1、高分子材料加工工艺学,第三章 聚酰胺纤维,第三章 聚酰胺纤维,内容提要：本章共有4节内容，其中：第1节聚酰胺原料的制备与性质，要了解清楚第2、3节是纤维成型与后加工，是重点，要很好掌握；第4节是产品性能与改性简介，是扩展知识结构的内容，要适当了解。,第三章 聚酰胺纤维,1.聚酰胺纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维，也是合成纤维的第一个品种。 l 935年Carothers等人在实验室中用己二酸和已二胺制成聚酰胺66，于19361937年发明用熔体纺丝法制造聚酰胺66纤维的技术，1938年以中间实验规模开始生产，几乎与此同时德国的Schlack在1938年发明用己内酰胺聚合制取聚酰胺6和生
2、产纤维的技术，1941年这种纤维开始工业化生产。,2.聚酰胺纤维有许多品种，以聚酰胺6和聚酰胺66为主。3.聚酰胺的合成路线一般分两类，一类是用二元胺和二元酸缩聚而成，通式为： -HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO-n另一类是由-氨基酸缩聚或由内酰胺开环聚合而得通式为： -HN(CH2)x CO-n,4.根据其单元结构所含碳原子数目可得到不同品种的命名（见表2-1）例如聚酰胺6纤维就是由含6个碳原子的己内酰胺开环聚合而得的。其他聚酰胺纤维的命名，依此类推。5.聚酰胺纤维除脂肪族聚酰胺纤维外，还有含脂肪环的脂环族聚酰胺纤维，含芳香环的脂肪族(芳香族)聚酰胺纤维等类别。根据国际标准化组织(1
3、SO)的新定义，聚酰胺纤维仅包括上面几种类型的纤维，而不包括全芳香族聚酰胺纤维。表21中列出了目前主要聚酰胺纤维的品种。,第一节 聚酰胺纤维的原料,一、聚酰胺纤维原料生产简述1）聚酰胺的制造方法很多，但工业上最重要的方法不外乎熔融缩聚法，开环聚合法和低温溶液聚合法三种。低温聚合法包括界面聚合和溶液聚合。根据原料单体以及聚合体的特性不同而采用不同的制备方法。,2）聚酰胺6(聚己内酰胺)可以由氨基己酸缩聚制得，也可由己内酰胺开环聚合制得。但是，在大规模工业生产上，都是采用己内酰胺作为原料。3）已内配胺开环聚合制备聚己内酰胺的生产工艺可以来用三种不同的聚合方法：水解聚合、阴离子聚合(由于采用碱性催化
4、剂，也称碱聚合)和固相聚合。目前水解聚合工艺占优势，纤维用聚己内酰胺的工业生产中尤其如此。,1.己内酰胺开环聚合,1）环状化合物能否转变成聚合物，是由热力学函数决定的。环状化合物的自由能F1大于聚合物的自由能F2，即满足:FF2F10，聚合反应才可能进行。己内酰胺开环聚合生成聚己内配胺时，反应进行的自由能F变化很小，所以已内配胺开环聚合具有可逆平衡的性质，它不可能全部转变成高聚物，而总残留有部分单体和低聚体。2）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。己内酰胺在热力学上能够聚合，但是相当纯的无水己内酰胺加热时并不能发生聚合。工业上普遍采用添加少量的水使己内酰胺聚合称为水解聚
5、合。,3）关于已内酰胺的水解聚合机理，多年来有两种不同的学说：一种是以荷兰的赫尔曼斯为首的学派，认为己内酰胺的水解过程是一个缩聚过程。另一种是以德国的威洛士为首的学派，认为是一个加成聚合反应。现在，通过大量的实验工作，比较客观的看法认为；整个聚合反应过程中同时存在加聚反应和缩聚反应，每一个聚己内酰胺大分子的形成都通过下列三个阶段：链的引发；链的增长；链的终止。,基于上述对己内酰胺水解聚合机理的认识，可把己内酰胺的水解开环聚合分为三个步骤： 已内酰胺的引发和加成：当己内酰胺被水解生成氨基己酸后，己内酰胺分子就逐个连接到氨基己酸的链上去，直到分子量达8000(DP71)一14000(DP124)之
6、间。 链的增长：由于在第一阶段中绝大部分已内酰胺单体都参加了反应，因此在这一阶段主要是上阶段形成的短链进行连接，得到分子量在18000DP160)至33000(DP292)之间的聚合物，这一阶段以缩聚反应为主，当然还有少量的引发和加成反应在同时进行。,平衡阶段：此阶段同时进行着链交换、缩聚和水解等反应，使分子量重新分布，最后根据反应条件(例如温度、水分及分子量稳定剂的用量等)，达到一定的动态平衡，使聚合体的平均分子量达到一定值。由于聚合过程具有可逆平衡的性质，而且链交换、缩聚和水解三个反应同时进行，故最终反应混合物不仅包含聚合物、单体、水和环状齐聚物形式的低分子物。,2.聚己内酰胺的生产工艺流
