合成纖維第六章錦綸.ppt

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錦綸POY.FDY系列產(chǎn)品,短纖,第六章錦綸,1.概述2.錦綸的生產(chǎn)3.錦綸的結(jié)構(gòu)4.錦綸的性能5.錦綸的用途和發(fā)展前景,第六章錦綸,聚酰胺纖維：polyamidefibre，PA中國名稱：錦綸；翻譯名稱：“耐綸”、“尼龍”，“阿米綸”，“貝綸”。,大分子鏈中各鏈節(jié)通過酰胺鍵相連的成纖高聚物紡制的纖維。,1.概述,1.1定義,1938年德國的Schlack合成出了聚酰胺6，1941年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。,1935，Carthers等在實(shí)驗(yàn)室制備出了線性聚酰胺66,1936—1937年由杜邦公司通過熔體紡絲法制造出聚酰胺66纖維——尼龍。,1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),世界上最早投入工業(yè)化生產(chǎn)的合成纖維,在我國最早是錦州化纖廠開始生產(chǎn)尼龍的，所以稱為錦綸。,1.2發(fā)展歷史,,1、由飽和的二元酸與二元胺通過縮聚反應(yīng)制得的線性高分子縮聚物，再經(jīng)過熔融紡絲及后加工而制得的纖維。,1.3分類,2、由ω-氨基酸縮聚或由己內(nèi)酰胺開環(huán)聚合制得的線性高分子縮聚物，再經(jīng)過熔融紡絲及后加工而制得的纖維。,錦綸纖維,,1.4品種,,由己內(nèi)酰胺開環(huán)或ω-氨基己酸經(jīng)縮聚反應(yīng)而制得的合成纖維,2、錦綸的生產(chǎn)簡介,,,主要原料:己內(nèi)酰胺,生產(chǎn)原理:高溫；惰性氣體保護(hù)；水作引發(fā)劑；Mn=15000～23000,生產(chǎn)工藝:有常壓法、高壓法、常減壓并用、固相縮聚等,聚酰胺-6,（1）聚合原理已內(nèi)酰胺在高溫下，微量水存在時(shí)的聚合反應(yīng)如下：,反應(yīng)的溫度：250~260℃引發(fā)劑的用量：已內(nèi)酰胺的0.5%～5%；分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑：乙酸（0.07%～0.14%）或己二酸（0.2%～0.3%）；反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率：一般為85%～90%,,常壓法主要用于生產(chǎn)相對粘度較低（ηr＝2.2～2.7，相對分子質(zhì)量為13000～14000）的聚酰-6樹脂，所用的反應(yīng)器為直形VK管和U形VK管。,直形VK管高為9m左右，以聯(lián)苯-聯(lián)苯醚為載熱體，采用分段加熱的方式進(jìn)行加熱變。一段溫度為230～240℃；第二段溫度為（2652）℃；第三段溫度為（2402）℃。投料前用氮?dú)庵脫Q反應(yīng)器中的空氣后，再將熔融的（90～100℃）的己內(nèi)酰胺經(jīng)過濾后，用齒輪泵送入熔體貯罐，并將引發(fā)劑和相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑送入助劑計(jì)量槽，然后按比例將物料從VK管頂部加入，使其慢慢從管內(nèi)多孔擋板間曲折流下。單體在第一段被引發(fā)劑開環(huán)并初步聚合；經(jīng)過第二段和第三段完成平衡聚合反應(yīng)。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水份不斷從反應(yīng)器頂部排出。單體物料在管內(nèi)的平均停留時(shí)間約20h。