CN105543987A - 一步法制备聚酯短纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

一种一步法制备聚酯短纤维的方法，属于化学纤维制备技术领域。其是先将聚酯切片、回收聚酯或聚乳酸酯切片预结晶干燥，再引入螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱纺丝，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经缓冷、环吹风冷却固化、上油、热辊牵伸、卷曲、松驰定型、切断和打包，得到聚酯短纤维，其中：当使用所述回收聚酯时，则在进入纺丝箱之前先对回收聚酯熔体进行过滤。可显著缩短制备流程、简化设备配置、提高制备效率、降低制备成本、节约能耗并且还具有方便更换不同聚酯切片的长处。

Description

一步法制备聚酯短纤维的方法
技术领域
本发明属于化学纤维制备技术领域，具体涉及一种一步法制备聚酯短纤维的方法。
背景技术
聚酯纤维(polyesterfibre)是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维的统称。工业化生产的聚酯纤维大都用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成（中国的商品名为涤纶），由聚酯纤维制成的面料具有外观挺括和热稳定性好的长处，但吸湿性稍差，主要用于制作各种服饰和寝装用品。
1941年，英国的J.R.温菲尔德和J.T.迪克森以对苯二甲酸和乙二醇为原料在实验室内首先研制成功聚酯纤维，命名为特丽纶(Terylene)。1953年美国生产商品名为达可纶(Dacron)的聚酯纤维。随后聚酯纤维在世界各国得到迅速发展。1960年聚酯纤维的世界产量超过聚丙烯腈纤维，1972年又超过聚酰胺纤维，成为合成纤维的第一大品种。近年来随着合成纤维的迅速发展，聚酯纤维出现了不少新品种，比如：聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）纤维，聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）纤维，聚对苯二甲酸-1,4-环己二甲酯纤维，聚-2,6-萘二酸乙二酯（PEN）纤维，以及多种改性的聚对苯二甲酸乙二酯纤维(如:CDP，ECDP，EDDP)等。
聚酯纤维有长丝和短纤，还有工业丝以及各种原液着色或纺前着色纤维等等，聚酯短纤维大都采用公知的二步法制备即纺丝成形过程在500~1500m/min纺丝速度下成形后落桶，然后再把若干桶的丝束集束，在100~250m/min的线速度下经牵伸、卷曲、定型、切断和打包等过程完成，牵伸定型速度最高不超过250m/min。二步法生产存在诸如设备投资成本高、占地面积大、能耗大、加工成本高、效率低和更换品种不方便之类的弊端。
在公开的中国专利文献中可见诸聚酯纤维的制备方法的技术信息，略以例举的如CN1046321C（生产聚酯纤维的方法和设备）、CN101328622A（一种全牵伸聚酯纤维及其制备）、CN102443871A（低温易染聚酯纤维的生产方法）、CN102725444B（常压可染聚酯纤维及其制备）、CN102691130B（阻燃性聚酯纤维的制造工艺）、CN102965757B（一种常压沸染生物质聚酯纤维及其制备），等等。
在中国专利文献中同样可见诸一步法制备聚酯纤维的方法，典型的如发明专利授权公告号CN1023415C推荐有“聚酯纤维的一步法制造方法及装置”，其过程是：熔融聚酯由喷丝板上的喷丝孔挤出；在纺程上拉丝成形；冷却、上油和卷绕得到成品FDY或POY聚酯纤维，特点是：卷绕速度设计为3000-3800m/min，在纺程内丝条冷却到临界温度的纺程位置对丝条突然施加大于或等于临界应变的张力（具体可参见该专利的说明书第2页第3栏倒数第9行至第4栏第5行）。通过对该专利的说明书全文阅读可知，由于其针对是全牵伸聚酯长丝的制备方法而言的，因而对于一步法制备聚酯短纤无论是在工艺环节上还是在设备配置方面均不具有可借鉴的技术启示。此外，CN1046321C提供的“生产聚酯纤维的方法和设备”同样对一步法制备聚酯短纤无启示意义。
发明内容
本发明的任务在于提供一种一步法制备聚酯短纤维的方法，该方法无需将纺丝制取的初生丝落桶并集束而藉以体现显著缩短制备流程、简化设备配置、提高制备效率、降低制备成本、节省能耗并且具有更换原料灵活方便的长处。
本发明的任务是这样来完成的，一种一步法制备聚酯短纤维的方法，其是先将聚酯切片、回收聚酯或聚乳酸酯切片预结晶干燥，再引入螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱纺丝，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经缓冷、环吹风冷却固化、上油、热辊牵伸、卷曲、松驰定型、切断和打包，得到聚酯短纤维，其中：当使用所述回收聚酯时，则在进入纺丝箱之前先对回收聚酯熔体进行过滤。
