CN104451918B - 一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，采用喷丝孔截面呈特殊“一”字形喷丝板加工而成，通过熔体液相增粘—熔融纺丝—拉伸卷绕成型生产工艺制得产品。本发明采用的生产方法缩短了反应时间，有效的缩短了工艺流程，提高效率，降低能耗，在保持普通工业丝优点的基础上大大提高了抱合性，且由于具有近似长方形的截面，丝条之间的空隙小、接触面积增大，铺排更平整紧凑，使丝条具有优秀的毛直立性和高抱合性、较好的抗弯刚度和柔韧性。该产品由于单丝之间紧密排列，且平整度提高，刮涂之后的美观度也大大提高，并缩减了生产过程，简化了生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及化纤产品制造技术领域，具体涉及一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法。
背景技术
目前国内对扁平形等异形纤维的具体生产工艺研究得较多，但这些均集中在聚酯民用丝的研究上，对于异形聚酯工业丝的研究较少。
传统的扁平异型涤纶工业长丝的生产基本采用切片纺工艺流程：即将PTA和EG进行酯化、缩聚反应后，冷却切粒制成IV0.65~0.68dL/g 的切片，再通过固相缩聚制IV0.92~1.10dl/g 的高粘切片，通过螺杆熔融挤压纺丝，经牵伸热定型卷取制得。传统固相缩聚工艺路线制造扁平异型涤纶工业长丝具有工艺流程长、设备投资大、能耗高等不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，得到具有抱合性好、平整度高等优异性能的扁平异型涤纶工业长丝，同时又可实现低能耗、高成品率的生产熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝，以克服现有技术的不足。
本发明采取的技术方案为：一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，包括以下步骤：
（1）熔体增粘：将缩聚所得熔体进行熔体液相增粘聚合；
（2）熔体直接纺丝：将增粘熔体输送到各个纺丝位，进入纺丝箱体，熔体经计量、过滤后由特殊“一”字形喷丝板挤出，由缓冷加热器加热，再经侧吹风冷却后，进入纺丝甬道、集束上油；
（3）牵伸热定型：进行两级拉伸，并松弛热定型；
（4）卷绕成型：经步骤（3）的纤维经网络处理后，卷绕成型，制得产品。
步骤（1）中，所述的液相增粘是将缩聚得到的粘度为0.65~0.71dl/g 的低粘熔体在立式液相增粘釜的成膜反应中进行增粘；反应温度为275~285℃，反应时间为90~110 分钟，增粘得到的熔体粘度为0.95~1.05dl/g，b 值小于3。
步骤（2）中，纺丝采用8头或12头/ 位纺丝，计量泵的泵后压力为12~18MPa，过滤精度为15~25μm，喷丝板的直径为165mm，纺丝温度为 295~305℃。
步骤（2）中，缓冷加热采用缓冷加热器，缓冷加热器高度为330mm，缓加热温度为320~350℃。
步骤（2）中，侧吹风装置中，侧吹风温度为20~25℃，湿度为75~80%，风速为：0.45~0.65m/s；所述的侧吹风装置中设置有整流层和过滤层，所述整流层为蜂窝板，所述过滤层采用金属网。
步骤（2）中，纺丝甬道为锥形，锥形管壁呈多孔结构，设置有最少一个孔。
步骤（2）中，纺丝甬道下方设置油嘴, 上油采用二道油嘴上油，上油率为0.7%±0.2。
步骤（3）中，两级拉伸包括一级拉伸和两级拉伸，一级拉伸比为3.90~4.20，二级拉伸比为1.40~1.48，拉伸过程的温度为92~250℃，总拉伸比为5.60~5.90。
步骤（3）中，松弛热定型的温度为200~250℃，总松弛比0.880~0.900。
