CN102517656A - 一种涤纶卷曲丝的制备方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种合成纤维的纺丝技术，特别涉及一种具有潜在卷曲功能纤维的制备方法及其装置。本发明对现有的FDY生产设备及工艺进行了改进，在纺丝组件的外部设置加热器，使熔体在喷丝孔挤出的瞬间处于高温状态，有利于丝束在到达侧吹风冷却时产生结晶差异；同时，采用偏心状C型结构的喷丝孔，并将C型孔豁口处正对侧吹风窗的迎风面，有利于扩大丝束在冷却过程中迎风面和背风面的结晶差异，得到潜在的卷曲丝产品。按本发明提供的工艺条件所生产的潜在卷曲丝能满足市场的需要，生产工艺稳定，适应于生产各种规格的涤纶单丝卷曲丝产品；所提供的生产装置结构简单，纺丝时可使整个系统的温度降低5℃左右，减少了能源的消耗，降低了生产成本。

Description

一种涤纶卷曲丝的制备方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种合成纤维的纺丝技术，特别涉及一种具有潜在卷曲功能纤维的制备方法及其装置。 

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，拥有具备高品质、多样性、个性化特点的服装、用品或装饰品，已成为人们追求的目标，因此，对纺织品及纺织面料的外观、功能和性能提出了新的要求。毛草因其体现出的高贵、文雅、华贵而深受人们的喜爱，但是，由于毛草的昂贵及对动物保护意识的提高，对其的使用受到了限制，开发具有天然毛皮外观及性能的化纤产品，以满足市场的需要，具有现实意义和必要性。卷曲丝是一种通过化纤的改性使其实现具有天然毛皮特性的新型纤维。 

卷曲丝的类别比较多，按制备工艺分类，可以是通过纺丝工艺改变丝的截面形状，或采用机械设备改变其物理性能，或以化学处理的方法改变其结构，得到卷曲丝产品；按纤维的组成分类，可分为单组份、双组份或多组份；按纤维的形态分类，可分为长纤维和短纤维；如果按其性能和用途来区分，一类是卫生用品类，另一类是用作于填充类物品的，如枕芯、棉衣芯等的短丝类卷曲丝，还有一类是纺织面料，用于服装、装饰和玩具等。 

在本发明作出之前，公开号为CN2279367的中国实用新型专利公开了一种叶片型长丝膨化变形器，它采用上宽下窄叶片，与上、下保持架形成锥体结构，叶片上下端卡于保持架的叶片固定槽中，外用固定套固定。该叶片型长丝膨化变形器整体性能和散热效果好，可使卷曲丝内应力迅速消失，适用于加工300～3500分特的长丝，特别是聚丙烯膨化变形丝的制造。该技术采用的是长丝膨化变形工艺得到的卷曲丝，其原理是将纺丝拉伸长丝送入喷气变形箱，用过热蒸汽或热空气进行变形处理，再经冷却定型和网络加工制成膨化变形长丝，主要用于生产簇绒、机织、缝编地毯和装饰布。然而，该工艺及生产装置复杂，对能源的消耗大。 

中国发明专利“偏心的聚酯-聚乙烯-双组分纤维”(CN1630742)，提供了 一种用于生产具有柔软手感和改善的潜在卷曲的芯/皮型偏心双组分纤维的方法。以600～2000m/min的纺丝速度通过熔纺作为芯组分的聚酯和作为皮组分的聚乙烯生产偏心芯/皮纤维，该纤维的皮部分占所述纤维截面的35～70％；将如此得到的纤维在40～70℃的温度和拉伸比为VVmax±20％的条件下拉伸，然后以卷曲的方式进行压缩。以这种方式生产的纤维的触感非常柔软并具有附加的潜在卷曲。所述纤维特别适用于生产卫生产品如卫生非织造织物和各种类型的用于生产尿布、绷带、棉团等的卫生纺织扁平物体。 

