CN102704021A - 摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其复合纺丝组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其复合纺丝组件。采用双螺杆复合纺丝方法，使二种熔融的组份相经复合纺丝组件，汇合在喷丝孔入口处，一同挤出丝束，经冷却、上油、卷绕、落桶，再经后纺的集束、浸渍槽、第一牵伸机、水浴拉伸、第二牵伸机、水浴拉伸、第三牵伸机、上油、卷曲、松弛热定型和切断，成为摩天轮型海岛复合短纤维。其中一相是混合比例为50∶50到60∶40之间的PE与PA的不定岛组份共混物，另一相是一种可进行熔融纺丝的又耐甲苯和DMF溶剂的定岛组份高聚物；所使用的复合纺丝组件中，针管板上的每个针管与喷丝板上的每个喷丝孔同心并一一对应，针管的出口一端被加工成2～32个“∩”形狭缝，并与喷丝板面直接接触，所制得的纤维横截面像摩天轮一样，外层有一圈定岛、其余为不定岛的海岛型复合短纤维。
Description
技术领域
本发明涉及一种海岛型复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件。
背景技术
海岛型复合短纤维是一种聚合物以多个极细的微纤(称之为岛)的形式在另一种聚合物(称之为海)之中。用该类纤维制成针刺非织造布后经在聚氨酯的DMF溶液中浸渍，然后在凝固液DMF的水溶液中浸泡，进行凝固和发泡处理，再用溶剂溶去海相，留下的岛组份微纤即为超细纤维，最终制成透气、柔软近似真皮结构的超细纤维人工皮革基布。目前用在合成革行业的海岛型复合短纤维生产方法有“定岛”和“不定岛”之分，即定岛型和不定岛型海岛超细复合短纤维。
定岛法生产海岛型复合短纤维，是由二种聚合物通过双螺杆复合纺丝机分别熔融、进入海岛型纺丝组件，岛相和海相分别通过各自的路径在喷丝孔的入口处汇合喷出，形成海岛纤维，其岛相和海相在纤维的长度方向是连续、均匀分布的，岛数固定，一般在37岛以上，用这种方法生产的复合纤维的海组份与岛组份的比例通常为30∶70或20∶80，岛组份的含量较高。在这种海岛型喷丝板中，37岛的单丝是由37根针管组喷出的高聚合熔体细流凝聚成纤，针管和针板通常采用紧配合并辅用激光焊实使针管不会脱落。如果喷丝板是200孔，对应的是200个针管组，每组37根针管(总计7400根针管)与导流板的200组每组37个导流孔(总计7400个导流孔)对应，每一个针管与导流孔配合同心度必须有很高精度才能满足纺制海岛纤维的要求，岛才能均匀分布在海中而不粘连。因此定岛型分配板、喷丝板的加工精度高、费用大，维护成本高。岛数越多，喷丝板的开孔越少，生产能力越低，投资较大。
不定岛法生产海岛型复合短纤维，常用锦纶切片PA6和低密度聚乙烯LDPE在一定温度和条件下混合，经同一个螺杆挤压机熔融、共混，再经计量泵、纺丝组件喷出，形成不定岛的超细纤维。此种方法生产的海岛纤维其岛相不连续、不固定，即岛的长度及分布在一定范围内存在随机性，生产成本低，产量高。但此法中岛相组份的比例较低，一般在50％左右，如果达到55％以上时，岛相就会出现不规则的异常形状(特别大的岛或岛与岛粘连)，由于海的成份较高，在用甲苯萃取后，纤维留下的空隙较多，密度较低，制成合成革的物性就相对较低。
发明内容
本发明旨在提出一种截面为摩天轮型海岛复合短纤维的生产方法。
本发明旨在提出一种用于生产摩天轮型海岛复合短纤维所使用的复合纺丝组件，制得的纤维横截面像摩天轮一样，外层有一圈定岛、其余为不定岛的海岛型复合短纤维。
本发明旨在提出一种生产摩天轮型海岛复合短纤维的复合纺丝组件，主体结构依次为顶板、分配板1、分配板2、针管板和喷丝板。其特征一是针管板上的每个针管孔与喷丝板上的每个喷丝孔同心并一一对应；其特征二是针管的出口一端被加工成2～32个“∩”形狭缝，并与喷丝板面直接接触，喷丝板内面为平面。
在该复合纺丝组件中，不定岛组份的共混物熔体从针管板的上端流入针管孔，而在针管板和喷丝板之间的定岛组份的熔体通过针管下端的“∩”形狭缝从四周流进并与不定岛组份熔体汇合在喷丝孔入口处，一同挤出丝束，最终形成外层中有一圈定岛、其余为不定岛截面的摩天轮型海岛复合纤维。针管出口处的“∩”形狭缝数就是摩天轮型纤维中的定岛数；当选择不同的定岛数时，只需要选用对应“∩”形狭缝数的针管板。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法如下：应用双螺杆复合纺丝设备，采用双螺杆复合纺丝方法，令二种熔融的组份相经上述的复合纺丝组件，汇合在喷丝孔入口处，一同挤出丝束，经冷却、上油、卷绕、落桶，再经后纺的集束、浸渍槽、第一牵伸机、水浴拉伸、第二牵伸机、水浴拉伸、第三牵伸机、上油、卷曲、松弛热定型和切断，成为摩天轮型海岛复合短纤维。其中不定岛组份是混合比例为50∶50到60∶40之间的PE与PA的共混物，定岛组份是一种可进行熔融纺丝的又耐甲苯和DMF溶剂的高聚物。
