CN101265660B - 一种阻燃型涤纶工业长丝及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃型涤纶工业长丝及其生产工艺，该涤纶工业长丝的表面涂敷有一层阻燃层，阻燃层中含有磷系阻燃剂或者含有溴系与无机共混阻燃剂，磷系阻燃剂在牵伸热辊与定型热辊之间通过集合式喷嘴高温喷涂，溴系与无机共混阻燃剂在网络喷嘴与卷绕机之间通过分离式喷嘴低温喷涂。本发明采用了合理的阻燃层原料配比，以及合理的工艺过程和工艺过程中参数的合理选择，本发明所得的涤纶工业长丝具有了良好的阻燃性能，其应用极限氧指数≥36，并且使用强度高，广泛用于制作室内装饰材料，交通工具车船等铺设材料，工业用吊装、遮盖材料，军需材料，煤矿用输送带等。

Description

一种阻燃型涤纶工业长丝及其生产工艺

技术领域

本发明涉及一种具有阻燃性能的聚酯涤纶工业长丝及其生产工艺，属聚酯工业长丝技术领域。

背景技术

阻燃性纺织品是随着纺织品不断产业化发展衍生出的一新系列功能化产品。该产品以其良好的抵抗燃烧能力近年来在产业用纺织品领域内得到广泛的应用，并有逐渐向服饰、装饰领域渗透趋势。从阻燃纺织品的阻燃机理看，其阻燃性能主要来自于其所采用的材料，所以在阻燃纺织材料上研究和开发是生产开放阻燃性的纺织品的主要途径，据报道过去三十年来世界各国在研究和开发阻燃纺织材料都投入了很大人力、物力和财力，尤其随着人们对防火安全意识的不断增强，促进了阻燃纺织纤维研究开发的步伐。从阻燃纺织纤维的研制发展上看，大都集中在有机高分子材料纺织用纤维上，共有三种发展方向。一是将阻燃材料应用于高分子材料的分子链中，称为共聚法。二是把阻燃材料与高分子材料进行混合加工，称为共混法。第三种是将阻燃材料配制为溶液对纺织高分子材料进行整理处理，称为后整理法，这三种工艺已在民用型纺织材料领域内发展起来。

产业用纺织品是首先被发展具有阻燃性能的主要纺织品，早在上世纪八十年代欧美国家已把阻燃性能纳入产业用纺织品的行业标准，以进一步提高产业用纺织品安全可靠性，但是作为产业用纺织品的原材料由于其生产工艺过程复杂，相应产品的性能要求高。所以在阻燃产品研制开发上都是采用一些本身难燃的材料如：玻璃纤维、碳纤维等无机非金属材料。这些材料生产过程复杂，原材料资源有限后加工难度大，所以生产成本一直居高不下，在一定程度上阻碍了阻燃性产业用纺织品的发展，随着涤纶工业纤维的生产技术和市场应用的迅速发展，对之进行阻燃性改性处理的技术也随之发展起来，与民用型涤纶纤维相比涤纶工业纤维的生产工艺路线长，工艺复杂，因而在阻燃性开发上存在一定的难度，虽然在国外已有几家公司在努力采用各种方法生产阻燃性涤纶工业纤维，但到目前为止，都还处于开发期，尚未进入商业化、规模化生产。在我国涤纶长丝阻燃性发展上，目前只能停留在生产低强度民用长丝，在生产开发阻燃性聚酯工业长丝上目前属空白。随着社会经济的不断发展，人们对周围环境的防火安全越来越受到重视，相应对作为装饰材料、产业用纺织品的防火阻燃性能提出了更高的要求，所以阻燃性产业用纺织品的市场需求量迅速增长，这对于作为产业用纺织品的主要原材料涤纶工业纤维来说既是一发展的机会，又是在生产技术上进一步突破开展新型阻燃性产品的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种涤纶工业长丝及其生产工艺，由本发明的生产工艺制得的涤纶工业长丝不仅具备作为工业用长丝所需要的高强度，而且还具有阻燃性能。