聚合后熔融的產(chǎn)物用齒輪泵從直形VK管底部送出，可以直接紡絲、也可以鑄帶切片。,U形VK管是兩根并列的雙層夾套直管，下端連通，并通過旋塞控制兩管之間物料的通過速度，熔融的已內(nèi)酰胺和助劑通過助劑計(jì)量槽進(jìn)入第一管，經(jīng)過第一段（2201）℃和第二段（2601）℃聚合反應(yīng)，經(jīng)旋塞進(jìn)入第二管，保持保持（2601）℃下反應(yīng)。第二管內(nèi)有內(nèi)管，熔融的聚合物溢流通過內(nèi)管形成膜層以保證充分混合，質(zhì)量均勻和較好地排除水汽和氣泡。聚合時(shí)間根據(jù)樹脂的用途來確定，單絲用樹脂為35h左右，簾子線用樹脂為40～70h。聚合好的熔體用齒輪泵送出，可直接紡絲，也可以鑄帶切片。,高壓法高壓法是在250～260℃，0.98MPa條件下，采用直管形反應(yīng)器，助劑用0.13%的水和0.05%的己二酸，制備較高粘度（ηr＝3.5左右，相對分子質(zhì)量為18000～22000）的樹脂，聚合時(shí)間70h左右。聚合后的熔體用齒輪泵送出，可直接紡絲，也可以鑄帶切片。,常減壓并用法該法中所用的反應(yīng)器是兩直形管，第一管分三段加熱使單體聚合，聚合后的熔體用齒輪泵送入第二管的頂部以薄膜的形式通過真空度為26.7～40kPa區(qū)域，蒸出單體和水份，其中所含的5%的單體回收使用，然后進(jìn)入第二管下部的細(xì)徑管中進(jìn)一步聚合成高粘度樹脂，ηr＝3.5或4.4，前者供紡絲用，后者供注塑成型用，其中含低分子物7%～10%。,固相縮聚法該法是將常壓法制備的相對粘度為2.6～2.9的聚酰胺-6樹脂，經(jīng)過苯萃取除去單體和低分子物，然后送到回轉(zhuǎn)式真空干燥機(jī)，在190～200℃下，用高純度氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行聚合。再在532.8Pa真空度下進(jìn)一步抽出單體和低分子物。樹脂粘度ηr＝3.4～3.7，聚合時(shí)間約為18～34h。,,聚酰胺-66（錦綸-66）的生產(chǎn),是己二酸與己二胺的縮聚物，是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的聚酰胺品種，也是產(chǎn)量最大。。,,,主要原料:己二酸、己二胺,生產(chǎn)原理:需要嚴(yán)格控制兩種單體配料比，才能得到高相對分子質(zhì)量的高聚物。,生產(chǎn)上采用：縮聚反應(yīng)前，先制成鹽，再縮聚。,聚酰胺-66,聚酰胺-66的生產(chǎn)過程主要有：66鹽制備、66鹽的縮聚。①66鹽的制備和縮聚制備66鹽時(shí)，分別將己二胺和己二酸配制成溶液，然后再混合成66鹽溶液，再在適當(dāng)?shù)臈l件下縮聚。,配制成水溶液，控制反應(yīng)溫度為98℃，可以生產(chǎn)含63%66鹽的水溶液，直接用于生產(chǎn)聚酰胺-66，收率99.9%，這是最理想的工藝。以甲醇為溶劑，將兩種單體分別配制溶液，在60～70℃下攪拌混合，中和成鹽，再冷卻析出66鹽，過濾，在70℃下真空干燥，得白色結(jié)晶粉末狀66鹽，縮聚時(shí)再配制成60%的水溶液。,,性能：強(qiáng)韌耐磨、彈性高、質(zhì)量輕，染色性好，較不易起皺，抗疲勞性好。吸濕率為3.5%~5.0%，在合成纖維中是較大的，吸汗性適當(dāng)，但容易走樣。,聚己二酰己二胺纖維（錦綸－66，尼龍－66）,用途：約一半作衣料用，一半用于工業(yè)生產(chǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，約1/3是做輪胎簾子線。尼龍－66的耐熱性比尼龍－6高，做輪胎簾子線很受歡迎。