CN104532399A - 有色聚酯同心皮芯复合纤维及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维，皮层成分包括重量比为5-15∶95-85的有色母粒和PEN，且有色母粒包括重量比为25-35∶75-65的有色粉体与PEN；以及芯层成分包括PET。其中的皮层组分与芯层组分的重量比为15-25∶85-75。克服了聚酯(PEN)成纤难和不易染色之缺点，并使该纤维保持聚酯(PEN)纤维独特的化学稳定性、气体阻隔性、阻燃性和耐热性等特性。本发明把聚酯(PET)的经济性与聚酯(PEN)纤维的优良特性有机结合起来，大幅度降低了聚酯(PEN)的使用成本，将扩大聚酯(PEN)在纤维领域的应用，同时又能进一步拓展聚酯(PET)纤维在工业领域的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纤维及其制备方法，特别是涉及一种有色聚酯PEN/PET同心皮芯纤维及其制造方法。
背景技术
聚酯(PET)纤维是聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的简称，它是目前合成纤维中生产量最大、应用领域最为广泛的纤维。但随着其在工业领域应用的进一步拓展，人们对其特性提出了更新的要求，要求聚酯(PET)纤维既要阻燃更要耐热，特别是纤维能够在150-160℃高温环境中长期使用而不脆化。由于现有的普通聚酯(PET)纤维不阻燃，且纤维只能在不超过120℃的环境中长期使用，故限制了其在工业领域的进一步应用。为此，人们通过对聚酯(PET)共聚或共混阻燃改性的方法解决了普通聚酯(PET)纤维不阻燃的问题，但在提高纤维耐高温方面始终没有取得进展。
聚酯(PEN)是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的简称，它与聚酯(PET)属于同系物，因聚酯(PEN)分子链中引入了刚性更大的萘环代替了聚酯(PET)中的苯环，使聚酯(PEN)比聚酯(PET)具有更高的物理机械性能、化学稳定性、气体阻隔性能、抗紫外线、阻燃性和耐热性等特性，特别是聚酯(PEN)纤维不仅阻燃而且能够在160℃高温环境中长期使用而不脆化。目前，因聚酯(PEN)切片的价格远高于聚酯(PET)，且聚酯(PEN)成纤难，染色性差，故限制了聚酯(PEN)在纤维领域的扩大应用。若能攻克聚酯(PEN)成纤难，染色性差的问题，找到一种把聚酯(PET)的经济性与聚酯(PEN)纤维的优良特性有机结合起来的制造方法，无疑将大幅度降低聚酯(PEN)的使用成本，扩大聚酯(PEN)在纤维领域的应用，同时又能进一步拓展聚酯(PET)纤维在工业领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以聚酯(PET)为芯层，有色聚酯(PEN)为皮层的同心皮芯型复合纤维，以克服聚酯(PEN)成纤难和不易染色之缺点，并使该纤维保持聚酯(PEN)纤维独特的化学稳定性、气体阻隔性、阻燃性和耐热性等特性。
本发明的第一方面是一种有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维，其中：皮层成分包括重量比为5-15∶95-85的有色母粒和PEN，且有色母粒包括重量比为25-35∶75-65的有色粉体与PEN；以及芯层成分包括PET。其中的皮层组分与芯层组分的重量比为15-25∶85-75。
本发明还提供一种制备有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维的方法，包括：(1)将PEN与有色粉体按重量比25-35∶75-65共混成粉体混合物，再经螺杆挤压熔融后制成有色母粒；(2)将所得色母粒和PEN按重量比5-15∶95-85共混作为皮层成分；(3)提供PET切片作为芯层成分；以及(4)以同心皮芯型复合纤维纺丝工艺，对重量比为15-25∶85-75皮层成分和芯层成分进行纺丝。
