《高分子材料》PPT课件.ppt

总论 一 高分子材料及其产品分类 重点 高分子材料的分类化学纤维塑料橡胶二 高分子材料工业的发展 自学 三 高分子材料品质表征四 高分子材料加工过程及方法概述 纺织纤维分类 塑料分类 橡胶分类 高分子材料品质表征 纤维 1 物理性能指标 2 机械 力学 性能指标 3 稳定性能指标 4 加工性能指标 5 其他 塑料 1 物理性能指标 2 机械性能指标 3 稳定性能指标橡胶 1 物理性能指标 2 生胶加工性能 3 硫化胶的机械性能指标 4 稳定性能指标 高分子材料加工过程及方法 化学纤维的加工 塑料成型加工 塑料加工 橡胶加工 上篇化学纤维成型加工 涤纶 锦纶 丙纶 腈纶 高技术纤维 教学内容 总论合成纤维概况第一章聚酯纤维 涤纶 第二章聚酰胺纤维 锦纶 第三章聚丙烯纤维 丙纶 第四章聚丙烯腈纤维 腈纶 第八章高技术纤维 合成纤维的概况 一 成纤高分子物条件二 纺丝方法三 常用合成纤维四 特种纤维 合成纤维是指以简单化合物为原料 通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物 再通过纺丝和后处理加工制成纤维 一 成纤高分子物条件具备一定的分子量具备一定的分子结构 线形或支化度很低 超分子结构具有取向并部分结晶具有一定的耐热性具有一定的机械物理性能具有一定的化学稳定性具有一定的染色性 合成纤维的优缺点优点 强度高 弹性好 耐穿耐用 光泽好 化学稳定性强 耐霉腐 耐虫蛀缺点 吸湿性差 耐热性差 导电性差 防污性差 易起毛起球 不易染色 腊状手感 纺丝方法 合成纤维的纺丝方法 目前大致可分为以下三种 新方法 复合纺丝法 拉裂法 切割法等 1 熔融纺丝法 纺丝液是熔体 纺出的丝在空气中固化 熔融纺丝的纺丝速度高 目前一般的纺丝速度为1000 2000m min 采用高速纺丝时 可达3000 6000m min或更高 熔融纺丝加工成本低 但喷丝板孔数少 丝的截面多为圆形 涤纶 锦纶 丙纶等均采用此法 熔融纺丝工艺流程 纺丝 溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液 纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种 2 湿法纺丝湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化这种方法纺丝速度低 一般速度为18 380m min 湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重 纺出丝的截面多为非圆形 有皮芯结构 腈纶 维纶 氯纶 粘胶纤维多采用此法 湿法纺丝工艺流程 3 干法纺丝 干法纺丝纺出的丝在空气中固化这种方法目前一般的纺丝速度为200 500m min 高者可达1000 1500m min 干法纺丝溶剂挥发易污染环境 成本高 但丝的质量好 此法多用于制作长丝 干法纺丝工艺流程 干法纺丝 常用合成纤维 按纤维结构分为 涤纶 腈纶 锦纶 芳纶 维纶 氨纶 丙纶按纤维长短分为 a 棉型短纤维 b 毛型c 中长纤维 仿毛 仿麻 长丝 a 单丝 加工 弹力丝 高弹丝b 复丝低弹丝 特种纤维 1 复合纤维两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一喷丝头 在喷丝头的适当部位相遇后 从同一喷丝孔中喷出 成为两组份或多组份粘并的一根纤维 并列型皮芯型海岛型桔瓣型复合纤维的特点 具有三维空间的立体卷曲 高膨松性 延伸性和覆盖能力 特种纤维 续 2 异形纤维 在合成纤维成形过程中采用非圆形孔眼的喷丝板 制成的非圆形截面或中空的纤维 可改善手感 回弹性 抗起球性及光泽等 主要有三角形 四角形 五角形 扁平形 中空形等 特种纤维 4 改性纤维 近来 为了改善化学纤维容易起静电 起毛起球等缺点 为了改进染色性能和提高熔点等 已出现了抗静电纤维 低温可染涤纶 阳离子可染涤纶 