聚酰胺纤维

1第二章聚酰胺纤维第一节聚酰胺原料21938年工业化,1972年退居第2位,2004年其世界总产量为4147万吨.占世界合纤总产量的5.4%。聚酰胺纤维：纤维大分子主键由酰胺键[-CNH－]连接起来的合成纤维。“锦纶”,美国称“尼龙”(NyLon,“耐纶”),苏联称“卡普隆”(Kapron),德国称“贝纶”(Perlon),日本称“阿米纶”(Amilan)。3一、聚酰胺原料聚酰胺树脂的制造方法：熔融缩聚法聚酰胺66、聚酰胺9、聚酰胺11开环聚合法环状化合物的己内酰胺等界面聚合低温聚合法溶液聚合。4（一）锦纶6的合成原料：ω-氨基已酸己内酰胺***1、特征反应：可逆逐步缩聚反应，反应的转化率一般为85%～90%。未反应的单体在高聚物成粒后用水萃取除去。nNH（CH2）5C＝O－NH（CH2）5C－n微量H2O5温度：250～260℃惰性气体保护，防止产物氧化。其引发剂的用量：0.5%～5%/已内酰胺。分子质量调节剂：0.07%～0.14%（乙酸）或0.2%～0.3%(已二酸)相对分子质量:15000～23000。有活化剂(或称开环剂、催化剂)存在。(200℃，水）62.聚己内酰胺的生产流程1234567891012345678910111213已内酰胺纺丝或铸带去纺丝引发剂与调节剂已内酰胺助剂230～240℃265±2℃240±2℃20h220±1）℃260±1）℃35h26.7～40kPa7高压法：250～260℃，0.98MPa直管形反应器，0.13%水0.05%的已二酸，（ηr＝3.5，分子量：1.8～2.2万）聚合时间70h左右。常减压并用法：两直形管反应器抽真空度（26.7～40kPa）ηr＝3.5或4.4，含低分子物7%～10%8固相缩聚法将常压法的聚酰胺-6树脂---苯萃取---真空干燥鼓，190～200℃下，氮气保护下进行聚合---532.8Pa真空度下进一步抽出单体和低分子物。ηr＝3.4～3.7，时间约为18～34h。3.纺前处理萃取干燥：真空或惰性气氛，100℃左右。94、影响因素（1）水聚合速度与水含量成比例增加。10过量水使齐聚物含量增加。11（2）磷酸有催化作用，过量可能交联12（二）锦纶66的合成1.合成原理聚酰胺66以66盐为原料合成nHOOC（CH2）4COOH＋nH2N（CH2）6NH2HO－OC（CH2）4COHN（CH2）6NH－H＋（2n－1）H2Onn－OOC（CH2）4COHN（CH2）6NH3+nHOOC（CH2）4COOH＋nH2N（CH2）6NH2n－OOC（CH2）4COHN（CH2）6NH3+HO－OC（CH2）4COHN（CH2）6NH－H＋（2n－1）H2On13反应特点:缩聚反应逐步进行;吸热反应,起始反应活化能:92KJ/MOL;可逆反应伴随副反应裂解反应:水解反应酸解或胺解反应高温裂解反应链交换反应14有小分子水生成与PA6不同,低分子含量少;热稳定性差,反应温度控制严格,一般小于285℃,长时间加热有凝胶产生。295℃以上严重降解。1550%PA66盐水溶液调配纺帘子线盐溶解蒸发或PA66干盐闪蒸缩聚切片纺丝反应预热2.工艺流程后聚合锦纶66缩聚工艺流程16123456789101112131415固体66盐空气N2聚酰胺-66171234567891010101112131415161718192021222366盐中混合后，送入静态混合器蒸发反应器232℃、压力1.8MPa下，保压3h。管式反应器，230℃-285℃1.7MPa--0.28MPa3h后缩聚反应18聚合反应影响因素(1)原料配比以中性66盐为原料,高压水溶液反应防止二胺挥发。(2)压力前段压力1.5*106-2*106Pa反应(一般18*106Pa)温度与水分起始:210-215℃中期:250-260℃后期:280℃19(3)民用,常压薄膜脱水;工业丝真空度39.9-52.2Kpa(300-400mmHg)。