7、程,1）已内酰胺的聚合工艺分间歇和连续聚合两种，间歇聚合是将引发剂、分子量调节剂和熔融的已内酰胺一起加入聚合釜中，在一定的温度和压力下进行聚合。当分子量达到预定要求后，便将聚合物从釜底排出，并用水急冷，经铸带、切粒、即得到聚己内酰胺树脂。间歇聚合法虽然设备比较简单，更换品种及开停车较为方便，但各批聚合物的质量均匀性差，操作比较繁，因此只适应于小批量、多品种的生产，而大规模生产则以采用连续聚合法为好。,2）在己内酰胺连续聚合工艺中，用得最多的是常压连续聚合，这一方法根据聚合管的外形不同，分为直型和u型两种，尤以常压直型连续聚合管法(又称直型vK管)最为广泛。注：VK是德文 “连续的”单词开头两个
8、字母。3）近年来，我国从国外引进了一批聚酰胺6生产技术和设备，其特点是产量大，生产连续化、自动化程度高。产品质量稳定，现以德国KF公司(KARL FISCHER卡尔菲瑟公司)的直型vK管为例，说明连续聚合生产流程(见图21）。,4）操作过程概述：将己内酰胺投入熔融锅中，经熔化，由活塞泵抽出并过滤后送到混合槽，再由泵输送并经过滤后送往己内酰胺熔体贮槽，聚合用的助剂(消光剂二氧化钛，开环剂无离子水，分子量稳定剂醋酸或己二酸，热稳定剂等)经过调配、混合和过滤后，送入助剂贮槽；己内酰胺熔体、助剂、Tio 2等各自通过计量泵，由各自的贮指定量地送入聚合管(vK管)上部，在进入vK管之前，已内酰胺熔体先预
9、热，己内酰胺熔体与各种助剂和二氧化钦等在VK管上部均匀混合后，逐步向下流动，在管中经加热，开环聚合，平衡，降温等过程，制得聚己内酰胺，聚合物从聚合管底部输送泵定量抽出，送往铸带、切粒。,3.聚己内酰胺切片的纺前处理,经聚合、铸带、切粒后的聚已内酰胺切片还得经萃取、干燥等处理，才能送至纺丝机进行熔体纺丝，此过程称为纺前处理。(1) 萃取是为了除去切片中的低分子物含量。（2）切片的干燥 萃取后切片虽经机械脱水，但仍含有10左右的水分，在坊前必须待湿切片进行干燥，使含水率降至0.06以下，否则聚酰胺熔融时会发生水解使粘度下降，纺丝断头率增加。甚至无法进行正常纺丝,二、聚酰胺的结构和性质,(一)聚酰胺
10、的结构1.分子结构1）聚酰胺的分子是由许多重复结构单元(即链节)通过酰胺键连接起来的线型长链分子在晶体中呈完全伸展的平面锯齿形构型。2）高聚物的分子量及其分布对于高聚物的加工性能和产品性能有很大影响。通常纺制纤维用的聚己内酰胺数均分子量为14000一20000左右，纺制纤维用的聚己二酰己二波的分子量一般控制在20000一30000左右。分子量分布PA66 ， PA6为2.0。,2.晶态结构,X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50以下。聚己内酰胺的晶态结构很复杂其晶体可能有型； 型；型。其结晶数据如表22所示。图2-2为聚己内酰胺型和 型晶体的x射线衍射图。,(1)
11、 型的晶体是最稳定的形式，在几种晶体结构中密度最高。在型晶体中,聚己内酰胺分子具有完全伸展的平面锯齿形构象并集合成本质上在同一个面内的氢键薄片，相邻分子链的方向是逆平行的，用这种方式排列可生成无应变的氢键。(2) 型结晶其相邻分子链式平行的，只可能生成一半氢键(图2-3）故结晶不稳定。 由于型和型晶体结晶不稳定，通过对样品进行不同的处理(如在空气或水中拉伸或加热）这种不稳定的结构有转变成型晶体结构的趋势。,(3) 型和 型两种晶型可通过红外吸收光谱和X射线衍射法加以区别。如图24所示。在聚己内酰胺的红外光吸收光谱中，928cm-1及977cm-1分别为型及 型结晶的特征吸收峰。,图25为聚己内
12、酰胺的x射线衍射图。其中在2240及200处的衍射峰为型结晶，而2210 的衍射峰则与型结晶相对应。,聚己二酰己二胺的晶体结构有两种型式： 型和型晶体。图26为聚己二酰已二胺型和型晶体的x射线示意图。,班(Bunn)和加纳(Garner)测定了聚己二酰己二胺的结构，认为聚已二酰己二胺的分子链在晶体中具有完全伸展的平面锯齿形构象（图2-7）.并由氢键固定这些分子形成片，这些片的简单堆砌结果形成结构的三斜晶胞，图28为聚己二酰己二胺型晶体结构的示意图。可以用具有a0.49nm，b0.54nm，c1.72nm， 48.5o， 77o, 63.5o的三斜晶系来描述豪聚己二酰己二胺 型晶体的结构。,（二
