CN100357505C - 高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法 - Google Patents

高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对现有的丙纶丝的线密度低于3000分特、断裂伸长率大于15%，因而使用范围受到限制的问题，公开了一种线密度介于3000～14000分特之间，断裂伸长率介于11%～15%之间的高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法，该丙纶丝除具有普通高强丙纶质轻、高强、不吸水的特点外，还具有强度大、伸长率低的特点，进一步扩大了丙纶丝的产业应用范围。

Description

高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种高强聚丙烯纤维，属纺织科学技术领域特种纺织纤维加工技术。该丙纶丝作为一种产业用纺织新材料，主要用于铁路公路建设、岸坡堤坝修建、农业排灌系统、港口基础、拦洪坝等工程建设中的经编土木格栅。
背景技术
高强丙纶具有质轻、高强、耐磨、低导热性、耐酸碱、耐化学药品、静电积蓄少、几乎不吸湿，其湿态强度基本等于干态强度、断裂功大、耐磨性仅次于锦纶等优点。另外它还具有生产工艺流程短、投资少、能耗及原料消耗低等优点，因而其价格便宜。
高强丙纶丝的高强力和抗冲击强力，使它成为具有极强竞争性的产品，它的应用性、柔韧性及经济性显示了它可应用在工业领域的巨大潜力，在很大范围内取代那些造价很高的产品。其主要用途为：吊装绳、工业缝纫线、远洋缆绳、渔网、防护网、消防水管、安全护网带和各种过滤布、蓬帆布、机织土工布、邮政布，尤其在恶劣的环境中是其他化纤织物无法媲美的。
随着现代工业技术的进步和发展，合纤产业用纺织品的领域正在不断扩大，高强聚丙烯纤维以其独特的工业性能被人们进一步认识和应用，并且在使用中已牢固地占领了自己适宜的领域，使其他合纤无法替代。
尽管目前国内已形成生产7g/d以上高强丝的生产能力，但由于技术、设备、原料等因素，与用户要求的产品规格、性能等方面均存在一定的差距，与国外相比差距更大，为此为满足不同用户的需求，促使我国产业用丝和纺丝技术达到国外的先进水平，开发更多的产业用、工业用丝新产品，需借鉴国外的先进生产技术，结合我国的具体情况，调整产品结构，开发新品，使其适应市场需要，取得较好的经济效益和社会效益。
由于丙纶比重轻，一般高强纺丝机一次性纺制最高纤度为1665分特，超过1665分特以上规格都是采用合股后再倍捻完成。涤纶高强丝也是一样，但涤纶的刚性没有丙纶强，它可以通过合股加网络来实现3000～14000分特特粗长丝的加工。但丙纶线就无法完成3000～14000分特合股网络加工。要做到这一点，必须将设备进行革命性的改造，这不仅仅是部件的改造，而是要将该设备的工艺流程进行改变。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强低伸型特粗旦丙纶丝及其生产方法，该丙纶丝除具有普通高强丙纶质轻、高强、不吸水等特点外，还具有强度、伸长、纤度三不匀率低，特别是特粗旦、高强低伸度、低收缩率等特性，特别适用于产业用途。
本发明的技术解决方案是：
一种高强低伸型特粗旦丙纶丝，其特征是它由400根或400根以上单丝组合成线密度介于3000～14000分特之间，断裂强度≥7g/d，断裂伸长率介于11％～15％之间，干热收缩率≤6％的丝束卷绕或倍捻而成。
上述高强低伸型丙纶丝的生产方法包括以下工艺步骤：
(1)投料：将原料投入螺杆挤压机上的料斗中；
(2)熔融：原料经螺杆挤压、加热得到熔融状态的原料；
(3)过滤：将上述熔融状态的原料，通过过滤器滤除杂质送入纺丝箱中计量泵计量输送到喷丝组件；
(4)纺丝：过滤后的熔融原料，通过喷丝组件，在孔数大于等于400孔的喷丝板上喷出，得到丙纶原丝；
(5)侧吹强冷固化：熔融状态丙纶原丝在离开喷丝板100-200mm范围内从背面向其施加15℃-20℃的冷却风，以达到第一次控制其伸长率的目的；
(6)侧吹固化：在上述强冷固化后的丙纶原丝继续通过一侧吹风温在35～45℃、距离喷丝板300-600mm的侧吹风段固化以得到非稳定的碟形分子结构，达到高倍拉伸的目的；
