CN102787376B - 一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，属于涤纶工业丝制备技术领域，其特征在于，包括以下步骤：（1）熔体增粘：由缩聚所得到的低粘聚酯熔体经过熔体增粘反应器进行增粘，得到高粘聚酯熔体；（2）功能型熔体的混合：将高粘聚酯熔体经熔体管道输送纺丝箱体进行纺丝，在熔体管道将功能型熔体与高粘聚酯熔体按比例进行混合；（3）纺丝：将混合后的功能型高粘聚酯熔体直接输送到各个纺丝位纺丝；（4）牵伸热定型：功能型高强涤纶工业丝采用两级牵伸一级松弛热定型，功能型低收缩涤纶工业丝采用两级牵伸两级松弛热定型；（5）卷绕成型：牵伸热定型后的纤维经过网络处理后卷绕成型。本发明实现了采用熔体直纺生产多功能涤纶工业丝的目的，具有低成本、高效率、均匀稳定的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，具体属于涤纶工业纤维制造领域。
背景技术：
目前，国内外普遍采用固相缩聚熔融纺丝工艺路线来生产涤纶工业丝，即熔融缩聚所得的低粘聚酯熔体经过切粒、干燥、结晶、固相缩聚制得特性粘度在0.90～1.10dl/g的高粘聚酯切片，切片用氮气输送到螺杆挤压机熔融并于螺杆出口混合功能性熔体进行纺丝，使用此工艺生产多功能涤纶工业丝设备投资成本高、物料周转周期长、生产能耗大，并且由于螺杆挤压机流量、设备及工艺限制，目前单个纺位最多只能进行4－8头纺丝。
基于切片纺的上述缺点，近年来开发了熔体直纺技术，熔体直接纺丝技术是指高粘聚酯熔体直接输送到各个纺丝位进行纺丝，与传统切片纺相比，具有生产能耗低、效率高、设备投资成本少等显著特点。
本发明要解决的技术问题是：通过对熔体直纺工艺进行研究，探寻一种采用熔体直纺生产多功能涤纶工业丝工艺，该工艺具有较高的生产效率和较低的能耗。
发明内容：
本发明的目的是提供一种低成本、高效率、均匀稳定的熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺。
本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下：
一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔体增粘：由缩聚所得到的低粘聚酯熔体经过熔体增粘反应器进行增粘，得到特性粘度在0.90～1.10dl/g的高粘聚酯熔体；
所述的低粘聚酯熔体特性粘度0.64～0.69dl/g；低粘聚酯熔体通过增压泵增压、双联式过滤器过滤后，输送至熔体增粘反应器内增粘；
所述熔体增粘反应器优选采用立式熔体增粘反应器，熔体由反应器的顶部输入，并在反应器内由于重力自然成膜均匀流下，增粘温度270～290℃，压力50～130Pa，增粘时间60～90min；
（2）功能型熔体的混合：将高粘聚酯熔体经熔体管道输送纺丝箱体进行纺丝，在熔体管道中，将功能型熔体与高粘聚酯熔体按比例进行混合；
本发明通过在高粘聚酯熔体输送的熔体管路上，设置有一个三通以及一个管道混合器，然后将功能型熔体通过三通与高粘聚酯熔体相遇，并按比例经管道混合器充分混合调匀后，再送入到纺机计量泵进行纺丝，从而具有很好的柔性。
所述功能型熔体采用熔体计量泵，经三通注射到纺丝熔体管道的高粘聚酯熔体中，注射比例为2.5-3.2％（功能型熔体占混合后熔体总质量的百分比），然后经过管道混合器进行充分混合。
所述的功能型熔体采用以下方法制备：将功能型母粒与高粘聚酯切片按比例混合后，经母粒干燥机干燥，投入到小型螺杆挤出机中熔融形成功能型熔体。其中：
所述的功能型母粒选自抗老化、耐水解、抗静电、可降解功能型母粒的任意一种。
功能型母粒与高粘聚酯切片的混合比例可根据所制备的功能型涤纶工业丝的类型自由配置。
所述母粒干燥采用组合式干燥器，即在上部配置有带搅拌器的预干燥混合体系，下部为充填式干燥塔，组合式干燥器的优点是对产品的柔性调节，可根据产品产量的需求决定采取一段和两段干燥。具有较好的灵活性，且可以降低转产中产生的废料。
所述母粒干燥工艺为：干燥温度为130-170℃，优选为156℃，干燥时间为6-12小时，选择为9小时。