中国发明专利“具有潜在三维卷曲性能的机器卷曲的合成纤维及其生产方法”(CN 1489650)提供了一种采用机械设备及特殊的工艺，制备卷曲合成纤维的方法，得到的纤维细度0.5～200分特，纤维长度为3～20毫米，卷曲数为1～13/25毫米，且百分卷曲率为2～20％，其还具有潜在的三维卷曲性，使得具有不同热收缩性的两个部分均形成于假想接触面的两侧，该面将纤维沿纵轴分为两段，当纤维在60～200℃经受热处理时，纤维不相称地收缩，显示出卷曲数为15～80/25毫米和百分卷曲率为25～90％的三维卷曲；其生产方法包括在形成纤维的过程中进行均匀冷却形成固体，或包括由两种热收缩性合成树脂形成偏心芯-壳型或并置型复合纤维。 

中国发明专利“聚酯系复合纤维的假捻加工丝及其制造方法”(CN1503860)，采用两种聚酯成分胶合成并列型或偏心芯鞘型的单丝方法，该两种聚酯成分中至少有一种成分是聚对苯二甲酸丙二醇酯，该两种聚酯成分的特性粘度差为0.05～0.9dl/g，具有潜在卷曲性，在沸水处理前显现的卷曲拉伸伸长率在50％以上。该方法是利用两种或者两种以上的组分来实现的，工艺流程大，需要两套或者以上的干燥纺丝设备才能实现，加上喷丝板的加工工艺更复杂，工程投入大。 

中国发明专利“单组份潜在可控卷曲长丝的制造方法”(CN 101117732)公开了一种工艺较简单、生产成本较低的单组份潜在可控卷曲长丝的制造方法，形成的机理是通过超低温冷却形成纤维纵向机构的结晶度不同，形成潜在卷曲。然而，该方法需要对侧吹风温度的控制非常低，冷冻水的用量大，耗费能源，生产成本高。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，在常规FDY生产设备及工艺的基础上作了适当改进，提供一种结构简单，节约能源，制备具有良好的强度和伸长率的单组份PET卷曲丝的制备方法及其装置。 

为了实现本发明目的，采用的技术方案是：提供一种涤纶卷曲丝的制备方法，步骤包括：原料PET切片经过结晶、干燥后靠自重落到螺杆挤压机，经熔融和搅拌挤压挤出，进入熔体管道分配，熔体经过等长的管道到达计量泵，经过计量泵精确计量后，熔体送到纺丝箱体内的纺丝组件，经喷丝孔挤出、冷却、上油后形成丝束，再经牵伸、卷绕，形成成品纤维；其工艺条件如下： 

结晶温度为140～170℃； 

干燥温度为120～175℃，经干燥后的原料含水率小于21ppm； 

螺杆挤压温度为265～285℃； 

熔体管道和纺丝箱体的温度为282～286℃； 

纺丝组件的温度为290～300℃； 

上油量为普通丝的2～3倍，含油率为1.8％～2.5％； 

牵伸辊的速度为4900～5500米/分； 

卷绕速度为4850～5450米/分。 

本发明技术方案还提供一种制备涤纶卷曲丝的装置，在常规FDY生产设备的纺丝组件的组件压板外部设有加热器；加热器包括加热圈、温度传感器及温度控制器；加热圈紧贴于组件压板的周围，通过固定螺栓连接，由温度控制器控制加热；温度传感器置于加热圈上，其输出端与温度控制器连接； 

喷丝孔的孔型为偏心状的C型结构，实体部分的直径为喷丝孔直径的1/6～1/5，C型孔豁口的开口距离为实体部分直径孔的2/3～4/5；喷丝孔在喷丝板上的排列方式为错位排列，喷丝孔的C型孔豁口处正对侧吹风窗的迎风面。 

所述的喷丝孔，其与纺丝熔体接触部分的孔型的各连接处的曲线为光滑过渡。 

所述的温度控制器包括可编程逻辑控制器及温度控制执行电路，可编程逻辑控制器的信号输入端与温度传感器连接，可编程逻辑控制器的信号输出端通过温度控制执行电路与加热圈连接。 