在本发明的一个具体的实施例中，所述预结晶干燥是将所述聚酯切片、回收聚酯或聚乳酸酯切片干燥至含水率为22-123ppm。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述聚酯切片包括PET切片、PBT切片和PTT切片，PET切片和所述回收聚酯的特性粘度为0.58-0.64dl/g，PBT切片的特性粘度为1.0dl/g，PTT切片的特性粘度为0.95dl/g，聚乳酸酯切片的特性粘度为1.3dl/g；所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机。
在本发明的又一个具体的实施例中，当所述聚酯切片为所述的PET切片和回收聚酯时，所述双螺杆挤出机的熔融挤出温度为265-295℃；当所述聚酯切片为所述的PBT切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为235-265℃；当所述聚酯切片为所述的PTT切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为235-255℃；当使用所述聚乳酸酯切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为175-245℃。
在本发明的再一个具体的实施例中，所述纺丝箱的温度为250-290℃；所述喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420mm，喷丝板上的喷丝孔数量为2500-10000个，喷丝孔的直径为0.25-0.75㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1或2∶1。
在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的环吹风的方式为由内向外吹风和由外向内吹风中的任意一种环吹风方式，环吹风的风温控制为15-23℃。
在本发明的更而一个具体的实施例中，所述上油的上油率为0.35-0.45%；所述松驰定型的温度为120-150℃。
在本发明的进而一个具体的实施例中，所述切断的长度为32㎜、38㎜、51㎜、64㎜、76㎜或102㎜。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述热辊牵伸的牵伸道数为四道，第一道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.05倍并且第一道牵伸的牵伸温度为70-100℃；第二道牵伸的牵伸倍数为3.25-3.8倍，并且第二道牵伸的牵伸温度为60-85℃；第三道牵伸的牵伸倍数为1.1倍并且牵伸温度为100-120℃；第四道牵伸的牵伸倍数为1.01-1.02倍并且牵伸温度为150-200℃；在热辊牵伸时丝在最后一辊的行进线速度为950-1110m/min。
在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述聚酯短纤维的纤度为2.75-16.7dtex，断裂强度为2.63-4.86CN/dtex，断裂伸长率为35.82-67.84%，卷曲数为9-12个/25㎜，180℃干热收缩率为6.1-7.6%。
本发明提供的技术方案相对于已有技术因无需落桶并且无需在落桶后集束，因而可显著缩短制备流程、简化设备配置、提高制备效率、降低制备成本、节约能耗并且还具有方便更换不同聚酯切片的长处。
具体实施方式
实施例1：
先将特性粘度为0.64dl/g的PET切片投入预结晶如真空转鼓或预结晶连续干燥机中进行预结晶干燥，预结晶干燥的目的是为了避免PET切片在由螺杆挤出机挤出的过程中产生堵料，引起压力波动及高温降解等情形，经预结晶干燥后并且含水率为33ppm的PET切片引入螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱，螺杆挤出机的各区温度为：一区275℃，二区285℃，三区290℃，四区293℃，五区295℃，纺丝箱的纺丝温度为290℃，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经环吹风冷却固化、上油辊上油、热辊牵伸、卷曲机卷曲、松弛定型机松弛定型、切断机切断和打包机打包，得到纤度为2.75dtex、断裂强度为4.86CN/dtex、断裂伸长率为39.28%和180℃干热收缩率为6.8%的聚酯纤维。