13、）、聚酰胺的物理性质和化学性质,1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差异，不同晶型的晶态密度的数值不同；测定方法不同，结果也不一致。几钟主要聚酰胺的密度数据见表2-3,2熔点,聚酰胺是一种部分结晶高聚物，具有较窄的熔融范围。使用的测定方法不同，所得熔点数值不同。如表24,目前一般采用差示扫描量热法(DSC)来测定聚合物的熔点，如图29所示的吸热峰温度即为熔点。用DSC测定聚己内酰胺的熔点时经常观察到多重峰现象。,3.玻璃化转变温度,聚酰胺的玻璃化温度与测定方法和测定条件有关，表2-5列出了聚酰胺的玻璃化温度(Tg)。,因为水是聚酰胺的塑化剂。故随着聚合物的吸湿。玻璃化温度有所
14、下降。见图2-10。,4. 动态粘弹谱,典型的聚己内酰胺动态粘弹谱如图211所示。从损耗角正切(tg)的温度曲线可以看到三个分散峰。其中60 C附近的分散峰来源于聚己内酰胺非晶区中的分子链段的运动，它与玻璃化温度相对应。一40附近的分散峰是基于非晶区中分子链上氢键结合较弱的氨基运动。此外，一120附近的分散峰则与亚甲基链的局部运动相对应。；,聚己内酰肤的分散峰温度也与玻璃化温度一样，受吸湿影响，随着吸湿量的增加而向低温方向偏移如图212所示,5熔体粘度,聚己内酰胺的熔体粘度随数均分子量增大而增加，在恒定温度下，下列关系成立：,聚己内酰胺的熔体粘度也依赖于温度、单体含量、低聚物含量等有关。图21
15、3所示的曲线表示聚己内酰胺水萃取物含量(低聚物)与熔体粘度的关系。,6吸湿性,聚酰胺6和66相对于其他合成纤维，有较好的吸湿性，水分子可进入聚酰胺的非结晶区与酰胺控结合。对于聚酰胺6，水分子与酰胺健的配位模型如图214所示。,7耐化学药品性,聚酰胺的耐碱性很好，但耐酸性较差，通常可溶于有机酸和无机酸以及它们的浓水溶液中，也可溶于苯酚和某些醇中，特别在高温时更易溶解。聚己二酰己二胺和聚已内酰胺在稀酸溶液中会被水解成单体和低聚物，而在室温下的浓酸溶液中可以溶解，但水解速率极低。聚酰胺在煮沸的多元醇中可能发生溶胀、丧失形状或溶解，而一般的有机溶剂对聚己内酰胺只起溶胀作用。聚酰胺的耐化学药品性能见表2
16、-6。,第二节 聚酰胺的纺丝成型,一、慨述,1. 一般聚酰胺纤维均采用熔体纺丝法成形。2. 聚酰胺纤维主要以切片熔融纺丝法为主，虽然可采用直接纺丝的，但由于聚合体内含有单体和低聚物，造成纺丝困难。3.聚酰胺纤维易吸湿使卷绕丝在卷装上发生过多的松弛而导致变软、崩塌，故其相应的高速纺丝速度必须达到42004500 m/min以上。5聚酰胺纤维熔体纺丝的原理及生产设备与聚酯纤维基本相同，只是工艺过程及控制有些差别。,二、聚酰胺纤维高速纺丝的工艺和设备特点,1对切片含水和熔体纯度的要求 一般要求高速纺丝时聚酰胺切片含水必须小0.08%；熔体中不允许有6m以上的杂质存在。2对纺丝设备的要求 聚酰胺高速纺
17、丝的卷绕速度较高，要求每个纺丝头的吐液量比普通纺丝的吐液量大得多，为此需增加螺杆挤出量和提高纺丝熔体的均匀性。 (1)当选定螺杆直径D及其长径比LD后，可通过增加螺纹探度、提高螺杆转速等手段增加螺杆的挤出量。,（2）此外。在螺杆计量段之前，安装带有销钉状结构的混炼头，可提高熔体粘度、温度的均匀性和稳定性。图2-16,3.丝条冷却和上油方式,（1）由于高速纺丝的速度快，丝条在空气中冷却停留时间短为了加强冷却效果，满足成形的需要，高速纺丝时应适当加高纺丝吹风窗的高度，有时也适当增大吹风速度。 （2）高速纺丝的上油方式不同于常规纺丝。其上油机构不在卷绕机的板面上，而在纺丝机下方的甬道人口处，采用油嘴
18、上油。（3）油嘴的材质可使用耐磨性好的二氧化钛陶瓷或三氧化二铝陶瓷，在油嘴与丝条接触部分，要求十分光滑。,三、聚酰胺高速纺丝工艺,1纺丝温度、速度和冷却成形条件 （1）聚酰胺6高速纺丝设备与聚酯基本相同，但纺丝工艺有差别。聚酰胺6纺丝温度为265270；纺丝速度比聚酯高，至少在4000mmin以上，这主要是由于纺丝速度较低时(如1500 一2500mmin)，聚酰胺分子间结合力大，易结晶和吸水。预取向丝会因吸湿而膨润变形使卷装筒子塌边。（2）聚酰胺6纺丝冷却成形条件与聚酯基本相同，风温20，风速0.3一0.5ms，相对湿度65一75。,2预取向丝取向度与卷绕张力,聚酰胺6预取向丝的取向度与纺丝
