CN103305958A

CN103305958A - 一种利用废旧pet生产扁丝的方法

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Publication number: CN103305958A
Application number: CN2013102621454A
Authority: CN
Inventors: 牛明军; 陈金周; 张丽; 郭凯; 李林; 毕婷婷; 宋小辉
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种利用废旧PET生产扁丝的工艺方法，属于高分子材料加工领域。本发明利用废旧PET通过反应挤出的方式，将PET进行增粘和增韧改性后通过专用分丝模具直接挤出扁丝，经冷却后采用水浴加热牵伸方法牵伸取向，再经电感加热热辊定型，冷却辊冷却后卷取。制得的PET扁丝有较好的韧性、牵伸等性能，有效地解决PET扁丝生产过程中牵伸易断的难题，生产的PET扁丝断裂强度达50MPa以上，可以应用于生产高性能的编织袋和集装袋领域。

Description

一种利用废旧PET生产扁丝的方法

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，特别涉及一种利用废旧PET生产高性能扁丝的工艺方法和相关设备。

背景技术

聚丙烯（PP）的很大用途是生产编织袋，由于聚丙烯编织袋容易与包装物分离、质量轻、成本低，已广泛用于化工、矿产粉体、建材及粮食等大综产品的包装。但是，由于PP耐候性差、易氧化，导致其氧化降解，在存放过程中编织袋的机械强度，尤其抗冲击强度大幅降低，影响包装效果。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的力学性能和耐候性均较好。据统计，我国每年PET瓶片产能达到500万吨，为世界PET生产、消费第一大国。世界PET的生产能力仍以每年1.8%的速度增长。但PET在自然条件下不易降解，大量废弃PET制品污染环境，世界各国都很重视PET的回收与循环利用。

[0004] 目前，国内一些生产PP扁丝设备厂家和生产编织袋的厂家都在尝试利用废旧PET研制开发高性能、耐老化PET扁丝和编织袋，但多数厂家只是在原有PP扁丝生产线基础上做一些改进。因为PET的玻璃化温度较高，熔体粘度较小，分子链刚性大，重排运动缓慢，结晶速率低，以至于在PP扁丝生产线上生产PET扁丝断丝情况严重，无法正常连续生产。

中国专利CN102094252A公开了一种PET扁丝拉丝机组，其包括干燥器、挤出机、过滤器、计量泵、模头、冷却装置、牵引装置、纵向切割装置、加热装置、拉伸装置、收卷装置。干燥器为带有加热器和搅拌器的真空干燥罐，将PET原料彻底干燥。PET熔体经过双缸切换熔体，过滤器过滤杂质后挤出PET片材，再经冷却、牵伸、分切制成扁丝。但其仍会面临PET在回收加工时因热降解导致熔体粘度低、可加工性差的问题。同时，其采用热板加热，传热效率低，扁丝上下表面温度不均，控温准确度差，纵向分切时，切刀会对扁丝分切面造成损伤，PET扁丝在牵伸过程中仍会断丝严重。

日本专利JP2003049323A公开了一种利用再生PET生产扁丝的方法，该专利涉及了对PET进行增粘改性。生产流程为：熔融挤出→冷却→分切→牵伸→热定型→卷取。切刀会对扁丝分切面造成损伤，仍采用传热效率较低的热板加热牵伸方式，导致扁丝上下表面温度不均。

中国专利CN2263113Y公布了一种生产涤纶扁丝的一种扁丝喷丝板，所述的喷丝孔由圆形的导孔和矩形的微孔二部分组成，其矩形口模长、宽比小，更接近普通纤维。中国专利CN2276507Y公开了一种用于编织家用洁具的涤纶扁丝，生产流程为：原材料切片→预结晶、干燥→熔融纺丝→水浴冷却→牵伸→热定型→冷却→卷取。其仍采用传统PP扁丝生产流程和冷却牵伸设备，该涤纶扁丝用于编制家用洁具，一般要求扁丝有一定的挺度，扁丝厚度0.5~1mm，扁丝宽带小于3mm。

中国专利CN202610417U公布了一种塑料扁丝拉丝机组，其生产流程为：先用流延法挤出PET片材，再经分切、热牵伸和热定型后卷取即可成扁丝。但未涉及对PET进行化学改性，仍沿用先分切再牵伸的工艺方法。

