第二章聚酰胺纤维课件.ppt

1、LOGO高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学朱 鹏南通大学 化学化工学院 2008.920:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维1.1.背景背景 聚酰胺纤维是指纤维大分子主链有酰胺键聚酰胺纤维是指纤维大分子主链有酰胺键 连接起来的一类合成纤维。由于其具有优良的物理性能和纺织连接起来的一类合成纤维。由于其具有优良的物理性能和纺织性能，发展速度很快，直至性能，发展速度很快，直至2020世纪世纪6060年代末，在合成纤维产量年代末，在合成纤维产量中一直居首位，但从中一直居首位，但从19721972年开始为涤纶所超过而退居第二位。年开始为涤纶所超过而退居第二位。 聚酰胺纤维有许多品种，目前工业化

2、生产及应用最为广泛聚酰胺纤维有许多品种，目前工业化生产及应用最为广泛的是聚酰胺的是聚酰胺6 6和聚酰胺和聚酰胺6666。各国的商品名称不同，如我国称聚酰。各国的商品名称不同，如我国称聚酰胺纤维为胺纤维为“锦纶锦纶”，美国称为，美国称为“尼龙尼龙”（NylonNylon）。）。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维20:3020:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维SupplexSupplex 是是 Invista Invista 公司继公司继 Tactel Tactel 之后推出的新之后推出的新型锦纶型锦纶 66 66 纤维。它具有以下特性：纤维。它具有以下特性： 曲折刚性低于羊毛、曲

3、折刚性低于羊毛、涤纶涤纶和棉等大多数纤维，和棉等大多数纤维，具有棉一般的手感和柔顺，消光；具有棉一般的手感和柔顺，消光； 吸湿性好，在化纤中仅次于粘胶；吸湿性好，在化纤中仅次于粘胶； 质量轻，强度和耐磨性超过质量轻，强度和耐磨性超过涤纶涤纶； 弹性恢复仅次于羊毛和腈纶，优于其它化纤；弹性恢复仅次于羊毛和腈纶，优于其它化纤； 制成的制成的服装服装不易起皱、不缩水、不变形、易干不易起皱、不缩水、不变形、易干燥、易保养；燥、易保养；染色性能较好，不易退色等。染色性能较好，不易退色等。 20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维CoolmaxCoolmax 排汗排汗面料面料当然首推当然首推 Cool

4、maxCoolmax ，其实就是，其实就是涤纶涤纶（ POLYESTER POLYESTER 聚酯）。聚酯）。 CoolmaxCoolmax 面料面料的确具有优良的的确具有优良的排汗性能，能够将汗水导到体排汗性能，能够将汗水导到体外。它的四孔中空的纤维构造，外。它的四孔中空的纤维构造，加上一般加上一般 coolmaxcoolmax 面料面料内紧外内紧外松的针织构造，可以最大限度松的针织构造，可以最大限度的利用毛细现象导湿。的利用毛细现象导湿。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酰胺合成工艺一般可分为两类：聚酰胺合成工艺一般可分为两类： 一类是由一类是由二元胺和二元酸缩聚而得二元胺和二

5、元酸缩聚而得； 另一类为另一类为氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得。命名命名: : 前一数字为前一数字为二元胺二元胺的碳原子个数，后一数字为的碳原子个数，后一数字为二元酸二元酸的碳原的碳原子个数。子个数。 对于开环聚合只有其对于开环聚合只有其单元结构所含碳原子数目单元结构所含碳原子数目。 注：根据注：根据ISOISO的定义，全芳香族聚酰胺纤维不在聚酰胺纤维的定义，全芳香族聚酰胺纤维不在聚酰胺纤维类内。类内。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维第一节第一节 聚酰胺纤维原料聚酰胺纤维原料一、聚酰胺纤维的原料及生产一、

6、聚酰胺纤维的原料及生产 聚酰胺树脂工业上主要方法包括聚酰胺树脂工业上主要方法包括 熔融缩聚熔融缩聚、 开环聚合开环聚合 低温聚合低温聚合。 聚酰胺聚酰胺6666，聚酰胺，聚酰胺9 9等由于聚合体有适当的熔点，分解温度等由于聚合体有适当的熔点，分解温度比熔点高，可以采用熔融缩聚，而己内酰胺，则需要适当的活比熔点高，可以采用熔融缩聚，而己内酰胺，则需要适当的活化剂使之开环并聚合。化剂使之开环并聚合。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维1. 1. 已内酰胺的开环聚合已内酰胺的开环聚合 环状化合物能否变成聚合物，是由热力学函数决定的。环状化合物能否变成聚合物，是由热力学函数决定的。环环状化合物