19、速度和卷绕张力有关。在卷绕张力的作用下，从喷丝头开始至上油装置可划分为如下所述三个区域。第一区：在这一区中，熔体细流温度远高于凝固温度，此时形变以粘性流动为主，分子链的活动能力较高，取向受到妨碍，在喷丝头下面的一段范围内，丝条受空气阻力较小。 第二区：当细流继续冷却，进入第二区时，细流状聚合物处于高弹态，这时发生取向和结晶，并形成物理交联点。在初生预取向丝的交联结构中，形变与分子取向同时发生。,根据网络理论，聚酰胺6预取向丝的取向度用双折射n表示)与伸长()的关系如下：,第三区：在该区丝条已是凝固的预取向丝，由于分子链段的活动性较小，相对形变因难。在此条件下，恒定的张力已不能再使取向度提高。,
20、3.纺丝速度对卷绕丝结构和性能的影响,(1) 图2-17表示聚酰胺纤维的取向度(用n表征)与纺丝速度的关系。纺速在1400mmin以下时，其取向度随纺速的提高面急剧增大，当纺速达1400mmin以上时，取向的增大缓慢，纺速达3500mmin以上时，取向再度有较显著的增大.,(2) 与聚酯相比，聚酰胺纤维在纺丝成形过程中容易产生结晶，这是因为聚酰胺纤维吸湿性较高，大分子间存在氢键，且大分子的柔顺性好，易运动而切入晶核，因此在纺丝过程中，即伴随着产生结晶。 （3）生产实践证明，当纺丝速度超过1500 mmin时，随着纺速的提高，纤维中晶核的迅速增加，丝条到达卷装的时间的缩短，水分来不及渗透到微晶胞
21、的空隙中占，因此丝条统到筒子上后，将继续吸收水分使晶核长大成晶粒，并使丝条伸长，而导致松筒塌边，以致不能进行后加工。卷绕速度提高至3500mmin以上时，由于大分子的取向度明显提高，因而卷装后丝条的伸长也就大大减少。生产聚酰胺预取向丝(POY)的纺速以4000一5200mmin为宜。,四、聚酰胺高速纺丝拉伸一 步法工艺(一)生产流程,图218为聚酰胺6全拉伸丝(FDY)生产流程图。,(二)全拉伸丝的生产工艺,1纺丝温度 聚酰胺熔体的纺丝温度主要取决于聚合体的熔点和熔体粘度。聚酰胺6和66的熔点分别为215 和255，而两者的分解温度相差不大，大约300 左右，为此聚酰胺6的纺丝温度可控制在27
22、0，聚酰胺66则控制在280一290左右。 2冷却条件 通常冷却吹风使用20 左右的露点风，送风速度般为0.4一0.5m/s，相对湿度为75%80%，冷却吹风位置上部应靠近喷丝板，但注意不能使喷丝板温度降低以保证纺丝的顺利进行。,3纺丝速度和喷丝头拉伸倍数,目前高速纺丝已达到4000一6000mmin，甚至更高，纺丝速度很高，因而喷丝头拉伸倍数也较大。喷丝头拉伸倍数越大，剩余拉伸倍数就越小。图219为聚酰胺6和66卷绕丝剩余拉伸倍数与纺丝速度的关系。,可以看出，纺丝速度在2000一3000mmin之前，剩余拉伸倍数随纺丝速度的增加而迅速减少，当纺速高于3000mmin之后，剩余拉伸倍数变化较为
23、缓慢。这一规律可作为高速纺丝与常规纺丝的分界点，当纺丝速度超过此界限时，就能有效地减小后(剩余)拉伸倍数。FDY机通过第一导丝辊的高速纺丝和第二导丝辊的补充拉伸，便可获得全拉伸丝(FDY)。,4上油,（1）高速纺丝上油比常规纺丝上油更为重要，它直接影响纺丝拉伸卷绕成形工艺的正常进行和丝条质量，特别是丝条与机件的高速接触联接，更容易产生静电，引起毛丝和断头，因此要施加性能良好的纺丝油剂。 （2）常规纺丝采用油盆上油。FDY工艺中采用上油量比较均匀的齿轮泵计量、喷嘴上油法，喷嘴上油的位置设在吹风窗的下端。 （3）高速纺丝所用的油剂有多种类型，但基本是由润滑剂、抗静电剂和乳化剂等三种组分组成。一般用
24、于机织物的丝条含油量为0.4%一0.6用于针织物的则可高达2一3。,5.拉伸倍数,FDY工艺是将经第一导辊的预取向丝(POY)连续绕经高速运行的辊筒来实行拉伸的，拉伸作用发生在两个转速不同的辊筒之间，后一个速度大于前一个，两个辊筒的速度比即为拉伸倍数。纺制聚酰按FDY一般第一导辊的速度可达POY的生产水平(4000一4500mmin)，而拉伸的卷绕辊筒的速度则高达5500一6000m/min。拉伸倍数一般为1.21.3倍。,6交络作用,FDY过程的设计，是以一步法生产直接用于纺织加工的全拉伸丝为目的，考虑到高速卷绕过程中无法加捻的实际情况，放在第二拉伸辊下部对应于每根丝束设置交络喷嘴，以保证每