中国专利CN102534833 A公布了一种塑料扁丝拉伸机组的拉伸机构，其中的导轮在水浴加热箱的下面，扁丝要通过导轮底部，牵伸过程中因为摩擦力大，会造成断丝。

中国专利CN201645778U公布了一种新型双螺杆挤出熔体泵稳定挤出流率的拉丝机。其在挤出机头部处安装熔体泵和连接轴套，能替代单螺杆的塑料平膜拉丝机，缩短物料在机筒中停留时间，提高挤出机的塑化能力，适于再生塑料（PP、PE等）的加工，但对后期喷丝、牵伸、定型等工艺未加说明。

[0011] 中国专利CN102120868A公布了一种再生性回收聚酯片材增韧工艺，通过将PET切片、 PET回收料和增韧剂（对苯二甲酸乙二醇酯、多元醇酸、硬脂酸酯等），经混合搅拌、结晶干燥、挤出塑化使得聚合物分子量增大，再经压光定型、冷却上光、切割制成聚酯片材，主要用于工程塑料。

中国专利CN101659757公布了一种使用环氧树脂类、二噁唑啉类和二异氰酸酯类物质作为扩链剂提高回收涤纶的粘度，制造中粘度PET切片的方法，其对PET进行了粘改性后用作工程塑料，未进行增韧改性。

[0013] 综上所述，目前关于利用废旧PET生产扁丝的技术中仍面临着PET在回收加工时熔体粘度偏低和韧性差的问题。采用纵向分切时，扁丝的分切边缘出现小的银纹，在牵伸热定型过程中容易发展成为应力集中点。另外，PET的玻璃化温度较高，熔体粘度较小，PET分子链刚性大，重排缓慢，采用热板加热牵伸的方法，很难保证传热的均匀性和准确性，PET扁丝牵伸时断丝严重。急需对其原料配方及其加工工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废旧PET生产扁丝的改性方法，提高熔体粘度和韧性、减少牵伸时断丝，使回收的PET具有良好的可加工性，进而提高扁丝的拉伸强度和柔软度，并解决在编织过程中扁丝易滑动的问题。

为实现本发明目的，本发明利用废旧PET通过反应挤出的方式，将PET进行增粘和增韧改性后通过专用分丝模具直接挤出扁丝，经冷却后采用水浴加热牵伸方法牵伸取向，再经电感加热热辊定型，冷却辊冷却后卷取，满足工业化生产需求。

具体技术方案通过如下步骤实现：

1）将废旧PET粒料干燥，与扩链剂、增韧增容剂、成核剂和填料进行混合；其用量分别为PET原料重量的0.1-10%。

2）在反应型双螺杆挤出机中，250～280℃下进行熔融共混，使其发生扩链反应，提高PET的熔体粘度以及PET的韧性，改善PET扁丝的牵伸性能。

3）改性后的PET熔体通过计量泵、PET扁丝专用机头进行挤出初生扁丝，并进行冷却和牵伸，避免切刀对PET扁丝分切面造成损伤。

4）利用水浴加热牵伸装置在80～95℃条件下对步骤（3）PET扁丝进行加热、牵伸，提高PET分子链的取向度。

5）利用电感加热热定型辊，在150～210℃条件下将上述牵伸后的PET扁丝在辊面上进行加热松弛定型，再经冷却辊冷却、卷取装置进行收卷。

本发明所用的扩链剂为异氰酸酯，噁唑啉，邻苯二甲酸酐的任意一种或其混合物；填料为云母粉、滑石粉、碳酸钙和高岭土中的一种或其混合物；增韧增容剂为聚苯乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物，如PS533、539A等。所用的成核剂为苯甲酸钠、滑石粉、云母粉、聚乙二醇缩水甘油醚等。

扩链剂、增韧增容剂、成核剂和填料其用量组成优选如下：扩链剂为PET原料重量的0.1-3 %，增韧增容剂为PET原料重量的0.5-10%，成核剂为PET原料重量的0.1-1%，填料为PET原料重量的0.2-10 %。