本发明的原理是：当定岛组份的熔体从四周流进“∩”形狭缝与不定岛组份汇合同时流向喷丝孔时，由于不定岛组份的熔体流动指数比定岛组份的高，按照复合纺丝过程中熔体的“低粘趋肤效应原理”，在喷丝孔中，不定岛组份的熔体会逐渐包围每一个通过“∩”形狭缝的定岛熔体，最终形成一种横截面外层有一圈定岛(定岛数等于“∩”形狭缝数)、其余为不定岛截面的摩天轮型海岛复合纤维。
在这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，如果制得的成品纤维的单丝纤度为2～15dtex，用有机溶剂抽出LDPE组份后，定岛组份分离后的单丝纤度为0.02～0.5dtex，采用混合比例为50∶50到60∶40之间的PE与PA的共混物分离后，留下的是单丝纤度为0.001～0.20dtex的不定岛纤维。
附图说明
图1是摩天轮型海岛短纤维纺丝组件成形原理图；
图2是图1中沿E-E的剖视图；
图3是纺丝工艺流程图；
图4是后纺工艺流程图。
图1中，1是针管板，2是针管，3是针管出口端的“∩”形狭缝，4是喷丝板；5是定岛组份的入口，6是不定岛共混物的入口；。
具体实施方式
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，应用双螺杆复合纺丝设备，采用双螺杆复合纺丝方法，令二种熔融的组份相经图1所示的复合纺丝组件，汇合在喷丝孔入口处，一同挤出丝束，经冷却、上油、卷绕、落桶，再经后纺的集束、浸渍槽、第一牵伸机、水浴拉伸、第二牵伸机、水浴拉伸、第三牵伸机、上油、卷曲、松弛热定型和切断，成为摩天轮型海岛复合短纤维。其中定岛相组份为任何一种可进行熔融纺丝的又耐甲苯和DMF溶剂的高聚物，不定岛相是混合比例为50∶50到60∶40之间的PE与PA的共混物。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，不定岛组份使用熔融指数为50～70MFI的低密度聚乙烯LDPE和相对粘度为2.6～3.2η的锦纶PA6的共混物。这种摩天轮型海岛复合短纤维中的定岛数可以为2～32个，定岛与不定岛二相组份的重量比可以是20/80～40/60，最终可得到线密度为0.001～0.5dtex的超细纤维。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，定岛组份采用PA6时，PA6组份的熔体温度可控制在270～280℃，不定岛PA6+PE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，定岛组份采用PET时，PET组份的熔体温度可控制在280～290℃，不定岛PA6+PE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，定岛组份采用PTT时，PTT组份的熔体温度可控制在255～265℃，不定岛PA6+PE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，定岛组份采用抗菌防臭PET切片时，抗菌防臭PET组份的熔体温度可控制在270～285℃，不定岛PA6+PE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法中，定岛组份采用改性PET高收缩切片，改性高收缩PET的熔体温度可控制为270～285℃，不定岛PA6+PE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件的具体工艺流程如图1、图2、图3和图4所示。
这种摩天轮型海岛复合短纤维使用的复合纺丝组件中，输入不定岛组分熔体的针管与喷丝板面直接接触，接触的一端，可以根据需要加工其∩形狭缝个数。在本方案中，分别选用∩形狭缝数为8、12、16三种规格，喷丝板孔数为1200孔，喷丝板微孔直径为0.35mm。螺杆和计量泵由变频调速控制，螺杆各区和箱体温度自动控制。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件的具体工艺参数如下：
①切片干燥
共混物中：低密度聚乙烯LDPE本身不含水，PA6直接使用厂商已干燥好的干切片，为了保证二种原料在投料和计量混合过程中不吸水，保证纺丝顺利，干燥塔1底部通入0.3m3/小时的露点为-60℃的干燥N2气进行保护，纺丝时PA6干切片含水率控制在1000ppm以下。
PA6干切片：PA6直接使用厂商已干燥好的干切片，因此，使用时也是在干燥塔2底部通入0.3m3/小时的露点为-60℃的干燥N2气进行保护，使切片含水率控制在1000ppm以下。