25、根丝束中具有每米约20个交络点。除了赋予交络以外，喷嘴的另一个作用是热定型，为此在喷嘴中通入蒸汽或热空气。,第三节 聚酰胺纤维的后加工,一、聚酰胺长丝后加工,本节将介绍聚酰胺长丝、弹力丝、帘子线、膨体长丝(BCF)以及短纤维的生产工艺及设备。,现在聚酰胺长丝的生产多采用POYDT拉伸加捻工艺，即以高速纺的POY丝为原料，在同一机台上(拉伸加捻极又称DT机)一步完成拉伸加捻作用。,(一)长丝后加工工艺流程,POYDT工艺流程如下：,从图220可看出，卷绕丝从筒子架引出，经导丝器、喂给罗拉到达拉伸盘，在喂给罗拉和拉伸盘之间进行冷(或热)拉伸，从拉神盘引出的拉伸丝，再经导丝钩和上下移动着的钢领板，被
26、卷绕在简管上，并获得一定的捻皮，成为拉伸加捻丝。,(二)长丝后加工的工艺特点,1.拉伸工艺 在聚酰胺长丝后加工过程中拉伸是一个关键工序。通过拉伸使纤维具有适当的物理机械性能和纺织性能，如强度、延伸度、弹性、沸水收缩率、染色性等。,（1）原丝质量。生产聚酰胺长丝的原丝可以是末取向的卷统丝(UDY)或预取向丝(POY)，其质量决定于高聚物的质量和纺丝成形条件。（2）拉伸倍数。正确地确定拉伸倍数，是保证拉伸丝的质量的关键。随着拉伸倍数的增加，纤维的取向度和结晶度都会进一步提高，从而使纤维的强度增大，延伸度下降，沸水收缩率增加。UDY拉伸一般为 3.54倍左右即可。若采用POY，拉伸倍数一般为1213
27、倍。,影响拉伸的因素如下；,（3）拉伸温度。一般拉伸温度要求高于玻璃化温度Tg，并低于软化温度，此温度一般在熔点以下20一40。聚酰胺6纤维的玻璃化温度约为3550，熔融温度约为215220 。对于民用单、复丝，一般可在室温下进行拉伸；而对于帘线等强力丝或短纤维，则应在升温下(150)进行拉伸。聚酰胺66纤维的玻璃化温度约为40一60，熔融温度约为265 左右，生产普通丝时拉伸温度一般可选择在室温左右。（4）拉伸速度。在拉伸过程中，当拉伸倍数和拉伸温度一定时，提高拉伸速度，拉伸应力也相应增加。但另一方面拉伸热效应也会随拉伸速度的提高而增加，而使拉伸应力降低。因此随拉伸速度的增大，拉伸应力也出现
28、一极大值，即开始增大，随后又下降。,2拉伸加捻设备,按拉伸丝的纤度可分为单丝拉伸加捻机、中等纤度(轻旦)拉伸加捻机和粗纤度（重旦)拉伸加捻机。右图是拉伸加捻机构示意图。丝条经拉伸之后，通过拉伸加捻机上的加捻机构可获得一定捻度。加捻机构由导丝钧、隔丝板、钢领、钢丝钓、锭子和筒管等几个重要部分组成。,拉伸加捻机常用的加捻方法是，拉伸盘和小转子握持丝的一端，另一端由锭子和钢丝钩带动加以回转，而使丝条得到加捻。纤维在拉伸加捻机上所获得的捻度为：,用于聚酰胺纤维的国产拉伸加捻机类型有VC443A型复丝拉伸加捻机、VC43l型、SFZNl型重旦拉伸加捻机及VC45l型单丝拉伸加捻机。目前拉伸加捻机的发展趋
29、势是高速度、大卷装、高效能和自动化。如德国辛泽(zinser)公司的519型拉伸加捻机就属于此类型，其拉伸速度可提高到2500mmin，锭子转速达20000rmin，卷装净重达4kg，并具有自动装载筒子架机构和自动落纱的拔筒插管机。,3后加捻工艺,经过拉伸加捻后的纤维，尽管已经获得一定的捻度(520捻m)，但因捻度太少，所以仍称为无捻丝。聚酰胺长丝除以无捻丝(拉伸丝)形式出厂外，有时还要根据品种和纺织后加工的要求，特别是针织物用丝，对拉伸丝进行后加捻。 后加捻的目的是增大长丝的捻度，一般要求100一400捻m，使纱线中的纤维抱合得更好，以增加纱线的强力，提高纺织加工性能。 在加捻过程中，随着捻
30、度增加，丝条强力也逐渐增加，但是当捻度增加到一定权限值后，强力反而下降，这种强力达极限值的捻度称为临界捻度。不同纤度的丝条，其临界捻度也不同。,二、聚酰胺弹力丝后加工,现代的聚酰胺弹力丝生产多采用假捻变形法，由于聚酰胺纤维的模量较低，织物不够挺括，因此产品一般以高弹丝为主。高弹丝的生产仅使用一个加热器，这是与低弹丝生产工艺的最大区别。(一)假捻法高弹丝生产工艺流程用摩擦式拉伸变形法生产聚酰胺高弹丝，用图222所示的装置进行，其工艺流程如下：,原丝连续通过张力器，以伸直状态进入喂入辊，再通过加热器，使假捻器至喂入辊之间已加捻或内拉伸加捻的丝条经受热定型。因此，通过加热器的丝已具有很高捻度，然后，
