切片干燥机理及优化方法

1.切片中的水分PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，通常湿切片含水率30.5%，其水分分为两部分：一部分是沾附在切片表面的非结合水，这种水分的存在使物料表面上的蒸汽压等于水的饱和蒸汽压；另一部分是与PET大分子上的羰基及极少量的端羟基等以氢键结合的结合水，其在切片表面上的平衡蒸汽压小于同温度下的饱和蒸汽压。在干燥过程中，通常非结合水较易除去，而结合水则较难除去。

PET条带在冷却水槽进行急剧冷却时，因很快形成无定形玻璃态结构，而在条带内存在一些“空穴”，PET大分子的羰基与水产生氢键，进入切片内部的水分则残留在空穴中（图2-4），形成结合水。

2.切片的干燥曲线切片干燥包含两个基本过程：加热介质传热给切片，使水分吸热并从切片表面蒸发；水分从切片内部迁移至切片表面，再进入干燥介质中。这两个过程同时进行，因此切片的干燥实质是一个同时进行传质和传热的过程。

在干燥过程中，测定切片在不同温度热风中经不同时间干燥后的含水率，可得一组干燥曲线（图2-5）。在各干燥温度下，由干燥曲线可知：切片的含水率随干燥时间延长而逐步降低。切片干燥前期为恒速干燥阶段，主要除去切片中的非结合水，切片含水率随干燥时间的增加几乎呈直线关系下降。温度越高，恒速干燥的速率越快。切片干燥后期为降速干燥阶段，水与大分子结合的氢键被破坏，结合水慢慢向切片表面扩散并被除去，直至达到在某一干燥条件下的平衡水分。此后，再延长时间，含水率变化甚微。干燥温度越高，切片达到平衡水分的干燥时间越短，切片中平衡水分含量也越少。

干燥温度从120℃升高到140℃，干燥速率有一个突然升高的过程（提高2.2倍），至140℃以后，速率的提高又转向平缓，这与切片干燥的结晶过程有关。

3.切片干燥过程的结晶由于PET分子链的结构具有高度立构规整性，所有的芳环几乎处在同一平面上，因而具有紧密堆集的能力与结晶倾向。图2-6为切片在不同温度下达到50%结晶度所需的时间（半结晶化时间）。聚酯在170～190℃时结晶速率最高。在190℃时，半结晶时间约为1min。但超过190℃时，结晶速率反而随温度升高而下降，这是由于高温下晶核生成太少所致。由此可以设想，在170℃以下短时间干燥，由于切片表面温度高于内部温度，切片表面的结晶度往往大于内部的结晶度；反之，若在190℃以上短时间干燥，则内部结晶度大于表面结晶度。(www.xing528.com)

图2-5　切片经不同温度热风干燥时的干燥曲线

图2-6　PET切片的结晶速率

结晶对切片干燥速率有很大影响。一方面，结晶时由于切片内部体积收缩的挤压和空穴的消失，把一部分水分被挤压到切片表面，有利于提高干燥速率；另一方面，又将一部分水挤压到切片内部，加大了扩散距离，且由于外加热式（170℃）干燥时，切片表面温度往往高于内部温度，因切片表面结晶度较大而形成的致密化层使水分扩散阻力大增，因而在通常情况下，结晶会使干燥速率迅速大幅度下降。

采用高频电微波加热结晶，由于切片内外温度均匀，结晶对提高干燥速率十分有利。

圆柱体切片的干燥优于平板切片。因圆柱体切片的表面由里向外随半径增大而增大，使切片外表面的传质面积大于内部的传质面积，以补偿由于外表面结晶度较大而形成的扩散阻力。使用圆柱体切片可缩短干燥时间并达到更低的含水率，还可减少粉尘的产生。