PET、抗菌防臭PET、改性PET高收缩切片、PTT若是湿切片，使用前经过英国Rosion公司流化床式切片预结晶器和充填干燥塔用露点为-60℃的加热干空气进行干燥，切片含水率控制在100ppm以下。
②纺丝工艺参数：
原料重量比：定岛与不定岛二相组份的重量比可以是20/80～40/60。
计量泵规格：定岛组份10cc/rev，不定岛组份20cc/rev；
根据成品纤度、原料配比计算，PA6在280℃下熔体密度1.04g/cm3，PET在285℃下熔体密度1.13g/cm3，LDPE+PA6的共混物在275℃下熔体密度0.875g/cm3；
螺杆转速：螺杆转速是由过滤器出口压力控制的，生产中过滤器出口压力控制为：PA6、PET、改性PET、PTT 100bar；LDPE+PA6 90bar；
螺杆各区温度设定：LDPE+PA6 130～285℃，
PA6 220～280℃，
PET 260～290℃，
PTT 200～265℃，
抗菌防臭PET切片 260～285℃；
改性PET高收缩切片 260～285℃；
冷却风温度：14℃～22℃；
纺丝箱下部的抽风装置抽风风速：3.0m/秒，以便排除PA6、PE纺丝挥发出的单体；
纺丝速度：300～600m/min。
③卷绕工艺参数：
上油盘转速：20～30rpm/min；
油剂浓度为：1.5％；
卷绕速度：300～600m/min；
④后纺工艺参数：
集束旦数：100万dtex；
浸渍槽是水浴；
第一牵伸机速度：20～25m/min；
第二牵伸机速度：50-70m/min；
第三牵伸机速度：60～80m/min；
第一牵伸水浴温度：80～82℃；
第二牵伸水浴温度：82～96℃；
牵伸总倍数：3.0～4.0；
油剂槽油剂浓度：3％(锦纶专用油剂)；
油剂槽油剂温度：45～55℃；
丝束进卷曲机的温度：45～55℃；
卷曲机速度：60～80m/min；
松弛热定型温度：60～90℃；
松弛热定型时间：8～12min；
切断机速度：50～70m/min；
切断长度：51mm。
⑤纤维成品性能：
单丝纤密度：2～15dtex；
共混组份中分离出的不定岛单丝纤度：0.001～0.20dtex；
定岛剥离后单丝纤度：0.02～0.5dtex；
断裂强度：2.5～5.0CN/dtex；
断裂伸长率：30～120％；
卷曲数：15～25个/25cm。
这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件具有如下优点：
①用这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件制成的短纤维：其定岛数可以为2～32个，(定岛+不定岛)与海相组份的重量比可以是52/48～70/30，以此制造方法相对定岛海岛型超细短纤维，其复合纺丝组件的结构简单、加工成本低、布孔量大，因此生产能力高，投资相对较低。相对不定岛超细纤维则提高了岛相组份的比例，减少了LDPE的抽出，降低了生产成本，并为高密度基布生产提供了可靠手段。
②用这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件制成的短纤维，经溶剂抽出LDPE后，不定岛微纤的单丝纤度为0.001～0.20dtex，定岛的单丝纤度为0.02～0.50dtex，因此该纤维兼有定岛和不定岛超细短纤维的性能，应用到超细纤维人工皮革方面，可制成触感优异的绒面革和高性能的仿真皮合成革。
③用这种摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法及其使用的复合纺丝组件制成的短纤维，定岛组份选用不同的原料，所生产的产品就有不同的风格，为超细纤维人工皮革基布提供了更多的发展空间。例如，定岛组份使用PET成份时，由于PET超细纤维的断裂伸长比PA6的小，因此这类基布更适合用做高强低伸型产品，如车用革。若使用PTT成份，由于PTT是高弹性纤维，所生产的基布弹性好，可作为服装革面料。若使用抗菌防臭PET成份，则基布具有抗菌防臭功能。若使用改性PET高收缩切片，可生产厚型、高密、手感超软的人工皮革基布。
实施例1：PA6/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的生产工艺
(a)纺丝原料：
定岛组份：PA6切片，牌号M32600，相对粘度为2.6η；广州新惠美纶达股份有限公司生产。
LDPE+PA6的共混物：熔融指数为60MFI的LDPE和粘度为2.8η的PA6的共混物，其中：LDPE，牌号1I60A，熔融指数为60，北京燕山石化分公司生产。
锦纶切片，牌号M32800，相对粘度为2.8η；
(b)原料配比：重量比：PA6/(PA6+LDPE)＝30/(35+35)；
