CN104831384B - 施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法及熔体纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法及熔体纺丝装置，它包括熔融加热装置、盛料装置、送料装置、喷丝头、纤维收集板和可调控脉冲磁场装置，其特征在于聚酯切片在盛料装置内由加热装置加热熔融后经脉冲磁场处理一定时间，再由送料装置推至喷丝头喷出，在纤维收集板进行接收；所述的可调控脉冲磁场装置由脉冲磁场发生器和冷却循环水装置组成；所述的脉冲磁场发生器的强度及频率在一定范围内可控。本发明的创新之处在于在传统聚酯熔体纺丝过程中施加了一个磁场强度和频率可调节的脉冲磁场，使聚酯在熔体纺丝过程中受到脉冲磁场的作用，聚酯链段运动活性提高，熔体的流动性得以改善，制得纤维的直径细化，力学性能提高。

Description

施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法及熔体纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种纺丝方法和装置，特别是涉及一种聚酯熔体纺丝装置及纤维细化方法，应用于合成纤维制备技术领域。

背景技术

聚酯纤维(polyester fiber)由有机二元酸和二元醇缩聚而成的经纺丝所得的合成纤维。具有优良的耐皱性、弹性和尺寸稳定性，有良好的电绝缘性能，耐日光，耐摩擦，不霉不蛀，有较好的耐化学试剂性能，能耐弱酸及弱碱。广泛应用于服装、轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网、电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等民用及工业方面，是当前合成纤维的第一大品种。

熔体纺丝是将成纤高聚物熔体经纺丝喷丝头流出熔体细流、在周围空气或水中冷却凝固成型的方法。传统熔体纺丝装置主要由螺杆、套筒、加热装置、冷却装置、喷丝板组成。随着日益激烈的市场竞争，及人们对服装、装饰材料等的品种、品质和品位要求的不断提高，对差别化纤维的需求也与日俱增，如多孔中空、高收缩、抗起球、抗静电、阻燃、防水透湿、抗菌、保健等差别化纤维在市场上也有了一定量的需求，各种物理、化学改性的纤维应运而生。近年来关于熔体纺丝装置各部分的研究改造也成为研究热点。在熔体纺丝工艺方面，M·科罗布祖克、K·屈滕、D·舒尔茨、K·舍费尔在专利CN1906335中，介绍了一种用于熔体纺丝多根复丝长丝的方法和设备，专利CN101694015A发明了一种高粘度熔体纺丝专用组件，降低改换成本、方便组装拆卸、喷丝均匀等显著优点。在纺丝纤维功能性方面，专利CN101755081A利用高速旋转分配盘通过纺丝熔体制备纳米纤维，所得纤维收集为均匀的纤维网用于选择性屏障。万倩华、潘志娟(万倩华,潘志娟,柳艳,陈军.含纳米粉体功能性纤维的制备方法[J].纺织学报.2009(30)7)通过熔体纺丝制备具有抗菌型、防紫外线型、远红外型和导电型纳米粉体功能性纤维。胡晓宇，肖长发等(胡晓宇，肖长发，梁海先，安树林.PU/PVDF共混物形貌及其中空纤维膜制备[J].天津工业大学学报.2008(27)3)将PU/PVDF共混物经熔融纺丝后制备中空纤维膜，改善多孔膜结构有利于提高透过性能。

目前研究人员主要通过两个途径提高纤维的性能：一个是通过纺丝装置的设计，实现纺丝工艺的改进，进而实现纤维聚集态结构的优化，性能的提高；另一途径是对纤维纺丝原料进行改性，实现性能的提高。迄今为止，关于在熔体纺丝装置中引入外场，从而影响纤维尺寸及性能的研究却鲜有报道。研究表明脉冲磁场对聚合物的某些结构如结晶性能、热性能、机械性能等能产生一定的影响。Levin M N等人，曾在2001-2003年报道过关于高频脉冲磁场对SKTV、PDMS、PEO三种聚合物结晶行为的影响的研究工作(Levin M N,PostnikovV V,Matveev N N.Effect of the pulsed magnetic field on the crystallizationand melting of poly(Ethylene Oxide)[J].Russian Journal of Physical Chemistry,2003,77(4):675-678；Levin M N.Effect of pulsed magnetic fields oncrystallization of polymers[J].Mat.Res.Soc.Symp.Proc,2003,734:415-421)。他的研究都有着相似的实验现象，即这三种聚合物经脉冲磁场的处理后再结晶，晶体的成核点增多，晶体的尺寸减小，出现了晶体细化，他将磁场作用归结为“磁结晶效应”。专利102030911A对聚砜酰胺薄膜施加脉冲磁场，发现其结晶度提高了10～35％。这些实验结果是脉冲磁场对高分子链和链段在空间排布及构象行为影响的明显特征。将脉冲磁场引入熔融纺丝工艺过程中对于调控纤维的尺寸和性能是非常有意义，但目前尚未见到将脉冲磁场应用于调控聚酯纤维尺寸和性能领域的有关报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法及熔体纺丝装置，在现有的纤维纺丝装置上增加辅助脉冲磁场，通过调节脉冲磁场的磁场强度和磁场频率，实现对纤维的尺寸和性能的调控，采用本发明装置进行熔体纺丝，使聚酯在熔体纺丝过程中受到脉冲磁场的作用，聚酯链段运动活性提高，熔体的流动性得以改善，制得纤维的直径细化，力学性能提高。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法，步骤如下：首先将聚酯切片加热熔融后经可调的脉冲磁场处理，然后由送料装置推至喷丝头喷出，在纤维收集板上进行在室温下的纺丝接收，在聚酯熔体纺丝工艺的聚酯凝固过程中，使聚酯受到脉冲磁场的作用，脉冲磁场的强度调节范围为0～2T，脉冲磁场的频率控制范围为0～60次/min。