上述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝，其截面为近似长方形，长宽比约1 ~6∶1，沿长度方向有一弧度，最窄处的宽度为最宽处的80％～100％，沿宽度方向的弧度可以为0~±180°，喷丝板孔数为192f，断裂强度＞ 6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，干热收缩率2.0±0.25％(190℃，5min，0.01g/dt)，网络数＞ 3个/ 米。
本发明技术方案的工作原理及有益效果如下：
本发明工艺流程：即将PTA 和EG 进行酯化、缩聚反应后，将IV0.65-0.68dL/g 的熔体输送到液相增粘釜，再通过成膜液相缩聚制IV0.95-1.10dl/g 的高粘熔体，通过增压泵输送至纺丝，经牵伸热定型卷取制得。采用液相增粘技术的突破和高效洗釜流程，一次洗釜作业影响纺丝时间由24 小时递减到8 小时，周期运行三个月上，大大地缩短工艺流程、减少设备投资、降低能耗。
本发明采用了立式增粘反应器，熔体从顶部进入进行分配，有重力自然成膜流下，无需动力推进，缩聚产生的小分子产物由真空抽气脱除，熔体先进先出，保证了高粘熔体在反应器中有一致的反应条件和停留时间。液相增粘阶段的聚合反应温度控制在275~285℃，反应时间控制在90~110min。采用上述工艺条件，可以抑制高温增粘反应过程中副反应的发生，保证熔体色相良好，同时，也能够有效的提高熔体粘度，缩短反应时间，维持大容量长周期运行，输出高品质聚酯高粘熔体，增粘后的熔体粘度可以达到0.95~1.1dl/g 以上，熔体b值小于3，可满足涤纶工业丝纺丝的需求。
相比现有技术有以下优点：
（1）以高粘度聚酯熔体为原料，熔体直接纺制扁平异型涤纶工业长丝，纤维的断裂强度达到6.8cN/dtex以上，与现有传统的扁平异型涤纶工业长丝生产过程相比，在熔体和纤维质量得到保障的前提下，缩短了反应时间，有效的缩短了工艺流程，提高效率，降低能耗。
（2）侧吹风装置采用蜂窝状的整流层和网孔状过滤层，确保了保证了风速分布均匀。
（ 3）纺丝甬道设计为锥形管壁且由多孔结构的纺丝甬道，使内外气流平衡，且易于交换丝条的热量。
（4）由于是熔体直接纺丝，不受纺丝螺杆纺丝的流量限制，因而，本发明技术方案中，纺丝机采用8头或12头/ 位，这种方法生产的扁平异型涤纶工业长丝，产品质量稳定，生产效率高，提高了单位时间的产量，降低了生产耗能和生产成本。
（5）本发明通过工业丝生产过程的工艺，在保持普通工业丝优点的基础上大大提高了抱合性，且由于具有近似长方形的截面，丝条之间的空隙小、接触面积增大，铺排更平整紧凑，使丝条具有优秀的毛直立性和高抱合性、较好的抗弯刚度和柔韧性。该产品由于单丝之间紧密排列，且平整度提高，刮涂之后的美观度也大大提高，并缩减了生产过程，简化了生产工艺。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的纺丝卷绕工艺流程示意图；
图2为本发明所述喷丝板的结构示意图；
图3为本发明所述喷丝孔的结构示意图。
图中：1-纺丝箱体，2-纺丝组件，3-油嘴一，4-油嘴二，5-预张力辊，6-第一组牵伸辊，7-第二组牵伸辊，8-第一组热定型辊，9-第二组热定型辊，10-第三组热定型辊，11-预网络，12-主网络，13-卷绕头，a-为喷丝孔长度，b-为喷丝孔宽度。
具体实施方式
本发明下述实施例皆采用以下工艺和喷丝板设计：
生产工艺：液相增粘——熔融纺丝——拉伸、卷绕。
如图1所示，将液相增粘聚合后的高粘态熔体通过熔体总管输送至纺丝箱体1，再经计量泵进入纺丝组件2后从特殊“一”字形喷丝板挤出进行高压纺丝；丝条经缓冷器加热，侧吹风冷却成型后，通过油嘴一3、油嘴二4进行二道上油；丝条先经预张力辊5，再依次经第一组牵伸辊6，预网络器11和第二组牵伸辊7，最后分别经第一组定型热辊8、第二组定型热辊9、第三组定型热辊10对丝条进行松弛热定型；将上述得到的纤维经主网络器12 后由卷绕头13 卷绕成型制得产品。
如图2、图3所示，在喷丝板1上规则排列有192个喷丝孔2，喷丝孔为近似长方形，孔长a为0.8~2.0mm，长宽比1~6∶1，沿长度方向有一弧度，最窄处的宽度为最宽处的80％~100％，沿宽度方向的弧度可以为0~±180°。