(c)喷丝板规格：孔数×∩形数×孔径为1200×16×0.35mm；
(d)螺杆挤压机：规格125，长径比L/D＝30∶1；
(e)计量泵规格：皮层组份10cc/rev，芯层组份20cc/rev；
(f)冷却风温度：16℃，风速：2.5m/s；
(g)上油盘转速：25rpm/min，油剂浓度为：1.5％；
(h)纺丝(卷绕)速度：450m/min；
(i)纺丝工艺及物性：
表1 PA6/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的纺丝工艺表
表2：前纺原丝物性测试数据
| 纤度dtex | 强度cn/dtex | 伸长％ | 断裂功 |
| 16.36 | 1.32 | 326.7 | 431.2 |
(j)延伸工艺及物性：
后纺延伸时的拉伸比设定为：第一牵伸比为3.10，第二牵伸比为1.08，总牵伸比为3.35倍，有效拉伸比为3.20，一牵水浴温度为82℃，二牵水浴温度为86℃；
表3：PA6/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的延伸工艺表
表4：PA6/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的延伸丝物性测试数据
用该摩天轮型海岛复合短纤维制成无纺布后经含浸PU，抽出PE，制成超细纤维人工皮革基布，由于开纤后的纤维中有30％比例的PA6是定岛纤维，因定岛纤维绒毛长度均一、分布均匀，其制成的人工皮革基布表面经起绒处理后，表面的绒毛相对均匀，毛感强，毛羽不易脱落，也不易起球，而不定岛部分的超细纤维则增强了产品细腻的触感和密实的弹性感，用此纤维可制成高档的绒面革产品。
实施例2：PET/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的生产工艺
(a)纺丝原料：
定岛组份：PET涤纶切片，粘度为0.64dl/g，；仪征化纤有限公司生产。
LDPE+PA6的共混物：熔融指数为60MFI的LDPE和粘度为2.8η的PA6的共混物，其中：LDPE，牌号1I60A，熔融指数为60，北京燕山石化分公司生产。
锦纶切片，牌号M32800，相对粘度为2.8η；广州新惠美纶达股份有限公司生产。
(b)原料配比：重量比：PET/(PA6+LDPE)＝35/(32+33)；
(c)喷丝板规格：孔数×∩形数×孔径为1200×12×0.35mm；
(d)螺杆挤压机：规格125，长径比L/D＝30∶1；
(e)计量泵规格：PET涤纶组份10cc/rev，LDPE+PA6的共混物组份20cc/rev；
(f)冷却风温度：16℃，风速：2.5m/s；
(g)上油盘转速：25rpm/min，油剂浓度为：1.5％；
(h)纺丝(卷绕)速度：450m/min；
(i)纺丝工艺及物性：
表5 PET/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维纺丝工艺表
表6：前纺原丝物性测试数据
| 纤度dtex | 强度cn/dtex | 伸长％ | 断裂功 |
| 16.94 | 1.41 | 312.5 | 440.6 |
(j)延伸工艺及物性：
后纺延伸时的拉伸比设定为：第一牵伸比为3.20，第二牵伸比为1.08，总牵伸比为3.46倍，有效拉伸比为3.30，一牵水浴温度为84℃，二牵水浴温度为88℃；
表7：PET/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维延伸工艺表
表8：延伸丝物性测试数据
该摩天轮型海岛复合短纤维中有32％的PA6不定岛和35％的PET定岛超细纤维，超细纤维比例达67％，由于PET纤维刚性好，断裂伸长小，因此用此纤维可制作密度高、热稳定性好，不易发生形变的各类人工皮革基布。
实施例3：改性PET高收缩切片/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维的生产工艺
(a)纺丝原料：
定岛组份：改性PET高收缩切片(干热收缩率35％左右)，粘度为0.652dl/g；
LDPE+PA6的共混物：熔融指数为60MFI的LDPE和粘度为2.8η的PA6的共混物，其中：LDPE，牌号1I60A，熔融指数为60，北京燕山石化分公司生产。
锦纶切片，牌号M32800，相对粘度为2.8η；广州新惠美纶达股份有限公司生产。
(b)原料配比：重量比：改性PET高收缩切片/(PA6+LDPE)＝30/(35+35)；
(c)喷丝板规格：孔数×∩形数×孔径为1200×8×0.35mm；
(d)螺杆挤压机：规格125，长径比L/D＝30∶1；
(e)计量泵规格：改性PET高收缩组份10cc/rev，LDPE+PA6的共混物组份20cc/rev；