(4)填加剂分子量稳定剂，醋酸或己二酸稳定剂加入量=66盐加入量*0.86*稳定剂分子量/聚合物分子量(5)水溶液浓度50-60%20二、聚酰胺的结构和性质(一)聚酰胺的结构1.分子结构通过酰胺键[C－NH]连接线型长链分子结晶呈完全伸展的平面锯齿形构型纺制纤维的聚酰胺的平均分子量6，14000-2000066，20000-30000分布：6，266，1.85212、晶态结构部分结晶50%6,多种变体αβγ，a型最稳定。氢键！！22γ型结晶其相邻分子键是平行的,只可能生成一半氢键(图2－3),故其结晶不稳定。2366：αβ变体完全伸展的平面锯齿形构象氢键！！！几率大。水敏感。24(二)聚酰胺的物理性质和化学性质66，单斜a型:1.24g/cm3三斜a型:1.203g/cm3三斜β型:1.25g/cm3实际:1.13～1.16g/cm1.密度6，a:l.230g/cm3酝晶:1.174g/cm3β:150g/cm3无定形:1.084g/cm3实际:1.12～1.14g/cm3252.熔点263.玻璃化转变温度受湿度影响.27284.熔体粘度聚己内酰胺的熔体粘度随着数均分子量增大而增加,在恒定温度下,下列关系成立：29聚己内酰胺的熔体粘度也依赖于温度、单体含量等因素。3031325.吸湿性有较好的吸湿性.水分子可进入聚酰胺的非结晶区与酰胺键结合。如图。336.耐化学药品性耐碱性很好,但耐酸性较差,可溶于有机酸和无机酸以及它们的浓溶液,溶于苯酚和某些酸中在煮沸的多元醇中可能发生溶胀、丧失形状或溶解。一般的有机溶剂对聚已内酰胺只起溶胀作用。34第二节聚酰胺纺丝成型35熔体纺丝法成型。聚酰胺6,直接纺丝法限于短纤维,长丝主要采用切片纺丝法。聚酰胺66直接纺丝。常规纺丝→高速纺丝(制POY)高速纺丝-拉伸一步法(制FDY)工艺工艺过程与聚酯相似。常规纺喷蒸汽加湿。环境相对湿度与温度控制严格。±0.5℃±5%36螺杆纺丝FDY→→→→→→拉伸加捻拉伸加捻UDYHOYPOYUDY长丝→集束→切断→卷曲→水洗上油拉伸→→→打包→干燥一、聚酰胺纺丝工艺常见流程：→短纤维37二、聚酰胺高速纺丝工艺(一)纺丝温度、速度和冷却成型条件与聚酯基本相同聚酰胺6纺丝温度为265～270℃；纺丝速度≥4km/min（4～5.2km/min）聚酰胺纤维分子间结合力大容易结晶吸水性强。当纺丝速度较低时预取向丝会因吸湿量高而膨润变形,使卷装筒子塌边,造成卷装筒子成型不良。38第三节聚酰胺纤维的后加工39一、聚酰胺长丝后加工POY-DT(一)长丝后加工工艺流程POY－DT工艺流程：POY丝筒→导丝器→喂入罗拉→热盘→热板→拉伸盘→钢丝圈→环锭加捻→卷绕筒管→DT丝如图：4041(二)长丝后加工工艺1.拉伸过程的主要工艺参数：(1)拉伸倍数UDY拉伸5～4倍POY拉伸1.2～1.3倍高强力丝及帘子线≥5倍(2)拉伸温度PA6，Tg=35～50℃,民用丝：室温强力丝或短纤维：(～150℃)。PA66,Tg=40～60℃,热拉422.环锭加捻环锭加捻机构由导丝钩、隔丝板、钢领、钢丝钩、锭子和筒管等几个重要部分组成拉伸加捻机的加捻方法,拉伸盘和小转子握持丝的一端,另一端由锭子和钢丝构带动加以回转,而使丝条得到加捻。43捻度随卷取筒子卷绕直径增大而增加.卷绕直径一定范围内：捻度=锭子转数/拉伸盘出丝速度3.后加捻要求100～400捻/m。捻度增加,丝条强力变化44二、聚酰胺高弹丝后加工高弹丝仅用一个加热器。(一)假捻法高弹丝生产工艺流程45(二)聚酰胺高弹丝内拉伸变形工艺三、聚酰胺帘子线的后加工(－)聚酰胺帘子线生产(聚合和纺丝)的特点1.