本实施例中所述的喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420mm，喷丝板上的孔数为10000个，喷丝孔的直径为0.25㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1，环吹风冷却装置的环吹风方式为由内向外吹风冷却，冷却风的风温为23℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.45%，热辊牵伸牵伸道数为四道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为100℃并且牵伸倍数为1.03倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为80℃并且牵伸倍数为3.6倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为120℃并且牵伸倍数为1.1倍；第四道牵伸在第四牵伸辊与第五牵伸辊（成对配置）之间进行，第四道牵伸的温度为200℃并且牵伸倍数为1.01倍，第一、第二、第三、第四和第五牵伸辊的线速度分别为269.7m/min、277.8m/min、1000m/min、1100m/min和1111m/min；第五辊的温度为88℃；所述卷曲的卷曲数为9个/25㎜；所述松弛定型的温度为150℃；所述切断的长度为51㎜。
实施例2：
先将特性粘度为0.58dl/g的回收聚酯切片投入预结晶如真空转鼓或预结晶连续干燥机中进行预结晶干燥，预结晶干燥的目的是为了避免回收聚酯切片在由双螺杆挤出机挤出的过程中产生堵料，引起压力波动及高温降解等情形，经预结晶干燥后并且含水率为123ppm的回收聚酯切片引入螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱，螺杆挤出机的各区温度为：一区:265℃，二区275℃，三区280℃，四区283℃，五区285℃，纺丝箱的纺丝温度为280℃，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经环吹风冷却固化、上油辊上油、热辊牵伸、卷曲机卷曲、松弛定型机松弛定型、切断机切断和打包机打包，得到纤度为16.7dtex、断裂强度为2.63CN/dtex、断裂伸长率为67.84%和180℃干热收缩率为6.1%的聚酯纤维。
本实施例中所述的喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420㎜，喷丝板上的孔数为2500个，喷丝孔的直径为0.75㎜，喷丝孔的长径比L/D为2∶1，环吹风冷却装置的环吹风方式为由外向内吹风冷却，冷却风的风温为20℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.42%，热辊牵伸牵伸道数为四道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为100℃并且牵伸倍数为1.05倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为85℃并且牵伸倍数为3.8倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为120℃并且牵伸倍数为1.1倍；第四道牵伸在第四牵伸辊与第五牵伸辊（成对配置）之间进行，第四道牵伸的温度为200℃并且牵伸倍数为1.02倍，第一、第二、第三、第四和第五牵伸辊的线速度分别为212.2m/min、222.8m/min、846.7m/min、931m/min和950m/min；第五辊的温度为90℃；所述卷曲的卷曲数为7个/25㎜；所述松弛定型的温度为120℃；所述切断的长度为76㎜。
实施例3：
先将特性粘度为1.0dl/g的PBT切片投入预结晶如真空转鼓或预结晶连续干燥机中进行预结晶干燥，预结晶干燥的目的是为了避免PBT切片在由螺杆挤出机挤出的过程中产生堵料，引起压力波动及高温降解等情形，经预结晶干燥后并且含水率为28ppm的PBT切片引入双螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱，双螺杆挤出机的各区温度为一区235℃，二区245℃，三区255℃，四区260℃，五区265℃，纺丝箱的纺丝温度为268℃，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经环吹风冷却固化、上油辊上油、热辊牵伸、卷曲机卷曲、松弛定型机松弛定型、切断机切断和打包机打包，得到纤度为3.41dtex、断裂强度为3.83CN/dtex、断裂伸长率为42.71%和180℃干热收缩率为7.3%的聚酯纤维。
