1、11 绪论1.1 概述1.1.1 国内外涤纶纤维的发展历史自古以来，人类的生活就与纤维密切相关。在中国、埃及和南非的早期文化中。都有用天然纤维纺纱织布的记载，这可以追溯到公元前 3000 年。1846 年，德国人 F.Schonbein 通过用硝酸处理木纤维素支撑硝酸纤维素。经法国英国等专家近 40 年的研究，于 1883 年获得了用硝酸纤维素制造化学纤维的最著名的专利，并于 1891 年投产，这标志着世界化学纤维的工业化的开始。随后各种形式的人造纤维素纤维相继问世。小指纤维由于其性能不如粘胶纤维而发展缓慢。但化学纤维家族的另一分支合成纤维，直至人造纤维工业化半个世纪以后，随着人工合成高分子的
2、大量问世和现代高分子概念的确立，才登上历史舞台。1941 年 Whinfield 和 Dickson 合成了聚对苯二甲酸已二酯（ PET）,1949 年，率先在英国实现工业化生产，1953 年，美国首先建厂生产聚酯纤维。由于其服用性能优良和强度高等特性成为合成纤维中产量最大的品种。80 年代以来石油工业的迅猛发展带动了聚酯纤维的快速发展，一直是合成纤维中产量最大、种类最多的品种。至今，在合成纤维中，涤纶产品无论是数量还是品种，都占据主导地位。20 世纪末，世界纤维产量中化学纤维占将近一半，而涤纶产量又占化学纤维产量的一半以上。涤纶纤维强度高、弹件好，其织物挺括、保形性好，且易洗、快干、免烫、不
3、受虫蛀，因此，涤纶产品在市场上一直经久不衰。我国涤纶工业化生产开始于 20 世纪 70 年代初期。1977 年, 我国涤纶短纤维总产量仅 34 k, t 到 2000 年底, 我国涤纶短纤维的产量为 1 950 k, t 到 2007 年底已达到 6 999 . 5 kt 。在近 40 年的时间内, 我国涤纶短纤维产量以平均每年两位数的速度飞速发展。1.1.2 国内外涤纶纤维的发展趋势Chemical Fiber International 于 2010 年 5 月发表 未来十年全球涤纶发展趋势 专文认为，受全球 GDP 增长驱动，预计到 2020 年全球合纤产量将以年均 4 %左右的速度增长
4、，略快于过去十年 3.3 %的增速 涤纶将进一步巩固霸主地位，涤纶的产量增速持续快于其它纤维 在 20 世纪最后十年，涤纶占全球纤维产量的份额从 21.4 %升至 35.6 %，而到 2009 年末，更进一步升至 45.8 % 受中国及亚洲其它国家，尤其是印度的发展驱动，涤纶还将继续保持增长趋势， Tecnon 公司预计到 2015 年左右涤纶占全球纤维产量的份额将超过 50 %，到22020 年将超过 60 %在前十年中，全球涤纶长丝的产量年均增速 7.9 %，尽管在 2005 年增速仅为 1.4 %，但随后几年增速达到 14.9 % 基于未来全球 GDP 增速的预测， Tecnon 认为未
5、来十年中涤纶长丝的产量还将保持年均 7.7 %的增速 相反，受低棉价的影响，前十年全球涤纶短纤的年均增速 5.5 %，低于长丝增速 预计未来十年，涤纶短纤的增速将略微加快，达年均 5.8 %，快于全球纤维年均 的增速进入 21 世纪，中国的涤纶产业发展左右着全球的发展 其涤纶长丝产量在本世纪初仅占全球 1/3 ，而到 2005 年已超过 50 %，到 2009 年则攀升至 71 %同样，涤纶短丝的产量在世纪初约占全球的 1/4 ，至 2005 年接近 50 %，2009 年则进一步达到 63 % 今后中国的涤纶长 短丝还将保持增长趋势，预计到2020 年全部产量将超过全球涤纶产量的 85% 受
6、中国的全球的 92 % (十年前约为 77 %) 预计到 2020 年亚洲涤纶产量将占全球的 97 %由于中国国内需求增速落后于产量增速，近几年中国的涤纶出口增长较快 因此，其它国家的厂商受到较大的来自内需及海外的压力 2004 年，中国长丝及短丝出口量分别排全球贸易量的第 8 位和第 6 位 2008 年，长丝出口量排世界第一位，是排名第二位的中国台湾省出口量的一倍多；短丝出口量仅次于韩国排世界第二位 。由于近年来涤纶短丝的增速非常缓慢，2008 年装置平均利用率约 80 %，即使未来有新工厂投产，但涤纶短丝装置开工率仍将保持上升趋势。1.1.3 产品简介涤纶的学名为聚对苯二甲酸乙二酯纤维，