(f)冷却风温度：16℃，风速：2.5m/s；
(g)上油盘转速：25rpm/min，油剂浓度为：1.5％；
(h)纺丝(卷绕)速度：450m/min；
(i)纺丝工艺及物性：
表9改性PET高收缩切片/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维纺丝工艺表
表10：前纺原丝物性测试数据
| 纤度dtex | 强度cn/dtex | 伸长％ | 断裂功 |
| 16.57 | 1.34 | 301.8 | 404.4 |
(j)延伸工艺及物性：
后纺延伸时的拉伸比设定为：第一牵伸比为2.90，第二牵伸比为1.08，总牵伸比为3.13倍，有效拉伸比为3.00，一牵水浴温度为82℃，二牵水浴温度为86℃；
表11：改性PET高收缩切片/(PA6+LDPE)摩天轮型海岛复合短纤维延伸工艺表
表12：延伸丝物性测试数据
用该摩天轮型海岛复合短纤维制成无纺布后经含浸PU，抽出PE，制成超细纤维人工皮革基布，由于高收缩PET纤维在基布的干燥工序中，高温定型时发生了一定量的收缩，因此被压缩的PA6超细纤维和PU发泡树酯使基布具有了较好的压缩弹性和充实的手感，是制作厚型、手感、垂感好的人工皮革基布的优秀材料。
Claims (10)
1.一种截面为摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，应用双螺杆复合纺丝设备，采用双螺杆复合纺丝方法，令二种熔融的组份相经所述的复合纺丝组件，汇合在喷丝孔入口处，一同挤出丝束，经冷却、上油、卷绕、落桶，再经后纺的集束、浸渍槽、第一牵伸机、水浴拉伸、第二牵伸机、水浴拉伸、第三牵伸机、上油、卷曲、松弛热定型和切断，成为摩天轮型海岛复合短纤维；其中一相是混合比例为50∶50到60∶40之间的PE与PA的不定岛组份共混物，另一相是一种可进行熔融纺丝的又耐甲苯和DMF溶剂的定岛组份高聚物；所制成的摩天轮型海岛复合纤维中，截面外层中有一圈定岛、其余为不定岛。
2.如权利要求1所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是不定岛组份相使用熔融指数为50～70MFI的低密度聚乙烯LDPE和相对粘度为2.6～3.2η的锦纶PA6的共混物，定岛组份相是一种可进行熔融纺丝的又耐甲苯和DMF溶剂的高聚物；其定岛数可以为2～32个，定岛与不定岛二相组份的重量比可以是20/80～40/60。
3.如权利要求2所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是定岛组份采用PA6时，PA6组份的熔体温度可控制在270～280℃，不定岛PA6+LDPE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
4.如权利要求2所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是定岛组份采用PET时，PET组份的熔体温度可控制在280～290℃，不定岛PA6+LDPE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
5.如权利要求2所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是定岛组份采用PTT时，PTT组份的熔体温度可控制在255～265℃，不定岛PA6+LDPE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
6.如权利要求2所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是定岛组份采用抗菌防臭PET切片时，抗菌防臭PET组份的熔体温度可控制在270～285℃，不定岛PA6+LDPE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
7.如权利要求2所述的摩天轮型海岛复合短纤维的制造方法，其特征是定岛组份采用改性PET高收缩切片，改性PET的熔体温度可控制为270～285℃，不定岛PA6+LDPE共混物的熔体温度控制在265℃～285℃。
8.权利要求1所述的制造摩天轮型海岛复合短纤维所使用的复合纺丝组件，其组件从上至下，主体结构依次为顶板、分配板1、分配板2、针管板和喷丝板。
9.如权利要求8所述的组件中，其特征是针管板上的每个针管孔与喷丝板上的每个喷丝孔同心并一一对应。
10.如权利要求8所述的组件中，其特征是针管的出口一端被加工成2～32个“∩”形狭缝，并与喷丝板面直接接触，喷丝板内面为平面。
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