(7)消除静电：使上述侧吹固化后的丙纶原丝通过上油以消除静电，便于高温高倍拉伸；
(8)予拉伸：将上述上油后的丙纶原丝通过丝束平行排列引入加热温度为80-120℃的第一道拉伸辊组中，进行予拉伸并改善丙纶原丝的内在分子结构，以利后道全拉伸；
(9)全拉伸：使上述予拉伸后的丙纶原丝通过一加热温度为150-180℃的加热箱后进入第二道拉伸辊组中前端的温度在20-25℃的骤冷导丝辊中，以使从加热箱引出的丙纶原丝实现骤冷，再经过第二道拉伸辊组中其余的拉伸辊进一步拉伸，进而达到将丙纶丝的伸长率控制在11-15％之间的目的，得到全拉伸的高强低伸型丙纶丝；
(10)定型：将上述全拉伸后丙纶丝通过一加热温度在100-150℃加热箱中定型，决定其干热收缩率，再送入第三道拉伸辊中；
(11)上油卷绕成筒：将从三道拉伸辊中送出的以400根或400根以上为一组的成品丙纶丝经二道上油装置上油后，送入卷绕装置卷绕成筒，得到若干卷性能指标满足前述高强低伸型特粗旦丙纶丝技术指标的高强低伸型特粗旦丙纶丝，直接供应市场或通过下述步骤倍捻后供应市场；
(12)倍捻：将筒状特粗旦丙纶丝经倍捻机加捻卷装成筒后供应市场。
所述的喷丝板上的喷丝孔数为400-1500孔。
所述的二道拉伸辊组中骤冷辊的数量为1-3只。
喷丝板的下面加装有保持喷丝板板面温度的热套头。
为了实现本发明的目的，本发明在整个生产过程中采取的新技术和方法可归纳为：
一是丝束牵伸骤冷技术。
丙纶丝伸长都比较大，丙纶专家也只能通过非常低的速度和多道热牵伸才能够达到丙纶高强低伸长。但这仅是实验室做实验而已，对工业化大生产毫无实际指导意义。本发明采用骤冷来实现高强低伸性，纤维骤冷后，与钢铁和塑料一样会产生很大的内应力，然后再通过热定型消除其内应力，结果丙纶丝的断裂伸长降低了，而强力没有受到损伤。本发明的骤冷装置装在第一热箱之后与整条流水线融为一体。以前要生产7g/d以上的高强丝，卷绕速度只能开在120m/min，装了骤冷装置后，卷绕速度可以开到200m/min，强力能保持在7g/d以上，断裂伸长保持在15％以下，产品的产量增大了，成本降低了，经济效益得到明显提高。
二是热套头与侧吹风技术。
现有技术中要生产高强力的丙纶丝，在纺丝熔体出喷丝板后至进入牵伸前，应尽量减小丝束的取向和结晶，尽可能提高β型次晶结构的比例。要实现这一目标，最有效的方法是降低侧吹风的风温，提高风速，让丝束达到骤冷的效果，但风温降低，风速提高，会影响板面温度，板面温度的下降会使高分子的出口膨化加剧。这是一对矛盾，双方受到制约。为了使两者达到统一，本发明采用了喷丝板下面加装热套头以保持板面温度，减少高分子的出口膨化，同时降低侧吹风的风温到12-15℃，并将侧吹风改造成二段侧吹，第一段骤冷，第二段常温，每段能独立调节风速，从而使高强丙纶设备的可调性和可控性都明显增加。
三是喷丝组件的设计和卷绕机构的改造。
本发明是为了满足一步法生产3000～14000分特而展开的，因为纺丝设备的螺杆直径是120mm，在设备配置上有一定的余地，关键是增加喷丝板的孔数和重新选择喷丝板的孔径，以及纺丝熔体经喷丝板喷出后丝束的自由组合。为保证14000分特成品丝的卷绕，在成品丝提高近十倍的情况下，通过变频调速来降低高速卷绕张力稳定地完成卷绕。
四是独特的倍捻技术。
因丙纶刚性大，无法完成合股网络，尤其加工14000分特特粗丝。本发明一是将进口设备的控制系统改造和调整为国产调速系统，简单实用；二是改造相应的导丝通道，完成14000分特丙纶高强丝的加捻。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、有利于提高产品的产量，降低生产成本，提高企业经济效益。
2、通过将侧吹风改造成二段侧吹，拉伸过程中进行骤冷，使得高强丙纶设备的可调性和可控性都明显增加。
3、本发明采用的工艺可通过对现有设备和工艺进行改进加以实现，通过纺丝、牵伸自由组合多股集束后卷绕成筒，倍捻成有捻丝，也可以是无捻丝。生产的产品除具有普通高强丙纶优良的力学性能和耐化学稳定性外，集特粗旦、高强、特别是低伸长率于一身，并具有很高的抗强强度和抗冲击力。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