为了尽可能减少功能型熔体的降解，保持其物料性能，在熔融过程中，降低功能母粒的熔融温度和停留时间，本发明使用独立的小型螺杆挤出机将功能母粒熔融，熔融温度为272-292℃，熔融时间3.5-6分钟，熔融后功能型熔体温度控制在280-285℃。
（3）纺丝：将混合后的功能型高粘聚酯熔体直接输送到各个纺丝位，每个纺丝位采用16头纺丝，熔体经计量泵计量挤出、经过滤后由喷丝板喷出，经侧吹风冷却后集束上油；
所述的16头纺丝：在每个纺丝位设有2个纺丝箱体，每个箱体设有2个行星泵，每个行星泵含有1个熔体入口和4个熔体出口，每个箱体配有4个纺丝组件，纺丝组件采用双胞胎设计，即每个纺丝组件包含两个独立的熔体出入口、过滤器、导流块，喷丝板，每个纺丝组件可以进行两束丝纺丝。
所述纺丝工艺参数如下：计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温20～25℃，风湿60%～70%。
所述的上油工艺，其中16头纺功能型高强及低缩涤纶工业丝集束上油在纺丝甬道下方进行。
所述的上油工艺采用油嘴二道上油，油剂由规格为0.05～0.10CC的油泵均匀的输送至各个油嘴，总上油率为0.4%～1.05%。
（4）牵伸热定型：功能型高强涤纶工业丝采用两级牵伸一级松弛热定型，功能型低收缩涤纶工业丝采用两级牵伸两级松弛热定型。
述功能型高强涤纶工业丝采用两级牵伸一级松弛热定型，其中：第一级牵伸比3.4～4.0，牵伸温度110～130℃；第二级牵伸比1.5～2.0，牵伸温度220～235℃，总牵伸比5.6～6.2；松弛温度150～190℃，总松弛比0.8%～3.0%。
所述功能型低收缩涤纶工业丝采用两级牵伸两级松弛热定型，其中：第一级牵伸比3.4～4.0，牵伸温度110～130℃；第二级牵伸比1.4～1.8，牵伸温度240～250℃，总牵伸比5.6～6.0；第一级松弛热定型温度240～250℃，第二级弛热定型温度230～240℃，总松弛比7%～10%。
（5）卷绕成型：牵伸热定型后的纤维经过网络处理后卷绕成型。卷绕采用双胞胎式卷绕机，同时进行16头卷绕。
所述的网络处理，网络器压力为0.15～0.40Mpa。
本发明的有益效果如下：
本发明采用立式熔体增粘反应器增粘、独特的功能型熔体混合方式，再配合多头纺丝工艺、多级牵伸和多级松弛热定型，以及独特的双胞胎卷绕机进行高速卷绕，从而实现了液相熔体增粘直纺功能型涤纶工业丝，该工艺与现有涤纶工业丝生产技术相比，具有以下有益效果：
1、物料周转周期短：省去了常规固相缩聚熔融纺丝工艺路线中的熔体切粒、干燥、螺杆熔融工序，液相增粘时熔体粘度从0.68dl/g增至1.05dl/g只需60～90min，而采用固相缩聚则需要30h左右；
2、生产能耗低：采用本发明工艺技术生产涤纶工业丝可节约能耗30%左右；
3、生产效率高：可进行每位16头纺丝，单个纺位产能大幅度提高，将是现有生产技术的2～4倍。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
根据本发明的生产工艺流程，调整各工艺参数，分别制备功能型高强、低缩等各种类型的功能型涤纶工业丝的实施例如下。
实施例1：熔体16头直纺1000D（1110dtex/192f）黑色高强涤纶工业丝。
（1）、熔体增粘：
通过熔融缩聚制得特性粘度为0.64～0.69dl/g的低粘聚酯熔体，低粘聚酯熔体通过增压泵增压、双联式过滤器过滤后，输送至立式熔体增粘反应器的顶部，在立式熔体增粘反应器内，由重力自然成膜均匀流下，立式熔体增粘反应器内温度270～290℃、压力50～130Pa，60～90min后得到特性粘度为0.90～1.10dl/g的高粘聚酯熔体。
（2）、熔体直接纺丝：
经过熔体增粘后的高粘聚酯熔体，输送至各个纺丝位的纺丝箱体中，在通往每个纺丝位的熔体管道上，注射经过单独小螺杆熔融制成的功能型熔体，高粘聚酯熔体与功能型熔体在熔体管道内经管道混合器充分混合成混合熔体，进入纺丝箱体纺丝；每个纺丝位采用16头直纺，纺丝箱体温度290～300℃，混合熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经300mm高的缓冷区后冷却成型、集束上油，计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温20～25℃，风湿60%～70%；上油在纺丝甬道下30～300cm处进行，采用二道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和16个出油孔，总上油率为0.40%～0.80%。
