CN101935888B - 一种熔融纺丝的冷却成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分子聚合物熔融纺丝的冷却成形方法，包括以下步骤：(1)聚合物熔融；(2)通过纺丝箱体；(3)喷丝板细流挤出的熔融纺丝经金属管冷却装置冷却；(4)卷绕成形。其中，所述的金属管冷却装置为一根金属管，该金属管包括内外两层，喷丝板细流挤出的熔融纺丝穿过内层金属管的空腔，冷却液通过外层金属管的入口进入，通过外层金属管的出口流出，在内层金属管和外层金属管之间的空腔中循环流动。本发明的有益效果为：(1)单丝条干均匀，可大幅降低不匀率(CV值)；(2)可大幅减少熔融纺丝冷却所需的能源；(3)节约生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子聚合物熔融纺丝的冷却成形方法，属于化学纤维领域。
背景技术
现有熔融纺丝细流在全纺程中的冷却成形有下列方法，其一，环形吹风，是一种纺丝组件板下形变区0～500mm处形成圆形状的四面吹风方式，风速为0.1～5.6米/秒，风温15～32℃，主要用于熔纺短纤维纺丝；其二，侧吹风，是一种纺丝组件板下形变区0～2500mm形成直线单边吹向丝束的吹风方式，主要用于熔纺长丝纺丝；其三，中心向外吹风，是一种纺丝组件板下形变区0～550mm，喷丝板中间的筒状风管向外四面吹风的方式，主要用于一步法熔纺短纤维纺丝；其四，水浴冷却，是一种纺丝组件板下形变区3～700mm丝条在水浴中冷却的方式，主要用于熔纺单丝。
上述现有技术，都是制备了冷却风源或水源后，对纺丝细流实施吹风对流及水介质传导的散热冷却成形方法。这种接触式的吸热方式，易受到外界气流的干扰或水流紊乱的影响，导致单丝尤其是细旦的单丝力学性能的不匀率增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分子聚合物熔融纺丝的冷却成形方法，所解决的技术问题是提高熔融纺丝的均匀性。
本发明所采用的技术方案是：一种熔融纺丝的冷却成形方法，包括以下步骤：(1)聚合物熔融；(2)通过纺丝箱体；(3)喷丝板细流挤出的熔融纺丝经金属管冷却装置冷却；(4)卷绕成形。
其中，所述的金属管冷却装置为一根金属管，该金属管包括内外两层，喷丝板细流挤出的熔融纺丝穿过内层金属管的空腔，冷却液通过外层金属管的入口进入，通过外层金属管的出口流出，在内层金属管和外层金属管之间的空腔中循环流动。
所述的金属管壁形状为弧形曲线或直线，或者为两者的任意组合。
本发明所述的聚合物包括PET、PBT、PTT、PA、PE、PP、PLA、PPS等适宜熔融纺的；
其中，熔融温度为190～360℃，优选的220～320℃；
纺丝箱体温度为180～350℃，优选的200～330℃；
内层金属管空腔的冷却温度为0～32℃，优选的12～26℃；
冷却液温度为-4～28℃，优选的-2～16℃；
所述的冷却液介质为F22：二氟一氯甲烷，F12：二氟二氯甲烷，F123a：1.1.1.2-四氟乙烷，LD10-E系列；
喷丝板板面与金属管之间的距离为0～250mm，优选的5～120mm；
纺程为1000～3000mm，优选的1200～2500mm；
本发明的技术路线是：
参考图4，纺丝组件喷丝板挤出的细流从孔口膨化、粘流态拉伸、细颈区拉伸、固化成形的全纺程中，纺丝置入内层金属管空腔内，内层金属管壁外面的空腔中有冷冻液的进出回流，丝条的热量辐射在内层金属管壁上，形成完全非接触式的散热冷却成形，从而纺制结构十分均匀、力学性能十分优良稳定的熔融纺纤维。本发明的原理是聚合物细流挤出后孔口膨化、粘流态和细颈拉伸、固化成形的全过程，完全置入封闭的金属管壁围绕的空腔中，熔融纺的丝条热量辐射被金属管壁吸收，丝条的速度梯度的变化导致的纤径梯度、温度梯度变化，是非接触式的冷却成形，避免了外界的冷却介质(风和水介质)对丝条接触性的影响，从而纺制纤径、力学性能都十分均匀和稳定的熔纺纤维。
本发明的有益效果为：
(1)由于该方法是利用热辐射的方式进行冷却，熔融纺纤维的热量辐射由金属管壁吸收冷却，防止了丝条吹风的非控制气流干扰或水介质传导时紊流的影响，单丝条干均匀，可大幅降低不匀率(CV值)。
(2)与吹风冷却方式相比，本发明提供的熔融纺丝的冷却成形方法不需要耗费机械能将冷风输送到纺丝的位置，只需要耗费制冷所需的能量，可大幅减少熔融纺丝冷却所需的能源，实现低碳排放，有利降低生产成本和生产环境的保护；另外，冷却液循环管道内的冷却液可回收利用，同样可节约资源。
(3)与现有的吹风冷却方式相比，本发明提供的熔融纺丝的冷却成形方法 缩短了纺程，可以在同样空间的生产厂房内排列更多的生产设备，节约生产成本。
附图说明
图1为本发明所采用的金属管冷却装置示意图。
图2为本发明所采用的金属管冷却装置剖视图。
图3为金属管组横截面示意图。
图4为本发明工作方法示意图
具体实施方式
以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。必须说明，下述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。应理解，在公布了本发明的实施内容后，本领域技术人员可以对发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请的权利要求后限定的范围。
实施例1 本发明所采用的金属管冷却装置的结构
如图1、图2所示，本发明所采用的金属管冷却装置为一根金属管1，该金属管包括内外两层，喷丝板细流挤出的熔融纺丝2穿过内层金属管的空腔，冷却液通过外层金属管的入口11进入，通过外层金属管的出口12流出，在内层金属管和外层金属管之间的空腔中循环流动。
如图3所示，可以由多根金属管排列成金属管组使用，已提高空间利用率及生产效率。
