CN102251315B - 一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，包括步骤：1）将干燥后的高粘聚酯切片与改性辅料按比例置于搅拌器中混合；2）将混合材料送入螺杆熔融挤压机中，加热熔融挤出，制成改性母粒；3）将上述改性母粒与高粘聚酯切片按比例混合，进入纺丝机挤出，并经水中冷却成型，通过二次拉伸后，进行热定型，然后经上油消除静电后卷绕，制成成品。本发明主要以高粘聚酯为制备高强聚酯单丝的原材料，通过改性制备高强、耐磨，加工性能优异的聚酯单丝产品；纺丝成型时，熔体流动性和可纺性大大提高，纺丝顺利，丝条表面光滑，织造性能好，在耐磨、耐疲劳性能等方面处于国内领先水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种化纤纺丝的生产工艺，属于纤维成型技术领域，特别是涉及一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法。
背景技术
随着造纸技术的迅猛发展，国内对造纸网用单丝及其成型网的要求越来越高，寻找一种具有高力学性能、高耐磨性的聚酯单丝及其造纸用成型网，是各造纸厂家的发展要求，但由于差别化、功能化的产品要求较高，使得以高强度、抗静电、阻燃为特征的系列产品的技术开发困难重重，在国内仍处起步阶段。在应用过程中，还引入了更耐磨的尼龙作为部分原料，其制造工艺更是不断深入发展，编织方法从单层发展到多层。一定程度上得到应用。根据可编织性和纸机抄造性能，从分子质量、伸长率、收缩率等方面考虑，聚酯是最合适的材料。尼龙的耐磨性好，但其缺乏刚度和尺寸稳定性，只限于用在造纸网的底线上。
而在国外，开展这种高强性能聚酯纤维单丝的技术研究，是近年的一个热点，但该类型产品其价格不菲，如果依赖进口，将会对造纸网厂家造成很大的成本压力。在国外，一些新兴材料的开发和初步应用提高了成形网的性能，并为以后的发展提供了方向。例如，PEEK、PPS等，PEEK是一种热塑性聚合体，是最先进的聚酮族衍生物，它热稳定性好，特别是在蒸汽条件下，还具有极高的抗化学腐蚀性和耐磨性。但目前这些新型材料还没有得到广泛应用，主要原因是价格昂贵。
高粘度聚酯（PET）切片（是指[η]≥0.9的聚酯树脂）是制备具有高强度单丝的重要原材料，由其纺制的造纸网用单丝具有耐热性好、耐磨、耐用等优良性能，是国外近年来开发的高新技术产品。但是，高粘度PET由于熔体流动性差、熔体的粘度大、膨化效应大，造成材料的可纺性差，单丝线径不均匀；此外，由于纸浆成分复杂，纸浆品质下降等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，所要解决的技术问题是使其在解决纺丝熔体的流动性以及可纺性的同时，提高单丝的耐磨性和使用耐久性。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，包括步骤：1）将干燥后的高粘聚酯切片与改性辅料按比例置于搅拌器中混合；2）将混合材料送入螺杆熔融挤压机中，加热熔融挤出，制成改性母粒；3）将上述改性母粒与普通聚酯按比例混合，进入纺丝机挤出，并经水中冷却成型，通过二次拉伸后，进行热定型，然后经上油消除静电后卷绕，制成成品。
所述步骤1）中的改性母粒的制备方法为：
分别将改性树脂2～5重量份、0.1～0.5重量份的钛酸酯、碳酸盐超细粉体1～2重量份、高粘聚酯切片100重量份依次投入高速混合机进行混合，再将混合物通过加热熔融，螺杆挤出机的挤出加工温度范围为260～300℃；对除湿后的聚酯混合物进行切料，制得粒径保持与原始高粘聚酯切片的粒径一致的改性母粒。
所述改性树脂为双酚A环氧树脂；所述高粘聚酯切片为聚对苯二甲酸乙二酯切片。
步骤3）中，改性母粒加入到高粘聚酯切片中搅拌混匀后一起干燥，送入螺杆熔融挤压机中，加工挤出温度控制在260～300℃，混合料加热熔融后经喷丝板挤出。
所述高粘度聚酯切片与改性母粒之间的投料重量份配比为100：5～10；干燥温度为150～170℃，干燥时间为4～6小时。
步骤3）中，上述从喷丝板挤出的初生丝进入50～75℃水中冷却，并在80～98℃热水中进行第一次牵伸；并在热风烘箱中进行辊第二次牵伸，温度180～220℃。
成型后的聚酯单丝进行第一次牵伸后为原长度的2～5.5倍长度；二次拉伸后为原长度的1.1～3倍长度。
步骤3）中，热定型工艺中热风的温度控制在190～240℃之间。
本发明的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法具有的优点是：
