CN101914818A - 一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法 - Google Patents

一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,通过采用大于2.8mm的大孔径、孔数小于30孔的较少孔数的喷丝板结构,配合高温低压、高缓冷温度、低侧吹风的纺丝工艺,增加第二道上油,改进纺丝助剂,再通过超高倍率多级热拉伸工艺,成功开发出了耐磨高强型聚酯纤维,其耐磨性能好、高强、低延展、耐疲劳性能良好,综合性能媲美尼龙,同时由于聚酯价格便宜,相比尼龙等纤维更具性价比。相比普通聚酯工业丝,耐磨高强型具有较好的耐磨性,应用于产业后,不仅能完善缆绳、吊装带等对耐磨性要求较高产品的性能,更可以拓展聚酯纤维的应用空间。

Description

一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法
技术领域
本发明涉及一种工业纤维的制造方法,尤其是一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法。
背景技术
化纤新技术、新产品、新工艺是化纤发展、开发的总趋势。随着产业用纺织品的开发和应用,聚酯纤维由于其优越的性价比,在产业应用上发展迅速。
在缆绳、吊装等产品上,需使用耐磨性强的纤维材料,市面上各种材料都有,如棉、麻、钢丝、塑料、丙纶、尼龙、聚酯等,但都有各自的不足:棉、麻强度不高;钢丝柔软性欠佳;塑料、丙纶不耐老化;尼龙伸长过大,同时经济性较差;聚酯耐磨性不如尼龙。总体来讲,这类产品要求强度高、耐老化、低延展、耐磨性好,通过分析发现,聚酯除耐磨性不如尼龙外,各项性能符合要求,所以研究开发如何提高聚酯的特性,弥补耐磨的不足,使其达到耐磨、高强、低延展、耐疲劳的特性。
发明内容
根据现有生产工业丝的工艺及聚酯的特性,本发明的目的是设计一种运行稳定可靠、投资成本低的耐磨高强聚酯纤维的制造方法,本发明的技术方案是如此实现的:
一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,步骤包括聚酯切片原料-固相缩聚-熔融纺丝-上油-多级热拉伸-卷绕成型,原料经固相缩聚后粘度达到1.0~1.1dl/g,结晶度大于60%;熔融纺丝中喷丝板孔径>2.8mm,孔数<30个,侧吹风的温度12-18℃,风速0.2-0.4m/s;上油工艺中助剂内增加10-20%烷基苯基咪唑磺酸盐,多级热拉伸的总拉伸倍率为6.2-6.4倍,第一级拉伸倍率为4.1-4.5倍,第二级拉伸倍率为1.38-1.51倍,定型温度为210-220℃。
在固相缩聚中,聚酯预聚体被加热至低于晶体270℃熔点,但高于玻璃化温度69℃,一般为200-250℃,在此温度下预聚体链端基有足够的活性进行缩聚反应,使分子质量进一步增大;在真空条件下,移走反应小分子副产物使平衡反应进一步向正反应方向进行,最终得到合适的增粘切片。
固相缩聚反应釜中的主要反应:
a、酯化反应:
Figure BSA00000226021200021
b、酯交换反应:
Figure BSA00000226021200022
纺丝组件是为高压运行设计的,并具有特殊过滤板,熔体从过滤板上通过时降压超过100巴,导致聚合物温度上升,使其适合纺丝。熔体通过组件喷丝板,形成纤维。为了得到耐磨型聚酯纤维,要求纤维单丝纤度>30dtex。采用¢>2.8mm的大孔径、孔数小于30孔的喷丝板结构,配合高温低压纺丝工艺,减小了熔体经过喷丝孔产生的剪切应力,初生纤维取向小,有利于后道的高倍拉伸及高耐磨性的实现。
“熔融纺丝”步骤中采用缓冷侧吹风,有利于消除粘弹效应、减少内应力,同时减少皮芯结构差异。
对聚酯工业丝强度、热缩等性能影响最大的因素是拉伸倍率和定型温度。对于耐磨型高强聚酯工业丝,由于其单丝较粗,采用较高的拉伸倍数来实现性能。通过试验,确定最优工艺。
总拉伸倍率L,多级拉伸第一级拉伸为L1,第二级拉伸为L2。
总拉伸比试验
Figure BSA00000226021200031
随着总拉伸倍数的提高,纤维强度也随之提高。但超过一定拉伸比后,纺丝断头率高,纤维的断裂强度反而下降,在保证良好的可纺性前提下,提高总拉伸有利于提高纤维强度。
L1、L2配比试验
Figure BSA00000226021200032
通过以上试验,得到最优拉伸工艺,配合拉伸温度,得到高强度,低延展的聚酯工业丝。
为了使纤维具有较好的热稳定性,在第四对热辊对纤维进行210-220℃的热定型,同时对纤维进行松弛,使纤维内部应力得到释放,分子链段得到充分松弛,使纤维既具有较高的强力,又具有良好的热稳定性。
作为优选,所述“熔融纺丝”步骤中的温度为300-315℃,压力为8.5-9.5Mpa。由于耐磨型聚酯纤维,单丝纤度超过30dtex,而常规聚酯纤维单丝纤度不超过10dtex,这就要求控制熔体压力、温度,采用高温低压纺丝工艺,改善聚酯熔体流变性能,优化单丝纤维结构。
作为优选,所述“上油”步骤中助剂的组分为:聚氧乙烯醚20-35%,季戊四醇酯15-30%,聚氧乙烯蓖麻油脂20-35%,十二烷基酚醚10-20%,色拉油10-25%,10-20%烷基苯基咪唑磺酸盐。耐磨高强型聚酯纤维对油剂的要求:
a、由于丝束较粗,要上油充分,不影响纺丝,要求较高的渗透性;
b、由于丝条运行速度快,丝条与金属表面的摩擦较大,要有较好的平滑性。否则单丝起毛,拉伸困难;
c、由于热辊温度高,所以要求油剂各单体有较高耐热性,防止受热挥发,结焦并污染环境;
d、单丝间摩擦系数不能太小,要求抱合集束性要好,以防造成单丝间滑移出现毛丝和拉伸不匀现象;
e、丝条在高速运行过程中与金属表面的接触和分离次数增多,造成大量静电荷聚集,加上涤纶纤维本身导电性能不好,若不及时疏散静电荷将造成丝条缠辊,牵伸困难,所以有较好的抗静电性。
由于纤维单丝粗,单丝数量少,导致单丝间摩擦系数相比常规聚酯工业丝更小,抱合性和集束性差,不利于热辊多级拉伸的顺利进行。这就要求在原有纺丝助剂基础上,改善助剂配方,增加丝束抱合性。通过添加10-20%烷基苯基咪唑磺酸盐,增加单丝间摩擦系数,提高丝束抱合集束性。
采用本生产工艺生产出的耐磨高强聚酯纤维与其他纤维相比较,具体数值如下:
Figure BSA00000226021200051
本发明利用普通聚酯工业丝生产线,通过采用大于2.8mm的大孔径、孔数小于30孔的较少孔数的喷丝板结构,配合高温低压、高缓冷温度、低侧吹风的纺丝工艺,增加第二道上油,改进纺丝助剂,再通过超高倍率多级热拉伸工艺,成功开发出了耐磨高强型聚酯纤维,其耐磨性能好、高强、低延展、耐疲劳性能良好,综合性能媲美尼龙,同时由于聚酯价格便宜,相比尼龙等纤维更具性价比。相比普通聚酯工业丝,耐磨高强型具有较好的耐磨性,应用于产业后,不仅能完善缆绳、吊装带等对耐磨性要求较高产品的性能,更可以拓展聚酯纤维的应用空间。
具体实施方式
下面通过实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1:一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,步骤包括聚酯切片原料-固相缩聚-熔融纺丝-上油-多级热拉伸-卷绕成型,原料选用上海金山大有光聚酯切片,其特性粘度为0.65dl/g,经固相缩聚后粘度达到1.0dl/g,结晶度70%;熔融纺丝中采用高温低压工艺:温度为310℃,压力为8.5Mpa,喷丝板孔径3.2mm,孔数25个,侧吹风的温度16℃,风速0.3m/s;上油工艺中助剂包括聚氧乙烯醚20%,季戊四醇酯18%,聚氧乙烯蓖麻油脂20%,十二烷基酚醚17%,色拉油10%,15%烷基苯基咪唑磺酸盐。
多级热拉伸的总拉伸倍率为6.3倍,第一级拉伸倍率为4.2倍,第二级拉伸倍率为1.43倍,定型温度为220℃。
加工出的耐磨高强聚酯纤维的技术检测数据如下:
断裂强度:8.3cN/dtex
断裂伸长率:12%
干热收缩率:7.0%
耐磨性能:75600次
实施例2:一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,步骤包括聚酯切片原料-固相缩聚-熔融纺丝-上油-多级热拉伸-卷绕成型,原料选用上海金山大有光聚酯切片,其特性粘度为0.65dl/g,经固相缩聚后粘度达到1.1dl/g,结晶度65%;熔融纺丝中采用高温低压工艺:温度为300℃,压力为9.0Mpa,喷丝板孔径3.1mm,孔数28个,侧吹风的温度12℃,风速0.4m/s;上油工艺中助剂包括聚氧乙烯醚21%,季戊四醇酯15%,聚氧乙烯蓖麻油脂21%,十二烷基酚醚16%,色拉油14%,15%烷基苯基咪唑磺酸盐。
多级热拉伸的总拉伸倍率为6.21倍,第一级拉伸倍率为4.3倍,第二级拉伸倍率为1.44倍,定型温度为215℃。
加工出的耐磨高强聚酯纤维的技术检测数据如下:
断裂强度:8.2cN/dtex
断裂伸长率:12.5%
干热收缩率:7.2%
耐磨性能:74300次

Claims (3)

1.一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,步骤包括聚酯切片原料-固相缩聚-熔融纺丝-上油-多级热拉伸-卷绕成型,其特征在于原料经固相缩聚后粘度达到1.0~1.1dl/g,结晶度大于60%;熔融纺丝中喷丝板孔径>2.8mm,孔数<30个,侧吹风的温度12-18℃,风速0.2-0.4m/s;上油工艺中助剂内增加10-20%烷基苯基咪唑磺酸盐,多级热拉伸的总拉伸倍率为6.2-6.4倍,第一级拉伸倍率为4.1-4.5倍,第二级拉伸倍率为1.38-1.51倍,定型温度为210-220℃。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,其特征在于所述“熔融纺丝”步骤中的温度为300-315℃,压力为8.5-9.5Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨高强聚酯纤维的制造方法,其特征在于所述“上油”步骤中助剂的组分为:聚氧乙烯醚20-35%,季戊四醇酯15-30%,聚氧乙烯蓖麻油脂20-35%,十二烷基酚醚10-20%,色拉油10-25%,10-20%烷基苯基咪唑磺酸盐。
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