所述的加热圈为双层的铝板结构，中间安装电热丝。 

本发明所采用的技术方案的原理是：常规纺丝为了保证熔体挤出时的顺畅， 采用提高整个纺丝系统温度的方法，以达到理想的熔体粘度，由于温度控制的准确性和实时性的影响，将会使熔体出现粘度降大的现象，导致纤维的强度和伸长率等指标无法保证的不利因素。本发明提供的技术方案是在组件周围加设可控制温度的加热圈，能有效地控制熔体在纺丝组件到挤出时的该段时间内的熔体温度，特别是保证了熔体在挤出喷丝孔时的流动性能，可以采用较低的系统温度达到所要求的纺丝性能。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是： 

1、本发明对现有的FDY生产设备及工艺条件进行了改进，按本发明提供的工艺条件所生产的潜在卷曲丝能满足市场的需要，生产工艺稳定，适应于生产各种规格的涤纶单丝卷曲丝产品；所提供的生产装置结构简单，纺丝时可使整个系统的温度降低5℃左右，减少了能源的消耗，降低了生产成本。 

2、本发明喷丝孔采用偏心状的C型结构，各喷丝孔在喷丝板上错位排列，其C型孔豁口处正对侧吹风窗的迎风面，有利于扩大丝束在冷却过程中迎风面和背风面的结晶差异，在纵向结构上产生取向度和结晶度的不同，同时，熔体经过喷丝孔在喷丝出口处膨化的过程中，形成中空结构，为纤维在下道工序的整理过程中形成卷曲状提供了必要的条件。 

3、本发明采用在组件周围加设可控制温度的加热圈，在保证纺丝熔体粘度的同时，使熔体在喷丝孔挤出的瞬间处于高温状态，有利于丝束在到达侧吹风冷却时形成纤维横向状态的不匀产生结晶差异，使产品在成型前形成不同的取向度和结晶度，得到潜在的卷曲丝产品。 

4、本发明在纺丝组件的外壳周围设置可以控制和调整温度的加热套，使熔体的局部流动性能得到提高，特别是保证了喷丝板的温度，使熔体挤出时的流动性能得以提高，克服了现有技术中熔体处于系统的长时间高温状态所带来的熔体粘度降增大的不利因素，由喷丝孔挤出的丝束经侧吹风冷却、上油和牵伸等工序得到的卷绕成品，质量得到明显提高，经过后整理，能够得到满足不同卷曲度要求的产品。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的制备涤纶卷曲丝的工艺流程示意图； 

图2是本发明实施例提供的组件加热器剖面的结构示意图； 

图3是本发明实施例提供的温度控制器的结构示意图； 

图4是本发明实施例提供的喷丝板上的喷丝孔的孔型示意图； 

图5是本发明实施例提供的具有潜在卷曲功能的单丝截面示意图； 

图中，1、结晶床；2、干燥塔；3、螺杆挤压机；4、熔体管道；5、纺丝箱体；6、组件加热圈；7、纺丝组件；8、侧吹风装置；9、油嘴；10、预网络；11、第一牵伸辊；12、主网络；13、丝束；14、卷绕成品；15、第二牵伸辊；16、组件压板；17、熔体入口；18、加热圈；19、温度传感器；20、固定螺钉。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 

实施例1 

1、参见附图1，它是本实施例提供的制备涤纶卷曲丝的工艺流程示意图；它是基于常规的FDY生产设备。PET切片原料经过结晶床1结晶处理，结晶温度为140～170℃，去掉一部分水分后形成表面结晶状态；置于干燥塔2内进行去湿处理，干燥温度为120～175℃，在干燥塔内停留时间为6～8小时，经干燥后的原料含水率小于21ppm；再经螺杆挤压机3熔融挤出，螺杆挤出机包括传动和加热原件，挤出机有若干个加热单元，每个加热单元的温度可以单独控制调节，具体的温度控制在265～285℃，并且温度的调节由高到低进行调节；螺杆挤压机挤出的熔融，经过熔体管道4，到达经过充满导热气体并且有保温的纺丝箱体5，熔体管道和纺丝箱体的温度控制在282～286℃，经过计量泵精准计量后到达纺丝组件7，在本实施例中，纺丝组件的外壳周围有可以控制温度的加热器6进行补偿加热，该加热器的温度控制在290～300℃，控制熔体粘度，保证熔体在喷丝孔中挤出时流动性能的提高。 