,,,間歇溶液縮聚法,連續(xù)溶液縮聚法,將66鹽配制成50%～60%的水溶液，加入縮聚釜中；同時(shí)，根據(jù)產(chǎn)物相對分子質(zhì)量要求加入相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑乙酸或已二酸，如產(chǎn)物相對分子質(zhì)量為13000時(shí)，加入量為66鹽的0.5%（質(zhì)量）；控制反應(yīng)溫度為230℃左右，壓力1.7～1.8MPa，保壓2h左右，進(jìn)行預(yù)縮聚成低相對分子質(zhì)量的聚合體（注意時(shí)間不要太長，太長容易脫羧）。然后，逐步泄壓，排出水蒸氣，隨著水分的不斷排出，溫度逐步提高、壓力逐步下降，從1.8MPa下降到一定壓力時(shí)，抽真空使壓力達(dá)到0.1MPa左右，保持45min，溫度控制在280℃以下，防止熱降解，排出水分進(jìn)行最后縮聚?？s聚反應(yīng)完成后，將物料壓出、鑄帶、切粒、干燥，得聚酰胺-66樹脂。該樹脂可以作為紡絲或工程塑料的原料。,間歇溶液縮聚法,,間歇溶液縮聚法,將制備好的63%66鹽水溶液和相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑乙酸和已二酸等，一起加入靜態(tài)混合器中混合；然后送入蒸發(fā)反應(yīng)器，在溫度232℃、壓力1.8MPa下，保壓3h。然后，將物料送入管式反應(yīng)器，溫度從230℃升高到285℃，壓力從1.7MPa逐步降至0.28MPa左右，反應(yīng)3h。再將物料送入后反應(yīng)器，進(jìn)行后縮聚反應(yīng)。制得的聚合物經(jīng)擠壓鑄帶、切粒、干燥，得聚酰胺-66樹脂。該樹脂可以作為紡絲或工程塑料的原料。,連續(xù)溶液縮聚法,,蒸發(fā)反應(yīng)器,,管式反應(yīng)器,,,以尼龍6為例：,直接紡絲法：,切片紡絲法：,,,,,,紡絲：熔融法紡絲過程,后加工和滌綸相似,3、聚酰胺的結(jié)構(gòu),1、形態(tài)結(jié)構(gòu)：采用熔融紡絲法制成的錦綸纖維，其橫截面是圓形的，縱向均勻而無條痕。2、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：模型理論：折疊鏈-櫻狀原纖模型結(jié)晶度50%~60%，甚至高達(dá)70%錦綸66紡絲過程中結(jié)晶錦綸6紡絲后放置過程中結(jié)晶皮層結(jié)晶度低、取向度高芯層結(jié)晶度高、取向度低,成形時(shí)內(nèi)外溫度不一致,3、分子結(jié)構(gòu)：聚酰胺中酰胺基的存在，可以在大分子中間形成氫鍵，使分子間作用力增大，賦予聚酰胺以高熔點(diǎn)和力學(xué)性能，同時(shí)，也使其吸水率增大。聚酰胺基之間的亞甲基賦予其柔性和沖擊性，聚酰胺中的亞甲基與酰胺基的比例越大，分子間作用力小，柔性越大，吸水率越低。另外聚酰胺的性能還受亞甲基的奇偶數(shù)影響，聚二酰二胺偶數(shù)聚酰胺的熔點(diǎn)比奇數(shù)的熔點(diǎn)高，聚ω-氨基酸則相反。,4、錦綸的性能,1、熱性能2、機(jī)械性能3、化學(xué)性能4、吸濕染色性能5、其它性能,1、熱性能,熱轉(zhuǎn)變點(diǎn),錦綸66熔點(diǎn)比錦綸6高40℃,Why？,原因：錦綸6晶體中氫鍵密度較錦綸66要低得多錦綸6晶體中（由偶數(shù)碳原子的基本鏈節(jié)組成），當(dāng)大分子鏈反向平行時(shí)，所有的酰胺基均能形成氫鍵當(dāng)大分子鏈順向平行時(shí)，只有一半酰胺基能形成氫鍵,因而熔點(diǎn)低，熔解熱也小錦綸66晶體中酰胺基都能形成氫鍵，酰胺基不受順向或反向平行的影響，因而熔點(diǎn)較高，熔解熱也較大,耐熱性較差。