第一节　原料切片

本节主要介绍聚丙烯（PP）切片、聚酰胺6（PA6）切片和聚酯（PET）切片。

一、聚丙烯切片

聚丙烯纤维在我国的商品名称为丙纶。生产丙纶膨体长丝（BCF）的原料是聚丙烯切片。

聚丙烯按甲基排列位置分为等规聚丙烯（isotactic polyprolene）、无规聚丙烯（atactic polypropylene）和间规聚丙烯（syndiotactic polypropylene）三种。

甲基排列在分子主链的同一侧称等规聚丙烯，若甲基无秩序地排列在分子主链的两侧称无规聚丙烯，当甲基交替排列在分子主链的两侧称间规聚丙烯。一般工业生产的聚丙烯树脂中，等规结构含量约为95%，其余为无规或间规聚丙烯。工业产品以等规物为主要成分。聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点可高达167℃。耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。它密度小，是最轻的通用塑料。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。

聚丙烯切片外观要求：颗粒无色透明，颗粒大小均匀，没有太长和粘连，无粉末。

聚丙烯切片的熔点：165～171℃，聚丙烯切片熔体密度：0.75g/cm##3##。

1.相对分子质量及其分布

等规聚丙烯的相对分子质量及其分布，对其熔融时的流动性质及成品质量有很大影响。聚丙烯的相对分子质量可用特性黏度表征，聚丙烯的相对分子质量分布系数一般为4～6。

在BCF生产中，用熔融指数（MFI）表征聚丙烯的相对分子质量。熔融指数是一种表示高聚物加工时的流动性的数值。它是美国材料与测试协会（ASTM）根据美国杜邦公司惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成，其测试方法是先让塑料粒在一定时间、一定温度及压力（各种材料标准不同）下，熔化成塑料流体，然后通过一直径为圆管所流出的熔体质量数。其值越大，表示高聚物的加工流动性越佳，反之则越差。

聚丙烯熔融指数的概念是：在温度为230℃，负荷重量为21.17N时，流经直径为2.095mm、长度为8mm的微孔，在10min的时间内挤出的熔体质量（g），单位：g/10min。

聚丙烯的熔融指数，对保证聚丙烯生产及其制品的质量，对设计挤压机各区加热温度，调整其他生产工艺，都有重要的指导意义。

一般聚丙烯的MFI高，其熔体流动性就好，熔体特性黏度就低，初生纤维易拉伸，成品纤维断裂强度低，成品纤维断裂伸长率就提高，成品纤维沸水收缩率下降。

聚丙烯熔融指数最常使用的测试标准是ASTM D 1238，我国采用GB/T 3682—2000熔融指数测试标准，该测试标准的量测仪器是熔体流动速率仪，其具体构造如图2-1所示。

测试的具体操作过程是：将待测聚丙烯原料置入小槽中，槽末接有细管，细管直径为2.095mm，管长为8mm。加热至某温度（常为230℃）后，原料上端即由活塞施加一定重量（21.17N）向下压挤，量测该原料在10min内所被挤出的质量，即为该聚丙烯的流动指数。有时也有这样的表示法：MFI：25g/10min，它表示在10min内该聚丙烯被挤出25g。一般常用纤维级聚丙烯的MFI值介于20～30g/10min之间。

2.等规度

聚丙烯等规度是指聚丙烯分子有规则排列的均匀程度，BCF用聚丙烯的等规度很高，通常只允许有百分之几的无规或间规物，等规的是部分结晶，而无规或间规部分实际上全是无定型的。测等规度一般用萃取法。

生产丙纶BCF的聚丙烯切片等规度要大于95%，生产供应商都希望高等规度的聚丙烯切片，因为等规度高意味着聚丙烯具有较高的结晶能力，同时会大大改善成品的力学性能，其生产稳定，粉末少，断头少，成品断裂强度高，回弹性能好，抗变能力强。