本发明的优选实施方法中，制成有色母粒所用PEN为纳米级粉体，有色粉体为耐190℃高温的有色粉体。
本发明的优选实施方法中，步骤(2)中所用PEN在共混前经185-210℃预结晶。
本发明的优选实施方法中，所述纺丝工艺包括前纺和后纺二段，前纺过程包括：皮层和芯层成分的熔体经同心皮芯喷丝板孔汇合后从喷丝孔喷出，经冷却得到同心皮芯型初生纤维。后纺过程包括：同心皮芯型初生纤维的集束、牵伸、紧张热定型、松弛热定型。
本发明的优选实施方法中，前纺过程中皮层成分熔体温度为302℃～318℃，芯层成分熔体温度为280℃～300℃，纺丝速度为650～1000m/min。
本发明的优选实施方法中，后纺过程中所述牵伸包括油浴温度为80～85℃的一级牵伸和，140-160℃过热蒸汽二级牵伸，牵伸总倍数3.30～4.10倍；紧张热定型时，辊加热温度为180～185℃；松弛热定型温度为105-120℃，牵伸速度不高于150m/min。
本发明还提供一种根据上述方法得到的有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维。
本发明的同心皮芯型复合纤维，其名义线密度为2.0-7.0。
本发明的同心皮芯型复合纤维，其190℃/30min熨烫沾色牢度达到4.5级。
有益效果
(1)本发明制成的有色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维，由于以有色聚酯(PEN)作为皮层成分，聚酯(PET)作为芯层成分，既解决了聚酯(PEN)成纤难和纤维不易染色之缺点，同时又使纤维保持了聚酯(PEN)纤维所独有的化学稳定性、气体阻隔性、阻燃性和耐热性等多种特性。
(2)本发明把聚酯(PET)的经济性与聚酯(PEN)纤维的优良特性有机结合起来，大幅度降低了聚酯(PEN)的使用成本，将扩大聚酯(PEN)在纤维领域的应用，同时又能进一步拓展聚酯(PET)纤维在工业领域，特别是在150～160℃高温环境中的长期稳定使用。本发明市场应用前景广阔。
具体实施方式
为提供本发明的有色聚酯PEN/PET同心皮芯型复合纤维，首先需要制备以聚酯(PEN)为载体的耐高温有色母粒及复合纤维的皮层成分和芯层成分。
将聚酯(PEN)切片，选择耐190℃高温的有色粉体与聚酯(PEN)切片(或粉体)按重量比25-35∶75-65共混制成粉体混合物，再经螺杆挤压高温熔融、铸带、水冷却、切粒和干燥后制成适用于本发明复合纤维生产的有色母粒。
所用聚酯(PEN)可研磨成100～250纳米的粉体。一般地，本发明所用有色粉体就是炭黑、黄、红、蓝颜料或由这些颜色复合的颜料。有色粉体的粒径没有特别限制，也可以是100～250纳米。要求有色粉体耐190℃高温，是基于最终制品的熨烫色牢度要求，要求用纯涤纶本色布做熨烫色牢度试验时，沾色牢度不低于4级。
将上述所得色母粒和聚酯(PEN)切片共混物用以形成同心皮芯结构中的皮层成份，混合的重量比为色母粒∶聚酯(PEN)切片＝5-15∶95-85。可采用185-210℃高温沸腾床预结晶方式先对聚酯(PEN)切片预结晶，再将经过预结晶的聚酯(PEN)切片和耐190℃高温的有色母粒共混干燥，作为皮层材料。
复合纤维的芯层成份来自聚酯(PET)切片。皮层和芯层的两种成分的重量百分比为皮层∶芯层＝15-25∶85-75。
然后，需要将上述皮、芯组分经皮芯复合生产工艺制成有色聚酯PEN/PET同心皮芯型复合纤维。有色聚酯PEN/PET同心皮芯型复合纤维的纺丝工艺流程分前纺和后纺二段。
前纺：将皮和芯组分经各自系统干燥后，经各自的螺杆熔融挤出，并经各自管路、计量泵进入同一组件(为由多块分配板、过滤网、喷丝板、头套等组装在一起的喷丝组件)，再经各自流道、过滤系统，然后皮和芯组分熔体经同心皮芯喷丝板孔汇合后从喷丝孔喷出，经气流强制冷却、卷绕、落桶得到有色聚酯PEN/PET同心皮芯型初生纤维。