异氰酸酯优选2，6或2，4甲苯二异氰酸酯（TDI）、六亚甲基二异氰酸酷（HDI）等；噁唑啉优选2，2-双（2-噁唑啉））。

所述的电感加热热定型辊优选电感加热七辊式热定型辊。

本发明工艺具有如下优点：1、由于所使用的扩链剂具有多个活性官能团，在加热条件下很容易与PET分子链发生扩链反应，从而提高PET的熔体粘度以及PET的韧性，改善PET扁丝的牵伸性能。2、PET熔体经计量泵输送至PET扁丝专用挤出机头组件中，保证扁丝尺寸均匀性，PET熔体在流道和挤出口模的作用下直接挤出成丝，有效避免切刀在PET扁丝侧面产生的银纹。3、由于PET分子链刚性较PP大，玻璃化转变温度Tg比PP高，故采用水浴加热牵伸的方式，在80～95℃的水浴中更有利于PET牵伸取向，提高PET结晶度。4、传统的PP扁丝采用热板加热定型，主要依靠辐射和空气传热，控温精确度和传热效率均较低，本发明采用七辊式电感加热定型装置，让PET扁丝紧贴定型辊表面进行加热定型，为PET分子链重排运动创造更好的条件，提高扁丝的结晶度和拉伸强度。5、功能填料的加入能有效增加PET扁丝的表面摩擦力和结晶度，有利于解决编织过程中扁丝滑移的问题。6、生产的PET扁丝断裂强度达50MPa以上，可以应用于生产高性能的编织袋和集装袋领域。

附图说明

图1为本发明扁丝生产工艺示意图；图中： 1-双螺杆挤出机、2-过滤器、3-计量泵、4- PET扁丝机头组件、5-口模、6-冷却槽、7-分丝辊、8-七辊牵伸机、9-水浴加热装置、10-五辊牵伸机、11-电感加热热定型辊、12-冷却装置、13-卷取装置；

图2为本发明PET扁丝专用机头组件示意图；图中：14为过滤砂，15为流道，16为分流板；

图3为本发明PET扁丝机头端面图；图中：17为扁丝孔，18为流道孔；

图4为本发明PET扁丝机头挤出狭缝局部放大图；

图5为本发明PET扁丝水浴加热装置结构示意图；图中：19为PET扁丝，20为循环水泵，21为热电偶，22为加热棒；

图6为本发明PET扁丝电感加热七辊热定型辊结构示意图；图中：11为电感加热热定型辊。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明技术方案：

实施例1

1）将废旧PET在130℃条件下先干燥4～8小时，除去粒料中的水分，按照一定比例将扩链剂2，4甲苯二异氰酸酯（TDI），增韧增容剂PS533、填料云母粉及成核剂苯甲酸钠等在高速混合机中进行混合。增韧增容剂PS533为PET原料重量的2%、云母粉为PET原料重量的3%、2，4甲苯二异氰酸酯（TDI）为PET原料重量的1.5%，苯甲酸钠为PET原料重量的0.5%。

2）250～280℃条件下，将混合后的PET在反应性双螺杆挤出机1中进行熔融共混，使其在机筒中发生一定程度的扩链反应。

3）根据扁丝生产工艺要求调整螺杆转速和计量泵3转速，将熔融态的PET均匀的输送至PET扁丝专用挤出机头组件4中，然后从口模5中挤出的多根3～10mm宽、0.1～0.6mm厚的PET初生扁丝，并在冷却槽6中进行冷却和牵伸，冷却水温度30℃。

4）在分丝辊7、牵伸装置8作用下，PET扁丝进入水浴加热装置9中进行加热牵伸取向，提高PET扁丝的结晶度，水浴温度为85±3℃，牵伸比3:1。

5）在牵伸力作用下，PET扁丝再次进入水浴加热装置9中进行加热牵伸取向，水浴温度为90±3℃，牵伸比2:1。

6）在牵伸力作用下，PET扁丝紧贴电感加热七辊式热定型辊11的加热辊表面进行加热定型，热定型辊温度为180～205℃。经冷却装置12、卷取装置13进行收卷，即可制得宽度为2～6mm，厚度为15～60μm的扁丝成品丝。扁丝的单丝断裂强度达55MPa，断裂伸长小于30％。

实施例2

1）将废旧PET和增韧剂在130℃先干燥8小时，除去PET中的水分。

2）按照比例将预先配制扩链剂，并与干燥的PET、增韧剂及增强填料在高速混合机中进行混合，添加比例为增韧剂539A5%、云母粉5%、扩链剂2，2-双(2-噁唑啉) 1.5%、邻苯二甲酸酐1%，滑石粉0.5%、聚乙二醇缩水甘油醚0.5%。

3）将混合的PET在双螺杆挤出机1中进行熔融共混，料筒温度为240～270℃，通过扩链剂联用的方式使其在机筒中发生扩链反应。

4）根据扁丝生产工艺要求调整螺杆转速和计量泵3转速，将熔融态的PET均匀的输送至PET扁丝专用挤出机头组件4中，直接挤出的多根宽度为3～10mm、厚度0.1～0.6mm的PET初生扁丝，并在冷却槽6中进行冷却和牵伸，冷却水温度25±3℃。

