CN101671854A - 用一步法生产涤纶工业丝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用一步法生产涤纶工业丝的方法，包括固相聚合步骤、熔融纺丝步骤、拉伸热定型步骤和卷绕成型步骤，其特征在于：在所述固相聚合步骤中，将粘度为0.65±0.05dl/g，端羧基含量为24±3mol/t的原料切片，通过连续式固相聚合使切片增粘到1.035±0.01dl/g，含水量≤20ppm，端羧基含量≤15mol/t；在所述熔融纺丝步骤中，纺丝用喷丝板的喷丝孔的长径比为3∶1，喷丝孔的孔径及长度的偏差率为±0.002，喷丝孔在所述喷丝板上均匀排列；在所述的拉伸热定型步骤中，采用四辊拉伸定型；所述卷绕成型步骤中，卷绕速度为6300±500m/min。由上述方法生产出的涤纶工业丝，可以同时达到高强高模低缩的性能，其断裂强度≥8.2CN/dtex，初始模量≥110CN/dtex，在5％伸长时的模量≥5.0cn/dtex，干热收缩率≤4.1％。

Description

用一步法生产涤纶工业丝的方法

技术领域

本发明涉及一种涤纶工业丝技术领域，尤其涉及一种用一步法生产涤纶工业丝的方法。

背景技术

涤纶工业丝做为橡胶骨架材料，在轮胎、输送带、高压水龙带和建筑装潢领域都有广泛的应用。其中用于高级乘用轮胎的轮胎帘子布，不仅要求帘子布具有高强度高模量保证其具有低损耗性能，减少轮胎在使用中的发热现象，而且要求其具有良好的低收缩性，利于轮胎的成型加工和避免轮胎出现侧面凹痕现象。

目前工业化生产高强高模低缩工业长丝主要有纺丝拉伸一步法和两步法两种。一步法是原料切片(PET切片)经熔融高速纺丝、高温高倍拉伸和热定型制得；两步法是第一步先用原料切片经熔融纺丝、上油卷绕制得涤纶初生丝，第二步再对初生丝进行拉伸和热定型处理。其中一步法具有工艺流程短、产品质量高、效益好和设备占地面积少等优点，所以要优于两步法，但高温纺丝、高温高倍拉伸的纺丝工艺，不仅对设备性能有很高的要求，如纺速至少达到6000～7000m/min，而且由于拉伸热定型是在较高的速度下进行，丝束的受热时间较短，结晶生长不充分，不能兼顾低收缩的要求。因此由于设备原因以及工艺控制困难等因素，一步法的推广应用受到很大的的限制，尤其生产的产品不能同时兼顾高强度、高模量和低收缩率。而且其纺速一般在6000m/min以下，生产的产品一般都达不到高模量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用一步法生产涤纶工业丝的方法，该方法不仅生产效率高，而且生产出的涤纶工业丝具有高强、高模和低缩性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

用一步法生产涤纶工业丝的方法，包括顺序进行的固相聚合步骤、熔融纺丝步骤、拉伸热定型步骤和卷绕成型步骤：

在所述固相聚合步骤中，将粘度为0.65±0.05dl/g，端羧基含量为24±3mol/t的原料切片，通过连续式固相聚合使切片增粘到1.035±0.01dl/g，含水量≤20ppm，端羧基含量≤15mol/t；

在所述熔融纺丝步骤中，纺丝用喷丝板的喷丝孔的长径比为3∶1，喷丝孔的孔径及长度的偏差率为±0.002，喷丝孔在所述喷丝板上均匀排列；

在所述的拉伸热定型步骤中，采用四辊拉伸定型，第一辊组温度为100±10℃，速度为2600±500m/min，第二辊组温度为185±10℃，速度为5350±500m/min，第三辊组温度为245±10℃，速度为6550±500m/min，第四辊组温度为150±10℃，速度为6400±500m/min，总拉伸倍率为2.5～3.5；

所述卷绕成型步骤中，卷绕速度为6300±500m/min；

由上述方法生产出的涤纶工业丝，其断裂强度≥8.2CN/dtex，初始模量≥110CN/dtex，在5％伸长时的模量≥5.0cn/dtex，干热收缩率≤4.1％。

其中，所述连续式固相聚合步骤包括预结晶工序和固相增粘工序，原料切片先通过连续式结晶干燥器进行干燥和预结晶，干燥和预结晶后的原料切片依次流经两个串联的聚合反应器进行固相增粘。