本实施例中所述的喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420㎜，喷丝板上的孔数为7500个，喷丝孔的直径为0.25㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1，环吹风冷却装置的环吹风方式为由内向外吹风冷却，冷却风的风温为18℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.38%，热辊牵伸牵伸道数为四道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为80℃并且牵伸倍数为1.02倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为60℃并且牵伸倍数为3.3倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为100℃并且牵伸倍数为1.1倍；第四道牵伸在第四牵伸辊与第五牵伸辊（成对配置）之间进行，第四道牵伸的温度为180℃并且牵伸倍数为1.01倍，第一、第二、第三、第四和第五牵伸辊的线速度分别为283.7m/min、289m/min、955m/min、1050m/min和1060m/min；第五辊的温度为55℃；所述卷曲的卷曲数为11个/25㎜；所述松弛定型的温度为125℃；所述切断的长度为32㎜。
实施例4：
先将特性粘度为0.95dl/g的PTT切片投入预结晶如真空转鼓或预结晶连续干燥机中进行预结晶干燥，预结晶干燥的目的是为了避免PTT切片在由螺杆挤出机挤出的过程中产生堵料，引起压力波动及高温降解等情形，经预结晶干燥后并且含水率为22ppm的PTT切片引入双螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱，双螺杆挤出机的各区温度为一区235℃，二区245℃，三区250℃，四区253℃，五区255℃，纺丝箱的纺丝温度为260℃，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经环吹风冷却固化、上油辊上油、热辊牵伸、卷曲机卷曲、松弛定型机松弛定型、切断机切断和打包机打包，得到纤度为3.28dtex、断裂强度为3.61CN/dtex、断裂伸长率为48.95%和180℃干热收缩率为7.6%的聚酯纤维。
本实施例中所述的喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420㎜，喷丝板上的孔数为7500个，喷丝孔的直径为0.25㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1，环吹风冷却装置的环吹风方式为由内向外吹风冷却，冷却风的风温为18℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.35%，热辊牵伸牵伸道数为四道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为75℃并且牵伸倍数为1.02倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为60℃并且牵伸倍数为3.4倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为100℃并且牵伸倍数为1.1倍；第四道牵伸在第四牵伸辊与第五牵伸辊（成对配置）之间进行，第四道牵伸的温度为170℃并且牵伸倍数为1.01倍，第一、第二、第三、第四和第五牵伸辊的线速度分别为272.6m/min、278m/min、945m/min、1040m/min和1050m/min；第五辊的温度为52℃；所述卷曲的卷曲数为12个/25㎜；所述松弛定型的温度为130℃；所述切断的长度为64㎜。
实施例5：
先将特性粘度为1.3dl/g的PLA切片（即聚乳酸酯切片）投入预结晶如真空转鼓或预结晶连续干燥机中进行预结晶干燥，预结晶干燥的目的是为了避免PLA切片在由螺杆挤出机挤出的过程中产生堵料，引起压力波动及高温降解等情形，经预结晶干燥后并且含水率为50ppm的PLA切片引入双螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱，双螺杆挤出机的各区温度为一区175℃，二区205℃，三区220℃，四区233℃，五区245℃，纺丝箱的纺丝温度为250℃，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经环吹风冷却固化、上油辊上油、热辊牵伸、卷曲机卷曲、松弛定型机松弛定型、切断机切断和打包机打包，得到纤度为3.36dtex、断裂强度为4.06CN/dtex、断裂伸长率为35.82%和180℃干热收缩率为6.5%的聚酯纤维。
