CN103305958A - 一种利用废旧pet生产扁丝的方法 - Google Patents
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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
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 (4)
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。
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