CN105369382A - 聚烯烃共混改性弹性丝切片及弹性丝制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚烯烃共混改性弹性丝切片及弹性丝制备方法，其中聚烯烃共混改性弹性丝切片原料包括三种或以上的POE配方料和POE助剂。本发明通过共混改性而生产的聚烯烃共混改性弹性丝的性能指标基本达到聚氨酯长丝的性能指标，使得聚烯烃共混改性弹性丝切片替代聚氨酯切片成为可能，由此使得每吨弹性丝的原料成本下降1.5万元以上，大大提高了现有熔纺氨纶企业的成本竞争优势，拓展了绿色环保弹性丝产品的熔融纺丝法的生存和发展空间。本发明在生产过程中不会产生结皮现象，破解了熔融纺丝过程中熔体管道结皮堵塞而需要定期停机清理的难题，提高了熔融纺丝的生产效率及产品质量的稳定性；同时本发明可以为拓展熔纺弹性丝新品种开发提供经验借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及纺织新材料技术，具体涉及一种聚烯烃共混改性弹性丝切片及聚烯烃共混弹性丝的制备方法。
背景技术
一提起弹性纤维，人员就会想起氨纶长丝。它的生产方法主要有干法、熔融法、湿法、化学反应法等四种。这四种方法中，湿法和化学反应法由于存在工艺复杂、纺丝速度低、产品质量不稳定、环境污染严重、生产成本较高、总投资较大等缺陷而难以工业化生产。干法生产氨纶技术采用单体聚合后纺丝，虽然工艺路线较长，生产设备复杂，项目投资较大，而且在生产过程中需使用的溶剂对人体和环境污染较大，但由于所上项目都是1万～5万/年，年产能规模较大，所生产的干法氨纶原料成本相对较低，因此近几年干法产能发展较快，目前已达五十万吨/年。
而在本世纪初新开发的熔融法氨纶生产技术虽然工艺路线短，生产设备相对简单紧凑，使用厂房面积小，操作人员少，项目投资省(约为干法的十分之一)，生产成本低，而且生产过程中不需使用溶剂，无环境污染问题，所生产的产品无溶剂残留，有利于人体皮肤健康，属于绿色环保产品，其产品质量完全可以与干法氨纶媲美。其产能现已超过年产五万吨的规模。由于熔纺氨纶生产所用原料为聚氨酯(即TPU)切片和交联剂，目前只有德国巴斯夫公司和美国路博润公司生产的产品质量较为稳定，但原料价格较高，每吨单价达4～4.5万元。这就迫使熔纺氨纶生产厂家目前只能生产使用原料较少、产品单价较高的细旦丝(15-20旦)产品，无法生产耗用原料多的、单价略低的30旦、40旦、70旦、140旦等规格产品。加之在熔纺氨纶生产过程中需要加入交联剂来增加产品的弹性回复率和强度，造成生产过程中纺丝箱内的熔体管道内产生结皮现象而堵塞熔体管道，需要定期停机清理，大大制约了熔纺氨纶绿色环保产品和绿色环保生产方法的生存与发展。
因此，如何降低熔纺氨纶生产原料的生产成本，寻找和制造原料来源容易、价格便宜的替代品，并且不使用交联剂，破解熔体管道结皮难题，提高熔融纺丝的效率，就成为熔融法氨纶能够继续生存与发展的关键难点。
发明内容
为了解决上述关键难点，本发明提供了一种可替代原料为聚氨酯切片(TPU)的熔纺氨纶丝的原料--聚烯烃共混改性弹性丝切片，并且原料来源容易，价格较为便宜，而且生产过程绿色环保；本发明还提供聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法，在生产过程中不需使用交联剂，破解了熔融纺丝生产过程中熔体管道容易结皮的现象，提高了熔融纺丝的生产效率和产品质量的稳定性。