在前纺过程中，聚酯(PEN)切片先经过185-210℃沸腾床预结晶，再将有色母粒与经过预结晶的聚酯(PEN)切片共混干燥，其中有色母粒占重量百分比5％～15％。皮层和芯层的重量百分比为皮层∶芯层＝15-25∶85-75。皮组分熔体温度为302℃～318℃，以305℃～315℃为佳，芯组分熔体温度为280℃～300℃，以284℃～297℃为佳。纺丝速度为650～1000m/min。
后纺：将有色聚酯PEN/PET同心皮芯型初生纤维经集束、牵伸、紧张热定型、加湿、卷曲、上油、松弛热定型、切断而制得有色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维。
后纺过程中，一级牵伸油浴温度为80～85℃，二级牵伸为150℃过热蒸汽牵伸，牵伸总倍数3.30～4.10倍；紧张热定型时，先在前几个辊加热，然而辊冷却，例如，18个辊中，前6个辊加热温度为180～185℃，而后12个辊内通冷却水如室温水对丝束降温；降温后的丝束经加湿，卷曲，上油剂，105-120℃烘箱松弛热定型，牵伸最高速度不超过150m/min，例如120～150m/min。
按本发明上述方法得到的有色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维的名义线密度为2.50-6.67，皮层组分颜色可以是黑色或其它颜色。所选颜色粉体在190℃/30分钟时的熨烫沾色牢度应不低于4级。
本发明的技术特点和优点如下。
(1)对于皮层组分，采用185-210℃高温沸腾床预结晶方式先对聚酯(PEN)切片预结晶，再将经过预结晶的聚酯(PEN)切片和耐190℃高温的有色母粒共混干燥，解决了聚酯(PEN)切片结晶难及色母粒与聚酯(PEN)切片均匀混合的难点。预结晶使切片结晶，防止切片干燥时结块及保证纺丝时螺杆正常进料。
(2)运用色母粒法对皮层组分聚酯(PEN)熔体上色制成有色聚酯(PEN)，既解决了聚酯(PEN)纤维因玻璃化温度高达约116℃，后道适用染料种类少，染色困难及环境污染的问题，同时又解决了用不加有色粉体的聚酯(PEN)切片作为皮层成分纺丝时因熔体流动性差，纺丝困难的问题。色母粒制造时，要求以聚酯(PEM)为载体，是为了保证皮组分具有聚酯(PEM)的优良特性，若以聚酯(PET)载体，因聚酯(PET)只能在120℃的温度下长期使用，若超过120℃温度时，将影响纤维耐热性等特性。
(3)本发明采用的后牵伸工艺：一级牵伸油浴温度为80～85℃，二级牵伸为150℃过热蒸汽牵伸，牵伸总倍数3.30～4.10倍，紧张热定型18个辊中，前8个辊加热温度为180～185℃、后10个辊内通冷却水对丝束降温，加湿，卷曲，上油剂，105-120℃烘箱松弛热定型，牵伸最高速度不超过150m/min，有效解决了有色PEN/PET同心皮芯型复合纤维不易牵伸、不易卷曲之难点。
(4)运用同心皮芯复合纺丝工艺，以有色聚酯(PEN)作为皮层成分，聚酯(PET)作为芯层成分，皮层和芯层的重量百分比为皮层∶芯层＝15-25∶85-75，解决了皮包芯的问题。制成的纤维既保持了聚酯(PEN)纤维所独有的气体阻隔性、化学稳定性、耐紫外线、阻燃性和耐热性等特性，又大幅度降低了使用聚酯(PEN)的成本，同时拓展了聚酯(PET)纤维在工业领域的进一步应用。
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不局限于以下实施例，凡是基于本发明的技术基本思想所做的修改、替换或变更所实现的技术方案均属于本发明的范围。
各实施例所用色母粒的制备方法：根据制品所需颜色，选用190℃、30分钟的熨烫沾色牢度(用纯涤纶本色布试验)不低于4级的有色粉体。将有色粉体与聚酯(PEN)粉体混合经螺杆挤压高温熔融(300-340℃，例如320℃)后制成粒状色母粒即可。
实施例1
生产线密度为2.50dtex的黑色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维。
皮组分准备：将聚酯(PEN)切片先经过185-210℃高温沸腾床预结晶，时间2.5-3小时。再将含色量为25％的耐高温黑色母粒以重量百分比10％的比例加到经过预结晶的聚酯(PEN)切片中，进行转鼓真空共混干燥，转鼓加热温度132℃，干燥时间10-10.5小时。