16头直纺：每个纺丝位设置有两个并联式的纺丝箱体，每个纺丝箱体设置四个行星泵，每个行星泵含有一个熔体入口和四个熔体出口，每个纺丝箱体配置四个纺丝组件，每个纺丝组件设置两个独立的熔体出入口、过滤器和导流块，喷丝板（孔数2×192），使得单个纺丝组件可以进行两束丝纺丝，最终达到16头直纺。
（3）、牵伸热定型：
采用两级牵伸一级松弛热定型工艺，第一纺丝辊速度为400～600m/min；预张力辊速度为420～620m/min，温度80～100℃；第一对牵伸辊速度为1500～2000m/min，温度110～130℃；第二对牵伸辊速度为2550～3650m/min，温度为220～235℃；松弛定型辊速度为2530～3530m/min，温度为150～170℃。
（4）、卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型，主网络器压力为0.25～0.4Mpa，卷绕采用双胞胎式卷绕机，卷绕速度2500～3500m/min，卷绕张力170～230cN，卷绕角6.5°～7.5°。
基于实施例1工艺流程，进一步确定该流程最佳工艺参数如下：
黑色母粒干燥温度：156℃，时间9小时；
小螺杆熔体后熔体温度：285℃；时间5分钟；
熔体泵注入黑色母粒熔体比例：3％；压力130bar；
管道混合时间：0.1分钟。温度300℃。
主熔体计量泵转数：12.21rpm；
纺丝温度：293℃；
缓冷加热器温度：335℃；
侧吹风温度：21℃，湿度65％；
油剂泵转数：1－23rpm，2－15rpm；
牵伸辊工艺参数：
GR 速度m/min 温度℃
GR1 472
GR2 482 98
GR3 1720 130
GR4 2656 226
GR5 2624 147
DR 5.6271
松弛率％： 2.13；
卷绕速度： 2600m/min。
实施例2：熔体16头直纺1000D（1020dtex/192f）抗老化型低收缩涤纶工业丝。
（1）液相增粘：
通过缩聚制得特性粘度为0.64～0.69dl/g的低粘聚酯熔体，低粘熔体通过增压泵增压、过滤后输送至立式熔体增粘反应器顶部，由重力自然成膜均匀流下，反应器内温度270～290℃、压力50～130Pa，60～90min后得到特性粘度为0.90～1.00dl/g的高粘聚酯熔体。
（2）、熔体直接纺丝：
经过熔体增粘后的高粘聚酯熔体输送至各个纺丝位的纺丝箱体中，在通往每个纺丝位的熔体管道上注射经过单独的小螺杆熔融制成的功能型熔体，经过管道混合器充分混合，进入纺丝箱体；每个纺丝位采用16头直纺，纺丝箱体温度290～300℃，混合熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经300mm高的缓冷区后冷却成型、集束上油，计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温20～25℃，风湿60%～70%；上油在纺丝甬道下30～300cm处进行，采用二道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和16个出油孔，总上油率为0.70%～0.90%。
16头直纺：每个纺丝位设置有两个并联式的纺丝箱体，每个纺丝箱体设置四个行星泵，每个行星泵含有一个熔体入口和四个熔体出口，每个纺丝箱体配置四个纺丝组件，每个纺丝组件设置两个独立的熔体出入口、过滤器和导流块，喷丝板（孔数2×192），使得单个纺丝组件可以进行两束丝纺丝，最终达到16头直纺。
（3）、牵伸热定型：
采用两级牵伸两级松弛热定型工艺，第一对辊速度为450～550m/min；预张力辊速度为470～570m/min，温度80～100℃；第一对牵伸辊速度为1800～2200m/min，温度110～130℃；第二对牵伸辊速度为2750～3150m/min，温度为240～250℃；第一对热定型辊速度为2650～3050m/min，温度为240～250℃；第二对热定型辊速度为2450～2850m/min，温度为230～240℃。