本发明的技术方案：该涤纶工业长丝的表面涂敷有一阻燃层。

所述的阻燃层中含有卤系与无机混合阻燃剂，其成分按质量百分含量配比如下：

三氧化二锑                    30-40％；

六溴环十二烷                  30-40％；

双氧水                        20-30％；

粘度调和剂                    1-10％；

氢氧化钾                      1-5％。

所述的阻燃层中含有磷系阻燃剂，其成分按质量百分含量配比如下：

交联促进剂                    25-40％；

磷酸酯化合物阻燃剂            15-30％；

水                            10-30％；

粘度调和剂                    1-10％；

氢氧化钠                      1-5％。

所述的涤纶工业长丝的生产工艺，除了包括固相聚合、纺丝以及牵伸热定型工艺，该生产工艺还包括在线涂敷表面处理过程，具体工艺过程包括以下步骤：

A、固相聚合：将常规原始粘度在0.64-0.69之间的低粘聚酯切片喂入固相聚合系统，在160-240℃温度下进行干燥结晶，然后在氧含量≤120ppm氮气保护下，经200-230℃高温使其分子链端基团再次发生缩聚反应，增长分子链以提高聚合度，获得高分子量聚合体，将粘度提高到0.99-1.07之间，以纺制高活型阻燃涤纶工业长丝；

B、纺丝：将经固相聚合后获得的高粘型阻燃聚酯切片，在螺杆挤压机300-340℃高温融化为熔融态纺丝熔体经过静态混合后在输送过程中进行充分的混合，再经过纺丝组件130-300bar压力高压喷射成丝条，丝条通过一恒温恒湿的空调风进行均匀冷却形成初生纤维；

C、牵伸热定型：将从纺丝工艺中制成的初生纤维经过上0.4-1.0％耐高温非燃性油剂后，使丝条获得良好的集中性和耐磨性，然后进行总牵伸比在5.0-6.3倍的多级高倍牵伸获得良好的物理机械性能，再经过150-250℃高温松弛热定型，获得良好的热稳定性能；

D、在线涂敷表面处理：将按比例配制好的阻燃层原料采用涂敷喷嘴喷涂在丝条上，其涂敷参数如下：

涂敷速度：2600-3900m/min；

阻燃剂涂敷量：1.5-3.5％；

牵伸倍率：5.0-6.3。

溴系与无机混合阻燃剂涂敷喷嘴位置设置在定型热辊之后，卷绕机之前，采用分离式喷嘴低温喷涂，喷涂温度为80-160℃。

磷系阻燃剂涂敷喷嘴位置设置在牵伸热辊与定型热辊之间，采用集合式喷嘴高温喷涂，热定型温度为160-250℃。

B步骤中所述的恒温恒湿的空调风温度为20±2℃，湿度为80±15％。

C步骤中所述的油剂为耐高温，非燃性油剂，通过在常规耐高温油剂中添加质量百分含量为5-10％的液态磷化物所得，进一步增加阻燃性能。

由于本发明在现有的涤纶工业长丝的表面涂覆了一阻燃层，并且采用了合理的阻燃层原料及其配比，以及合理的工艺过程和工艺过程中参数的合理选择，本发明所得的涤纶工业长丝具有了良好的阻燃性能，其应用极限氧指数≥36(常规聚酯纤维的极限氧指数为21左右)，产品经国家防火建筑材料质量监督检验中心测试符合国家阻燃GB8624？7标准，已通过了英国BS5852标准阻燃性能测试，其他物理性能则如下表所示：

	高强型(SF1)	低收缩(SF2)
			断裂强度	≥8.0	≥7.0
断裂强度CV％	≤4.0	≤4.0
			断裂伸长％	14±2％	22±2％
断裂伸长CV％	≤8.0	≤8.0
			干热收缩％	7.5±1.5％	0.8±0.5％

具有高强度和高模量，完全满足工业用长丝的要求，而且本发明生产成本较低，其工艺过程非常适合工业化生产，因此本发明的涤纶工业长丝可以广泛用于制作室内装饰材料，交通工具车船等铺设材料，工业用吊装、遮盖材料，军需材料，煤矿用输送带等。