熔体在纺丝组件中达到需要的粘度后，经喷丝孔挤出形成丝束13，丝束经侧吹风装置8冷却，经过油嘴9过量上油集束后到达预网络10进行混油，上油量为普通丝的2～3倍，含油率为1.8％～2.5％；上油装置离喷丝板的距离为30～60cm，离侧吹风窗的距离为11～13cm；预网络压力为0.3～0.7kg/cm²；混油后经过第一道丝辊11，在第一导丝辊上绕两圈后经过第二导丝辊15进行牵伸，牵伸辊的速度为4900～5500米/分，其中，第一牵伸辊的润滑形式为油雾润滑；然后到达主网络12，主网络压力为2.0～2.5kg/cm²；处理后到达卷绕机进行卷 绕，卷绕速度为4850～5450米/分，成品的网络结个数为15个/米，形成卷绕成品14。 

参见附图2，它是本实施例提供的组件加热器剖面的结构示意图；在纺丝组件的组件压板16外部设有加热器，加热器包括加热圈18、温度传感器19及温度控制器；加热圈紧贴于组件压板的周围，它们通过固定螺栓20连接。加热圈的具体结构可以采用双层的铝板，中间安装电热丝，加热圈由温度控制器控制加热；温度传感器置于加热圈上，温度传感器的输出端与温度控制器连接。 

参见附图3，它是本发明实施例提供的的温度控制器的结构示意图；温度控制器包括可编程逻辑控制器PLC及温度控制执行电路，PLC的信号输入端与温度传感器连接，它的信号输出端通过温度控制执行电路与加热圈内的电热丝连接。加热圈内的温度传感器采用铂电阻测温，由PLC控制信号进行温度设定和调整。 

参见附图4，它是本实施例提供的喷丝板上的喷丝孔的孔型示意图；与普通圆形喷丝孔相比，它的喷丝孔为异形孔，由图4可以看出，与喷丝板一体的圆形实体占据了圆形喷丝孔部分的孔内位置，使其孔型成为偏心状的C型结构。按生产所需产品的规格要求，确定圆形喷丝孔的直径D，实体部分的直径d为喷丝孔直径的1/6～1/5，C型孔豁口的开口距离h为实体部分直径孔d的2/3～4/5；喷丝孔内与纺丝熔体接触部分的孔型的各连接处的曲线为光滑过渡；喷丝孔在喷丝板上的排列方式为错位排列，喷丝孔的C型孔豁口处正对侧吹风窗的迎风面，有利于扩大丝束在冷却过程中迎风面和背风面的结晶差异，在纵向结构上产生取向度和结晶度的不同，同时，熔体经过喷丝孔在喷丝出口处膨化的过程中，形成中空。 

参见附图5，它是本实施例提供的具有潜在卷曲功能的单丝截面示意图；每根单丝的截面上有一个偏心孔，纤维成型后将形成偏心的中空结构，由于为偏心孔，使纤维在冷却过程中，容易形成结晶度的差异，具备潜在的卷曲性能，为纤维在下道工序的整理过程中形成卷曲状提供了必要的条件。 

本实施例制成的成品纤维的指标为： 

纤度110dtex～300dtex，单丝纤度0.8～3.0dpf，伸长率50～60％，强度3.5～4.0cN，沸水收缩率2.0～5.5％。 

按本实施例技术方案制备的纤维具有潜在卷曲功能，将该纤维至于高温高 压整理机中，在120℃的温度条件下进行1小时液体摩擦旋转，在自然冷却和泄压后纤维形成卷曲，取出试验样，在没有重力的情况下用常温吹干后用肉眼进行检查，卷曲度的要求根据样品要求进行分类对比。 