变性涤纶等改性纤维 3 超细纤维 单丝纤度 0 1旦特点 手感柔软 细腻 柔韧性好 光泽柔和 高清洁能力 高吸水和吸油性 第一章聚酯纤维 涤纶 第一节聚酯纤维的原料第二节聚酯切片的干燥第三节聚酯纤维的纺丝第四节聚酯纤维的高速纺丝第五节聚酯纤维的后加工第六节聚酯纤维的性质和用途第七节改性聚酯纤维 概述 1 聚酯纤维的分子结构 聚酯通常指以二元酸和二元醇缩聚而提的高分子物 其基本链节之间以酯键联结而得名 2 聚酯的品种 PTT PBT PET等等 其中以聚对苯二甲酸乙二酯 PET 纤维为主 其分子量一般控制在18000 25000左右 生产简介 1 主要原料 对苯二甲酸和乙二醇2 合成方法 酯交换法 将对苯二甲酸和乙二醇在催化剂作用下进行酯交换 然后再经缩聚生成聚对苯二甲酸乙二酯 已逐渐被淘汰 直接酯化法 将对苯二甲酸和乙二醇进行直接酯化生成聚对苯二甲酸乙二酯 目前使用广泛 3 纺丝方法 熔融纺丝法连续法 聚对苯二甲酸乙二酯熔体 纺丝间歇法 a 聚对苯二甲酸乙二酯熔体 铸带 切片b 切片 干燥 纺丝 第一节聚酯纤维原料 一 聚对苯二甲酸乙二酯的制备 一 BHET的制备1 酯交换法 1 间歇法酯交换法 原料 DMT EG 1 2 3 2 5催化剂 0 05 金属醋酸盐反应过程 a甲醇相阶段 温度 180 200 时间 约4hr b乙二醇相阶段 催化剂 0 03 0 04 Sb2O3 稳定剂 0 015 0 03 亚磷酸三苯酯 温度 230 240 时间 约1 5hr 反应釜示意图 2 直接法酯交换 二 PET的生产 1 缩聚反应平衡通式 间歇法缩聚 缩聚釜内分两段进行 低真空缩聚 余压5 3kPa 温度250 260 高真空缩聚 余压66Pa 温度270 285 终点 特性粘数0 64 0 66dL g 连续法缩聚 二 PET的结构和性质 一 分子结构无定形PET密度 1 335g cm3PET纤维密度 1 38 1 4g cm3 二 分子量及其分布分子量 15000 22000 三 流变性质纯PET熔点 267 工业用PET熔点 255 264 第二节聚酯切片的干燥 一 切片干燥的目的除去水分提高切片含水均匀性提高结晶度和软化点二 干燥过程伴随的副反应高温水解反应 三 切片干燥的工艺控制 温度 预结晶温度 170 以下 干燥温度 180 以下 时间 与设备和温度有关风速 8 10m s风湿度 补充经除湿的低露点空气 第三节聚酯纤维的纺丝 一 概述常规纺丝 纺丝速度1000 1500m min UDY中速纺丝 纺丝速度1500 3000m min MOY高速纺丝 纺丝速度3000 6000m min FDY超高速纺丝 纺丝速度6000 8000m min FOY 熔融纺丝法工艺流程 二 纺丝熔体的制备 螺杆挤出纺丝机 螺杆的结构特征 螺杆直径长径比 20 27 部分28 33 压缩比 3 3 5螺距 螺旋角螺杆与套筒间隙 小于0 02D套筒 螺杆结构的主要参数 三 纺丝机的基本结构 1 高聚物熔融装置 螺杆挤出机 2 熔体的输送 分配 纺丝及保温装置 3 丝条冷却装置 4 丝条收集装置 5 上油装置 纺丝箱体断面 计量泵 喷丝板 喷丝板有圆形和矩形两种 丝条冷却装置侧吹风环形吹风卷绕装置上油机构 给湿和上油导丝机构 导丝盘 辊 或纺丝盘卷绕机构 将卷绕丝卷成筒子形式 四 纺丝过程的主要工艺参数 一 熔融条件 高聚物切片熔融和熔体输送过程的条件1螺杆各区温度的选择与控制预热段 基本低于熔点 基本保持固体状态 50 265 压缩段 切片熔融 固态 粘流态 T Tm 27 33 计量段 切片完全熔化 Tm为255 切片 该区温度约285 2熔体输送过程 螺杆 法兰 箱体 法兰区 较短 温度等于或略低于计量段 纺丝箱体 熔体停留约1 5min 箱体温度为285 288 3熔体温度与粘度 熔体流出喷丝板孔的温度为纺丝温度 续 二 喷丝条件泵供量 泵供量稳定 熔体压力稳定 喷丝头组件结构 熔体过滤 均匀稳定的分配 三 丝条冷却固化条件风湿和风温 风温选定与Tg 纺丝速度 线密度 