31、丝条进入假捻器与输出辊之间的解捻区，解捻后的丝成为螺旋状的集合体，具有高弹性。针织用变形丝，需将捻向不同的两束丝合捻，以抵消其转矩，现代假捻变形的合股工序在同一机台上完成。,(二)聚酰胺高弹丝内拉伸变形工艺,聚酰胺高弹丝的生产与聚酯弹力丝一样，均可采用拉伸变形联合机，即DTY机。拉伸变形工艺参数与聚酯弹力丝相近，首先应考虑假捻张力比。加捻和解捻张力尽可能接近一致，或其比值稍高于1。假捻张力主要受拉伸比和DY值两个因素影响，从图223的DY值与卷缩刚性、假捻张力的关系可看出假捻张力的适宜范围。,生产聚酰胺高弹丝的典型工艺条件见表27。,三、聚酰胺帘子线的后加工,帘子线是产业用纺织材料的重要品种之
32、一，是橡胶制品的骨架材料。广泛用于轮胎、胶管、运输带、传动带等领域。(一)聚酰胺帘子线生产(聚合和纺丝)的特点 聚酰胺帘线丝一般采用切片法生产。在生产中，聚合至拉伸的工艺与普通长丝基本相同。但某些工序存在一些不同之处。,1.聚合,由于要求帘线丝的强度高于一般的长丝，因此必须用高粘度(相对粘度3235)或高分子量(分子量20000)的聚合体来制备。为了制取高粘度的聚合体，聚酰胺6目前采用加压常压(或真空)或加压真空闪蒸常压后聚合的聚合工艺。采用直接纺丝法生产聚酰胺66帘丝时，通常采用加压预缩聚真空闪蒸后缩聚工艺；用切片纺丝法生产时，也可采用固相后缩聚以提高切片的粘度。,2纺丝成形,（1）目前国外
33、在帘子线纺丝技术上最突出的特点是采用高压纺丝法，压力约在29. 一49.0MPa。高压纺丝有利于产品质量的提高。最高压力已达196MPa.(2) 适当控制纺丝冷却成形条件也是提高帘子线质量的关键之一。通常在喷丝板下加装徐冷装置，以延续丝条冷却，使丝条的结构均匀，从而获得具有良好拉伸性能的卷绕丝。(3)为提高帘子线的耐热性，常在纺丝前干燥好的切片中加入防老剂等 (有时也可在聚合时加入)，与此同时还加入润滑剂(如硬脂酸镁)以减少螺杆的磨损。要求纺丝前聚合物的单体含量在0.5一1.0的范围内。,3卷绕设备 目前多数采用纺丝拉伸联合机，其卷绕速度在1500mmin以上，少数厂家采用高速纺丝法。 4拉伸
34、 有向多区拉伸和大卷装发展的趋势。重特拉伸机一般为双区热拉伸机，国产重特拉伸加捻机有VC431型和SFZN1型等型式。目前国外已有三段拉伸的重特拉伸加捻机出现。,(二)复捻和合股,1. 经拉伸加捻后的纤度丝条，捻度比较低，尚不符合帘子线的规格要求。为了进一步提高帘子线的强力，还需要进行复捻(也有称之为初捻的)和合股(也有称之为复捻的)。环锭加捻机是专门用来加捻和合股较粗的合股线的设备，根据工艺需要分为前环锭加捻机和后环锭加捻机两种。前环锭加捻机可以单独作复捻用，后环锭加捻机一般只作再合股相加捻用。,在复捻合股后，得到的成品其捻向称为ZS捻。在双捻(即前环锭加捻和后环侯加捻)时，其成品捻向称为“
35、ZSZ”捻。2. 一般帘子线强度随初、复捻捻数的增加最初增加而后逐渐下降。3.一般认为在选择适合的疲劳强度方面，捻度系数 (其中n为捻数，以捻m表示，T为组成帘子线的纱线特数)应大于160，最好在175至235的范围内。4.国内帘子线复捻设备采用R811A型、I192型，合股并线采用1393型。,(三)帘子布的织造和浸胶,1帘子布的织造 为了便于浸胶和轮胎加工，保证帘子线在轮胎中合理排列，需要将帘子线织成帘子布。帘子布用聚酰胺帘线作经纱，纬纱可用197295tex的棉纱或丙纶，纬纱仅仅起固定经纱位置的作用，在轮胎加工过程中，纬纱断裂而失去其作用。 2帘子布的浸胶热拉伸 帘子布浸胶热拉伸的目的是
36、为了改善聚酰胺帘线对橡胶的粘着力及进一步改善帘子布的质量。浸胶工艺一般采用热拉伸热定型浸胶工艺；或浸胶干燥拉伸定型工艺；或二次浸脓工艺。,帘布的浸胶过程主要由三个部分组成；(1)帘布的热拉伸：帘布的热拉伸是在热拉伸箱和第一、二两组拉伸辊之间进行的。热拉伸箱内用热空气循环加热，温度为190 左右，帘布在箱内既热拉伸又热定型。第二组拉伸辊内需通冷水，使帘布迅速降温，不致影响后道浸胶液的温度而使其变质。(2)浸胶：帘布的浸胶液一般用间苯二酚、甲醛、胶乳的混合液(又称间甲胶或RFz液)，浸胶时间约5s。浸胶后用重型挤压辊挤去多余的胶液，再通过真空抽吸装置，吸去帘线间隙中的胶液，使附胶量控制在4一6,(