1）本发明主要以高粘聚酯为制备高强聚酯单丝的原材料，通过改性制备高强、耐磨，加工性能优异的聚酯单丝产品。纺丝成型时，熔体流动性和可纺性大大提高，纺丝顺利，丝条表面光滑，织造性能好，在耐磨、耐疲劳性能等方面处于国内领先水平，产品完全可以替代进口。
2）成型性的有效控制：以高粘度聚酯切片为主要原料，加入特殊添加剂（有机改性环氧树脂和无机超细粉体的复合体系），在解决纺丝熔体的流动性以及可纺性的同时，提高单丝的耐磨性和使用耐久性，研制开发的新型造纸网用单丝具有表面光滑、干热收缩均匀、耐磨、耐疲劳、织造性能良好等特点，属于新型织造材料。
附图说明
图1是本发明的改性母粒的制备工艺流程图。
图2是本发明高粘度聚酯的共混熔融纺丝的工艺流程图。
具体实施方式
本发明主要以高粘聚酯切片为制备高强聚酯单丝的原材料。由于高粘聚酯其分子量高,长链大分子容易互相缠结，分子间的作用力显著增加。因此熔融流动性能差,熔体粘弹性大，在熔融纺丝时出口胀大效应十分明显，容易出现熔体破裂或畸形，造成断头或丝条变形、圆整度和表面光洁度下降，大大影响了产品质量和成品率的提高。因此,要实现高粘度高粘聚酯切片的顺利纺丝，技术关键是改善高粘度熔体的流动性和可纺性。
本发明的工艺是以高粘度聚酯切片为主要原料，加入特殊添加剂，并制备功能性母粒，利用共混纺丝技术制备而成。该添加剂是一种多组分复合改性剂，其主要成分是有机改性环氧树脂和无机超细粉体的复合体系。当它们与高粘度聚酯在高温下共混时，由于分子运动变得激烈，改性剂的分子穿入聚酯的大分子链间，通过其酯基极性的相互吸引，形成一个稳定的共混体系，而添加剂的较长的非极性烷链则妨碍了聚酯分子链的相互接近，减少大分子间的缠绕，分子链的热运动变得容易，从而提高了高粘度聚酯熔体的流动性和可纺性。同时，有机/无机复合添加剂具有增强增韧的作用，分散于PET丝条的表面和基体中，这对提高聚酯单丝的耐磨性也起着重要的作用。
改性母粒的制备实施例
1）无机超细粉体的表面改性
无机超细粉体由于粒度小、比表面积大，其具有高表面能、表现为亲水性、容易团聚；而聚酯纤维材料则为低能表面、表现为憎水性，两者不相容。由于有机、无机材料表面能的差异，使超细无机粉体在有机聚合物体系中难以均匀分散，容易聚集成团，致使在纺丝时，造成过滤网和喷丝孔堵塞，纺丝压力升高，出现断头毛丝现象。为了提高无机粉体在聚酯熔体中的相容性和分散性，必须对其进行表面改性处理。
选用钛酸酯偶联剂对碳酸盐超细粉体进行表面改性，通过偶联剂中的烷基基团与粉体表面活性点发生化学反应，并构成无机粉体和有机基体间的桥连连接，而实现对粉体的表面改性，使其能在聚酯熔体中均匀分散，不易团聚。
2）改性母粒的制备
采用
的双螺杆挤出机，制备改性添加剂母粒：步骤1），分别将2～5重量份的改性环氧树脂（双酚A环氧树脂）、1～2重量份的碳酯盐超细无机粉体、0.1～0.5重量份的钛酸酯、100重量份的高粘聚酯切片（聚对苯二甲酸乙二酯切片）依次投入高速混合机进行混合，再将混合物通过螺杆挤出机加热熔融，温度控制为260℃～300℃之间；步骤2），对干燥后的聚酯混合物进行切料，粒径保持与原始高粘聚酯切片的粒径一致，制得改性母粒。
耐磨造纸网用聚酯单丝的制备实施例
将100重量份的高粘度（[η]≥0.9）高粘聚酯切片（聚对苯二甲酸乙二酯切片）加入5～10重量份的改性母粒，混合均匀，在150～170℃下一起干燥4～6小时；将上述干燥后的混合料送入螺杆熔融挤压机中，加热熔融挤出，其中，螺杆挤出机的挤出加工温度为260℃～300℃，经喷丝板挤出；将喷丝板挤出的原生丝进入到50～75℃水中冷却，将成型后的聚酯单丝通过80～98℃热水中进行第一次牵伸为原长度的2～5.5倍长度；然后，再在180～220℃热风中二次拉伸为原长度的1.1～3倍长度；最后通过190～240℃热风进行定型；单丝经上油消除静电，并卷绕制得成品。
就目前聚酯纤维的改性而言，一般耐磨性能的获得往往以在一定程度上牺牲材料的强度为条件，而多种复合添加剂的添加往往导致纤维的可纺性能的降低。通过添加上述实施例制备的改性母粒进行共混纺丝，可显著改善熔体的流动性，并根据共混体系物料的特性对原有的纺丝工艺进行针对性调整和改进来达到预期效果。
以下通过各种效果实验例对上述实施例制备的聚酯单丝的各项性能进行测试：
（1）聚酯单丝的力学性能测试
由上述实施例制备的聚酯单丝的力学性能（合同技术指标和实测指标）如表1、表2所示。
表1单丝合同技术指标要求
| 型号 | 0.17mm经线 | 0.20mm纬线 |
| 直径及偏差（mm） | 0.17±0.005 | 0.20±0.005 |
| 断裂强力（N） | ≥19 | ≥18 |
| 断裂伸长率（%） | 13±3 | 40±6 |
| 干热收缩率%（180℃×20min） | 14±1 | 2±0.5 |
表2单丝测试数据指标
