯交换基本相同，连续酯化后的产物进入缩聚设备进行连续缩聚反应，即得聚对苯二甲酸乙二醇酯。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维由于直接酯交换法中一般要加入了磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯等稳定剂，所以聚酯产物的热稳定性和聚合度都比酯交换法聚酯高，可以作为生产轮胎帘子线的高质量纤维。　　　　　　　　　　　　　　　化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维第三节　聚酯切片的干燥1111、切片干燥的目的和要求切片在熔融纺丝之前必须进行干燥。干燥的目的是除去切片中的水分，并提高切片的结晶度和软化点。2222、切片干燥的工艺控制切片干燥过程实质上是一个同时进行的传热和传质过程，并伴随着高聚物结构((((结晶))))与性质((((软化点等))))的变化。温度时间风速风湿度化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维3333、切片干燥设备PETPETPETPET切片干燥设备分为间歇式和连续式两大类。间歇式设备有真空转鼓干燥机；连续式设备有回转式、沸腾式和充填式等干燥机，也有用多种形式组合而成的联合干燥装置，如德国的KFKFKFKF、BMBMBMBM，吉玛和日本的钟纺、奈良等干燥装置。化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维VC353VC353VC353VC353真空干燥机示意图化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维回转圆筒一充填组合干燥工艺流程图化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维KFKFKFKF式干燥工艺流程化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维间歇式预结晶和BM式干燥工艺流程图化纤工艺学第三章第三章第三章第三章聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维聚酯纤维第四节聚酯纤维的纺丝聚酯纤维是通过熔融纺丝法生产的，一般是将聚酯树脂切片经过真空干燥（真空度266.6266.6266.6266.6～666.5Pa666.5Pa666.5Pa666.5Pa，温度140140