芯组分准备：将聚酯(PET)切片投入转鼓干燥机进行抽真空干燥，进料后冷转半小时，然后温度直接升至132℃干燥10小时。
使用LFH105复合纺丝设备，将分别经各自系统干燥后的皮和芯组分，经各自的螺杆熔融挤出，并经各自管路、计量泵进入喷丝组件，再经各自流道、过滤系统，然后皮和芯组分熔体在同心皮芯喷丝板孔内汇合后从喷丝孔喷出，经气流强制冷却、卷绕、落桶得到皮为黑色聚酯(PEN)，芯为聚酯(PET)的同心皮芯型初生纤维，皮层和芯层的重量百分比为皮层∶芯层＝20∶80，皮组分熔体温度为312℃，芯组分熔体温度为295℃，纺丝速度为1050m/min。将黑色聚酯PEN/PET同心皮芯型初生纤维在LHV903后牵伸机上牵伸，一级油浴牵伸温度为85℃，二级牵伸为150℃过热蒸汽牵伸，牵伸总倍数3.85倍，紧张热定型前8个辊加热温度为180～185℃、后10个辊内通冷却水对丝束降温、加湿、卷曲、上油剂，105-120℃烘箱松弛热定型25分钟，牵伸高速150m/min，得到2.50dtex黑色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维。主要工艺参数见表1，纤维性能测试数据见表2。
表1 2.50dtex黑色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维生产主要工艺参数
表2 2.50dtex黑色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维与聚酯PET性能比较
实施例2
生产线密度为5.56dtex的绿色聚酯PEN/PET同心皮芯型复合纤维。
皮组分准备：将聚酯(PEN)切片先经过185-210℃高温沸腾床预结晶，时间2.5-3小时。再将含色量为30％的耐高温绿色母粒以重量百分比6％的比例加到经过预结晶的聚酯(PEN)切片中，进行转鼓真空共混干燥，转鼓加热温度直接升至132℃，干燥时间10-10.5小时。
芯组分准备：将聚酯(PET)切片投入转鼓干燥机进行抽真空干燥，进料后冷转半小时，然后温度直接升至132℃干燥10小时。
用本厂复合纺丝设备，分别将经各自系统干燥后的皮和芯组分，经各自的螺杆熔融挤出，并经各自管路、计量泵进入喷丝组件，再经各自流道、过滤系统，然后皮和芯组分熔体在同芯皮芯喷丝板孔内汇合后从喷丝孔喷出，经气流强制冷却、卷绕、落桶，得到皮为绿色聚酯(PEN)、芯为聚酯(PET)的同心皮芯型初生纤维，皮层和芯层的重量百分比为皮层∶芯层＝25∶75，皮组分熔体温度为310℃，芯组分熔体温度为285℃，纺丝速度为780m/min。将绿色聚酯PEN/PET同心皮芯型初生纤维在LHV903后牵伸机上牵伸，一级油浴牵伸温度为85℃，二级牵伸为150℃过热蒸汽牵伸，牵伸总倍数4.05倍，紧张热定型前8个辊加热温度为180～185℃、后10个辊内通冷却水对丝束降温，丝束经加湿、卷曲后再上油剂，并经105-120℃烘箱松弛热定型30分钟，牵伸高速140m/min。得到5.56dtex的绿色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维。主要工艺参数见表3，纤维主要性能测试数据见表4。
表3 5.56dtex绿色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维生产主要工艺参数
表4 5.56dtex绿色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维
实施例3
生产线密度为4.44dtex的棕色聚酯PEN/PET同心皮芯型复合纤维。
皮组分准备：将聚酯(PEN)切片先经过185-210℃高温沸腾床预结晶，时间2.5-3小时，再将含色量为25％的耐高温棕色母粒以重量百分比10％的比例加到经过预结晶的聚酯(PEN)切片中，进行转鼓真空共混干燥，转鼓温度直接升至132℃，干燥时间10-10.5小时。