7、简称为聚酯纤维。 于 1953 年才开始工业化生产，由于其性能好、用途广，所以发展很快，已可以讲是世界上产量最大的一种化学纤维。涤纶纵面平直光滑，截面为圆形其耐酸不耐碱。因涤纶大分子中的酯基在碱液中会发生水解。其强度高、伸长大、弹性回复性能好。按加工的不同，涤纶有高强低伸、低强高伸等类型。但也由于他的强度高、伸长大、弹性好，所以耐磨性优良， 仅次于锦纶。此外，它的尺寸稳定性也很好。涤纶结构紧密，结晶度高，内部大分子无亲水性基因，所以吸湿能力低，染色困难。它在一般大气条件下回潮率只有 0.4%，具有易洗快干的优点，但其吸汗性和透气性差。它的导电性差、易产生静电。织物易吸尘沾污。有良好的化学稳定性
8、，且不易发霉和虫蛀。http:/ 纶 的 大 类 品 种 有 短 纤 维 、 拉 伸 丝 、 变 形 丝 、 装 饰 用 长 丝 、 工 业 用 长 丝 以及 各 种 差 别 化 纤 维 。 而 短 纤 维 按 其 物 理 性 能 又 分 为 高 强 低 伸 型 、 中 强 中 伸型 、 低 强 中 伸 型 、 高 模 量 型 、 高 强 高 模 量 型 。 涤纶以短纤维为主，主要用来与棉、毛、粘胶、麻以及其他化纤混纺制造各种衣用纺织品。3本 设 计 的 课 题 是 高 强 低 伸 型 涤 纶 短 纤 维 的 后 加 工 工 艺 设 计 ， 纤 维 后 加 工 工 序有 如 下 作 用 ：（
9、1） 将 纤 维 进 行 拉 伸 （ 或 补 充 拉 伸 ） ， 使 纤 维 中 大 分 子 取 向 并 规 整 排 列 ，提 高 纤 维 强 度 ， 降 低 其 断 裂 伸 长 率 。（ 2） 将 纤 维 进 行 热 处 理 ， 使 大 分 子 在 热 作 用 下 ， 消 除 拉 伸 时 产 生 的 内 应 力 ，降 低 纤 维 的 收 缩 率 ， 并 提 高 纤 维 的 结 晶 度 。（ 3） 对 纤 维 进 行 特 殊 加 工 ， 如 将 纤 维 卷 曲 等 ， 以 提 高 纤 维 的 摩 擦 因 数 、 弹性 、 柔 软 性 、 蓬 松 性 ， 或 使 纤 维 具 有 特 殊 的 用
10、途 及 纺 织 加 工 性 能 。产品指标高强棉型涤纶短纤维质量指标（GB/T 144681993 国家标准）参考项目 优等品 一等品 二等品 三等品 试验方法断裂强度/Cn.dtex-1 ， 5.25 5.00 4.80 4.80断裂伸长率 /% M4.0 M15.0 M17.0 M8.0GB/T 143371993线密度偏差率 /% 3.0 4.0 6.0 8.0 GB/T 143351993长度偏差率 /% 3.0 6.0 7.0 10.0超长纤维率 /%， 0.5 1.0 1.4 3.0倍长纤维含量/mg.(100g)-1，2.0 6.0 15.0 30.0GB/T 143361993
11、疵点含量/mg.(100g)-1， 2.0 8.0 15.0 40.0 GB/T 143391993卷曲数/ 个.（25mm ）-1 M22.5 M23.5卷曲度 /% M32.5 M33.5GB/T 143381993180干热收缩率/% M42.0 M43.0 FZ 500081991电阻率/.cm， M5108 M5109 GB/T 14342199310%定伸长强度/cN. dtex-1，2.65 2.00 GB/T 143371993断裂强度变异系数 /%， 10.0 15.0 GB/T 1433719931.2 设计依据指导思想41.3 厂址选择原则厂址选择是一项包括政治、经济、技
12、术的综合性工作。必须贯彻国家建设的各项方针政策，多方案比较论证，选出投资省、建设快、运营费低、具有最佳经济效益、环境效益和社会效益的厂址。 基本原则 一、 符合所在地区、城市、乡镇总体规划布局。 二、 节约用地，不占用良田及经济效益高的土地，并符合国家现行土地管理、环境保护、水土保持等法规有关规定。 三、 有利于保护环境与景观，尽量远离风景游览区和自然保护区，不污染水源，有利于三废处理，并符合现行环境保护法规规定。 本设计以安达与北京进行对比选项目 安达 北京原料、燃料 优秀 优秀产品销售 良好 优秀交通运输 优秀 优秀厂址预算 优秀 中等劳动力预算 优秀 中等气象 优秀 良好生活区 良好 良
13、好基于以上的对比情况我们选择安达市。安达市与大庆市相邻原料来源充足，与哈尔滨市相近销售渠道良好。再者安达市工业区的兴建使其有良好的动力供应。最后安达为县级城市劳动力与土地价格较为便宜。1.5 设计范围1.6 工作制度2 生产工艺流程选择5熔体纺丝成形而获得的涤纶初生纤维，经集束到切断打包等一系列加工过程，称为涤纶短纤维的后加工，通过后加工过程，使纤维获得预期的机械物理性能，赋予纤维纺织功能。2.1 一般工艺描述集束架导丝架导丝机浸油槽第一拉伸机水浴槽第二拉伸机蒸汽拉伸箱紧张热定型机第三拉伸机上油机叠丝机张力控制机卷曲预热箱卷曲机铺丝机松弛热定型机曳引机切断机打包机2.1.1 工艺流程比较2.2