安全使用溫度錦綸66：130℃錦綸6：93℃高溫發(fā)生各種氧化和裂解反應(yīng)，-C-N-斷裂，形成雙鍵和氰基,2、機(jī)械性能,錦綸強(qiáng)度較高，特殊用途的高達(dá)61.74~83.79cN/tex斷裂伸長和其他兩種差不多。,初始模量比滌綸低得多，手感柔軟，易變形。66>6回彈性最好，伸長3%時(shí)，錦綸6的回彈率100%，伸長10%時(shí)，回彈率90%，滌綸67%，黏膠長絲32%,耐疲勞性能：耐多次變形性好，可經(jīng)受數(shù)萬次到百萬次的雙折撓才斷裂，比棉花高7~8倍。耐磨性最好：居合成纖維之首，比棉花高10倍，比羊毛高20倍，適于做襪子，繩索。,優(yōu)勢耐穿耐用宜做緊身服裝與其他纖維混紡以提高織物耐磨性和彈性輪胎簾子線重要原料弱點(diǎn)易變形、保型性差織物易起毛起球，外觀差--單獨(dú)做外衣效果差,3、化學(xué)性能,酰胺鍵易發(fā)生水解反應(yīng)：100℃以上顯著，酸是催化劑酸：錦綸對酸不穩(wěn)定，對濃強(qiáng)無機(jī)酸特敏感。酸可催化酰胺鍵水解，但不嚴(yán)重在濃的強(qiáng)酸中，錦綸可溶解，強(qiáng)度迅速下降堿：對堿穩(wěn)定性好,氧化劑：對氧化劑穩(wěn)定性差氧化作用主要發(fā)生在亞甲基上損傷大的氧化劑：雙氧水、次氯酸鈉、高錳酸鉀…損傷小的氧化劑：亞氯酸鈉、過醋酸…注意：可采用亞氯酸鈉、過醋酸進(jìn)行漂白有機(jī)溶劑：錦綸耐溶劑性較差對錦綸無作用的溶劑：烴、醇、醚、酮…溶解錦綸的溶劑：甲酸、甲酚、苯酚…對錦綸嚴(yán)重?fù)p傷的溶劑：三氯乙烷,4、吸濕染色性能,吸濕性：具有中等的吸濕性。在合纖中較好，回潮率約4%，酰胺基有一定的極性，結(jié)構(gòu)較疏松錦綸纖維的溶脹異向性小，錦綸的皮層結(jié)構(gòu)限制了溶脹染色性含胺基和羧基在酸性介質(zhì)中帶陽電荷，用酸性染料，在堿性介質(zhì)中帶陰電荷，用可用陽離子染料。一般以醋酸作為分子量穩(wěn)定劑，同樣條件，錦綸6色濃（端基數(shù)量較多）。,5、其它性能,耐光性差，長時(shí)間光照引起大分子鏈斷裂，強(qiáng)度下降、纖維泛黃錦綸相對密度為1.04~1.14g/cm3。僅比乙綸和丙綸重。保形性不好，不如滌綸挺括，易于變形燃燒性能與滌綸相似,錦綸以長絲為主，另外還有少量的錦綸短纖維。錦綸長絲主要用于制造強(qiáng)力絲,供生產(chǎn)襪子、內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衫等。錦綸短纖維主要是與粘纖、棉、毛及其他合纖混紡，用作服裝布料。錦綸還可在工業(yè)上用作輪胎簾子線、降落傘、漁網(wǎng)、繩索、傳送帶等。,5、錦綸的用途,錦綸的發(fā)展前景,世界錦綸總量居合成纖維第二位，發(fā)達(dá)國家在消費(fèi)結(jié)構(gòu)上的順序?yàn)椋汗こ趟芰稀⒀b飾用簇絨地毯、工業(yè)用絲、簾子線，最后是服裝用的細(xì)旦絲。目前，國內(nèi)錦綸的生產(chǎn)規(guī)模比較小，技術(shù)比較落后。應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，加大集中縮聚生產(chǎn)規(guī)模，成為原料生產(chǎn)基地，為紡絲提供充足的PA切片；,加大高速紡絲生產(chǎn)比例；在擴(kuò)大連續(xù)縮聚規(guī)模的同時(shí)，又要有一定比例的間歇縮聚規(guī)模，為錦綸生產(chǎn)提供更多的特殊品種材料?？v觀錦綸發(fā)展前景，在穩(wěn)定增長民用絲的前提下，加大工業(yè)用絲與產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)是當(dāng)前錦綸發(fā)展的重點(diǎn)。