将一定规格的聚丙烯原料经储料仓吸入料斗，经螺杆挤压机熔融，螺杆壳体为电加热，熔体经预过滤进入纺丝箱体。纺丝箱体12位，每位双喷丝头，各有一个计量泵控制计量。喷丝板为长方形，纺丝组件为下装式。丝束冷却为侧吹式，成型后的丝束经过上油后由牵引辊将丝束送进第一道七辊拉伸。拉伸辊由热油加热，将丝束预热至一定温度。丝束在第一加热箱受上、下方向的热空气均匀加热到拉伸温度，经过第二道七辊拉伸的各丝束在第二加热定型箱内拉伸定型，被第三道七辊拉伸机牵出的各丝束被卷绕机卷绕为成品丝筒。为便于后道织造，成品丝筒还要经过倍捻机加捻后才能检验包装出厂。
本实施例的工艺参数为：
    规格     指标
    单丝纤度(D)     8-12
    螺杆规格(MM)     Ф120
    螺杆长径比     30∶1
    纺丝组件重(KG)     10
    纺丝温度(℃)     250±2
    侧吹风温度(℃)     室温
    拉伸倍数(倍)     4-8
    复丝加捻(个/米)     10-60
    定型回缩率(％)     5
    纺丝规格(D)     250-1500
    筒丝重(KG)     10
本实施例的规格、卷速、强伸指标、产量之间的关系：
    纤度(D)     强力(G/D)     伸长(％)     卷绕速度(M/MIN)     产量(KG/H)
    1000     7.1     18-25     120     100
    1000     6.2     25-30     150     120
    1000     5.3     30-45     200     160
    1000     4.4     35-40     250     220
本实施例的主要原辅助材料：
1、聚丙烯切片
密度          0.9-0.91G/CM3
含水率        ＜0.03％
灰分          ＜300PPM
熔融指数      6-35G/10MIN
热变形温度    100-116℃(4.6KG/CM2压力下)
熔点          165-168℃
抗张强度      30-39mPa
硬度          90-105R(洛氏)
油剂          PP-2188
常州灵达化学品有限公司
检测仪器：
常州第二纺织仪器厂YG021-50G型强力伸长仪
常州第二纺织仪器厂YG086测长仪
常州第二纺织仪器厂MD-200电子天平
CALLDNKAMP公司恒温箱。
以下是实施中的部分关键技术简介：
1、骤冷技术采用是将二道拉伸辊组中头二辊沿着轴向分别开设几组通孔，拉伸辊内流通有制冷液，该通孔与制冷系统形成制冷液流动的循环回路。(现有技术中第二道拉伸辊的是在常温下使用，丝束通过后，二道拉伸辊的温度一般为80～90℃，当采用了骤冷技术后，丝束通过后二道拉伸辊的温度一般为45℃左右。)本发明采用了骤冷技术，将拉伸后的丝束的温度骤然降低，实验证明，丝束的伸长降低了，拉伸的速度也加快了，从而有利于产量的提高。现有技术中二道拉伸辊在常温下使用，丝束牵伸后温度不能很快降低，会产生单丝的断头增多，丝束的强度也会下降，断裂伸长也上升。
2、加装热套头与改进侧吹风系统，通过加装热套头，保证喷丝板板面温度，提高纺丝可纺性，有利于提高产量；采用二段吹风，骤冷段与正常段相结合，尽量减小丝束的取向和结晶，提高β型次晶结构，不仅有利于提高丝束强力，而且可以降低丝束的伸长率。
3、喷丝组件的设计和卷绕机构的改造，为满足进一步法生产3000-14000分特，以及纺丝熔体经喷丝板喷出后丝束能自由组合，增加喷丝板面孔数与重新选择喷丝板的孔径及板面孔数排列与冷却效果同步考虑，在保证产品质量的前提下提高单机产量；同时在成品丝线密度提高近十倍的情况下，通过变频调速来恒定卷骁张力，稳定地完成卷绕。
本实施例的具体生产过程为：
(1)投料：将原料投入螺杆挤压机上的料斗中；见图1中的标号1；
(2)熔融：原料经螺杆挤压、加热得到熔融状态的原料；见图1中的标号2
(3)过滤：将上述熔融状态的原料，通过过滤器滤除杂质送入纺丝箱中计量泵计量输送到喷丝组件；见图1中的标号3；
(4)纺丝：过滤后的熔融原料，通过喷丝组件，在孔数为1200孔的喷丝板上喷出，得到丙纶原丝，见图1中的标号4；具体实施时孔数还可在400-1500之间选取；