太高的等规度会增加其屈服应力、硬度、弯曲弹性模量和脆点，生产速度可能受限，成品的强度会有不良影响，对温度较低的拉伸会带来一些问题。

3.含水率

聚丙烯切片的含水率就是切片中任何形态水的质量与被测湿切片质量的百分率，要小于0.1%。

如果聚丙烯切片的含水率超标，水分在喷丝板之前无法挥发，很容易形成“气泡丝”，导致纤维断裂，生产过程中断头增多，成品形成毛丝较多，断裂强度也会下降。

4.灰分

聚丙烯切片的灰分是指聚丙烯切片经高温焙烧后完全燃尽的剩余残留物，它是用来测定有机树脂中的微量金属杂质含量的；树脂的挥发分是指（远低于熔点）规定温度下加热烘烤而失去的质量，它是用来标志树脂中浸渍轻烃含量的分析方法。

聚丙烯切片的灰分含量要小于100mg/kg，即小于0.01%。聚丙烯切片灰分含量高，不仅堵滤网和喷丝板，缩短了其使用周期，而且还易产生毛丝。堵板严重时，会导致计量泵漏熔体，断头较多，还导致纤维断裂强度下降。

聚丙烯切片的质量指标的测试标准为：GB/T 12670—2008《聚丙烯（PP）树脂》，本标准规定了聚丙烯（PP）树脂的分类命名、要求、试验方法、检测规则、标志、包装、运输和储存等。本标准适用于丙烯或丙烯和乙烯在催化剂的作用下聚合制得的含有添加剂的颗粒状丙烯均聚物、丙烯耐冲击共聚物或丙烯无规共聚物。

生产PP—BCF聚丙烯切片的质量要求见表2-1。

表2-1　聚丙烯切片质量指标

二、聚酰胺切片

聚酰胺纤维（Polyamide, PA），我国商品名称为锦纶，又称耐纶（Nylon），美国称尼龙，其基本组成物质是通过酰胺键NHCO连接起来的脂肪族聚酰胺。

生产锦纶膨体长丝（PA—BCF）的原料是聚己内酰胺（PA6）切片，PA6是大分子主链由（C6H11NO）n连接起来的一类合成纤维。

聚酰胺可由内酸胺开环聚合制得，也可由二元胺与二元酸缩聚得到。它是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。20世纪50年代开始开发和生产注塑制品，以取代金属满足下游工业制品轻量化、降低成本的要求。PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适用于玻璃纤维和其他填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。PA的品种繁多，有PA46、PA610、PA612、PA1010等以及近几年开发的半芳香族尼龙PA6T和特种尼龙等新品种。如增强尼龙、单体浇铸尼龙（MC尼龙）、反应注射成型（RIM）尼龙、芳香族尼龙、透明尼龙、高抗冲（超韧）尼龙、电镀尼龙、导电尼龙、阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属、木材等传统材料代用品。

以下重点介绍聚己内酰胺切片的物理性质。

1.密度

聚己内酰胺切片的密度随着内部结构和制造条件的不同而有差异，不同晶体的晶态密度不同，测定方法不同，测试结果也不一样。通常其密度值的范围在1.12～1.16g/cm##3##。

2.熔点

聚己内酰胺是一种部分结晶高聚物，具有较窄的熔融范围，使用的测试方法不同，所得到的熔点数值也不同。用毛细管法测试的熔点范围在214～220℃。

3.熔体黏度

聚己内酰胺的熔体黏度随着数均分子量的增大而增加，也依赖于温度、单体含量等因素。熔体黏度范围在2.67～2.73dL/g。

4.含水率

聚己内酰胺相对于其他合成纤维，有较高的吸水性，水分子可进入聚己内酰胺的非结晶区与酰胺键结合，因而生产PA—BCF的聚己内酰胺切片的含水率要小于600mg/kg，即0.06%。

三、聚酯切片

聚酯纤维是指以多种二元醇和芳香族二元羧酸或其酯经缩聚生成的聚酯为原料所制得纤维的统称，我国商品名称为涤纶。

具体品种有：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维以及多种改性的阳离子及易染阳离子聚对苯二甲酸乙二醇酯（如CDP、ECDP）等。