37、3)干燥热定型：浸胶后的帘布，先经红外线干燥，然后进入热定型箱定型温度为190，定型温度必须高于轮胎制造时的硫化温度(140一160)，否则硫化时会发生收缩。 帘子布浸胶后提高了帘子线与橡胶的粘着力。粘着力是指浸胶后的帘布与橡胶的粘着能力，通常以H抽出力表示(即帘子线在橡胶内硫化后，抽出来所需之力)。H抽出力大，则表示帘布与橡胶的粘着性能优良。,四、聚酰胺彭体长丝的生产,聚酰胺膨体长丝(BCF)是采用SDTY法，即纺丝、拉伸和喷气变形加工步法进行连续生产的。该法具有投资低，废丝少，设备保养容易，操作人员少，生产成本低等优点。 聚酰胺BCF具有三维卷曲、手感柔软、覆盖性能好，不掉毛、不起球、耐磨
38、、清扫方便等待点，是生产簇绒地毯的理想材料。,(一)BCF加工的工艺流程,用纺丝、拉伸和变形一步法不仅可生产BCF地毯长丝，而且还可以生产BCF短纤维。,图225为生产BCF地毯丝的典型联合机示意图。纺出的丝束经过喂入辊引向热拉伸辊拉伸3.55倍，然后进入喷气变形箱。向箱内吹入过热蒸汽或热空气，在热和湍流作用下，纤维发生变形，形成卷缩和蓬松的变形丝。由喷气变形箱排出的丝束落在回转的筛鼓上，丝束被强制冷却定型。BCF经过空气喷嘴形成网络丝，最后经张力和卷绕速度调节器进行卷绕。,(二)BCF加工工艺,BCF产品有聚酰胺和聚丙烯两大类。作为地毯制品最重要的特性是覆盖性、蓬松性、回弹性、柔滑的手感、光
39、润的外观等。为了达到上述要求，一般采用聚酰胺BCF制做簇绒地毯。地毯用聚酰胺BCF的单丝纤度为1722dtex，丝束根数为50一150根，总纤度为5564444dtex。,五、聚酰胺短纤维后加工工艺特点,聚酰胺短纤维的生产过程在熔融和聚合等方面和长丝生产工艺基本相同，但在纺丝方法上一般是采用直接纺丝法。短纤维的纺丝生产设备在向多孔高产发展，如喷丝板孔数可高达1000一2000孔，卷绕一般都采用棉条捅大卷装。短纤维后加工工艺路线及设备与长丝有很大区别，短纤维通常都经过集束、拉伸、热定型、卷曲、切断等工序，得到短纤维成品。,第四节 聚酰胺纤维的性能和用途,一、聚酰胺纤维的性能,1断裂强度 聚酰胺纤
40、维因为结晶度、取向度以及分子间力大，所以强度也比较高。一般纺织用聚酰胺长丝的断裂强度为4.45.7cNdtex，聚酰胺强力丝断裂强度达6.28. 4cNdtex甚至以上。 2断裂伸长 聚酰胺强力丝断裂伸长要低一些，约为20一30，普通长丝为25一40。 3初始模量 聚酰胺纤维的初始模量比其他大多数纤维都低，因此聚酰胺纤维在使用过程中容易变形。,4回弹性 聚酰胺纤维的回弹性极好，例如聚酰胺6长丝在伸长10的情况下，回弹率为99，在同样伸长的情况下，聚酯长丝回弹率为67。 5。耐多次变形性或耐疲劳性 由于聚酰胺纤维的弹性好，因此它的打结强度和耐多次变形性很好。打结强度为断裂强度的80一90，较其他
41、纤维高。 6耐磨性 聚酰胺纤维是所有纺织纤维中耐磨性最好的纤维。它的耐磨性为棉花的10倍，羊毛的20倍，粘胶纤维的50倍。 7吸湿性 聚酰胺纤维的吸湿性比天然纤维和人造纤维都低但在合成纤维中，除维纶外，它的吸湿性是较高的。约为4%左右。,8. 比重 聚酰胺纤维的比重较小在所有纤维中，其比重仅高于聚丙烯和聚乙烯纤维。 9染色性 聚酰胺纤维较容易染色。一般可用酸性染料、分散染料及其他染料染色。10光学性质 聚酰胺纤维具有光学各向异性，有双折射现象。双折射数值随拉伸比变化很大 11、耐光性 聚酰胺纤维的耐光性较差，在长时间的日光和紫外光照射下，强度下降，颜色发黄，通常加入耐光剂，可以改善耐光性能。,
42、12耐热性 聚酰胺纤维的耐热性能不够好，在150下，经历5h即变黄，强度和延伸度显著下降，收缩率增加。13电性能 聚酰胺纤维的直流电导率很低，在加工过程中容易因摩擦而产生费电。因此，在纤维加工中，进行给湿处理，可减少静电效应。14耐微生物作用 聚酰胺纤维耐微生物作用的能力较好，在淤泥水或碱中，耐微生物作用的能力仅次于聚氯乙烯纤维。 15化学性能 聚酰胺纤维耐碱性、耐还原剂作用的能力很好，但耐酸性和耐氧化剂作用性能较差。,二、聚酰胺纤维的用途,聚酰胺纤维具有一系列优良性能，其主要用途可分为三大领域。即衣料服装用，产业用和装饰地毯用。 1服用纤维 聚酰胺长丝可以纯织，也可与其他纤维交织，或经加弹、