本发明人通过分析、对比聚氨酯(TPU)的性能，分别对美国埃克森美孚公司、美国陶氏公司的丙烯基POE和乙烯基POE、及美国杜邦公司的POE8400、POE7256、POE8150进行试纺试验，选择了美国埃克森美孚公司的丙烯基POE6102、POE6202、POE3000、POE3980、POE1120，美国陶氏公司的丙烯基POE3401、POE4200、POE4301以及美国埃克森美孚公司的乙烯基POE0230、POE3040、POE0201、POE8230，美国陶氏公司的乙烯基POE8150、POE8180、POE8200、POE8400等不同性能的聚烯烃原料，作下一步试验的主要原料。分别对上述不同原料进行熔融纺丝试验，并对所纺产品进行测试分析，结果没有任何一种原料能够达到或接近熔纺聚氨酯原料(TPU)的性能指标，因此单独想用一种原料来替代熔纺聚氨酯(TPU)而达到其性能是不可能的。因此我们根据熔纺聚氨酯(TPU)所纺产品熔纺氨纶丝的断裂强度、断裂伸长度、300％弹性回复率等主要指标为依据，将不同性能的聚烯烃料优点和不足进行对比后，进行优势互补，采用三种和三种以上性能各异的聚烯烃(POE)，分别按不同配方和比例共混改性造粒，将弹性好强度差的料、强度好弹性差的料及流动性好的料、流动性差的料分别按不同的比例共混造粒，对纺丝结晶温度较低的料通过加入助剂提高改善其丝条结晶度，通过上述一年多的上百次不同配方和不同配比的原料造粒和纺丝试验，终于摸索出了达到或接近熔纺聚氨酯(TPU)原料性能的聚烯烃(POE)共混改性原料配方，得到熔纺氨纶原料-聚氨酯(TPU)弹性丝切片的替代品，并且不需要添加交联剂而直接纺丝，生产出产品性能达到或接近熔纺氨纶丝性能指标的聚烯烃共混改性弹性丝。
具体地，本发明所提供的聚烯烃共混改性弹性丝切片，按质量计其组分包括：POE6102：40～50份，POE6202：50～60份，POE0230：20～30份，POE助剂：8～10份。
所述POE助剂包括透明粉和钛白粉。
本发明另提供的聚烯烃共混改性弹性丝切片，按质量计其组分包括：POE6102：20～30份，POE6202：55～65份，POE：3980：15～25份，POE0230：25～35份，POE助剂：8～10份。
所述POE助剂包括透明粉和钛白粉。
本发明所提供的聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法，包括以下步骤：
A.将上述的聚烯烃共混改性弹性丝切片所需的各POE配方料及POE助剂按各自的配比称量后加入混料罐中搅拌均匀，取出加入双螺旋挤出机料斗；
B.双螺旋挤出机对加入的材料进行熔融、混炼、捏合后挤出成丝条；
C.丝条进入水槽中进行冷却牵伸；
D.切粒机对丝条进行切粒得到聚烯烃共混改性弹性丝切片；
E.将聚烯烃共混改性弹性丝切片加入除湿干燥机进行除湿干燥；
F.除湿干燥后的聚烯烃共混改性弹性丝切片送入螺杆挤出机进行加热、熔融、混炼，得到纺丝熔体；
G.纺丝熔体经熔体管道进入混合泵后送至不同纺丝位的计量泵，计量泵分出若干流量相同的熔体细流进入相对应的纺丝组件；
H.熔体细流经侧吹风冷却后成为单根丝条，经过油轮上油后再经过不同导丝辊和丝条往复装置卷绕成聚烯烃共混改性弹性丝饼，经过定型后得到聚烯烃共混改性弹性丝。
其中聚烯烃共混改性弹性丝切片制备用的双螺杆挤出机分为七区，每区温度分别为：一区：常温，二区：65℃，三区：80℃，四区：110℃，五区：145℃，六区：150℃，七区：120℃。
聚烯烃共混改性弹性丝制备用的螺杆挤出机分五段，其中第一段为进料段，温度为常温，第二段为加热段，温度为125℃，第三段为熔融加压段，温度为205℃，第四段为熔体加压段，温度为260℃，第五段为熔体混合段，温度为265℃。