7、的自由能状化合物的自由能F1F1大于聚合物的自由能大于聚合物的自由能F2F2，即满足，聚合反，即满足，聚合反应才有可能进行。应才有可能进行。 热力学上能够聚合的环状单体，还必须满足动力学的条件热力学上能够聚合的环状单体，还必须满足动力学的条件才能聚合。如已内酰胺在热力学上能够开环聚合，但是纯无水才能聚合。如已内酰胺在热力学上能够开环聚合，但是纯无水已内酰胺在加热条件下，并不能发身聚合。（原因）已内酰胺在加热条件下，并不能发身聚合。（原因） 已内酰胺转化成线性高聚物，除了必须适当的温度条件外，已内酰胺转化成线性高聚物，除了必须适当的温度条件外，还必须有还必须有活化剂存在活化剂存在。（活化剂的作用

8、）。工业上普遍采用添。（活化剂的作用）。工业上普遍采用添加少量水使其聚合，称为水解聚合。其包括：加少量水使其聚合，称为水解聚合。其包括：链的引发、链的链的引发、链的增长及链的终止增长及链的终止。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维2. 2. 聚已内酰胺的生产流程聚已内酰胺的生产流程 间歇工艺多采用间歇工艺多采用搅拌釜式反应器搅拌釜式反应器，而连续工艺多采用，而连续工艺多采用管式管式反应器反应器。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维二、聚酰胺的结构和性质二、聚酰胺的结构和性质（一）聚酰胺结构（一）聚酰胺结构 1. 1. 分子结构分子结构 聚酰胺的分子是通过酰胺键连接起来的线形聚酰

9、胺的分子是通过酰胺键连接起来的线形长链分子，在晶体中呈完全伸展的平面锯齿形构形。适合于纺长链分子，在晶体中呈完全伸展的平面锯齿形构形。适合于纺制纤维的聚已内酰胺的平均分子量一般为制纤维的聚已内酰胺的平均分子量一般为14000140002000020000左右。左右。 2. 2. 晶态结构晶态结构 X X射线衍射分析表明，线型聚酰胺在固态时只射线衍射分析表明，线型聚酰胺在固态时只是部分结晶，结晶度通常在是部分结晶，结晶度通常在5050以下。聚己内酰胺通常具有多以下。聚己内酰胺通常具有多种晶态结构，包括种晶态结构，包括型、型、型及型及型型。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维20:30第二

10、章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维 型的晶体是最稳定的形型的晶体是最稳定的形式，其密度也最大。式，其密度也最大。 型和型和型的晶体不稳定，型的晶体不稳定，通过对样品的不同处理，这种通过对样品的不同处理，这种结构可以转变成稳定的结构可以转变成稳定的型的型的晶体。晶体。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维（二）聚酰胺的物理和化学性质（二）聚酰胺的物理和化学性质1. 1. 密度密度 聚己内酰胺的密度随着内部结构和制造条件不同而有聚己内酰胺的密度随着内部结构和制造条件不同而有差异，其测得密度为差异，其测得密度为1.121.121.14 g/cm1.14 g/cm3 3。而聚己二酰己二胺密。而聚己二

11、酰己二胺密度范围为度范围为1.131.131.16 g/cm1.16 g/cm3 3。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维2. 2. 熔点熔点 根据测试方法不同，其熔点数值也有所差异。根据测试方法不同，其熔点数值也有所差异。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维3. 3. 玻璃化温度玻璃化温度 聚酰胺的玻璃化温度与测定方法和测定条件有关。聚酰胺的玻璃化温度与测定方法和测定条件有关。 20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维4.4.熔体粘度熔体粘度 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，符合下列公式：定温度

12、下，符合下列公式：20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维 判断聚己内酰胺的可加工性，除了测量温度要相同以外，判断聚己内酰胺的可加工性，除了测量温度要相同以外，还必须在还必须在低聚物含量和含水量低聚物含量和含水量相同的情况下，才可能得到有相同的情况下，才可能得到有用数据。用数据。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维6.6.吸湿性吸湿性 PAPA相对于其它纤维，由于酰胺键中的相对于其它纤维，由于酰胺键中的N N原子具有孤对电子，原子具有孤对电子，其可以与水分子形成氢键，其其可以与水分子形成氢键，其具有较好的吸湿性具有较好的吸湿性。 每两个酰胺间与其每两个酰胺间与其配位的水分子有三配位