| 型号 | 0.17mm经线 | 0.20mm纬线 | 判定 |
| 直径（mm） | 0.172 | 0.202 | 符合 |
| 断裂强力（N） | 21.3 | 18.5 | 符合 |
| 断裂伸长率（%） | 12.4 | 40.2 | 符合 |
| 干热收缩率%（180℃×20min） | 13.4 | 1.7 | 符合 |
由表1和表2可见，聚酯单丝其直径偏差，断裂强力，断裂伸长率，干热收缩率等数据均在指标范围内，单丝正品率为96%，达到了合同技术指标的要求。
（2）聚酯单丝的耐磨性测试
对聚酯单丝造纸成型网进行耐磨性试验，摩擦圈数7000次，对比空白样的磨损率，以评价单丝的耐磨性能，实验结果如表3所示。
表3摩擦相同次数单丝磨损率比较
由表3可以看出，添加了改性剂（改性母粒）后，改性聚酯单丝的磨损率减少，与空白样对比，造纸网的耐磨性约提高了15.50%，这在实际生产中，对提高造纸成型网的使用寿命，减小换网的次数和时间，减小原材料浪费，提高生产效率，发挥了明显的作用。
（3）网厂织网耐磨性试验情况
在织造参数无变化，定型工艺无变化，同等工艺状态下生产的2B602016、2B603516网：
表4 621U线材成品网磨损试验数据
| 网型 | 磨前厚度 | 磨后厚度 | 磨去厚度 | 转数 |
| 2B603516 | 0.910mm | 0.808mm | 0.102mm | 1400转 |
| 2B602016 | 0.886mm | 0.779mm | 0.107mm | 1350转 |
表5原来U型丝材成品网磨损试验数据
| 网型 | 磨前厚度 | 磨后厚度 | 磨去厚度 | 转数 |
| 2B603516 | 0.908mm | 0.788mm | 0.120mm | 1400转 |
| 2B602016 | 0.888mm | 0.763mm | 0.125mm | 1350转 |
分析：比较两种线材所生产成品网的磨损数据，同等条件下，“621U型线材生产的网子”比“U型线材生产的网子”磨去量要大约少15%。
综上所述，在耐磨性能方面，“621U线材生产的网子”比“U型线材生产的网子”要大约提高15%。
该项技术主要用于生产造纸网用聚酯单丝的一个品种多规格产品，其规格范围在Ф0.07～0.80mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将干燥后的高粘聚酯切片与改性辅料按比例置于搅拌器中混合；
2）将混合材料送入螺杆熔融挤压机中，加热熔融挤出，制成改性母粒；所述改性母粒的制备方法为：
分别将改性树脂2～5重量份、0.1～0.5重量份的钛酸酯、碳酸盐超细粉体1～2重量份、高粘聚酯切片100重量份依次投入高速混合机进行混合，再将混合物通过加热熔融，螺杆挤出机的挤出加工温度为260～300℃；对除湿后的聚酯混合物进行切料，制得粒径保持与原始高粘聚酯切片的粒径一致的改性母粒；所述改性树脂为双酚A环氧树脂；所述高粘聚酯切片为聚对苯二甲酸乙二酯切片；
3）将上述改性母粒与高粘聚酯切片按比例混合，进入纺丝机挤出，并经水中冷却成型，通过二次拉伸后，进行热定型，然后经上油消除静电后卷绕，制成成品；所述高粘度聚酯切片与改性母粒之间的投料重量份配比为100：5～10。
2.根据权利要求1所述的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于：步骤3）中，改性母粒加入到高粘聚酯切片中搅拌混匀后一起干燥，送入螺杆熔融挤压机中，挤出温度控制范围为260℃～300℃，混合料加热熔融后经喷丝板挤出。
3.根据权利要求2所述的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于：干燥温度为150～170℃，干燥时间为4～6小时。
4.根据权利要求1所述的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于：步骤3）中，从喷丝板挤出的初生丝进入50～75℃水中冷却，并在80～98℃热水中进行第一次牵伸；并在热风烘箱中进行辊第二次牵伸，温度180～220℃。
5.根据权利要求4所述的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于：成型后的聚酯单丝进行第一次牵伸后为原长度的2～5.5倍长度；第二次牵伸后为原长度的1.1～3倍长度。
6.根据权利要求1所述的耐磨造纸网用聚酯单丝的制备方法，其特征在于：步骤3）中，热定型工艺中热风的温度控制在190～240℃之间。
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