其中，所述熔融纺丝步骤中螺杆挤压机的温度为300±5℃，压力为16±2Mpa。

其中，所述熔融纺丝步骤中，经喷丝板喷出的丝条由冷却风进行冷却成型，并通过加热装置调节纺丝箱内的丝条成型温度。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的预结晶采用集干燥和预结晶于一体的连续结晶工艺，缩短了工艺流程，提高了干燥结晶效果，预结晶时间在40±2min以内时，原料PET切片的含水率可以达到20ppm以下，结晶度可以达到40％以上。

2、本发明的固相增粘采用两个串联的聚合反应器，PET切片依次流经两个聚合反应器，提高了聚合反应后PET切片的粘度均匀性，从而保证了高速纺丝的稳定性，从而本发明采用国产普通PET切片，就能实现高速纺丝和高温高倍拉伸对纺丝熔体的质量要求。

3、本发明的纺丝步骤使用具有合理喷丝孔长径比和精度要求的新型喷丝板，保证了高速纺丝时对熔体流动性能的要求。

4、本发明纺丝步骤中的加热装置，可调节冷却风量和温度，缓和成型条件，可使丝条的凝固点下移50～100cm，降低了丝条的预取向度，保证了丝条适应于进一步的高速高倍拉伸。

5、本发明的拉伸定型采用四辊拉伸工艺，采用两级高倍拉伸和一级缓和松弛热定型，保证了成品丝高强度、高模量、低收缩和低定伸的协调性。

6、采用本发明所揭示的工业涤纶丝生产方法后，纺丝卷绕速度可以达到6800m/min，而生产的涤纶工业丝可以同时达到高强高模低缩，其断裂强度≥8.2CN/dtex，初始模量≥110CN/dtex，在5％伸长时的模量≥5.0cn/dtex，干热收缩率≤4.1％。

具体实施方式

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。

实施例1

生产品种1：高强高模低缩涤纶工业长丝1100dtex 103G：

原料PET切片性质：粘度0.60dl/g  端羧基含量26.8mol/t

经连续式固相聚合后切片性质：粘度1.034dl/g端羧基含量14.9mol/t含水量19.5ppm

增粘后的PET切片经螺杆挤压机熔融挤出，螺杆挤压机工艺：

螺杆五个加热区温度分别为：一区：300二区：300三区：296四区：298五区：299

螺杆压力：14.8Mpa

采用一步法纺丝，四辊拉伸定型工艺：

第一辊组：温度95℃，速度2200m/min；

第二辊组：温度180℃，速度5000m/min；

第三辊组：温度240℃，速度6250m/min；

第四辊组：温度145℃，速度6150m/min。

卷绕成型速度：6000m/min。

实施例2

生产品种2：高强高模低缩涤纶工业长丝1670dtex 303G：

原料PET切片性质：粘度0.65dl/g  端羧基含量25.5mol/t

经连续式固相聚合后切片性质：粘度1.035dl/g端羧基含量14.7mol/t含水量19.5ppm

增粘后的PET切片经螺杆挤压机熔融挤出，螺杆挤压机工艺：

螺杆五个加热区温度分别为：一区：302二区：302三区：298四区：299五区：300

螺杆压力：16.0Mpa

采用一步法纺丝，四辊拉伸定型工艺：

第一辊组：温度100℃，速度2600m/min；

第二辊组：温度185℃，速度5350m/min；

第三辊组：温度245℃，速度6550m/min；

第四辊组：温度145℃，速度6400m/min。

卷绕成型速度：6300m/min。

实施例3

生产品种3：高强高模低缩涤纶工业长丝1440dtex 202G

原料PET切片性质：粘度0.69dl/g  端羧基含量21.2mol/t

经连续式固相聚合后切片性质：粘度1.036dl/g端羧基含量14.5mol/t含水量19.2ppm

增粘后的PET切片经螺杆挤压机熔融挤出，螺杆挤压机工艺：

螺杆五个加热区温度分别为：一区：304二区：304三区：300四区：300五区：301

螺杆压力：16.2Mpa

采用一步法纺丝，四辊拉伸定型工艺：

第一辊组：温度108℃，速度3000m/min；

第二辊组：温度195℃，速度5800m/min；

第三辊组：温度255℃，速度7050m/min；

第四辊组：温度155℃，速度6900m/min。

卷绕成型速度：6800m/min。

以上实施例所制得的高强高模低缩工业丝的性能指标见表1：

项目	生产品种1	生产品种2	生产品种3
				断裂强度(CN/dtex)	8.2	8.3	8.5
初始模量(CN/dtex)	110	115	120
				5％伸长时的模量(cn/dtex)	5.0	5.2	5.4
干热收缩率(％)	4.1	4.0	3.8