一种本发明施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法的熔体纺丝装置，包括熔融加热装置、盛料装置、送料装置、喷丝头和纤维收集板，熔融加热装置加热温度范围0～600℃，送料装置提供恒定推力，熔融加热装置设置于盛料装置的外围，对进入盛料装置中的聚酯材料进行加热，使聚酯材料加热至熔融形成聚酯熔体，喷丝头安装于盛料装置底部，送料装置将盛料装置内的液态材料下压推送至喷丝头中喷出，在室温下形成的纺丝在纤维收集板上进行接收，在盛料装置外围和喷丝头的外部还设置可调控脉冲磁场装置，通过冷却循环水套对脉冲磁场装置进行降温，开启脉冲磁场装置，向盛料装置内部和喷丝头内部的聚酯熔体施加脉冲磁场，并通过调节脉冲磁场的磁场强度和磁场频率，将脉冲磁场向喷丝头下方喷射出的尚未完全凝固的初生纤维施加，从而在盛料装置内部和下方形成脉冲磁场有效区域，经脉冲磁场处理的聚酯熔体经喷丝头喷出，并保持聚酯纤维丝在其整个凝固过程中都处在脉冲磁场的作用下，控制脉冲磁场的强度和频率分别为0～2T和0～60次/min。

作为本发明优选的技术方案，将脉冲磁场装置的脉冲线圈设置于盛料装置外围和喷丝头的外部。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明纤维细化方法用于聚酯的熔融纺丝，在聚酯熔融过程中引入了一个磁场强度和频率均可调节的脉冲磁场，使聚酯在熔体纺丝过程中受到磁场的作用，高分子链段因脉冲磁场的引入运动活性提高，熔体的流动性得以改善，提高了纤维强度并使的纤维直径细化。

附图说明

图1是本发明优选实施例熔体纺丝装置的结构示意图。

图2是本发明优选实施例熔体纺丝装置的脉冲磁场系统结构示意图。

图3是对比例中制备的PET纤维扫描电子显微镜照片。

图4是本发明优选实施例中制备的PET纤维扫描电子显微镜照片。

图5是在对比例中和本发明优选实施例中所制备的PET纤维的应力-应变曲线对比图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

在本实施例中，参见图1、图2、图4和图5，一种施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法的熔体纺丝装置，包括熔融加热装置1、盛料装置2、送料装置3、喷丝头4和纤维收集板5，熔融加热装置1设置于盛料装置2的外围，对进入盛料装置2中的聚酯材料进行加热，使聚酯材料加热至熔融形成聚酯熔体，喷丝头4安装于盛料装置2底部，送料装置3将盛料装置2内的液态材料下压推送至喷丝头4中喷出，在室温下形成的纺丝在纤维收集板5上进行接收，在盛料装置2外围和喷丝头4的外部还设置可调控脉冲磁场装置6，脉冲磁场装置6为脉冲线圈61，通过冷却循环水套62对脉冲磁场装置6进行降温，开启脉冲磁场装置6，向盛料装置2内部和喷丝头4内部的聚酯熔体施加脉冲磁场，并通过调节脉冲磁场的磁场强度和磁场频率，纺丝过程通过调节脉冲磁场的施加电压来改变脉冲磁场的强度，将脉冲磁场向喷丝头4下方喷射出的尚未完全凝固的初生纤维施加，从而在盛料装置2内部和下方形成脉冲磁场有效区域63，经脉冲磁场处理的聚酯熔体经喷丝头4喷出，并保持聚酯纤维丝在其整个凝固过程中都处在脉冲磁场的作用下，控制脉冲磁场的强度和频率分别为2T和25次/min，喷丝头4采用单孔喷丝头与盛料装置2相连接，熔融纺丝过程在脉冲磁场有效区域63内实施，喷丝头1内径为1.22mm，长径比L＝10.74。