13、的水分子有三个，其中一个分子个，其中一个分子产生强的氢键结合。产生强的氢键结合。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维7.7.耐化学药品性耐化学药品性 聚酰胺聚酰胺耐碱性很好耐碱性很好，但，但耐酸性差耐酸性差，通常可溶于有机酸和无，通常可溶于有机酸和无机酸，也可溶于苯酚或一些醇类。机酸，也可溶于苯酚或一些醇类。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维第二节第二节 聚酰胺的纺丝成型聚酰胺的纺丝成型一、概述一、概述 聚酰胺纤维一般采用聚酰胺纤维一般采用熔体纺丝成型熔体纺丝成型，主要以切片熔融纺丝，主要以切片熔融纺丝为主。聚酰胺纤维的结构与聚酯不同，为了避免卷绕丝在卷装为主。聚酰胺纤维的结

14、构与聚酯不同，为了避免卷绕丝在卷装上发生过多的松弛而变软，其相应上发生过多的松弛而变软，其相应纺丝速度必须达到纺丝速度必须达到4200m/min4200m/min4500m/min4500m/min。 由于常规纺丝已逐步被高速纺丝取代，为此，本节主要介由于常规纺丝已逐步被高速纺丝取代，为此，本节主要介绍高速纺丝。绍高速纺丝。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维二、聚酰胺纤维高速纺丝的工艺和设备特点二、聚酰胺纤维高速纺丝的工艺和设备特点1.1.对切片含水率和熔体纯度要求对切片含水率和熔体纯度要求 含水率小于含水率小于0.080.08，熔体中不允许有，熔体中不允许有6m6m以上的杂质存在。

15、以上的杂质存在。 原因：高速纺丝，张力大，气泡或杂质的存在会引起应力原因：高速纺丝，张力大，气泡或杂质的存在会引起应力集中，发生单丝断裂。集中，发生单丝断裂。2. 2. 对纺丝设备的要求对纺丝设备的要求 高卷绕速度要求纺丝头的吐胶量较大，为此需要增加螺杆高卷绕速度要求纺丝头的吐胶量较大，为此需要增加螺杆挤出量和提高纺丝熔体的均匀性。挤出量和提高纺丝熔体的均匀性。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维3. 3. 丝条冷却和上油方式丝条冷却和上油方式 高速纺丝，冷却停留时间短，因此需要加大风速和风窗的高速纺丝，冷却停留时间短，因此需要加大风速和风窗的高度。而上油方式也不同与常规纺丝，其不在卷

16、绕机板面而在高度。而上油方式也不同与常规纺丝，其不在卷绕机板面而在纺丝窗下方的甬道入口处。纺丝窗下方的甬道入口处。 原因：减少丝条与空气的接触表面，较少摩擦阻力和张力，原因：减少丝条与空气的接触表面，较少摩擦阻力和张力，保证高速卷绕。保证高速卷绕。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维三、聚酰胺高速纺丝工艺三、聚酰胺高速纺丝工艺 聚酰胺聚酰胺6 6高速纺丝设备与聚酯基本相同，但由于物性差异，高速纺丝设备与聚酯基本相同，但由于物性差异，其工艺具有差别。其工艺具有差别。 聚酰胺聚酰胺6 6纺丝温度为纺丝温度为265265270270； 纺丝速度比聚酯高，至少在纺丝速度比聚酯高，至少在4000

17、m/min4000m/min以上。以上。 原因：由于聚酰胺纤维分子间结合力大，容易结晶、吸水原因：由于聚酰胺纤维分子间结合力大，容易结晶、吸水性强，在低速时容易吸水膨胀变形，造成卷装不良。性强，在低速时容易吸水膨胀变形，造成卷装不良。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维 聚酰胺纤维的取向度随纺丝速度的提高而增加，聚酰胺纤维的取向度随纺丝速度的提高而增加，为此聚酰胺纤维预取向丝为此聚酰胺纤维预取向丝POYPOY的纺速宜为的纺速宜为400040005200m/min5200m/min。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维四、聚酰胺高速纺丝拉伸一步工艺四、聚酰胺高速纺丝拉伸一步工艺