聚合高粘度(相对粘度3.2-3.5,分子量≥2万)切片聚酰胺6：加压-常压(或真空)加压-真空闪蒸-常压后聚合聚酰胺66：加压预缩聚-真空闪蒸-后缩聚；切片纺丝法,固相后缩聚462.纺丝成型高压纺丝法：压力约在29.4～49.0MPa实现高压纺丝方式：加大喷丝头组件内过滤层的阻力；选用喷丝孔长径比大的喷丝板；同时配以相应的高压纺丝泵。喷丝板下加装徐冷装置,以延缓丝条冷却。纺丝前聚合物的单体含量在0.5%～1.0%的范围内适当的填加剂473.卷统设备重旦4.拉伸双区热拉伸机(二)复捻和合股(三)帘子布的织造和浸胶1.帘子布的织造帘子线为经（19.7～29.5tex）的棉纱或丙纶为纬纬纱固定作用。482.帘子布的浸胶改善聚酰胺帘子线对橡胶的粘着力。浸胶工艺：热拉伸-热定型-浸胶；浸胶-干燥-拉伸-定型；二次浸胶工艺(1)帘布的热拉伸：拉伸辊-------------热箱----------拉伸辊↑↑190℃热空气冷水49(2)浸胶:间甲胶(间苯二酚、甲醛、胶乳),浸胶时间5S。浸胶----挤压辊挤去胶-----真空吸胶液---附胶量(4%～6%)(3)干燥热定型红外线干燥----热定型箱(190℃＞轮胎硫化温度(140～160℃。帘子线与橡胶的粘着力以H抽出力表示(即帘子线在橡胶内硫化后,抽出来所需之力)50四、聚酰胺膨体长丝(BCF)(一)BCF加工的工艺流程纺丝-热拉伸-热喷气变形-空气冷却-卷绕-变形地毯长丝筒子。512.BCF短纤维生产的工艺流程纺丝-热拉伸-热喷气变形-空气冷却-切断-纤维输送-成包的BCF短纤维(二)BCF加工工艺聚酰胺BCF工艺：拉伸：温度喂入辊温度90℃以下拉伸辊温度100～190℃速度喂入速度300-1000m/min拉伸速度1000～3500m/min拉伸倍数3.5～5倍52变形：温度过热蒸汽130～230℃或热空气150～250℃空气喷射压力196.1～490.3kPa卷绕速度600～3000m/min超喂率15%～30%冷却：冷却空气温度25℃五、聚酰胺短纤维后加工特点聚酰胺6水洗,使单体含量≤1.5%水洗：长束洗涤，水洗槽短纤维，淋洗机53第四节聚酰胺纤维的性能、用途及其改性54一、聚酰胺纤维的性能(1)断裂强度：强度比较高。(2)断裂伸长，20%～30%,普通长丝25%～40%。(3)初始模量：低,容易变形。聚酰胺66≥聚酰胺6纤维。(4)回弹性；回弹性极好,如聚酰胺6长丝在伸长10%的情况下,回弹率为99%,而聚酯为67%,而粘胶仅为32%。55(5)耐多次变形性或耐疲劳性：打结强度和耐多次变形性很好。比棉纤维高7～8倍,比粘胶高几十倍。(6)耐磨性：耐磨性最好。为棉花的10倍,羊毛的20倍,粘胶纤维的50倍。(7)其他吸湿性较高。聚酰胺6＞聚酰胺66纤维。密度：较小1.14,仅高于聚丙烯和聚乙烯染色性好耐光性较差，发黄。56二、聚酰胺纤维的用途1.服装用纤维聚酰胺长丝可以纯织,交织加弹后作机织物、针织物和纬编织物。线密度＜200tex用于妇女内衣、紧身衣、长统袜和连裤袜。长丝：锦丝绸、锦丝被面短纤维：锦纶华达呢、锦纶凡立丁。作为衣料,用在运动衣、游泳衣、健美服、袜类等572.产业用纤维工业滤布和造纸毛毡。帘布渔网、绳索和安全网等。帐篷及高档人造革制品。传动运输带、消防软管、缝纫线、安全带和降落伞。3.地毯用纤维BCF(膨体丝)58三、聚酰胺纤维的改性及新品种(1)异形截面纤维：三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形和中空形等。(2)混纤丝：异收缩丝、混纤和不同截面、不同线密度丝的混纤技术。(3)抗静电、导电纤维：聚己内酰胺的大分子中引进聚乙二醇(PEG)组分,生成PA6-PEG共聚物,其比电阻约为108·cmΩ。59(4)高吸湿纤维：提高穿着的舒适性,易吸湿透