（4）、卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型。网络器压力为0.16～0.25Mpa，卷绕采用“双胞胎”式卷绕机，卷绕速度2500～2900m/min，卷绕张力60～100cN，卷绕角6.5°～7.5°。
基于实施例2的工艺流程，进一步确定该流程最佳工艺参数如下：
抗老化母粒干燥温度：152℃，时间10小时；
小螺杆熔体后熔体温度：285℃；时间4分钟；
熔体泵注入抗老化母粒熔体比例：3％；压力130bar；
管道混合时间：0.1分钟。温度300℃。
主熔体计量泵转数：12.21rpm；
纺丝温度：298℃；
缓冷加热器温度：339℃；
侧吹风温度：21℃，湿度65％；
油剂泵转数：1－23rpm，2－15rpm；
牵伸辊工艺参数：
GR 速度m/min 温度℃
GR1 498
GR2 518 95
GR3 2030 130
GR4 2975 243
GR5 2830 245
GR6 2690 245
DR 5.974
松弛率％： 9.24；
卷绕速度： 2700m/min。
实施例3：熔体16头直纺1000D（1110dtex/192f）耐水解低缩涤纶工业丝。
（1）液相增粘：
通过缩聚制得特性粘度为0.64～0.69dl/g的低粘聚酯熔体，低粘熔体通过增压泵增压、过滤后输送至立式熔体增粘反应器顶部，由重力自然成膜均匀流下，反应器内温度270～290℃、压力50～130Pa，60～90min后得到特性粘度为0.90～1.10dl/g的高粘聚酯熔体。
（2）直接熔体纺丝：
熔体增粘后的熔体输送至各个纺丝位的纺丝箱体，在通往每个纺丝位的熔体管道上注射经过单独的小螺杆熔融制成的功能型熔体，经过管道混合器充分混合，进入纺丝箱体；箱体温度290～300℃，每个纺位含有两个并联式的纺丝箱体，每个箱体设有4个行星泵，行星泵含有1个熔体入口和6个熔体出口，同时每个箱体配有6个纺丝组件，纺丝组件采用二合一设计，即每个纺丝组件包含两个独立的熔体出入口、过滤器、导流块，并共用同一块喷丝板，喷丝板采用分板设计，使得单个纺丝组件可以进行两束丝纺丝，最终达到24头纺。熔体经计量泵计量、过滤后由喷丝板喷出，经100mm高的缓冷区后冷却成型、预网络处理、集束上油。计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温20～25℃，风湿60%～70%；集束上油在冷却吹风区与纺丝甬道之间进行，采用一道油嘴上油，由2个油泵同时供油，油泵规格为0.05～0.10CC，并含有1个进油孔和12个出油孔，总上油率为0.65%～1.05%。
（3）、牵伸热定型：
采用2级牵伸1级松弛热定型工艺，第一对辊速度为400～500m/min；预张力辊速度为420～520m/min，温度80～100℃；第一对牵伸辊速度为1500～2000m/min，温度120～130℃；第二对牵伸辊速度为2500～2800m/min，温度为220～250℃；热定型辊速度为2450～2750m/min，温度为180～250℃。
（4）、卷绕成型：
定型后的纤维经网络处理后卷绕成型。网络器压力为0.15～0.20Mpa，卷绕采用“双胞胎”式卷绕机，卷绕速度2400～2700m/min，卷绕张力60～100cN，卷绕角4.8°～5.6°。
效果分析：
分别对上述三个实施例的产品进行检测，其质量指标如表1所示。
表1：各实施例制备的涤纶工业丝质量指标。
注：表1中，实施例1的产品干热收缩率测试条件为177℃, 1min, 0.05g/D；实施例2、实施例3的产品干热测试条件为190℃, 15min, 0.01g/D。
Claims (2)
1.一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔体增粘：由缩聚所得到的低粘聚酯熔体经过熔体增粘反应器进行增粘，得到特性粘度在0.90～1.10dl/g的高粘聚酯熔体；
（2）功能型熔体的混合：将高粘聚酯熔体经熔体管道输送纺丝箱体进行纺丝，在熔体管道，将功能型熔体与高粘聚酯熔体按比例进行混合；