附图说明

附图1为本发明采用磷系阻燃剂涂敷时的生产工艺示意图；

附图2为本发明采用溴系与无机混合阻燃剂涂敷时的生产工艺示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1：该涤纶工业长丝的表面涂敷有一阻燃层，该阻燃层中含有磷系阻燃剂，其成分按质量百分含量配比如下：

交联促进剂                25-40％；

磷酸酯化合物阻燃剂        15-30％；

水                        10-30％；

粘度调和剂                1-10％；

氢氧化钠                  1-5％。

其生产工艺包括如下四个工艺步骤，如图1所示：

A、固相聚合：将常规原始粘度在0.64-0.69之间的低粘聚酯切片喂入固相聚合系统，在160-240℃温度下进行干燥结晶，然后在氧含量≤120ppm氮气保护下，经200-230℃高温使其分子链端基团再次发生缩聚反应，增长分子链以提高聚合度，获得高分子量聚合体，将粘度提高到0.99-1.07之间，以纺制高活型阻燃涤纶工业长丝；

B、纺丝：将经固相聚合后获得的高粘型阻燃聚酯切片，在螺杆挤压机300-340℃高温融化为熔融态纺丝熔体经过静态混合后在输送过程中进行充分的混合，再经过纺丝组件130-300bar压力高压喷射成丝条，丝条通过一温度为20±2℃，湿度为80±15％的恒温恒湿的空调风进行均匀冷却形成初生纤维，即高粘型阻燃聚酯切片通过纺丝计量装置1纺丝，经冷却装置2冷却；

C、牵伸热定型：将从纺丝工艺中制成的初生纤维经过上0.4-1.0％的在常规耐高温油剂中添加有质量百分含量为5-10％的液态磷化物的油剂后，使丝条获得良好的集中性和耐磨性，然后进行总牵伸比在5.0-6.3倍的多级高倍牵伸获得良好的物理机械性能，再经过150-250℃高温松弛热定型，获得良好的热稳定性能，即经冷却装置2冷却的丝条在固化上油系统3中进行上油处理，然后经预张力辊4进行预牵伸处理，再经牵伸热辊5、牵伸热辊6和牵伸热辊7这三组牵伸热辊进行依次牵伸处理，再经过定型热辊8的定型处理；

D、在线涂敷表面处理：采用集合式喷嘴高温喷涂，即喷嘴位置设置在牵伸热辊7与定型热辊8之间，将处于高粘状态的磷化物经过高温处理降低粘度均匀后涂敷在丝条上，再经过高温热定型使丝条处于高温状态，为下步的交联反应创造条件。其涂敷参数如下：

涂敷速度：2600-3900m/min；

阻燃剂涂敷量(按照占纤维质量的百分含量计)：1.5-3.5％；

热定型温度(即定型热辊的温度)：150-250℃；

牵伸倍率：5.0-6.3，

经喷涂定型处理的丝条经过网络装置9到达卷绕机10，卷绕到丝筒11即可。

其中，阻燃层原料由高位储罐18到达低位储罐17，经过输出计量系统14，由输送管道15到达涂敷喷嘴16对丝条进行涂敷处理。计量系统14通过将流经的流体进行计量，并将计量结果经变频器13输送到在线涂敷工艺控制装置12进行控制调节。

有机磷系阻燃剂作为本配方的主体，通过磷化物在高温下产生脱水剂，使纤维脱水碳化，改变高聚物的分解模式，从而减少可燃气体的产生进行阻燃，同时配以适量的交联反应促进剂使磷化物高温分解成含磷酸的非燃性液态膜与纤维炭化物形成致密的覆盖膜覆盖在纤维表面隔绝空气，发挥了良好的阻燃作用。