本实施例中所述的喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420㎜，喷丝板上的孔数为5000个，喷丝孔的直径为0.25㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1，环吹风冷却装置的环吹风方式为由内向外吹风冷却，冷却风的风温为15℃，丝条在途经上油辊时的上油率为0.42%，热辊牵伸牵伸道数为四道，第一道牵伸是在第一牵伸辊（成对配置）与第二牵伸辊（成对配置）之间完成的，第一道牵伸辊的温度为70℃并且牵伸倍数为1.02倍；第二道牵伸是在第二牵伸辊与第三牵伸辊（成对配置）之间进行，第二道牵伸的温度为70℃并且牵伸倍数为3.25倍；第三道牵伸在第三牵伸辊与第四牵伸辊（成对配置）之间进行，第三道牵伸的温度为100℃并且牵伸倍数为1.1倍；第四道牵伸在第四牵伸辊与第五牵伸辊（成对配置）之间进行，第四道牵伸的温度为150℃并且牵伸倍数为1.01倍，第一、第二、第三、第四和第五牵伸辊的线速度分别为271.5m/min、276.9m/min、900m/min、990m/min和1000m/min；第五辊的温度为50℃；所述卷曲的卷曲数为10个/25㎜；所述松弛定型的温度为120℃；所述切断的长度为102㎜。

Claims (10)

1.一种一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于其是先将聚酯切片、回收聚酯或聚乳酸酯切片预结晶干燥，再引入螺杆挤出机熔融挤出至纺丝箱纺丝，由纺丝箱的喷丝板喷出的丝条依次经缓冷、环吹风冷却固化、上油、热辊牵伸、卷曲、松驰定型、切断和打包，得到聚酯短纤维，其中：当使用所述回收聚酯时，则在进入纺丝箱之前先对回收聚酯熔体进行过滤。
2.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述预结晶干燥是将所述聚酯切片、回收聚酯或聚乳酸酯切片干燥至含水率为22-123ppm。
3.根据权利要求2所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述聚酯切片包括PET切片、PBT切片和PTT切片，PET切片和所述回收聚酯的特性粘度为0.58-0.64dl/g，PBT切片的特性粘度为1.0dl/g，PTT切片的特性粘度为0.95dl/g，聚乳酸酯切片的特性粘度为1.3dl/g；所述的螺杆挤出机为单螺杆挤出机。
4.根据权利要求3所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于当所述聚酯切片为所述的PET切片和回收聚酯时，所述双螺杆挤出机的熔融挤出温度为265-295℃；当所述聚酯切片为所述的PBT切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为235-265℃；当所述聚酯切片为所述的PTT切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为235-255℃；当使用所述聚乳酸酯切片时，所述螺杆挤出机的熔融挤出温度为175-245℃。
5.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述纺丝箱的温度为250-290℃；所述喷丝板为圆形喷丝板，该圆形喷丝板的直径为420mm，喷丝板上的喷丝孔数量为2500-10000个，喷丝孔的直径为0.25-0.75㎜，喷丝孔的长径比L/D为3∶1或2∶1。
6.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述的环吹风的方式为由内向外吹风和由外向内吹风中的任意一种环吹风方式，环吹风的风温控制为15-23℃。
7.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述上油的上油率为0.35-0.45%；所述松驰定型的温度为120-150℃。
8.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述切断的长度为32㎜、38㎜、51㎜、64㎜、76㎜或102㎜。
9.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述热辊牵伸的牵伸道数为四道，第一道牵伸的牵伸倍数为1.02-1.05倍并且第一道牵伸的牵伸温度为70-100℃；第二道牵伸的牵伸倍数为3.25-3.8倍，并且第二道牵伸的牵伸温度为60-85℃；第三道牵伸的牵伸倍数为1.1倍并且牵伸温度为100-120℃；第四道牵伸的牵伸倍数为1.01-1.02倍并且牵伸温度为150-200℃；在热辊牵伸时丝在最后一辊的行进线速度为950-1110m/min。
10.根据权利要求1所述的一步法制备聚酯短纤维的方法，其特征在于所述聚酯短纤维的纤度为2.75-16.7dtex，断裂强度为2.63-4.86CN/dtex，断裂伸长率为35.82-67.84%，卷曲数为9-12个/25㎜，180℃干热收缩率为6.1-7.6%。
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