高强高模低缩涤纶工业丝具有的高强度、高初始模量和低收缩力学性能，是因为成纤涤纶高聚物具有高的结晶度，取向度和较低的内部残存应力。而高结晶度、高取向度是通过高速纺丝和相对较高的拉伸速度来实现的。但在实际生产中，纺丝速度及拉伸速度高时不仅对设备性能、对原料PET切片的质量性能有较高的要求，而且工艺控制困难，纺丝工艺不稳定，由于拉伸热定型是在较高的速度下进行，丝束的受热时间较短，结晶生长不充分，影响高聚物的结晶度，因此不能兼顾丝的低收缩性能。

由以上分析可以看出，在高速一步法生产高强高模低缩涤纶工业丝时，应优化各工序工艺控制，选择合适的工艺条件，保证达到高纺速和稳定的纺丝工艺，在高倍拉伸和热定型中使成纤涤纶高聚物具备高结晶度，高取向度和较低的内部残存应力。其中原料切片的质量是很关键的，因为高速纺丝及高倍拉伸不仅要求纺丝熔体有高粘度和高纯净度，而且要求粘度均匀；其次合理控制好拉伸过程的温度及各级拉伸配比，以保证在合理的拉伸和热定型中达到成品丝的高强高模低缩性能。

本发明的干燥和预结晶采用连续式结晶干燥器，连续式结晶干燥器的干燥床上设置有无数多个垂直或斜向分布的干燥气体通风孔，自通风孔吹出的气流使PET切片在干燥床上均匀地向出料方向运动，连续式结晶干燥器的风道内设有挡板可调节干燥气体风量，以控制PET切片的干燥温度和时间，采用连续式结晶，缩短了工艺流程，提高了干燥结晶效果，使得预结晶在40±2min时间内，原料PET切片的含水率≤20ppm，结晶度可以达到40％以上。

本发明的固相增粘采用两个串联的连续式聚合反应器，PET切片依次流经两个聚合反应器，并且以平推流的形式流过，防止了切片在反应器内的反混现象，不仅增加了聚合反应时间，也增加了反应的均匀性，因此提高了聚合反应后PET切片的粘度均匀性，反应使用高纯度的氮气加热，避免了氧化降解现象，同时带走反应生成的小分子物质，提高了切片的纯净度，从而能够保证高速纺丝的稳定性。由于提高了聚合反应效果，本发明采用国产普通PET切片通过本发明的固相增粘工艺，切片的粘度可以达到1.036dl/g，粘度波动控制在0.01dl/g之内，端羧基含量≤15mol/t，完全能达到高强高模低缩涤纶工业丝高速纺丝时，对切片的高粘度、高纯净度和粘度均匀性的要求。

在高粘切片熔融挤出时，温度设定上要充分考虑螺杆挤压机对高粘度熔体产生剪切力所导致产生高温的现象。本发明采用的螺杆挤压机分五区进行加热，前三区温度的控制主要根据切片的特性和切片的喂入量而定，温度太高时，切片过早熔化易增加聚酯的热降解，如温度太低，则熔体不能很好地被挤压，甚至会引起熔体混合不匀和挤出机喘振等情况，后二区的温度主要决定于纺丝温度，同时可用于调节熔体的特性粘度。本发明螺杆温度设定在300±5℃，联苯温度设定范围在305±5℃。为了保证熔体在各纺位分配均匀，到计量泵前有恒定的压力，必须设定好挤出机出口压力，尤其对高强高模低缩涤纶工业丝，由于其熔体粘度高，流动阻力大，其挤出压力要高于普通工业丝。本发明的螺杆挤出压力为16±2Mpa。

本发明的生产工艺中，自预结晶开始，一直到螺杆挤压机的入口处，一直使用氮气对聚合中的切片以及纺丝熔体进行保护，避免了原料及熔体中聚酯高分子的氧化降解现象。

在利用高粘度切片高速纺丝时，由于熔体的粘度高，流动阻力大，并且高速纺时熔体自喷丝板的喷丝孔内喷出时，喷出速度高，剪切速度也高，因此对喷丝板的结构也有特殊要求。本发明的喷丝板，喷丝孔的长径比适当放大，制造精度高，喷丝孔在喷丝板上均匀排列，保证了高速纺丝时对熔体流动性能的要求和各单丝在纺丝成型时的一致性，均匀性。