,錦綸簾子線的優(yōu)點(diǎn)：（1）強(qiáng)度高，減少簾線用量，輪胎重量輕，散熱性好，延長使用壽命；（2）耐疲勞性能和耐沖擊性能好；（3）高速行駛中耐久性大。與橡膠的附著力大，高速行駛發(fā)熱時(shí)，兩者剝離現(xiàn)象少。,錦綸簾子線,錦綸簾子線生產(chǎn)（聚合和紡絲）特點(diǎn)：（1）聚合方面由于簾子線的強(qiáng)度高于一般長絲，所以必須用高黏或高分子量的聚合體來制備。（2）紡絲成型方面高壓紡絲法，壓力約在300-500Kg/cm2。,,高黏度的聚合物可在較低溫度下紡絲,實(shí)現(xiàn)高壓紡絲主要采用兩種形式：1、加大噴絲頭組件內(nèi)過濾層的壓力2、選用噴絲孔長徑比大的噴絲板，同時(shí)配以相應(yīng)的高壓紡絲泵。為了提高簾子線的耐熱性，常在切片中加入防老劑、潤滑劑。,N,N-二（β-萘基）對苯二胺——DNP,YJT-3101,適當(dāng)控制紡絲冷卻條件也是提高簾子線質(zhì)量的關(guān)鍵之一。方法：紡制簾子線時(shí)，由于聚合物熔體粘度較高，通常在噴絲板下加裝徐冷裝置；目的：延緩絲條冷卻，使絲條的結(jié)構(gòu)均勻，從而獲得具有良好拉伸性能的卷繞絲，提高產(chǎn)品質(zhì)量。徐冷裝置下部多采用側(cè)吹風(fēng)。錦綸簾子線的油劑一般要求耐熱180C左右，否則，在拉伸機(jī)上進(jìn)行熱拉伸時(shí)，油劑遇熱容易揮發(fā)，造成空氣和設(shè)備的污染，有時(shí)還會(huì)影響絲的加工性能。,錦綸簾子線后加工,簾子線（布）后加工流程,復(fù)捻,復(fù)捻和合股,經(jīng)過拉伸加捻后的粗旦絲條，捻度比較低，為了進(jìn)一步提高簾子線的強(qiáng)力，還需要進(jìn)行復(fù)捻和合股。環(huán)錠加捻機(jī)是專門用來加捻和合股較粗的合股線的設(shè)備。,對簾子線合股加捻的質(zhì)量要求如下：（1）由于聚酰胺纖維很光滑，紗線斷裂后的接頭打結(jié)必須采用絲織結(jié)，才不至于造成織布或布拉伸時(shí)脫結(jié)，同時(shí)合股時(shí)打結(jié)必須采用臂叉打結(jié)，其強(qiáng)力損失不大于1-1.5公斤。,（2）聚酰胺簾子布不允許有油污，因此在初、復(fù)捻時(shí)應(yīng)采取一切措施防止油污絲的產(chǎn)生。（3）毛絲對股線強(qiáng)力影響大，因此應(yīng)盡量消除毛絲產(chǎn)生的因素。（4）經(jīng)復(fù)捻后簾子線不允許有麻皮線，麻皮線是復(fù)捻過程操作不熟練或操作不當(dāng)引起的嚴(yán)重疵點(diǎn)，其現(xiàn)象是線條合股不勻，捻度松緊不一，捻紋不規(guī)則，有疙瘩或小球狀，亦呈過捻象征。,簾子布的織造,為了便于浸膠和輪胎加工，保證輪胎簾子線在輪胎中能得到合理的排列，需要將簾子線織成簾子布。簾子布用聚酰胺簾線作經(jīng)紗，緯紗可用20-30支的棉紗或丙綸，緯紗僅僅起固定經(jīng)紗位置的作用，在輪胎加工過程中，緯紗斷裂而失去其作用。,為了適應(yīng)簾子布的浸膠、熱伸張與定型處理，以及輪胎工業(yè)上的要求，簾子布的幅寬為1.4-1.6米，長度不一。根據(jù)輪胎工業(yè)的要求，需要制成三種規(guī)格的布，分別用于輪胎的內(nèi)層、外層和緩沖層。,簾子布的浸膠熱拉伸,簾子布浸膠熱拉伸的目的是為了改善聚酰胺簾線對橡膠的黏著力及進(jìn)一步改善簾子布的質(zhì)量。浸膠工藝一般采用熱拉伸-熱定型-浸膠工藝；或浸膠-干燥-拉伸-定型工藝。,復(fù)習(xí)思考題：1、錦綸的主要品種2、PA6和PA66的化學(xué)結(jié)構(gòu)式3、錦綸的主要性能特點(diǎn)4、錦綸的制備方法，紡絲方法，紡絲過程5、錦綸簾子線的特點(diǎn)及制造過程,