采用上述工艺和特殊“一”字形喷丝板制备如下500D~2000D扁平异型丝：
一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝，其截面为近似长方形，长宽比约1 ~ 6∶1，沿长度方向有一弧度，最窄处的宽度为最宽处的80％～100％，沿宽度方向的弧度可以为0~±180°，喷丝板孔数为192f，断裂强度＞6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，干热收缩率2.0±0.25％(190℃，5min，0.01g/dt)，网络数＞ 3个/ 米。
实施例1：制备低收缩500D扁平异型工业丝包括以下步骤：
工艺参数如下：
设备：LSP 液相聚合设备；纺丝设备；拉伸卷绕设备。
产品规格：550dtex/96f。
原料：有光聚酯熔体增粘后粘度0.98dl/g；端羧基—COOH≤30mol/t；二甘醇≤1.2%；液相聚合温度：278~285℃；纺丝温度：300℃；缓冷加热温度：340℃；泵供量：290g/min；侧吹风冷却参数：风速：0.45m/s ；湿度：75% ；风温：21℃；拉伸条件：两级拉伸，一级拉伸倍数：3.92，总拉伸倍数：5.65，拉伸辊如表1所示；松弛比：0.889；卷绕速度：2620m/min；纺丝油剂：日本产，松本E-6551，原油上油；网络器压力：第一网络0.08MPa，第二网络0.18MPa。
表1各拉伸辊的速度和和温度
| 拉伸辊 | GR1 | GR2 | GR3 | GR4 | GR5 | GR6 |
| 速度m/min | 515 | 530 | 2020 | 2910 | 2670 | 2588 |
| 温度℃ | 92 | 125 | 248 | 246 | 220 |
具体工艺步骤：
1）加工高粘度聚酯熔体：先将基础聚酯熔体通过管道输送到液相聚合釜再度增粘，反应温度为278℃，反应时间为90 分钟，在高真空的保护下熔体通过薄膜装置提高粘度，反应产生的乙二醇和其他副反应物被真空吸出，熔体粘度从0.665dl/g 提高到0.98dl/g ；
2）直接纺丝：将液相增粘聚合后的聚酯熔体通过熔体总管输送至纺丝箱体，再经计量泵进入纺丝组件后从喷丝板挤出，喷丝板的直径为165mm，由缓冷加热器加热，缓冷加热温度为340℃，高度是330mm，再由侧吹风装置冷却成型，吹风温度在21℃，湿度为75%，风速：0.45m/s，侧吹风装置中设置有整流和过滤材料，整流材料采用整块蜂窝板，过滤材料采用金属网过滤。然后进入纺丝甬道，纺丝甬道设计为锥形，设计有多孔，平衡内外气流。
3）拉伸卷绕：在12头/ 位，单头纤度为550dtex，纺丝速度2620 米/ 分；在丝表面上油，进行上述工艺参数中的两级高速拉伸，在加热温度92~248℃条件下，进行拉伸，总拉伸倍数为5.65；在温度为200~248℃的条件下，进行高温、松弛热定型；并在工艺速度2620米/分钟的范围内卷绕成型，制得成品。
本实施例生产的扁平异型涤纶工业长丝，线密度为550dtex，断裂强度＞6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，干热收缩率2.0±0.25％(190℃，5min，0.01g/dt)，网络数＞3个/米，其截面为近似长方形，长宽比约1~6∶1。
实施例2：制备低收缩1000D扁平异型工业丝包括以下步骤：
工艺参数如下：
设备：LSP 液相聚合设备；纺丝设备；拉伸卷绕设备。
产品规格：1100dtex/192f。
原料：有光聚酯熔体增粘后粘度0.98dl/g；端羧基—COOH≤30mol/t；二甘醇≤1.2%；液相聚合温度：278~285℃；纺丝温度：300℃；缓冷加热温度：340℃；泵供量：287g/min；侧吹风冷却参数：风速：0.50m/s ；湿度：75% ；风温：21℃；拉伸条件：两级拉伸，一级拉伸倍数：3.96，总拉伸倍数：5.71，拉伸辊如表2所示；松弛比：0.886；卷绕速度：2600m/min；纺丝油剂：日本产，松本E-6551，原油上油；网络器压力：第一网络0.10MPa，第二网络0.20MPa。