纺丝速度是控制初生丝预取向度的重要因素，而预取向度的大小影响到后拉伸倍数，对于高粘度切片的纺丝熔体，细流一出喷丝孔后若立即被冷却，则会使喷丝头拉伸的拉伸应力急剧上升，丝条的预取向度很快提高，纤维中可能会形成“皮芯结构”，造成拉伸困难。本发明在纺丝箱体下部设置加热装置，可根据不同品种来调节冷却风量和温度，并通过具有蜂窝状结构的侧吹风装置使吹出的冷却风缓和均匀，可使丝条凝固点下移50～100cm，使丝条获得了较低的预取向度，保证了丝条适应于进一步的高速高倍拉伸。

用高粘度切片纺出的涤纶初生丝，一般预取向度高于常规涤纶原丝，其拉伸屈服应力也较大，形变发生较慢，一次拉伸难以完成，故采用多级拉伸。传统的涤纶工业丝生产工艺，一般采用5组以上辊进行拉伸定型，这种工艺方法的弊端是由于采用了较大的回复定型，在降低热收缩的同时，纤维的模量也有明显降低，影响了后道工序的使用。本发明采用4辊的拉伸定型工艺，在第一辊组与第二辊组间为预牵伸区，第二、三辊组间为连续拉伸区，第三与第四辊组间为松弛定型区，总拉伸倍率控制在2.5～3.5。由于采用了两级拉伸，提高了拉伸的均匀程度和纤维的强度，高倍拉伸后采用缓和的松弛热定型，使成品丝能够保持高强度、高模量、低收缩和低定伸的协调性。

由于本发明采用了以上系列优化的生产工艺，首先保证适应高速纺丝的熔体质量和稳定的纺丝工艺，其次选择合理的拉伸配比，利用一步法高速纺丝工艺，纺丝卷绕速度可以达到6800m/min，而生产的涤纶工业丝可以同时达到高强高模低缩，其断裂强度比常规高模低缩涤纶工业长丝高出1～1.5CN/dtex，初始模量比常规高模低缩涤纶工业长丝提高10～15CN/dtex。

利用本发明生产的高强高模低缩涤纶工业丝，可用于高级乘用轮胎的轮胎帘子布以及其它橡胶骨架材料。

Claims (4)

1、用一步法生产涤纶工业丝的方法，包括顺序进行的固相聚合步骤、熔融纺丝步骤、拉伸热定型步骤和卷绕成型步骤，其特征在于：

在所述固相聚合步骤中，将粘度为0.65±0.05dl/g，端羧基含量为24±3mol/t的原料切片，通过连续式固相聚合使切片增粘到1.035±0.01dl/g，含水量≤20ppm，端羧基含量≤15mol/t；

在所述熔融纺丝步骤中，纺丝用喷丝板的喷丝孔的长径比为3∶1，喷丝孔的孔径及长度的偏差率为±0.002，喷丝孔在所述喷丝板上均匀排列；

在所述的拉伸热定型步骤中，采用四辊拉伸定型，第一辊组温度为100±10℃，速度为2600±500m/min，第二辊组温度为185±10℃，速度为5350±500m/min，第三辊组温度为245±10℃，速度为6550±500m/min，第四辊组温度为150±10℃，速度为6400±500m/min，总拉伸倍率为2.5～3.5；

所述卷绕成型步骤中，卷绕速度为6300±500m/min；

由上述方法生产出的涤纶工业丝，其断裂强度≥8.2CN/dtex，初始模量≥110CN/dtex，在5％伸长时的模量≥5.0cn/dtex，干热收缩率≤4.1％。

2、如权利要求1所述的用一步法生产涤纶工业丝的方法，其特征在于：所述连续式固相聚合步骤包括预结晶工序和固相增粘工序，原料切片先通过连续式结晶干燥器进行干燥和预结晶，干燥和预结晶后的原料切片依次流经两个串联的聚合反应器进行固相增粘。

3、如权利要求1所述的用一步法生产涤纶工业丝的方法，其特征在于：所述熔融纺丝步骤中螺杆挤压机的温度为300±5℃，压力为16±2Mpa。

4、如权利要求1所述的用一步法生产涤纶工业丝的方法，其特征在于：所述熔融纺丝步骤中，经喷丝板喷出的丝条由冷却风进行冷却成型，并通过加热装置调节纺丝箱内的丝条成型温度。