(5)侧吹强冷固化(即一段吹风)：熔融状态丙纶原丝在离开喷丝板100-200mm范围内从背面向其施加15℃-20℃的冷却风，以达到第一次控制其伸长率的目的；见图1中的标号5；
(6)侧吹固化(即二段吹风)：在上述强冷固化后的丙纶原丝继续通过一侧吹风温在35～45℃，距离喷丝板300-600mm的侧吹风段固化以得到非稳定的碟形分子结构，达到高倍拉伸的目的；见图1中的标号5；
(7)消除静电：使上述侧吹固化后的丙纶原丝通过上油以消除静电，便利高温高倍拉伸；见图1中的标号6；
(8)予拉伸：将上述上油后的丙纶原丝通过丝束平行排列引入加热温度为80-120℃的第一道拉伸辊组中，进行予拉伸并改善丙纶原丝的内在分子结构，以利后道全拉伸；见图1中的标号7、8；
(9)全拉伸：使上述予拉伸后的丙纶原丝，通过一加热温度为150-180℃的加热箱，先经过二道拉伸辊组中的温度在20-25℃的骤冷导丝辊中，以使从加热箱引出的拉伸的丙纶原丝实现骤冷，再送入二道拉伸辊组中其余拉伸辊中进一步拉伸，进而达到将丙纶丝的伸长率控制在11％-15％之间的目的，得到全拉伸的高强低伸型特粗旦丙纶丝；见图1中的标号8～10；
(10)定型：将上述全拉伸后丙纶丝通过一加热温度在100-150℃加热箱中定型，决定其干热收缩率，再送入三道拉伸辊(可与现有技术相同)中；见图1中的标号11～12；
(11)上油卷绕成筒：将从三道拉伸辊中送出的成品丙纶丝经二道上油装置上油后，送入卷绕装置分组卷绕成筒，得到性能指标满足本发明高强低伸型特粗旦丙纶丝技术指标的高强低伸型特粗旦丙纶丝，直接供应市场或通过下述步骤倍捻后供应市场；见图1中的标号13、14、15；
(12)倍捻：将筒状特粗旦丙纶丝经倍捻机加捻卷装成筒后供应市场。

Claims (5)

1、一种高强低伸型特粗旦丙纶丝，其特征是它由400～1500根单丝组合成线密度介于3000～14000分特之间，断裂强度≥7g/d，断裂伸长率介于11％～15％之间，干热收缩率≤6％的丝束卷绕或倍捻而成。
2、一种生产权利要求1所述的高强低伸型丙纶丝的生产方法，其特征是它包括以下工艺步骤：
(1)投料：将原料投入螺杆挤压机上的料斗中；
(2)熔融：原料经螺杆挤压、加热得到熔融状态的原料；
(3)过滤：将上述熔融状态的原料，通过过滤器滤除杂质送入纺丝箱中计量泵计量输送到喷丝组件；
(4)纺丝：过滤后的熔融原料，通过喷丝组件，在孔数大于等于400孔的喷丝板上喷出，得到丙纶原丝；
(5)侧吹强冷固化：熔融状态丙纶原丝在离开喷丝板100-200mm范围内从背面向其施加15℃-20℃的冷却风，以达到第一次控制其伸长率的目的；
(6)侧吹固化：在上述强冷固化后的丙纶原丝继续通过一侧吹风温在35～45℃、距离喷丝板300-600mm的侧吹风段固化以得到非稳定的碟形分子结构，达到高倍拉伸的目的；
(7)消除静电：使上述侧吹固化后的丙纶原丝通过上油以消除静电，便于高温高倍拉伸；
(8)予拉伸：将上述上油后的丙纶原丝通过丝束平行排列引入加热温度为80-120℃的第一道拉伸辊组中，进行予拉伸并改善丙纶原丝的内在分子结构，以利后道全拉伸；
(9)全拉伸：使上述予拉伸后的丙纶原丝通过一加热温度为150-180℃的加热箱后进入第二道拉伸辊组中前端的温度在20-25℃的骤冷导丝辊中，以使从加热箱引出的丙纶原丝实现骤冷，再经过第二道拉伸辊组中其余的拉伸辊进一步拉伸，进而达到将丙纶丝的伸长率控制在11-15％之间的目的，得到全拉伸的高强低伸型丙纶丝；
(10)定型：将上述全拉伸后丙纶丝通过一加热温度在100-150℃加热箱中定型，决定其干热收缩率，再送入第三道拉伸辊中；
(11)上油卷绕成筒：将从三道拉伸辊中送出的以400根或400根以上为一组的成品丙纶丝经二道上油装置上油后，送入卷绕装置卷绕成筒，得到若干卷性能指标满足权利要求1的高强低伸型特粗旦丙纶丝，或；
(12)倍捻：将筒状特粗旦丙纶丝经倍捻机加捻卷装成筒。
3、根据权利要求2所述的高强伸型特粗旦丙纶丝的生产方法，其特征是所述的喷丝板上的喷丝孔数为400-1500孔。
4、根据权利要求2所述的高强低伸型特粗旦丙纶丝的生产方法，其特征是所述的二道拉伸辊组中骤冷辊的数量为1-3只。
5、根据权利要求2所述的高强低伸型特粗旦丙纶丝的生产方法，其特征是喷丝板下面加装有保持喷丝板板面温度的热套头。
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