18、聚酰胺聚酰胺6 6全拉伸丝（全拉伸丝（FDYFDY）工艺在常规纺丝工艺的）工艺在常规纺丝工艺的基础上加入了第二、第三导丝辊，完成拉伸工艺，可基础上加入了第二、第三导丝辊，完成拉伸工艺，可直接制得锦纶长丝直接制得锦纶长丝FDYFDY产品。具体工艺参见书产品。具体工艺参见书P81P81。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维工艺参数对成品丝质量的影响工艺参数对成品丝质量的影响1.1.纺丝温度纺丝温度 纺丝温度主要取决于纺丝温度主要取决于聚合体的熔点和熔体粘度聚合体的熔点和熔体粘度。聚酰胺。聚酰胺6 6的的纺丝温度控制在纺丝温度控制在270270，聚酰胺聚酰胺6666则控制在则控制在28028

19、0290290左右。左右。 原因：聚酰胺原因：聚酰胺6 6的熔点的熔点215215；聚酰胺聚酰胺6666的熔点的熔点255 255 。2.2.冷却条件冷却条件 一般选择侧吹风，使用一般选择侧吹风，使用2020的露点风，送风速度一般为的露点风，送风速度一般为0 0。4 40.5m/s0.5m/s，相对湿度为，相对湿度为75758080。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维3.3.纺丝速度和喷丝头拉伸倍纺丝速度和喷丝头拉伸倍数数 熔体纺丝速度很快，一般对熔体纺丝速度很快，一般对速度设有下限值，高速纺一般为速度设有下限值，高速纺一般为4000m/min4000m/min6000m/min60

20、00m/min，喷丝头，喷丝头拉伸倍数可达拉伸倍数可达200200倍。倍。 纺丝速度越快，喷丝头拉伸纺丝速度越快，喷丝头拉伸倍数越大，而后期剩余拉伸倍数倍数越大，而后期剩余拉伸倍数减小。减小。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维4.4.上油上油 高速纺丝上油比常规纺丝上油更为重要。高速纺丝上油比常规纺丝上油更为重要。 常规纺丝采用油盘上油，吹风位置为卷绕机上；常规纺丝采用油盘上油，吹风位置为卷绕机上； 高速纺丝采用高速纺丝采用齿轮泵计量齿轮泵计量、喷嘴上油法喷嘴上油法。同时由于。同时由于FDYFDY具有具有较高的取向和结晶度，为此较高的取向和结晶度，为此上油位置吹风窗下端上油位置吹风窗

21、下端。5.5.拉伸倍数拉伸倍数 FDYFDY工艺是经第一导辊的预取相丝（工艺是经第一导辊的预取相丝（POYPOY）连续绕经高速运）连续绕经高速运行的辊筒来实行拉伸。拉伸倍数一般为行的辊筒来实行拉伸。拉伸倍数一般为1.21.21.31.3倍。倍。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维第三节第三节 聚酰胺纤维的后加工聚酰胺纤维的后加工一、聚酰胺长丝后加工一、聚酰胺长丝后加工 现在聚酰胺长丝的生产多采用现在聚酰胺长丝的生产多采用POYPOYDTDT工艺，即以高速纺的工艺，即以高速纺的POYPOY为原料，在同一机台上（拉伸加捻机）一步完成拉伸加捻作为原料，在同一机台上（拉伸加捻机）一步完成拉伸加

22、捻作用，其与聚酯长丝后加工类似，具体参加书用，其与聚酯长丝后加工类似，具体参加书P83P83。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维二、聚酰胺高弹丝后加工二、聚酰胺高弹丝后加工 聚酰胺高弹丝后加工采用假捻变形法，其与聚酯聚酰胺高弹丝后加工采用假捻变形法，其与聚酯假捻变形丝工艺类似，具体参加书假捻变形丝工艺类似，具体参加书P84P84。 高弹丝与低弹丝工艺差别，有无高弹丝与低弹丝工艺差别，有无加热器加热器。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维三、聚酰胺帘子线的后加三、聚酰胺帘子线的后加工工 帘子线是橡胶制品的骨架帘子线是橡胶制品的骨架材料材料，广泛用于轮胎、胶管、，广泛用于轮胎、胶