本发明的有益效果是：本发明的聚烯烃共混改性弹性丝切片制备选择了原料来源容易、价格较为便宜的热塑性弹性体聚烯烃作为替代熔纺氨纶丝的原料聚氨酯切片(TPU)和交联剂的基本原料，使得每吨弹性丝的原料成本与TPU相比，下降1.5万元以上，大大提高了熔融法生产弹性丝企业的成本竞争优势，积极拓展了绿色环保弹性丝产品的熔融纺丝法的生存和发展空间；而且所生产的产品性能指标都能够达到相关性能指标要求。本发明生产的聚烯烃共混改性弹性丝的原料在生产弹性丝的过程中不需像生产熔纺氨纶丝那样需要加入交联剂以提高弹性丝的弹性回复率和强度，因此在聚烯烃共混改性弹性丝生产过程中，因不需使用交联剂而不会产生因熔体纺丝管道结皮而堵塞需要定期停机清理的难题，提高了熔融纺丝的生产效率和产品质量的稳定性；同时为拓展熔纺弹性丝新品种的开发提供借鉴。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：
图1为本发明制备方法的弹性丝切片制备流程方框图；
图2为本发明制备方法的弹性丝制备流程方框图。
具体实施方式
：20～30份，POE6202：55～65份，POE：3980：15～25份，POE0230：25～35份，POE助剂：8～10份。
实施例4：POE6102：20份，POE6202：55份，POE：3980：15份，POE0230：25份，POE助剂：8份，POE助剂中包括6份透明粉和2份钛白粉。
实施例5：POE6102：25份，POE6202：60份，POE：3980：20份，POE0230：30份，POE助剂：9份，POE助剂中包括7份透明粉和2份钛白粉。
实施例6：POE6102：30份，POE6202：65份，POE：3980：25份，POE0230：35份，POE助剂：10份，POE助剂中包括7份透明粉和3份钛白粉。
以上实施例中聚烯烃共混改性弹性丝切片原料所采用的聚烯烃POE单价都在1.5万元/吨至2.0万元/吨，加上共混改性造粒的人工成本和电费成本及设备折旧等平均每吨聚烯烃共混改性弹性丝原料切片的成本单价在2.50～3.00万元/吨，对比聚氨酯切片(TPU)原料和交联剂的单价为4.0～4.5万元/吨，平均每吨聚烯烃共混改性弹性丝切片的原料成本相比下降了1.5万元/吨。
下面对聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法进行详细描述。
本发明的制备方法分为聚烯烃共混改性弹性丝切片的制备过程和聚烯烃共混改性弹性丝的制备过程。
如图1所示，制备聚烯烃共混弹性丝切片原料时，先将各POE配方料和助剂分别按各自的配比称量计重后加入混料罐中进行10～15分钟充分混合搅拌均匀后，加入双螺杆挤出机(其长径比大于35：1的双螺杆)，经七区加热(各区温度分别为：一区：常温，二区：65℃，三区：80℃，四区：110℃，五区：145℃，六区：150℃，七区：120℃)熔融、混炼、捏合后，经挤出机摸头挤出丝条，进入长约4m宽35cm深30cm的水槽中冷却牵伸后进入切粒机切粒，所切粒子装袋后加入电热干燥器内在50℃温度下干燥4～5小时，即可作为下一工序纺丝的切片原料使用。
如图2所示，采用上述切片原料进行纺丝时，首先将制备好的聚烯烃共混改性弹性丝切片加入除湿干燥机内，在50℃温度下除湿干燥4-5小时后再加入纺丝机切片料斗中再进入螺杆挤出机内进行加热、熔融加压、混炼。其中螺杆挤出机分五段，其中第一段为进料段，温度为常温，方便切片进入螺杆而不发生螺杆环结现象；第二段为加热段，温度为125℃，原料切片在此段受热软化，第三段为熔融段，温度为205℃，在此段原料切片完全熔融为熔体；第四段为熔体加压段，温度为260℃，在此段随着熔体向前推进，螺杆直径不断变大，熔体的压力不断升高；第五段为熔体混合段，温度为265℃，在此段熔体经过增压后，再经过此段螺杆上的螺旋排列的耙钉，熔体熔融后的各种不同组分在此进行了充分均匀的混合，混合后的熔体压力也不断升高至60Mbar，熔体出螺杆后经熔体管道进入混合泵再进行一次充分均匀混合加压至110～120Mbar后送往各个不同纺丝位的计量泵，每个纺丝位一个计量泵，该计量泵为一进十二出口计量泵，熔体进入该泵后，经过25.0～30.0Hz频率转速的精密计量，分出十二条流量相同的熔体细流，进入相对应的纺丝组件，经纺丝组件内滤网过滤后，再经喷丝板喷出熔体细流，再经纺丝甬道内侧吹风冷却后成为单根丝条再经油轮上油后，分别经过第一导丝辊(线速度为706.5米/分)，第二导丝辊(线速度为595.0米/分)，第三导丝辊(线速度为553.5米/分)和丝条往复导丝装置(36.0～44.0频率的往复运动)，经摩擦辊(线速度为501.8米/分)，分别卷绕成15旦～20旦聚烯烃共混改性弹性丝饼，经过定型室70℃、24小时的定型后，即可进行分级包装成15旦～20旦聚烯烃共混改性弹性丝。