1.聚对苯二甲酸乙二醇酯切片

聚对苯二甲酸乙二醇酯由精对苯二甲酸（PTA）和乙二醇（EG）聚合而成。目前，主要用于瓶级聚酯（广泛用于各种饮料尤其是碳酸饮料的包装）、聚酯薄膜（主要用于包装材料、胶片和磁带等）以及化纤用涤纶。

以下重点介绍聚对苯二甲酸乙二醇酯切片的性质。

（1）黏度。一般纤维级聚酯切片的特性黏度为0.645，这里所说的特性黏度是工业上用来表征聚酯相对分子质量的大小，测定特性黏度不仅能正确评价聚酯的质量，而且为制订纺丝的工艺条件提供了重要的依据，特性黏度太低，聚酯相对分子质量小，纺丝过程拉伸困难，甚至不具可纺性，容易出现断头等；黏度太高，拉伸时拉伸应力过大，大分子不易取向，所以特性黏度对纺丝的运转稳定、长丝的条干均匀性和染色的均匀性均有影响，因此保证特性黏度的稳定，对于提高纺丝的质量有较大的帮助。

（2）端羧基含量。端羧基含量也是衡量聚酯生产的一个重要参数，一般来说，端羧基的来源主要为未反应PTA或降解后的产物，从理论上讲，完全反应的聚酯的端羧基应该为零，实际上，因为各种因素的存在，各种工艺条件下聚酯切片的端羧基含量有很大的不同，国标中端羧基范围为M±4，M值从18到36，是一个很宽松的指标。一般从工艺条件来说，杜邦装置端羧基含量高，中纺院工艺端羧基含量较低。

（3）熔点。聚酯熔点就是结晶的固态物质加热到一定温度时，由固态转变为液态时的温度，在一定程度上反应了聚酯的纯度，一般来说纯聚酯是一部分结晶的高聚物，熔点在265℃，在实际生产中，因为各种副反应的存在，使得聚酯中存在部分杂质，同时聚合物结晶的缺陷和各处结晶度的差异也会影响聚酯的熔点，实际聚酯的熔点都在265℃以下，同时熔点温度不一定是某一点，而是某一个范围。

国标中对聚酯熔点的规定在252～262℃之间。

（4）二甘醇（DEG）。聚酯二甘醇是衡量生产过程中醚化副反应程度的一个重要指标，从实验结果来看，二甘醇含量的增加，可使聚酯的熔点或软化点下降，耐热氧化性和耐光性变差，在同样的染色条件下，二甘醇含量的增加，可使聚酯纤维的染色加深，上色率提高，正因为DEG含量对于聚酯和后续加工的影响，各生产工艺条件下控制含量也有不同，相应杜邦工艺控制值较高，中纺院工艺控制值较低。目前各生产厂家对二甘醇含量基本取得的共识是二甘醇含量高低的绝对值不是主要方面，重要的是含量的稳定，以减少生产所得纤维的染色差。但对于用于生产磁带、录像带等用途时，DEG含量应该低一些，这样可以增加使用时的耐疲劳强度。

（5）色度。聚酯的色度是一个综合指标，不仅受到外界如PTA、消光剂和催化剂等的影响，同时也受到聚酯生产中本身生产过程的影响。不管是外来色度的影响还是内在质量造成的聚酯色度发黄，均会使纤维的色度发黄，影响纤维的外观，尤其是降解或者金属催化剂离子造成的色度发黄发灰，容易使纺丝过程中黏度增加，造成纺丝的生产波动。色度中的b值反映的是聚酯切片的蓝黄度，b值越小，则聚酯颜色越偏向蓝色，越高越黄。L值反映的是切片的灰度，L值越大，则切片越明亮，越小则越灰。

（6）二氧化钛含量。TiO2作为消光剂加入聚酯产品中，其用量根据用户的需求来确定，一般来说，有光切片含量小于0.12%，半消光切片一般在0.12%～0.5%之间，全消光切片含量在0.28%～0.3%之间。

（7）铁含量。铁含量也是表征聚酯产品的一个指标，一般来说，铁的来源是PTA、EG、催化剂和消光剂，但这些含量一定时，则表明聚酯装置有被腐蚀的情况，铁含量高，则灰分含量也高，容易影响纤维的色泽和质量。

