CN101899717A - 一种再生聚酯短纤维的制备方法 - Google Patents

一种再生聚酯短纤维的制备方法 Download PDF

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张�杰
王依明
倪建华
郑伟
胡敏静
何唯平
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Heyuan Ocean Power Technology Co Ltd
Shenzhen Oceanpower Industrial Co Ltd
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Shenzhen Oceanpower Industrial Co Ltd
Shanghai Qipeng Chemical Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种再生聚酯短纤维的制备方法，包括：聚酯再生料的干燥、聚酯再生料与无机颗粒的共混、螺杆熔融挤压纺丝机熔融、纺丝、冷却、集束上油、往复落桶、集束；牵伸机一级油浴牵伸、牵伸机二级蒸汽牵伸、牵伸机紧张热定型、冷却上油、牵伸机三级张力、短纤维切断机切断，其生产成本低、效率高、节约能源且环保，运用本发明所得纤维的密度、吸油量增大；分散性好、不易缠结成团、力学性能提高、热收缩率显著降低、抗老化，且在沥青混凝土中与骨料的握裹力增强，对沥青混凝土的增强效果显著提高。

Description

一种再生聚酯短纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及一种短纤维的制备方法，尤其涉及一种应用于沥青混凝土的再生聚酯短纤维的制备方法。
背景技术
国内高等级公路和城市道路中大部分路面为沥青路面，随着国民经济的迅速发展，道路上行驶车辆向密度高、车速快和轴载加重方向变化，对沥青路面提出了越来越高的要求。对现有沥青路面结构来说，交通量和组成的变化，引起了路面结构服务能力的衰退、结构损坏现象的过早发生，这也促使沥青路面技术的改进和更新，应运而生的是各种品种的纤维材料向国内沥青路面技术中的推进。
20世纪70年代美国Kapejo公司开发研制了Boni Fibers(博尼维)路用工程纤维，经欧美国家近30年的应用、研究和观测，总结出博尼维可以改善沥青路面的高温稳定性和疲劳耐久性，并且具有低温抗裂和防止反射裂缝的性能，从而提高了沥青路面的使用寿命。我国在20世纪90年代末开始引进Boni Fibers路用工程纤维，但由于其价格昂贵(10.5万元/t左右)而制约了其应用。为此，国内工程界结合降低建设投资和提高沥青路面使用性能出发，探索国产化的路用工程纤维，聚酯纤维就是其中之一。由于进口聚酯纤维价格昂贵以及国产路用聚酯纤维成本较高且力学性能、干热收缩性能和在沥青混凝土中的分散性能等原因，制约了我国优秀沥青路面的大规模发展，并且在生产中耗费了大量的聚酯原生材料，不利于成本降低、节约能源和环境保护。
现有再生聚酯短纤维无论在力学性能、干热收缩性能和分散性能上都存在着一定的不足，纤维力学性能的不足会导致路面开裂、沉降等，会影响到沥青路面的使用性能和使用寿命；纤维干热收缩率过高将导致混凝土拌合时纤维易缠结，引起空骨效应；纤维受热收缩变粗，强度也会降低，纤维收缩率越高说明纤维缺陷越多，对混凝土的增强效果变差；所以亟需一种能够改善再生聚酯短纤维性能的制备方法，来提高聚酯短纤维性能和提高沥青路面的使用性能和寿命。
发明内容
本发明正是为了克服以上的技术不足，提供一种应用于沥青混凝土的再生聚酯短纤维的制备方法。
为了克服以上的技术不足，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供了一种再生聚酯短纤维的制备方法，包括如下步骤：聚酯再生料的干燥、聚酯再生料与无机颗粒的共混、螺杆熔融挤压纺丝机熔融、纺丝、冷却、集束上油、往复落桶、集束；牵伸机一级油浴牵伸、牵伸机二级蒸汽牵伸、牵伸机紧张热定型、冷却上油、牵伸机三级张力、纤维切断机切断。
所述的聚酯再生料为二次聚酯再生瓶片料、二次聚酯再生泡泡料、三次聚酯再生泡泡料的一种或其组合。
所述的聚酯再生料的特性粘度为0.7～0.8，颜色为亮白色，熔点高于270℃。
所述的聚酯再生料的干燥采用充填搅拌式干燥，干燥温度为120～140℃，干燥时间为2～4h。
所述的无机颗粒为掺量在5～25％的钛白粉、SiO2、BaSO4的一种或其组合。
所述的牵伸机一级油浴牵伸的油浴温度为65～70℃，牵伸倍率为3～4倍；牵伸机二级牵伸蒸汽牵伸的蒸汽温度为120～140℃，牵伸比为80～90％，牵伸倍率为1～2倍。
牵伸机一级油浴牵伸所用的油剂为防腐剂、活化剂、分散剂、表面活性剂、涤纶油剂中的一种或其组合与软化水复配的油剂，所述的油剂浓度为0.5～3.5％。
所述的牵伸机紧张热定型步骤中采用7～9个紧张热定型辊，以此来降低纤维的热收缩率并且进一步提高纤维的结晶度和力学性能，定型温度为175～220℃，丝束在多个热定型辊上的总共热定型时间为10～30s。
冷却上油时油槽内温度10～15℃，油剂浓度为0.5～3.5％之间。
最后将牵伸完全和热定型后的纤维丝束经过张紧后直接在短纤维切断机上切断，切断规格有6mm、12mm、18mm、24mm；短纤维切断机转速为60～120r/min，以保证紧张热定型的热定型时间。