芯组分准备：将聚酯(PET)切片投入转鼓干燥机进行抽真空干燥，进料后冷转半小时，然后温度直接升至132℃干燥10小时。
用现有的复合纺丝设备，分别将经各自系统干燥后的皮和芯组分，经各自的螺杆熔融挤出，并经各自管路、计量泵进入喷丝组件，再经各自流道、过滤系统，然后皮和芯组分熔体在同芯皮芯喷丝板孔内汇合后从喷丝孔喷出，经气流强制冷却、卷绕、落桶得到皮为绿色聚酯(PEN)，芯为聚酯(PET)的同心皮芯型初生纤维，皮层和芯层的重量百分比为皮层∶芯层＝15∶85，皮组分熔体温度为308℃，芯组分熔体温度为282℃，纺丝速度为850m/min。将棕色聚酯PEN/PET同心皮芯型初生纤维在LHV903后牵伸机上牵伸，一级油浴牵伸温度为85℃，二级牵伸为150℃过热蒸汽牵伸，牵伸总倍数3.75倍，紧张热定型前8个辊加热温度为180～185℃、后10个辊内通冷却水对丝束降温，丝束经加湿、卷曲后再上油剂，并经105-120℃烘箱松弛热定型30分钟，牵伸高速140m/min。得到4.44dtex的绿色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维。主要工艺参数见表5，纤维性能测试数据见表6。
表5 4.44dtex棕色耐热聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维生产主要工艺参数
表6 4.44dtex棕色聚酯PEN/PET同心皮芯型纤维
Claims (10)
1.一种有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维，其中：
皮层成分包括重量比为5-15∶95-85的有色母粒和PEN，且有色母粒包括重量比为25-35∶75-65的有色粉体与PEN；以及
芯层成分包括PET，
其中，皮层组分与芯层组分的重量比为15-25∶85-75。
2.一种制备有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维的方法，包括：
(1)将PEN与有色粉体按重量比25-35∶75-65共混成粉体混合物，再经螺杆挤压熔融后制成有色母粒；
(2)将所得色母粒和PEN按重量比5-15∶95-85共混作为皮层成分；
(3)提供PET切片作为芯层成分；以及
(4)以同心皮芯型复合纤维纺丝工艺，对重量比为15-25∶85-75皮层成分和芯层成分进行纺丝。
3.如权利要求2所述的方法，其中制成有色母粒所用PEN为纳米级粉体，有色粉体为耐190℃高温的有色粉体。
4.如权利要求2所述的方法，其中步骤(2)中，所用PEN在共混前经185-210℃预结晶。
5.如权利要求2所述的方法，所述纺丝工艺包括前纺和后纺二段，
前纺过程包括：皮层和芯层成分的熔体经同心皮芯喷丝板孔汇合后从喷丝孔喷出，经冷却得到同心皮芯型初生纤维；及
后纺过程包括：同心皮芯型初生纤维的集束、牵伸、紧张热定型、松弛热定型。
6.如权利要求5所述的方法，前纺过程中，皮层成分熔体温度为302℃～318℃，芯层成分熔体温度为280℃～300℃，纺丝速度为650～1000m/min。
7.如权利要求5所述的方法，后纺过程中，所述牵伸包括油浴温度为80～85℃的一级牵伸和，140-160℃过热蒸汽二级牵伸，牵伸总倍数3.30～4.10倍；紧张热定型时，辊加热温度为180～185℃；松弛热定型温度为105-120℃，牵伸速度不高于150m/min。
8.一种如权利要求2-7任一项方法得到的有色聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)同心皮芯型复合纤维。
9.如权利要求1或8所述的同心皮芯型复合纤维，名义线密度为2.0-7.0。
10.如权利要求1或8所述的同心皮芯型复合纤维，190℃/30min熨烫沾色牢度达到4.5级。
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