步骤（2）中，在高粘聚酯熔体输送的熔体管路上，设置有一个三通以及一个管道混合器，然后将功能型熔体通过三通与高粘聚酯熔体相遇，并按比例经管道混合器充分混合调匀后，再送入到纺机计量泵进行纺丝；
所述功能型熔体是采用熔体计量泵，经三通注射到纺丝熔体管道的高粘聚酯熔体中，注射比例为2.5-3.2％，然后经过管道混合器进行充分混合；
所述的功能型熔体采用以下方法制备：将功能型母粒与高粘聚酯切片按比例混合后，经母粒干燥机干燥，投入到小型螺杆挤出机中熔融形成功能型熔体，其中：
功能型母粒选自抗老化、耐水解、抗静电、可降解功能型母粒的任意一种；
母粒干燥采用组合式干燥器，即在上部配置有带搅拌器的预干燥混合体系，下部为充填式干燥塔；
所述母粒干燥工艺为：干燥温度为130-170℃，干燥时间为6-12小时；
母粒采用独立的小型螺杆挤出机熔融，熔融温度为272-292℃，熔融时间3.5-6分钟，熔融后功能型熔体温度控制在280-285℃；
（3）纺丝：将混合后的功能型高粘聚酯熔体直接输送到各个纺丝位，每个纺丝位采用16头纺丝，熔体经计量泵计量挤出、经过滤后由喷丝板喷出，经侧吹风冷却后集束上油；
（4）牵伸热定型：功能型高强涤纶工业丝采用两级牵伸一级松弛热定型，功能型低收缩涤纶工业丝采用两级牵伸两级松弛热定型；
（5）卷绕成型：牵伸热定型后的纤维经过网络处理后卷绕成型。
2.根据权利要求1所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于：所述的低粘聚酯熔体特性粘度0.64～0.69dl/g；低粘聚酯熔体通过增压泵增压、双联式过滤器过滤后，输送至熔体增粘反应器内增粘。
3.根据权利要求1所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于：所述熔体增粘反应器采用立式熔体增粘反应器，熔体由反应器的顶部输入，并在反应器内由于重力自然成膜均匀流下，增粘温度270～290℃，压力50～130Pa，增粘时间60～90min。
4.根据权利要求1所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的16头纺丝：在每个纺丝位设有2个纺丝箱体，每个箱体设有2个行星泵，每个行星泵含有1个熔体入口和4个熔体出口，每个箱体配有4个纺丝组件，纺丝组件采用双胞胎设计，即每个纺丝组件包含两个独立的熔体出入口、过滤器、导流块，喷丝板，每个纺丝组件可以进行两束丝纺丝。
5.根据权利要求1或4所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于，步骤（3）中：
纺丝工艺参数：计量泵前压为5～8MPa，泵后压15～20MPa；过滤器精度为15～20μm；缓冷区温度310～350℃；冷吹风风速为0.3～0.6m/s，风温20～25℃，风湿60%～70%；
上油工艺：采用油嘴二道上油，油剂由规格为0.05～0.10CC的油泵均匀的输送至各个油嘴，总上油率为0.4%～1.05%。
6.根据权利要求1所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于，步骤（4）中：
制备功能型高强涤纶工业丝采用两级牵伸一级松弛热定型，其中：第一级牵伸比3.4～4.0，牵伸温度110～130℃；第二级牵伸比1.5～2.0，牵伸温度220～235℃，总牵伸比5.6～6.2；松弛温度150～190℃，总松弛比0.8%～3.0%；
制备功能型低收缩涤纶工业丝采用两级牵伸两级松弛热定型，其中：第一级牵伸比3.4～4.0，牵伸温度110～130℃；第二级牵伸比1.4～1.8，牵伸温度240～250℃，总牵伸比5.6～6.0；第一级松弛热定型温度240～250℃，第二级松弛热定型温度230～240℃，总松弛比7%～10%。
7.根据权利要求1所述的一种熔体直纺多功能涤纶工业丝生产工艺，其特征在于：步骤（5）中，网络处理：网络器压力为0.15～0.40Mpa，卷绕采用双胞胎式卷绕机，同时进行16头卷绕。
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