（8）灰分。灰分就是聚酯中的无机杂质，包括来源于PTA、EG原料中的无机杂质，也来自于催化剂残留物以及TiO2研磨时带入的杂质，还有重要的一个方面就是在袋装PTA投料时，外袋杂质进入引起的。

灰分含量的高低不仅影响装置中的过滤器的使用寿命和生产的稳定性，而且也影响纺丝装置熔体过滤器的使用周期，堵塞组件，严重时会影响纺丝生产的连续性，造成断丝增加。

（9）水分。切片的水分是指黏附在切片表面的物理结合水分，切片的水分含量与切片的干燥程度、储存时间、空气湿度、环境稳定等因素有关。切片水分的高低不仅影响用户的原料消耗，同时对纺丝的生产也有影响。

（10）粉末和异状切片。切片粉末是指能通过20目样筛的碎屑，异状切片是聚酯切片几何尺寸过大的粒子。无论是粉末还是异状切片，不仅会影响切片的外观，还会影响厂家的消耗和生产，粉末较多时在干燥中会发生黏结，造成堵料，尺寸过大的粒子在干燥时会消耗更多的时间和能量，因此要求切片均匀、颗粒少。

纤维级聚对苯二甲酸乙二醇酯切片主要质量要求见表2-2。

表2-2　纤维级聚酯切片主要质量要求

2.聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）

聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维是Shell公司开发的一种性能优异的聚酯类新型纤维，它是由对苯二甲酸（PTA）和1，3-丙二醇（PDO）缩聚而成，其结构式为：

PTT纤维综合了尼龙的柔软性、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性，加上本身固有的弹性以及能常温染色等特点，把各种纤维的优良服用性能集于一身，从而成为当前国际上最新开发的热门高分子新材料之一。

PTT—BCF，即聚对苯二甲酸丙二醇脂连续膨胀长丝，由于PTT分子链丙二醇引入的三个亚甲基具有“奇碳效应”，从而纤维呈螺旋状结构，具有Z字形构象，因此大分子链具有弹簧一样的形变和回复能力。纤维的断裂伸长率大于除氨纶以外的所有纤维，弹性回复性优于PBT，更优于PET，给予其织物高回弹性，与涤纶和制品的突出的刚性相比，PTT纤维和织物的手感可以给人以接近于尼龙的比较柔软而舒适的感觉。

合成纤维用分散染料染色，只有在玻璃化温度以上才能染成深色。PET的玻璃化温度为70～80℃，而且由于其结晶度高，结构致密，染料分子不易进入纤维内部，所以PET只有在加压或有载体，温度约为130℃时，才能用分散染料染成深色。而PTT的玻璃化转变温度只有46～65℃，低于PET，所以其染色性能优于PET，而且色泽均匀，色牢度高，这样不仅可以节约燃料和能源，同时还可以降低污水中化学物质的含量，对环境造成的污染程度相对减少，具有明显的经济效益和环境效益。由于这些优点，使得PTT纤维比PET纤维具有更大的发展和应用前景。PTT纤维有涤纶的挺括性，锦纶的柔软性和易染性，腈纶的蓬松性，氨纶的回弹性，是集多种常用纤维优点于一身的一种大类纤维。

生产PTT—BCF原料切片要求：熔点：228℃，特性黏度：0.80～1.10dL/g，其他质量指标满足PET切片的要求。

3.聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

PBT纤维是聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维（polybutylene&nbsp；terephthalate）的简称，由高纯度对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT）与1，4-丁二醇酯化后缩聚的线型聚合物，经熔体纺丝制得的纤维，属于聚酯纤维的一种。PBT纤维有以下特性：

（1）PBT纤维的强度为30.91～35.32cN/tex，伸长率为30%～60%，熔点为223℃，其结晶化速度比聚对苯二甲酸乙二酯快10倍，有优良的伸长弹性回复率和易染色的特点。