在常规FDY生产设备上，采用本实施例技术方案提供的纺丝组件加热器，制备不同规格的单组份PET卷曲丝，其工艺条件和产品所达到的指标参见表1。 

表1 

从表1可以看出，本发明提供的技术方案适用于生产各种规格的纤维，适应性强，只要适当调整工艺就能实现稳定的生产，并能实现卷曲的稳定，具有工业化生产的实用价值。 

表2是本实施例制备的单组份PET卷曲丝与常规纺丝工艺条件的对比。 

表2 

	常规	实施例
			螺杆温度(℃)	292	282
联苯温度(℃)	290±3	285±3
			吹风温度(℃)	18～22	18～22
吹风速度(m/min)	0.5～0.7	0.6～0.7
			组件加热圈温度(℃)		295
第一牵伸辊(m/min)	1500～2800	4700～5000
			第二牵伸辊(m/min)	5000以下	4950～5500
卷绕速度(m/min)	5000以下	4900～5540
			丝束卷曲度	卷曲良好	卷曲良好
卷曲度控制	调整过程时间长	及时、方便

从表2可以看出，本发明技术方案在达到熔体粘度要求的条件下，适当降低体统的温度，但满足熔体在喷丝板处的瞬间挤出温度达到所需纺丝熔体粘度要求的温度，既保证了产品的质量，又能使熔体在喷丝孔中挤出时有较小的剪切速率，保持了纤维在高温情况下，经过侧吹风冷却后能形成迎风面和背风面的温度差的扩大，为纤维在纵向结构上形成结晶度的差异提供了必要条件。同时，由于降低了系统的温度，节约了能源，降低了生产成本。 

Claims (5)

1.一种涤纶卷曲丝的制备方法，原料PET切片经过结晶、干燥后靠自重落到螺杆挤压机，经熔融和搅拌挤压挤出，进入熔体管道分配，熔体经过等长的管道到达计量泵，经过计量泵精确计量后，熔体送到纺丝箱体内的纺丝组件，经喷丝孔挤出、冷却、上油后形成丝束，再经牵伸、卷绕，形成成品纤维；其特征在于包括如下工艺条件：

结晶温度为140～170℃；

干燥温度为120～175℃，经干燥后的原料含水率小于21ppm；

螺杆挤压温度为265～285℃；

熔体管道和纺丝箱体的温度为282～286℃；

纺丝组件的温度为290～300℃；

上油量为普通丝的2～3倍，含油率为1.8%～2.5%；

牵伸辊的速度为4900～5500米/分；

卷绕速度为4850～5450米/分。

2.一种制备涤纶卷曲丝的装置，它是基于常规的FDY生产设备，其特征在于：

在纺丝组件的组件压板外部设有加热器；所述的加热器包括加热圈、温度传感器及温度控制器；加热圈紧贴于组件压板的周围，通过固定螺栓连接，由温度控制器控制加热；温度传感器置于加热圈上，其输出端与温度控制器连接；

喷丝孔的孔型为偏心状的C型结构，实体部分的直径为喷丝孔直径的1/6～1/5，C型孔豁口的开口距离为实体部分直径孔的2/3～4/5；喷丝孔在喷丝板上的排列方式为错位排列，喷丝孔的C型孔豁口处正对侧吹风窗的迎风面。

3.根据权利要求2所述的一种制备涤纶卷曲丝的装置，其特征在于：所述的喷丝孔，其与纺丝熔体接触部分的孔型的各连接处的曲线为光滑过渡。

4.根据权利要求2所述的一种制备涤纶卷曲丝的装置，其特征在于：所述的温度控制器包括可编程逻辑控制器及温度控制执行电路；所述的可编程逻辑控制器的信号输入端与温度传感器连接，其信号输出端通过温度控制执行电路与加热圈连接。

5.根据权利要求2或4所述的一种制备涤纶卷曲丝的装置，其特征在于：所述的加热圈为双层的铝板结构，中间安装电热丝。

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