5）在分丝辊7、牵伸装置8作用下，PET扁丝进入水浴加热装置9和牵伸机10中进行加热牵伸取向，提高PET扁丝的结晶度，水浴温度为90±3℃，牵伸比4:1。

6）在牵伸力作用下，PET扁丝再次进入水浴加热装置9和五辊牵伸机10进行加热牵伸取向，水浴温度为93±3℃，牵伸比1.5:1。

7）在牵伸力作用下，PET扁丝紧贴电感加热七辊热定型辊11的加热辊表面进行加热定型，热辊温度为190～210℃。经冷却装置12、卷取装置13进行收卷，即可制得宽度为2～6mm，厚度为10～70μm的成品扁丝。扁丝的单丝断裂强度达53MPa，断裂伸长小于35％。

实施例3

1）将废旧PET和增韧剂预先干燥8小时，除去PET中的水分。

2）按照一定比例将预先配制扩链剂，并与干燥的PET、增韧剂及功能填料在高速混合机中按照增韧剂、扩链剂、功能填料的添加顺序进行混合，添加比例为：增韧剂（PS535）8%、六亚甲基二异氰酸酷（HDI）3%、碳酸钙和高岭土各1.5%、成核剂滑石粉2%。

3）将混合的PET在双螺杆挤出机1中进行熔融共混，使其在机筒中发生挤出扩链反应，料筒温度为250～270℃。

4）根据生产调整螺杆及计量泵3转速，将熔融态的PET均匀的输送至PET扁丝专用挤出机头组件4中，直接挤出的多根宽度为3～10mm、厚度0.3～0.8mm的PET初生扁丝，并在冷却水槽6中进行冷却和牵伸，冷却水温度20±3℃。

5）在分丝器7、牵伸装置8作用下，PET扁丝进入水浴加热装置9和牵伸机10中进行加热牵伸取向，提高PET扁丝的结晶度，水浴温度为90±3℃，牵伸比4:1。

6）在牵伸力作用下，PET扁丝再次进入水浴加热装置9中进行加热牵伸取向，水浴温度为93±3℃，牵伸比3:1。

7）在牵伸力作用下，PET扁丝紧贴电感加热七辊热定型辊11的加热辊表面进行加热定型，热辊温度为190～210℃，经冷却装置12、卷取装置13进行收卷，即可制得宽度为2～6mm，厚度为15～60μm的扁丝。扁丝的单丝断裂强度达50MPa，断裂伸长小于40％。

Claims

1.一种利用废旧PET生产扁丝的方法，其特征在于：

1）将废旧PET粒料干燥，与扩链剂、增韧增容剂、成核剂和填料进行混合；其用量分别为PET原料重量的0.1-10%；

2）在反应型双螺杆挤出机中，250～280℃下进行熔融共混，使其发生扩链反应；

3）改性后的PET熔体通过计量泵、PET扁丝专用机头进行挤出初生扁丝，并进行冷却和牵伸；

4）利用水浴加热牵伸装置在80～95℃条件下对步骤（3）PET扁丝进行加热、牵伸；

5）利用电感加热热定型辊，在150～210℃条件下将上述牵伸后的PET扁丝在辊面上进行加热松弛定型，再经冷却辊冷却、卷取装置进行收卷；

所用的扩链剂为异氰酸酯，噁唑啉，邻苯二甲酸酐中的任意一种或其混合物；填料为云母粉、滑石粉、碳酸钙或高岭土中的一种或其混合物；增韧增容剂为聚苯乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物；所用的成核剂为苯甲酸钠、滑石粉、云母粉或聚乙二醇缩水甘油醚。

2.如权利要求1或2所述的利用废旧PET生产扁丝的方法，其特征在于：扩链剂、增韧增容剂、成核剂和填料其用量组成如下：扩链剂为PET原料重量的0.1-3%，增韧增容剂为PET原料重量的0.5-10%，成核剂为PET原料重量的0.1-1%，填料为PET原料重量的0.2-10 %。

3.如权利要求1或2所述的利用废旧PET生产扁丝的方法，其特征在于：所述的扩链剂异氰酸酯优选2，6或2，4甲苯二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酷；噁唑啉优选2，2-双（2-噁唑啉）。

4.如权利要求1或2所述的利用废旧PET生产扁丝的方法，其特征在于：所述的电感加热热定型辊优选电感加热七辊式热定型辊。