实施例2 采用现有的测吹风冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PET；特性粘度：0.65；熔融温度：278℃；纺丝箱体温度：280℃；冷却吹风形式：侧吹风；风速：0.35米/秒；侧吹风长度：2200mm。
单丝纤度：20dtex；纤径不匀率：3.6％。
实施例3采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PET；特性粘度：0.65；熔融温度：278℃；纺丝箱体温度：280℃；金属管壁形状：圆管；内层金属管空腔的冷却温度：20℃；冷却液介质：硅油；金属管壁圆管离喷丝板板面距离：15mm；纺程长度：1800mm。
单丝纤度：20dtex；纤径不匀率：1.0％。
实施例4采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PA6；分子量：15200；熔融温度：272℃；纺丝箱体温度：275℃；金属管壁形状：矩形；内层金属管空腔的冷却温度：18℃；冷却液介质：矿物油；金属管壁矩形管离喷丝板板面距离：10mm；纺程长度：2100mm。
单丝纤度：18dtex；纤径不匀率：0.9％。
实施例5采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PE；熔融指数：35；熔融温度：210℃；纺丝箱体温度：205℃；金属管壁形状：椭圆形；内层金属管空腔的冷却温度：5℃；冷却液介质：盐水；金属管壁椭圆管离喷丝板板面距离：0mm；纺程长度：3000mm。
单丝纤度：80dtex；纤径不匀率：1.0％。
实施例6采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PBT；熔融指数：45；熔融温度：262℃；纺丝箱体温度：265℃； 金属管壁形状：矩形；内层金属管空腔的冷却温度：12℃；冷却液介质：硅油；金属管壁矩形管离喷丝板板面距离：13mm；纺程长度：1900mm。
单丝纤度：30dtex；纤径不匀率：0.95％。
实施例7采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PTT；熔融指数：38；熔融温度：275℃；纺丝箱体温度：278℃；金属管壁形状：椭圆形；内层金属管空腔的冷却温度：10℃；冷却液介质：矿物油；金属管壁椭圆管离喷丝板板面距离：25mm；纺程长度：2450mm。
单丝纤度：60dtex；纤径不匀率：1.05％。
实施例8采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PP；熔融指数：52；熔融温度：198℃；纺丝箱体温度：202℃；金属管壁形状：圆管；内层金属管空腔的冷却温度：7℃；冷却液介质：硅油；金属管壁圆管离喷丝板板面距离：5mm；纺程长度：2500mm。
单丝纤度：70dtex；纤径不匀率：0.85％。
实施例9采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PLA；熔融指数：27；熔融温度：245℃；纺丝箱体温度：247℃；金属管壁形状：矩形；内层金属管空腔的冷却温度：32℃；冷却液介质：水；金属管壁矩形管离喷丝板板面距离：250mm；纺程长度：1000mm。
单丝纤度：120dtex；纤径不匀率：1.0％。
实施例10采用本发明提供的冷却成形方法所测得的纤径不匀率
原料：PPS；熔融指数：12；熔融温度：360℃；纺丝箱体温度：350℃；金属管壁形状：椭圆形；内层金属管空腔的冷却温度：26℃；冷却液介质：水；金属管壁椭圆管离喷丝板板面距离：120mm；纺程长度：1200mm。
单丝纤度：100dtex；纤径不匀率：1.2％。
Claims (9)
1.一种熔融纺丝的冷却成形方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚合物熔融；(2)通过纺丝箱体；(3)喷丝板细流挤出的熔融纺丝经金属管冷却装置冷却；(4)卷绕成形；
其中，所述的金属管冷却装置为一根金属管，该金属管包括内外两层，喷丝板细流挤出的熔融纺丝穿过内层金属管的空腔，丝条的热量辐射在内层金属管壁上，冷却液只通过外层金属管的入口进入，通过外层金属管的出口流出，在内层金属管和外层金属管之间的空腔中循环流动，形成完全非接触式的散热冷却成形；所述的内层金属管空腔的冷却温度为0～32℃，冷却液温度为-4～28℃。
2.根据权利要求1所述的熔融纺丝的冷却成形方法，其特征在于，所述金属管形状为弧形曲线或直线，或者为两者的任意组合。
3.根据权利要求1所述的熔融纺丝的冷却成形方法，其特征在于，所述聚合物为PET、PBT、PTT、PA、PE、PP、PLA或PPS。
4.根据权利要求1所述的熔融纺丝的冷却成形方法，其特征在于，聚合物熔融的温度为190～360℃，纺丝箱体温度为180～350℃。
5.根据权利要求4所述的熔融纺丝的冷却成形方法，其特征在于，聚合物熔融的温度为220～320℃，纺丝箱体温度为200～330℃。
6.根据权利要求1所述的冷却成形方法，其特征在于，所述的内层金属管空腔的冷却温度为12～26℃，冷却液温度为-2～16℃。
7.根据权利要求1所述的冷却成形方法，其特征在于，所述冷却液介质为二氟一氯甲烷、二氟二氯甲烷、1，1，1，2-四氟乙烷或LD1O-E系列。
8.根据权利要求1所述的冷却成形方法，其特征在于，所述的喷丝板板面与金属管之间的距离为0～250mm，纺程为1000～3000mm。
9.根据权利要求1所述的冷却成形方法，其特征在于，所述的喷丝板板面与金属管之间的距离为5～120mm，纺程为1200～2500mm。
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