23、管、运输带等领域。其第一代产品运输带等领域。其第一代产品为棉帘子线，到为棉帘子线，到2020世纪世纪50506060年代为年代为粘胶帘子线取代粘胶帘子线取代。由于。由于聚酰胺纤维帘子线具有断裂强聚酰胺纤维帘子线具有断裂强度高、抗冲击强度高、耐疲劳度高、抗冲击强度高、耐疲劳等优良性能，而发展迅速。等优良性能，而发展迅速。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酰胺帘子线生产特点聚酰胺帘子线生产特点1.1.聚合聚合 由于帘子线的强度要求高于一般长丝，其必须要提高分子由于帘子线的强度要求高于一般长丝，其必须要提高分子量。其聚酰胺量。其聚酰胺6 6目前采用加压预缩聚真空闪蒸后缩聚工艺。目前采用加

24、压预缩聚真空闪蒸后缩聚工艺。2. 2. 纺丝成型纺丝成型 由于粘度高，一般采用高压纺丝法，避免高温，有利于产由于粘度高，一般采用高压纺丝法，避免高温，有利于产品质量的提高。品质量的提高。3. 3. 复捻和合股复捻和合股 经拉伸加捻后的丝条，捻度较低，还需要进行复捻和合股。经拉伸加捻后的丝条，捻度较低，还需要进行复捻和合股。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维四、聚酰胺膨体长丝的生产四、聚酰胺膨体长丝的生产 聚酰胺膨体长丝的生产是采用聚酰胺膨体长丝的生产是采用SDTYSDTY法，与聚酯空气变形丝法，与聚酯空气变形丝工艺类似，具体参见书工艺类似，具体参见书P89P89。 纺丝拉伸喷气变形纺

25、丝拉伸喷气变形 加工一步法加工一步法20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维第四节第四节 聚酰胺纤维的性能、用途及其改性聚酰胺纤维的性能、用途及其改性一、聚酰胺纤维的性能一、聚酰胺纤维的性能v聚酰胺纤维因为部分结晶和分子间作用力大，其聚酰胺纤维因为部分结晶和分子间作用力大，其强度较高强度较高。v其初始模量比其它多数纤维都低，表现为纤维在使用过程中其初始模量比其它多数纤维都低，表现为纤维在使用过程中容易变形容易变形。v同时聚酰胺纤维是所有纺织纤维中同时聚酰胺纤维是所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维耐磨性最好的纤维，其为，其为棉花的棉花的1010倍，羊毛

26、的倍，羊毛的2020倍。倍。v吸湿性在合成纤维中最高吸湿性在合成纤维中最高。20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维二、聚酰胺纤维的用途二、聚酰胺纤维的用途1.1.服装用纤维服装用纤维 低线密度长丝多用内衣、运动衣、游泳衣等低线密度长丝多用内衣、运动衣、游泳衣等2. 2. 产业用纤维产业用纤维 工业滤布和造纸毛毡的理想材料，聚酰胺帘布轮胎在汽车工业滤布和造纸毛毡的理想材料，聚酰胺帘布轮胎在汽车制造业中占有重要地位。同时可用作渔网、绳索及安全网等材制造业中占有重要地位。同时可用作渔网、绳索及安全网等材料。料。3. 3. 地毯用纤维地毯用纤维20:3

27、0第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维三、聚酰胺纤维的改性及新品种三、聚酰胺纤维的改性及新品种 聚酰胺纤维改性可分为化学改性和物理改性两种。针对下聚酰胺纤维改性可分为化学改性和物理改性两种。针对下述方法述方法（1 1）异形截面纤维、）异形截面纤维、（2 2）混纤维、）混纤维、（3 3）抗静电、导电纤维、）抗静电、导电纤维、（4 4）高吸湿纤维、）高吸湿纤维、（5 5）抗菌除臭纤维，）抗菌除臭纤维， 20:30第二章第二章 聚酰胺纤维聚酰胺纤维作业：作业：1.1.聚酰胺合成工艺一般可分为哪两类，其原料分别为聚酰胺合成工艺一般可分为哪两类，其原料分别为什么？什么？2.2.聚酰胺有几种晶型结构，最稳定的结构又是哪种？聚酰胺有几种晶型结构，最稳定的结构又是哪种？3.3.高速纺丝与常规纺丝上油有什么区别？高速纺丝与常规纺丝上油有什么区别？