表2各拉伸辊的速度和和温度
| 拉伸辊 | GR1 | GR2 | GR3 | GR4 | GR5 | GR6 |
| 速度m/min | 508 | 523 | 2010 | 2900 | 2660 | 2570 |
| 温度℃ | 95 | 125 | 249 | 248 | 200 |
具体工艺步骤：
1）加工高粘度聚酯熔体：先将基础聚酯熔体通过管道输送到液相聚合釜再度增粘，反应温度为278℃，反应时间为90 分钟，在高真空的保护下熔体通过薄膜装置提高粘度，反应产生的乙二醇和其他副反应物被真空吸出，熔体粘度从0.665dl/g 提高到0.98dl/g ；
2）直接纺丝：将液相增粘聚合后的聚酯熔体通过熔体总管输送至纺丝箱体，再经计量泵进入纺丝组件后从喷丝板挤出，喷丝板的直径为165mm，由缓冷加热器加热，缓冷加热温度为340℃，高度是330mm，再由侧吹风装置冷却成型，吹风温度在21℃，湿度为75%，风速：0.50m/s，侧吹风装置中设置有整流和过滤材料，整流材料采用整块蜂窝板，过滤材料采用金属网过滤。然后进入纺丝甬道，纺丝甬道设计为锥形，设计有多孔，平衡内外气流。
3）拉伸卷绕：在8 头/ 位，单头纤度为1100dtex，纺丝速度2600 米/ 分；在丝表面上油，进行上述工艺参数中的两级高速拉伸，在加热温度95~249℃条件下，进行拉伸，总拉伸倍数为5.71；在温度为200~248℃的条件下，进行高温、松弛热定型；并在工艺速度2600米/分钟的范围内卷绕成型，制得成品。
本实施例生产的扁平异型涤纶工业长丝，线密度为1100dtex，断裂强度＞6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，干热收缩率2.0±0.25％(190℃，5min，0.01g/dt)，网络数＞3个/米，其截面为近似长方形，长宽比约1~6∶1。
实施例3：制备低收缩1500D扁平异型工业丝包括以下步骤：
工艺参数如下：
设备：LSP 液相聚合设备；纺丝设备；拉伸卷绕设备。
产品规格：1670dtex/192f。
原料：有光聚酯熔体增粘后粘度0.98dl/g；端羧基—COOH≤30mol/t；二甘醇≤1.2%；液相聚合温度：278~285℃；纺丝温度：300℃；缓冷加热温度：320℃；泵供量：428g/min；侧吹风冷却参数：风速：0.55m/s ；湿度：75% ；风温：21℃；拉伸条件：两级拉伸，一级拉伸倍数：4.00，总拉伸倍数：5.72，拉伸辊如表3所示；松弛比：0.884；卷绕速度：2565m/min；纺丝油剂：日本产，松本E-6551，原油上油；网络器压力：第一网络0.12MPa，第二网络0.23MPa。
表3各拉伸辊的速度和和温度
| 拉伸辊 | GR1 | GR2 | GR3 | GR4 | GR5 | GR6 |
| 速度m/min | 500 | 515 | 2000 | 2860 | 2620 | 2530 |
| 温度℃ | 95 | 125 | 250 | 248 | 200 |
具体工艺步骤：
1）加工高粘度聚酯熔体：先将基础聚酯熔体通过管道输送到液相聚合釜再度增粘，反应温度为278℃，反应时间为90分钟，在高真空的保护下熔体通过薄膜装置提高粘度，反应产生的乙二醇和其他副反应物被真空吸出，熔体粘度从0.665dl/g提高到0.98dl/g；
2）直接纺丝：将液相增粘聚合后的聚酯熔体通过熔体总管输送至纺丝箱体，再经计量泵进入纺丝组件后从喷丝板挤出，喷丝板的直径为165mm，由缓冷加热器加热，缓冷加热温度为320℃，高度是330mm，再由侧吹风装置冷却成型，吹风温度在21℃，湿度为75%，风速：0.55m/s，侧吹风装置中设置有整流和过滤材料，整流材料才有整块蜂窝板，过滤材料采用金属网过滤。然后进入纺丝甬道，纺丝甬道设计为锥形，设计有多孔，平衡内外气流。