设备特征有关 风湿可采用70 80 或100 露点风 风速及分布 环吹风 侧吹风 侧吹风 0 3 0 7m s 四 卷绕工艺条件卷绕速度 纺丝速度提高 卷绕丝取向度高 双折射率增加 后拉伸倍数减小 上油 给湿 集束性 抗静电性 平滑性 喷嘴上油 油盘上油及结合 车间温湿度 冬季20 夏季25 27 60 75 湿度 五 聚酯短纤维的纺丝工艺 纺丝工艺的工艺条件 1 螺杆 290 300 箱体 285 260 2 纺丝压力低压纺丝 0 5 0 9MPa高压纺丝 15MPa以上3 丝条冷却固化条件 环吹风的温度30 2 风的湿度70 80 风速0 3 0 4m s 4 纺丝速度2000m min以下 六聚酯长丝的纺丝工艺 工艺特点 1对原材料的质量要求高含水率0 008 以下 干切片中粉末和粘连粒子少 干燥均匀性好 2工艺要求严工艺参数严格控制 如熔体温度波动不超过 1 风速差异不大于0 1m s 张力稳定 3高速度 大卷装工业生产中普遍采用5500m s的纺速 丝筒的净重从3 4kg增至15kg 第四节聚酯纤维的高速纺丝 一聚酯预取向丝的生产工艺 一 生产工艺流程 二 生产工艺控制 1切片质量要求 在0 65dL g 含水率0 005 以下 杂质粒径小于6 m2纺丝温度和压力纺丝温度 290 300 纺丝压力 高压纺丝组建压力40MPa以上 中压15 30MPa3冷却吹风条件 风速0 3 0 7m s 风温20 相对湿度70 80 4卷绕速度 3000 3600m min 三 预取向丝的性能 1取向度 双折射率 0 025 0 06 2结晶度 一般为1 2 3断裂伸长率 最好为100 150 4结构一体性参数 表征适于拉伸变形的结构条件 0 3 1 0 5摩擦系数与含油率 摩擦系数最好为0 2 0 34 含油率0 3 0 4 二聚酯全拉伸丝的生产工艺 一 生产工艺流程 二 生产工艺控制1纺丝条件纺丝温度 295 300 冷却条件与POY近似切片含水率0 0018 2拉伸条件第一辊第二辊3000m min5200m min60 80 150 195 3网络度20个 m 第五节聚酯纤维的后加工 后加工包括拉伸 热定型 加捻 变形加工和成品包装后加工作用 1 将纤维拉伸 使大分子取向 并规整排列 提高强度 降低收缩率 2 将纤维热处理 消除内应力 提高纤维的结晶度 3 对纤维进行特殊加工 一聚酯纤维后加工 一 工艺流程 二 工艺及设备 1初生纤维的存放及集束2拉伸设备 三道七辊拉伸机3拉伸工艺条件拉伸温度 一级70 90 二级150 180 拉伸速度 喂入速度30 45m min 出丝140 180m min拉伸倍数及分配总倍数 4 0 4 4 第一级占85 4卷曲棉型 5 7个 cm毛型 3 5个 cm5热定型链板式 圆网式 九辊紧张热定型机干燥温度 110 115 松弛热定型温度 120 130 紧张热定型温度 170 左右 6切断 打包 二聚酯长丝的后加工 一 工艺过程 二 拉伸加捻工艺条件 1拉伸比双区热拉伸 两段拉伸比分别为1 01和1 6 总拉伸比1 6 1 82拉伸温度热盘 第一拉伸盘 一般应控制在丝条玻璃化温度以上10 20 范围内 第二段拉伸温度140 170 三加捻变形丝的加工 一 生产原理 DTY 涤纶长丝拉伸加捻机示意图 二 聚酯低弹丝的生产工艺 1内拉伸变形工艺2加捻变形工艺条件 1 变形和定型温度180 220 2 加热和冷却时间 3 加捻张力 4 假捻度 5 超喂率 四网络丝的加工 五空气变形丝的加工 第六节聚酯纤维的性质和用途 一聚酯纤维的性质 一 物理性质 二 力学性能 三 化学稳定性 四 耐微生物性二聚酯纤维的用途 1 形态结构 采用熔融纺丝法制成的一般聚酯纤维 其横截面是圆形的 纵向均匀而无条痕 2 分子结构 涤纶的结构 3 聚集态结构 结晶度和取向度模型理论 折叠链 樱状原纤模型 涤纶的性能 1 热性能2 机械性能3 化学稳定性4 吸湿 染色性能5 起球现象6 静电现象7 燃烧性能 1 热性能 玻璃化温度Tg完全无定形67 