43、膨松等加工过程后作机织物、针织物和纬编织物等的原料。总纤度在200dtex以下的低纤度长丝多用于妇女内衣、紧身衣、长统袜和连裤袜。在聚酰胺衣料中，除了锦丝绸、锦丝被面等多采用纯聚酰胺长丝外，市场销售的锦纶华达呢、锦纶凡立丁等大部分是与粘胶、羊毛、棉的混纺织物。 作为衣料，聚酰胺纤维在运动衣、游泳衣、健美服、袜类等方面占有稳定的市场，并日益发展。,2产业用纤维,产业用聚酰胺纤维涉及工农业、交通运输业、渔业等领域。如（1）是用于工业滤布和造纸毛毡的理想材料，（2）聚酰胺帘布轮胎在汽车制造行业中占有重要地位，（3）聚酰胺纤维由于耐磨、柔软、质轻，用来制作渔网、绳索和安全网等用于捕鱼、海洋作业及桥梁。
44、（4）聚酰胺涂料织物，可用来做铁路货车、机器的覆盖布，挠性容器、活动车库和帐篷等。 3地毯用纤维 地毯用聚酰胺纤维正逐年增长，使用聚酰胺BCF为原料制作族缄地毯，工艺简单，风格多变，用于起居、宾馆、公共场所和车内装饰等，很有发展前途。,三、聚酰胺纤维的改性及新品种,一、改性的目的和方法 聚酰胺纤维有许多优良性能，但也存在着一些缺点。如模量低，耐光性、耐热性、抗静电性、染色性以及吸湿性较差，需要加以改进，以适应各种用途的要求。 改进聚酰胺纤维性质的方法一般分为化学改性法和物理改性法两种。化学改性的方法有共聚、接枝等，以改善纤维的吸湿性、耐光性、耐热性、染色性和抗静电性；物理改性的方法有改变喷丝孔
45、的形状和结构，改变纺丝成形条件和后加工技术等。如纺制复合纤维、异形纤维、混纤丝或经特殊热处理的差别化纤维。,1.异形截面纤维异形截面纤维可以改善纤维的手感、弹性和蓬松性，并赋予织物以特殊光泽。聚酰胺异形纤维的截面形状主要有三角形、四角形、三叶形、多叶形、藕形和中空形等。中空纤维可改善其保暖性。 2混纤丝 一般采用异收缩混纤和不同截面、不同纤度的混纤技术。高收缩和低收缩率纤维的混纤组合，使纱线成为皮芯复合结构，并赋予织物以丰满感和悬垂性。 3抗静电、导电纤维 为了克服聚酰胺纤维易带静电的缺点，可使用亲水性化合物作为抗静电剂与聚酰胺进行共聚或共混，以获得抗静电纤维。与炭黑、金属粉共混可制导电纤维。
46、,4高吸湿纤维 对服用聚酰胺纤维进行吸湿改性是为了提高穿着的舒适性。使它容易吸湿透气。其改性方法可应用聚氧乙烯衍生物与己内酰胺共聚，经熔融纺丝后，再用环氧乙烷、氢氧化钾、马来酸共聚物对纤维进行后处理而制得。 5耐光耐热纤维 聚酰胺纤维在光或热的长期照射下会发生老化性能变差。用各种类型的防老剂可提高其耐光、耐热性，如使用苯酮系的紫外光吸收剂；酚、胺类的有机稳定剂等耐光性大大提高。 6抗菌防臭纤维 抗菌防臭纤维又称抗微生物纤维，其制造方法大体有两种。一是在聚酰胺纺丝前添加抗菌药物，另一种是对纺丝成形后的纤维进行后整理。,7改善平点”效应的聚酰胺帘子线 聚酰胺纤维的模量较低，且纤维的含水率对其玻璃化
47、温度影响较大，因此在使用过程中容易变形，作为轮胎帘子线，易产生“平点”效应。为了克服这一缺点，可采用共混纺丝技术，制备共混纤维，以提高纤维的抗变形和抗湿热降解的能力。如用聚酰胺66聚间苯二甲酰己二胺共混，用聚酰胺聚对苯二甲酸乙二酯共混，均能显著改善聚酰胺帘布轮胎的“平点”效应。8.聚酰胺纤维的新品种如脂环族聚酰胺纤维，聚酰胺6T纤维 (芳香族脂肪族聚酰胺）等。,第三章小结,本章共讲了4节内容，我们重点注意以下问题：1、要了解聚酰胺的品种、制备原理、工艺过程。2、熟悉聚酰胺的分子结构与性能。3、掌握聚酰胺纤维纺丝的工艺原理与过程，长丝、短纤维的生产有何共性和不同特点？4、聚酰胺纤维后加工方法有哪
48、些，各有何特点？5、了解聚酰胺纤维的性能、用途及其改性方法。,第三章 习题与思考题,1.聚酰胺纤维POY纺丝为什么纺速要达到4000m/min以上？2.简要说明聚酰胺帘子线生产与普通长丝加工有何区别？3.试比较聚酯与聚酰胺纤维的性能和用途有何差异？4.聚酰胺纤维的改性品种有哪些？,第三章 复习题,1. 聚酰胺纤维的类别，PA-6聚合方法生产工艺流程。2. 聚酰胺纤维的结构与性质。3. 聚酰胺纤维高速纺丝工艺及特点，纺丝速度对卷绕丝结构与性能的影响。4. POY-DTY工艺及拉伸假捻变形工艺生产工艺与流程。5. 什么是帘子线，了解锦纶帘子线生产工艺与流程。6. 什么是BCF长丝，了解BCF生产方法及用途。7. 了解聚酰胺纤维的性能、用途及改性方法。,