本发明的实施例2：该涤纶工业长丝的表面涂敷有一阻燃层，该阻燃层中含有卤系与无机混合阻燃剂，其成分按质量百分含量配比如下：

三氧化二锑                    30-40％；

六溴环十二烷                  30-40％；

双氧水                        20-30％；

粘度调和剂                    1-10％；

氢氧化钾                      1-5％。

其生产工艺包括四个工艺步骤，如图2所示，涂敷喷嘴16设置在了网络装置9之后，卷绕机10之前，即丝条经过三组牵伸热辊牵伸处理，并经过定型热辊8定型处理，再经过网络装置9之后才进行阻燃层的喷涂处理，溴系与无机阻燃剂经过预先的高温负压调配，具有较低粘度，有很好的流动性能。因此采用分离式喷嘴涂敷，采用低温定型法将阻燃试剂均匀涂敷在丝条上。其涂敷参数如下：

涂敷速度：2600-3900m/min；

阻燃剂涂敷量(按照占纤维质量的百分含量计)：1.5-3.5％；

喷涂温度：80-160℃；

牵伸倍率：5.0-6.3。

阻燃原理：溴系阻燃剂高温下分解生成自由基与聚酯类材料分解的自由基结合生成水，使燃烧连锁反应受到了抑制，同时也减少了可燃气体的浓度，稀释了空气中氧气。从而抑制了燃烧的发生，三氧化二铝是一种无机阻燃材料，高温结晶吸收大量的热量，大大吸收了燃烧需要的热量降低燃烧物温度，从而产生阻燃效果，两种阻燃剂发挥协同效果产生强大的阻燃作用。

其余未提及工艺步骤与实施例1相同，不再赘述。

Claims (4)

1.一种阻燃型涤纶工业长丝的生产工艺，包括固相聚合、纺丝以及牵伸热定型工艺，其特征在于：在该涤纶工业长丝的表面涂敷一阻燃层，所述的阻燃层中含有磷系阻燃剂，其成分按质量百分含量配比如下：

交联促进剂          25-40％；

磷酸酯化合物阻燃剂  15-30％；

水                  10-30％；

粘度调和剂          1-10％；

氢氧化钠            1-5％，以上成分总量之和为100％；

该生产工艺还包括在线涂敷表面处理过程，具体工艺过程包括以下步骤：

A、固相聚合：将常规原始粘度在0.64-0.69之间的低粘聚酯切片喂入固相聚合系统，在160-240℃温度下进行干燥结晶，然后在氧含量≤120ppm氮气保护下，经200-230℃高温使其分子链端基团再次发生缩聚反应，获得高分子量聚合体，将粘度提高到0.99-1.07之间；

B、纺丝：将经固相聚合后获得的高粘型阻燃聚酯切片，在螺杆挤压机300-340℃高温融化为熔融态纺丝熔体经过静态混合后在输送过程中进行充分的混合，再经过纺丝组件130-300bar压力高压喷射成丝条，丝条通过一恒温恒湿的空调风进行均匀冷却形成初生纤维；

C、牵伸热定型：将从纺丝工艺中制成的初生纤维经过上0.4-1.0％耐高温非燃性油剂后，进行总牵伸比在5.0-6.3倍的牵伸，再经过150-250℃高温松弛热定型；

D、在线涂敷表面处理：将按比例配制好的阻燃层原料采用涂敷喷嘴喷涂在丝条上，其涂敷参数如下：

涂敷速度：2600-3900m/min；

阻燃剂涂敷量按照占纤维质量的百分含量计：1.5-3.5％；

牵伸倍率：5.0-6.3。

2.根据权利要求1所述的阻燃型涤纶工业长丝的生产工艺，其特征在于：磷系阻燃剂涂敷喷嘴位置设置在牵伸热辊与定型热辊之间，采用集合式喷嘴高温喷涂，定型热辊的温度为150-250℃。

3.根据权利要求1所述的阻燃型涤纶工业长丝的生产工艺，其特征在于：B步骤中所述的恒温恒湿的空调风的温度为20±2℃，湿度为80±15％。

4.根据权利要求1所述的阻燃型涤纶工业长丝的生产工艺，其特征在于：C步骤中所述的耐高温非燃性油剂为常规耐高温油剂中添加质量百分含量为5-10％的液态磷化物的混合物。

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