部分结晶81 取向且结晶125 软化点230 240 定形温度180 220 1 热性能 耐热性 最好 170 以下短时间受热引起的强度损失 温度降低后可恢复 腈纶为150 锦纶120 大部分碳链纤维为80 90 下受热变形很难恢复 热稳定性 最好 涤纶150 受热168h 强力损失 3 锦纶在150 受热即变黄 纤维强度大幅度下降 2 机械性能 强度和延伸度 与工艺条件有关 一般涤纶 生产中拉伸倍数为4 5倍强度为3 5 4 4cN dtex 4 0 5 0g 旦 干 湿强度基本相等在合成纤维中强力较高延伸度为18 36 略低于锦纶 2 机械性能 弹性和耐磨性具有良好的弹性 穿着挺括 形状稳定性好 表现在两个方面 不易变形 弹性模量较大 原因 结晶度高 取向度高从形变中回复能力较强原因 亚甲基有较大的柔性 大分子间的联结点 结晶 稳定 成为恢复原状的基点耐磨性不及锦纶 但比其它合成纤维高出几倍 与天然纤维或粘胶纤维混纺 可显著提高耐用磨性 3 化学性能 涤纶的耐酸性较好弱酸 煮沸也无显著损伤强酸 低温下稳定高温下有损伤 纤维强度迅速降低涤纶耐酸的意义染整加工尽量在酸性条件下进行可用硫酸或盐酸测定涤棉织物混纺比可用酸侵蚀涤棉包芯纱织物生产涤棉烂花织物 3 化学性能 涤纶的耐碱性差碱使聚酯发生水解 水解程度随碱种类 浓度 温度及时间不同而不同 碱处理涤纶的 剥皮现象 热稀碱能使表面的大分子水解 表面的分子水解到一定程度溶在碱中 使纤维表面一层层地剥落下来 造成纤维的失重和强度降低 而对纤维的芯层则无多大影响 分子量也没有什么变化 这种现象称为 剥皮现象 使纤维变细 变轻 纤维表面出现刻蚀 变得凹凸不平 增加了纤维在纱中活动性 意义 碱减量处理提高纤维细度 提高纤维吸湿性 获得仿真丝绸整理效果 3 化学性能 3 化学性能 对氧化剂和还原剂的稳定性涤纶对氧化剂和还原剂的稳定性很高 因此 染整加工中漂白剂 次氯酸钠 亚氯酸钠 双氧水 还原剂 保险粉 二氧化硫脲 都可使用 耐溶剂性涤纶可溶解在一些有机溶剂中 如 丙酮 苯 苯酚 四氯乙烷 6 4 涤纶可在一些有机物的水溶液中溶胀 如酚类酚类化合物可作涤纶染色的载体 4 吸湿 染色性能 吸湿性较差标准状态下回潮率 涤纶为0 4 棉为7 8 原因 极性基团太少 缺少吸湿中心 结晶度高 结构紧密 孔隙小表现 吸湿排汗性差 静电大 易沾污 湿度对机械性能影响小 溶胀小 染色困难 但具有易洗快干的特性 涤纶的染色较困难 易染性较差 分子链紧密 染料难进入纤维内部 无特定染色基团 缺乏亲水性 在水中膨化程度低 不易与水溶性染料结合 极性小 染料无法与纤维发生共价键结合 4 吸湿 染色性能 常用染料分散染料 分子较小 结构简单 水溶性很低 非极性 常用染色方法 高温高压染色法 染色温度在120 140 制成分散液 载体染色法 染色温度为100 添加有机溶剂的液体热溶法染色 染色温度在180 210 之间 利用热空气染色 5 起球现象 最大缺点之一 截面为圆形 表面光滑 抱合力差 纤维末端容易浮出织物表面 形成绒毛 经摩擦 纤维纠缠在一起结成小球 由于强度高 弹性好 小球难于脱落 产生起球现象 抗起球整理 6 静电现象 涤纶吸湿性低 表面具有较高的比电阻 当两物体接触 摩擦又立即分开后 涤纶表面易积聚大量电荷而不易逸散 产生静电静电的危害 染整加工困难 设备要加静电消除器 穿着不舒服 电击 火灾 克服静电的方法 两种纤维混纺生产抗静电纤维进行抗静电整理 7 燃烧性能 燃烧性涤纶与火焰接触时能燃烧 伴随着纤维发生卷缩并熔融成珠而滴落 燃烧时产生黑烟且有芳香味 但火焰移去后燃烧很快终止 紧密的涤纶织物较易燃烧 尤其是涤纶与其它易燃纤维混纺的织物更是如此 四 改性涤纶 改性原理引入有空间阻碍的基团 降低结晶度引入第三单休 使规整性下降引入可与染料分子结合的基团 提高亲合力引入一定吸水性基团 改善吸湿性改变工艺条件 增加纤维中无定形区的含量 四 改性涤纶 改性涤纶品种易染改性 阳离子可染聚酯纤维 CDP 抗静电改性涤纶抗起球涤纶吸水吸湿性涤纶超细纤维