在本实施例中，参见图1和图2，本实施例以PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)纤维的熔体纺丝过程为例，对施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法加以说明：本实施例纺丝装置包括熔融加热装置1、盛料装置2、送料装置3、喷丝头4、纤维收集板5和可调控脉冲磁场装置6。

在本实施例中，参见图1和图2，施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法的步骤包括：将聚酯切片加热熔融后经可调的脉冲磁场处理6，然后由送料装置3推至喷丝头4喷出，在纤维收集板5上在室温下进行纺丝接收，形成初生纤维，得到直径分布均匀的聚酯纤维，在聚酯熔体纺丝工艺的聚酯凝固过程中，使聚酯受到脉冲磁场的作用。

本实施例整个纺丝过程主要分为五个部分：PET切片熔融，PET切片的均匀熔融于聚合物熔融加热装置中熔融，温度控制在260～290℃之间；脉冲磁场对PET熔体进行处理；将PET熔体从喷丝孔压出形成细流；冷却成型于室温下实施，熔体细流冷却成初生纤维；初生纤维的收集。本实施例在熔融阶段，开启脉冲磁场装置6，并设置强度和频率，磁场强度为2.0T，频率为25次/分钟。

对比例：

在本对比例中，参见图3和图5，熔体纺丝的熔体纺丝装置，包括熔融加热装置1、盛料装置2、送料装置3、喷丝头4和纤维收集板5，熔融加热装置1设置于盛料装置2的外围，对进入盛料装置2中的聚酯材料进行加热，使聚酯材料加热至熔融形成聚酯熔体，喷丝头4安装于盛料装置2底部，送料装置3将盛料装置2内的液态材料下压推送至喷丝头4中喷出，在室温下形成的纺丝在纤维收集板5上进行接收。在本对比例中，将质量5g的大有光PET切片加入盛料装置2中，将熔融加热装置1的温度设定为275℃，熔融10min后，送料装置3以恒定推进力，使熔体到达喷丝头4纺丝成型，最后在卷绕装置收集得到直径分布均匀的PET纤维。

通过上述实施例和对比例的对比，参见图3～图5，在有无脉冲磁场情况下PET熔体纺丝的对比可以发现，与对比例中传统熔体纺丝装置相比，利用本实施例熔体纺丝装置所得纤维直径明显减小，纤维弹性模量提高了329.2Pa。通过对比发现，实施例中熔体流变性比对比例中的好。上述实施例在对比例传统聚酯熔体纺丝过程中施加了一个磁场强度和频率可调节的脉冲磁场，使聚酯在熔体纺丝过程中受到脉冲磁场的作用，聚酯链段运动活性提高，熔体的流动性得以改善，制得纤维的直径细化，力学性能提高。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法及熔体纺丝装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法的熔体纺丝装置，包括熔融加热装置(1)、盛料装置(2)、送料装置(3)、喷丝头(4)和纤维收集板(5)，所述熔融加热装置(1)设置于所述盛料装置(2)的外围，对进入所述盛料装置(2)中的聚酯材料进行加热，使聚酯材料加热至熔融形成聚酯熔体，所述喷丝头(4)安装于所述盛料装置(2)底部，所述送料装置(3)将所述盛料装置(2)内的液态材料下压推送至喷丝头(4)中喷出，在室温下形成的纺丝在所述纤维收集板(5)上进行接收，其特征在于：在所述盛料装置(2)外围和所述喷丝头(4)的外部还设置可调控脉冲磁场装置(6)，通过冷却循环水套(62)对所述可调控脉冲磁场装置(6)进行降温，开启所述可调控脉冲磁场装置(6)，向所述盛料装置(2)内部和所述喷丝头(4)内部的聚酯熔体施加脉冲磁场，并通过调节脉冲磁场的磁场强度和磁场频率，将脉冲磁场向所述喷丝头(4)下方喷射出的尚未完全凝固的初生纤维施加，从而在所述盛料装置(2)内部和下方形成脉冲磁场有效区域(63)，经脉冲磁场处理的聚酯熔体经所述喷丝头(4)喷出，并保持聚酯纤维丝在其整个凝固过程中都处在脉冲磁场的作用下，控制脉冲磁场的强度和频率分别为0～2T和0～60次/min，施加可调控脉冲磁场的熔体纺丝的方法步骤如下：首先将聚酯切片加热熔融后经可调的脉冲磁场处理，然后由送料装置推至喷丝头喷出，在纤维收集板上在室温下进行纺丝接收，在聚酯熔体纺丝工艺的聚酯凝固过程中，使聚酯受到脉冲磁场的作用，所述脉冲磁场的强度调节范围为0～2T，所述脉冲磁场的频率控制范围为0～60次/min。

2.根据权利要求1所述熔体纺丝装置，其特征在于：将可调控脉冲磁场装置(6)的脉冲线圈(61)设置于所述盛料装置(2)外围和所述喷丝头(4)的外部。