实施例4、5中不同配方的局系统共混改性弹性丝切片原料经上述方法进行制备后可以分别不同配方的得到15旦、20旦聚烯烃共混改性弹性丝成品。
从以上描述可知，在聚烯烃共混改性弹性丝制备过程中，只采用不同配方配比的聚烯烃共混改性弹性丝切片直接进行纺丝，不需要像聚氨酯切片(TPU)在纺丝过程中需另外加入交联剂进行交联改性，因此在整个纺丝过程中熔体管道不会产生结皮而堵塞熔体管道，因而不需要进行定期停机清理，因此也不会对产品的质量和生产效率产生影响。
对生产出来的聚烯烃共混改性弹性丝进行检测可知，其各项指标均基本达到常用氨纶长丝的指标，在弹性回复率指标方面甚至超过了常用氨纶丝的指标。
Claims (7)
1.聚烯烃共混改性弹性丝切片的制备，其特征在于：按质量计其组分包括：POE6102：40~50份，POE6202：50~60份，POE0230：20~30份，POE助剂：8~10份。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃共混改性弹性丝切片的制备，其特征在于：所述POE助剂包括透明粉和钛白粉。
3.聚烯烃共混改性弹性丝切片的制备，其特征在于：按质量计其组分包括：POE6102：20~30份，POE6202：55~65份，POE：3980：15~25份，POE0230：25~35份，POE助剂：8~10份。
4.根据权利要求3所述的聚烯烃共混改性弹性丝切片的制备，其特征在于：所述POE助剂包括透明粉和钛白粉。
5.聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A．将权利要求1至4中任一项所述的聚烯烃共混改性弹性丝切片所需的各POE配方料及POE助剂按各自的配比称量后加入混料罐中搅拌均匀，取出加入双螺旋挤出机料斗；
B．双螺旋挤出机对加入的材料进行熔融、混炼、捏合后挤出成丝条；C．丝条进入水槽中进行冷却牵伸；
D．切粒机对丝条进行切粒得到聚烯烃共混改性弹性丝切片；
E．将聚烯烃共混改性弹性丝切片加入除湿干燥机进行除湿干燥；
F．除湿干燥后的聚烯烃共混改性弹性丝切片加入螺杆挤出机进行加热、熔融、混炼，得到纺丝熔体；
G．纺丝熔体经熔体管道进入混合泵后送至不同纺丝位的计量泵，计量泵分出若干流量相同的熔体细流进入相对应的纺丝组件；
H．熔体细流经侧吹风冷却后成为单根丝条，经过油轮上油后再经过不同导丝辊和丝条往复装置卷绕成聚烯烃共混改性弹性丝饼，经过定型后得到聚烯烃共混改性弹性丝。
6.根据权利要求5所述的聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机分为七区，每区温度分别为：一区：常温，二区：65℃，三区：80℃，四区：110℃，五区：145℃，六区：150℃，七区：120℃。
7.根据权利要求5所述的聚烯烃共混改性弹性丝的制备方法，其特征在于：所述螺杆挤出机分五段，其中第一段为进料段，温度为常温，第二段为加热段，温度为125℃，第三段为熔融加压段，温度为205℃，第四段为熔体加压段，温度为260℃，第五段为熔体混合段，温度为265℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160302 |