通过上述制备工艺，得到的短切纤维的含水率为0.5％～2.5％。
本发明的再生聚酯短纤维的制备方法，其生产成本低、效率高、节约能源且环保。运用本发明方法制得的路用聚酯纤维直径在5μm～30μm，单丝截面可以为圆形、三叶形、腰果形、中空单孔形和中空多孔形等，纤维经过无机颗粒复合、表面分散处理、亲油处理和紧张热定型等特殊工艺后纤维的密度、吸油量增大、分散性好、不易缠结成团、力学性能提高、热收缩率显著降低、抗老化，其在沥青混凝土中与骨料的握裹力增强，对沥青混凝土的增强效果显著提高。
附图说明
图1为本发明牵伸、切断工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施例对本发明作进一步的说明：
参阅图1：1为一道七辊牵伸机，2为油槽，3为二道七辊牵伸机，4为蒸汽拉伸机，5为三道七辊牵伸机，6为九辊紧张热定型，7为四道七辊牵伸机，8为冷却上油槽，9为张力机(牵伸机三级张力)，10为纤维切断机。
其中，牵伸机一级油浴牵伸包括一道七辊牵伸机1和油槽2；牵伸机二级蒸汽牵伸包括二道七辊牵伸机3和蒸汽拉伸机4；牵伸机紧张热定型采用九辊紧张热定型6。
实施例1：
本实施例采用再生聚酯瓶片料特性粘度为0.8，并且掺入5％左右的再生聚酯泡泡料(粘度0.7)，原料颜色均为亮白色，干燥温度为135℃，干燥时间2h，干燥后切片含水量降低到40ppm以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。
在聚酯原料加入到螺杆纺丝机前加入掺量15％的钛白粉，用高速混合机混合均匀后加入到螺杆纺丝机中，纺丝速度为700m/min制成预牵伸丝并往复落桶。
在图1中，一级牵伸中油槽中加入一种专用的纤维整理油剂和防腐剂，油剂浓度为1.0％，油槽温度为68±2℃，牵伸倍率为3.5倍；二级牵伸中高温蒸汽温度为125±2℃，牵伸倍率为1.15倍；牵伸比为86％。
在紧张热定型工艺步骤中，纤维丝束经过九个紧张热定型辊，九辊温度设定在190～210℃，且纤维丝束经过九辊的总共热定型时间为12±1s。
经过紧张热定型后纤维经过油剂冷却上油，油剂温度12±2℃，油剂浓度1％。
最后切断工艺切断机转速100r/min以保证紧张热定型的热定型时间为12s左右，切断纤维长度为6mm。
最后制得纤维成品的强度＞700MPa，断裂伸长率＜20％，模量＞15GPa，热收缩率＜6％，纤度3～4dtex，含水率＜2％，纤维有良好的吸油性，纤维截面形貌为圆形。
实施例2：
本实施例采用再生聚酯瓶片料特性粘度为0.75，原料颜色为亮白色，干燥温度为125℃，干燥时间2.5h，干燥后切片含水量降低到40ppm以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。
在聚酯原料加入到螺杆纺丝机前加入掺量15％的钛白粉，用高速混合机混合均匀后加入到螺杆纺丝机中，纺丝速度为700m/min制成预牵伸丝并往复落桶。
在图1中，一级牵伸中油槽中加入一种专用的纤维整理油剂和防腐剂，油剂浓度为1.0％，油槽温度为70℃，牵伸倍率为3.5倍；二级牵伸中高温蒸汽温度为140℃，牵伸倍率为1.15倍；牵伸比为86％。
在紧张热定型工艺步骤中，纤维丝束经过九个紧张热定型辊，九辊温度设定在220℃，且纤维丝束经过九辊的总共热定型时间为15±1s。
经过紧张热定型后纤维经过油剂冷却上油，油剂温度15℃，油剂浓度1％。
最后切断工艺切断机转速75r/min以保证紧张热定型的热定型时间为15s左右，切断纤维长度为12mm。
最后制得纤维成品的强度＞650MPa，断裂伸长率＜25％，模量＞14GPa，热收缩率＜8％，纤度3～4dtex，含水率＜2％，纤维截面形貌为圆形。
实施例3：
本实施例采用再生聚酯瓶片料特性粘度为0.80，并且掺入20％左右的再生聚酯泡泡料(粘度0.7)，原料颜色均为亮白色，干燥温度为135℃，干燥时间2h，干燥后切片含水量降低到40ppm以下，系统采用充填搅拌式干燥，干燥温度低、时间短并且干燥效果明显。
在聚酯原料加入到螺杆纺丝机纺丝，纺丝速度为700m/min制成预牵伸丝并往复落桶。
在图1中，一级牵伸中油槽中加入一种专用的纤维整理油剂和防腐剂，油剂浓度为1.5％，油槽温度为70℃，牵伸倍率为3.5倍；二级牵伸中高温蒸汽温度为120℃，牵伸倍率为1.15倍；牵伸比为86％。
在紧张热定型工艺步骤中，纤维丝束经过九个紧张热定型辊，九辊温度设定在200℃，并且关闭最后一道热辊，且纤维丝束经过九辊的总共热定型时间为10±1s。
经过紧张热定型后纤维经过油剂冷却上油，油剂温度10℃，油剂浓度1％。
最后切断工艺切断机转速120r/min以保证紧张热定型的热定型时间为10s左右，切断纤维长度为6mm。
最后制得纤维成品的强度＞750MPa，断裂伸长率＜20％，模量＞16.5GPa，热收缩率＜5％，纤度3～4dtex，含水率＜1.5％，纤维截面形貌为圆形。
通过本发明方法制得的短纤维具有以下的优势：
1、发明使用聚酯原料为再生聚酯材料，可以为再生聚酯瓶片料、泡泡料等为原料，节约成本、保护环境、节约能耗。
2、本发明采用高温在线成型生产，可以连续、可调的生产高强度、低热收缩率沥青用涤纶短纤维，生产成本低，效益好。
3、涤纶短纤维的切断规格灵活多变、适应性好，可以是6mm、12mm、18mm和24mm。
4、纤维表面经过亲油性处理后可以明显改善纤维的吸油性能，提高其在沥青中的使用增强性能。