（2）由PBT制成的纤维具有聚酯纤维共有的一些性质，但由于在PBT大分子基本链节上的柔性部分较长，因而使PBT纤维的熔点和玻璃化温度较普通聚酯纤维低，导致纤维大分子链的柔性和弹性有所提高。

（3）PBT纤维具有良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性，而且弹性不受湿度的影响。

（4）PBT纤维及其制品的手感柔软，吸湿性、耐磨性和纤维卷曲性好，拉伸弹性和压缩弹性极好，其弹性回复率优于涤纶。PBT纤维在干湿态条件下均具有特殊的伸缩性，而且弹性不受周围环境温度的影响。

（5）具有良好的染色性能，可用普通分散染料进行常压沸染，而无须载体。染得纤维色泽鲜艳，色牢度及耐氯性优良。

（6）具有优良的耐化学药品性、耐光性和耐热性。

PBT纤维特别适用于制作游泳衣、连袜裤、训练服、体操服、健美服、网球服、舞蹈紧身衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜、医疗上应用的绷带等高弹性纺织品。

PBT与PET复合纤维具有细而密的立体卷曲、优良的回弹性、手感柔软和优良的染色性能，是理想的仿毛、仿羽绒原料，穿着舒适。

PBT纤维的长丝可经变形加工后使用，而短纤维可与其他纤维进行混纺，也可用于包芯纱制作弹力劳动布，还可用于织制仿毛织品。

若用PBT纤维制成多孔保温絮片，则具有可洗、柔软、透气、轻薄的特性。用PBT纤维生产的簇绒地毯，触感酷似羊毛地毯。鬃丝可作牙刷丝等，具有很好的抗倒毛性能。

4.易染阳离子聚酯（ECDP—PET）

由于聚酯分子链紧密堆集，结晶取向度较高，极性较小，缺乏亲水性，因而染料不易透入纤维内，只能高温高压染色和原液着色，其生产成本非常高昂。

当前，新纤维及以其开发的纺织品，已成为国际纺织品市场的一个竞争点，也是纺织行业经济效益的新增长点。新合纤是在聚酯原料的基础上，改变分子的结构，使纤维性能产生变化的功能型纤维。例如，CD—PET改性涤纶，也简称CDP，它是在制取聚对苯二甲酸乙二醇酯的缩聚过程中，添加间苯二甲酸五磺酸钠乙二醇酯第三单体，生产的涤纶需在100℃和高压条件下染色，可用阳离子染料染色，并具有抗起毛起球的性能。

与涤纶相比，CDP纤维具有以下优势：

（1）色泽鲜艳。相对于分散染料，阳离子染料色光鲜艳，因此经其染色的CDP纤维色泽较分散染料染色的涤纶鲜艳。

（2）无升华热迁移所引起的牢度问题。涤纶分散染料染色时，经还原清洗，具有优良的湿处理牢度和耐摩擦色牢度，但定型后，会造成湿处理牢度和耐摩擦色牢度下降等问题。CDP纤维用阳离子染料染色，经还原清洗，具有优良的湿处理牢度和耐摩擦色牢度，经定型后，仍能保持。

（3）不易起毛起球。

（4）手感好，可制成仿毛织物。

（5）其混纺织物可有双色效果。

但是CDP纤维也有一些不足之处，如浅色耐日晒色牢度低、色谱有限、不易修色和较高温度压力下染色等。

现在已研发成功易染色聚酯纤维（ECDP），所谓易染色纤维是指在常温常压下，可用不同类型的染料染色，染色条件简单，可印可染，色谱齐全，色泽均匀，色牢度好。如生产易染涤纶膨体长丝（ECDP—BCF），可替代价格昂贵的锦纶膨体长丝（PA6—BCF）。

制备ECDP—BCF切片的方法是：除在制取聚对苯二甲酸乙二醇酯的缩聚过程中，添加间苯二甲酸五磺酸钠乙二醇酯第三单体外，还要加入一定比例的脂肪酸乙二醇酯、1，4-丁二酸和聚醚等。

ECDP—BCF切片的质量要求见表2-3。

表2-3　 ECDP聚酯切片质量要求