14、 工艺流程说明（1）初生纤维的存放及集数：刚成型的初生纤维其预取向度不稳定，需通过存放获得平衡，使内应力减少或消除，预取向度降至平衡值；还需使卷绕时的油剂扩散均匀，以改善纤维的拉伸性能。因此，初生纤维不能直接集束拉伸，必须在恒温恒湿条件下存放一定时间。在存放过程中，卷绕丝的结构和性能会发生变化，存放 8h 以上，卷绕丝的取向度可达稳定。存放平衡后的丝条进行集束。所谓集束是把若干个盛丝桶的丝条合并，集中成工艺规定粗度的大股丝束，以便进行后处理。集束于恒温、恒湿条件下进行。（2）拉伸工序：拉伸工序是后加工的主要过程之一，通过拉伸，使成品纤维的结晶和取向得到进一步加强和完善。拉伸就是通过外界机械的强
15、制作用，来迫使初生纤维在一定的温度下产生单轴形变的过程在拉伸过程中，纤维的超分子结构发生深刻的改组，包括取向度的提高，晶态结构的变化。聚酷高分子作为一种结晶高聚物，其拉伸取向的过程，实质上是球晶的形变过程。在弹性形变阶段，球晶稍被拉长而成椭球体，继续拉伸到不可逆形变阶段，球晶变成带状结构。球晶形变过程中，组成球晶之间的片晶之间发生倾斜、晶面滑移和转动，甚至破裂。部分折叠链被拉伸为伸直链，使原有结构部分或全部破坏，而形成新的结晶结构，它由取向的折叠链片晶与在取向方向上贯穿与片晶之间的分子链段所组成。高聚物拉伸取向的结果，使伸直链段的数目增多，而折叠链段的数目减少，由于这些片晶之间的连接链增加，从
16、而提高了取向高聚物纤维的力学强度和韧性。拉伸所引起的最重要的结构变化是大分子、晶粒和其他结构单元沿纤维轴取向，这种取向导致各种物理性质的各向异性。除机械性质外，拉伸导致光学性质(双折射、吸收光谱的二向色性)的各向异性，以及热传导和其他一些性质的各向异性。拉伸对纤维结构所引起的另一个重要影响是伴随着相变的发生，即结晶、晶体破坏和晶型转化。拉伸6所引起的晶体形态的变化，即大球晶的破坏，会导致光散射强度和表观消光系数发生减小。拉伸过程中作用的机械应力会使纤维的微观结构发生某些变化。（3）卷曲：涤纶的截面近似圆形，表面光滑，因此纤维间抱合力较小，不易于其他纤维抱和在一起，对纺织加工不利。故必须进行卷曲
17、加工，使其具有与天然纤维相似的卷曲性。纤维卷曲的程度一般一般以卷曲数或卷曲度表示。目前，一般涤纶短纤维的卷曲数要求为：棉型 57 个/cm，毛型 35 个/cm（4）热定型：热定型的目的是消除纤维在拉伸过程中产生的内应力，在纺丝和拉伸过程中，纤维所经历的时间较短，而大分子链段运动.的松弛时间较长，一个大分子在周围其他大分子的相互影响下，常受到各个力的综合作用，使它的某些链段处于松弛状态，.而其他一些链段则处于紧张状态。经拉伸后，所得纤维的超分子结构尚不完善，且不够稳定，不符合后道纺织染加工和使用的要求。通过热定型可使某些链间联结点得到舒解和重建，由于定型所经历的时间较长，通常以分钟计，一定型时
18、间与大分子链段的松弛时间有同样的数量级，因此来得及进行纤维结构的重建，内应力大部得到消除。热定型的目的主要有三个:(1)提高纤维的尺寸稳定性;(2)进一步改善纤维的物理机械性能;(3)改善纤维的染色性能。不同的纤维生产品种应选择不同的热定型方式。本装置采用紧张定型和松弛定型相结合的方式，来生产高强低伸型短纤维。紧张热定型阶段：纤维在有张力的条件下热定型，纤维内部大分子进一步沿纤维轴方向整齐排列，使纤维的取向度增加，从而有利于纤维的断裂强度和初始模量的提高。在这一阶段，对丝束而言，也是干燥升温的过程。松弛热定型阶段：松弛定型是纤维在自由状态下进行的热定型，由于定型时纤维不受张力作用，其大分子链活动性大，可以得到完全松弛，定型后的纤维内应力能完全消除，纤维结构和性能稳定。（5）切断：纺织加工对纤维长度有一定的要求，为使涤纶能很好的与棉、羊毛及其他化学短纤维混纺，需将纤维切成相应的长度。棉型短纤维：切段长度（名义长度）为 35mm 或 38mm，并要求长度偏差不超过6%，超长纤维含量不大于 2%。（6）打包：打包是涤纶短纤维生产的最后一道工序，将短纤维打成一定规格和重量的包，以便运送出厂。成包后标明批号、等级、重量、时间和生产厂等内容。