Claims (10)

1.一种再生聚酯短纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：聚酯再生料的干燥、聚酯再生料与无机颗粒的共混、螺杆熔融挤压纺丝机熔融、纺丝、冷却、集束上油、往复落桶、集束；牵伸机一级油浴牵伸、牵伸机二级蒸汽牵伸、牵伸机紧张热定型、冷却上油、牵伸机三级张力、纤维切断机切断。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚酯再生料为二次聚酯再生瓶片料、二次聚酯再生泡泡料、三次聚酯再生泡泡料的一种或其组合。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的聚酯再生料的特性粘度为0.7～0.8，颜色为亮白色，熔点高于270℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚酯再生料的干燥采用充填搅拌式干燥，干燥温度为120～140℃，干燥时间为2～4h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的无机颗粒为掺量在5～25％的钛白粉、SiO2、BaSO4的一种或其组合。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的牵伸机一级油浴牵伸的油浴温度为65～70℃，牵伸倍率为3～4倍；牵伸机二级牵伸蒸汽牵伸的蒸汽温度为120～140℃，牵伸比为80～90％，牵伸倍率为1～2倍。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：牵伸机一级油浴牵伸所用的油剂为防腐剂、活化剂、分散剂、表面活性剂、涤纶油剂中的一种或其组合与软化水复配的油剂，所述的油剂浓度为0.5～3.5％。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的牵伸机紧张热定型步骤中采用7～9个紧张热定型辊，定型温度为175～220℃。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：冷却上油时油槽内温度10～15℃，油剂浓度为0.5～3.5％之间。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的短纤维切断机的转速为60～120r/min。
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