3）拉伸卷绕：在8 头/ 位，单头纤度为1670dtex，纺丝速度2565 米/ 分；在丝表面上油，进行上述工艺参数中的两级高速拉伸，在加热温度95~250℃条件下，进行拉伸，总拉伸倍数为5.72；在温度为200~248℃的条件下，进行高温、松弛热定型；并在工艺速度2565米/分钟的范围内卷绕成型，制得成品。
本实施例生产的扁平异型涤纶工业长丝，线密度为1670dtex，断裂强度＞6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，干热收缩率2.0±0.25％(190℃，5min，0.01g/dt)，网络数＞3个/米，其截面为近似长方形，长宽比约1~6∶1。
Claims (6)
1.一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，采用喷丝孔截面呈 “一”字形喷丝板加工而成，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔体增粘：将缩聚所得熔体进行熔体液相增粘聚合；
（2）熔体直接纺丝：将增粘熔体输送到各个纺丝位，进入纺丝箱体，熔体经计量、过滤后由“一”字形喷丝板挤出，由缓冷加热器加热，再经侧吹风冷却后，进入纺丝甬道、集束上油，纺丝采用12头/ 位纺丝，单头纤度为550dtex，纺丝速度2620 米/ 分；
（3）牵伸热定型：进行两级拉伸，并松弛热定型；
两级拉伸包括一级拉伸和二级拉伸，一级拉伸比为3.90~4.20，二级拉伸比为1.40~1.48，拉伸过程的温度为92~250℃，总拉伸比为5.60~5.90；
（4）卷绕成型：经步骤（3）的纤维经网络处理后，卷绕成型，制得产品；
所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝，其截面为近似长方形，长宽比约1~6∶1，沿长度方向有一弧度，最窄处的宽度为最宽处的80％~100％，沿宽度方向的弧度为0~±180°，喷丝板孔数为192f，断裂强度＞6.8cN/dt，断裂伸长23±2％，在190℃、5min和0.01g/dt条件下干热收缩率2.0±0.25％，网络数＞3个/米；
步骤（2）中，侧吹风装置的侧吹风温度为20~25℃，湿度为75~80%，风速为：0.45~0.65m/s；所述的侧吹风装置中设置有整流层和过滤层，所述整流层为蜂窝板，所述过滤层采用金属网；
步骤（3）中，松弛热定型的温度为200~250℃，总松弛比0.880~0.900。
2.根据权利要求1所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的液相增粘是将缩聚得到的粘度为0.65~0.71dl/g 的低粘熔体在立式液相增粘釜的成膜反应中进行增粘，反应温度为275~285℃，反应时间为90~110 分钟，增粘得到的熔体粘度为0.95~1.05dl/g，b 值小于3。
3.根据权利要求1所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，计量泵的泵后压力为12~18MPa，过滤精度为15~25μm，喷丝板的直径为165mm，纺丝温度为 295~305℃。
4.根据权利要求1 所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，缓冷加热采用缓冷加热器，缓冷加热器高度为330mm，缓加热温度为320~350℃。
5.根据权利要求1 所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，纺丝甬道为锥形，锥形管壁呈多孔结构，设置有最少一个孔。
6.根据权利要求1 或5 所述的一种熔体直纺扁平异型涤纶工业长丝的生产方法，其特征在于：步骤（2）中，纺丝甬道下方设置油嘴, 上油采用二道油嘴上油，上油率为0.7%±0.2。
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