CN106574402A - 用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于工业聚酯纱线生产的系统，从而在工业织物生产中使用，其中聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）材料与液晶聚合物材料混合使用，因此获得的材料的韧性、弹性模量和尺寸稳定性被改进。
Description
技术领域
本发明涉及用于工业聚酯纱线生产的系统，其中纱线的机械特性（韧性、模量、尺寸稳定性）通过添加剂改进，从而在工业织物生产中使用。
背景技术
在传送带胎圈包布（conveyor band chafer）、隔膜和涂层织物中需要改进的机械特性和强的结构。对于此种实施例，应当改进工艺而无需增加太多的花费，得到的纤维相比于参照物应当提供高模量和更好的尺寸稳定性。由于这个原因，已经开展研究以生产自加固的复合PEN纱线。
在不同的聚合材料中可以作为加固相使用的液晶聚合物（LCP）是具有包括长、硬、杆状的高导向分子的独特结构的高性能树脂。杆状分子在注射或挤压模制期间以流动方向导向其自身。
即使被加热到200-250℃，在LCP中模制的部分也展现出非常高的尺寸稳定性。一些LCP等级（classes）的熔融温度可以达到300℃。LCP根据其特性通常可以作为添加剂在许多领域中使用。电子和电气部件、燃料和气体屏障结构和传感器可以作为这些领域的例子给出。
发明内容
本发明的目标是提供用于添加液晶聚合物的工业聚酯纱线生产的系统。
本发明的另一个目标是提供用于工业纱线生产的系统，其中聚萘二甲酸乙二醇酯作为聚合物使用。
本发明的又一目标是提供用于具有改进的抗拉强度和弹性模量的工业纱线生产的系统。
附图说明
开发以实现本发明目标的添加LCP的聚萘二甲酸乙二醇酯工业纱线生产系统在附图中示出，其中：
图1是用于纱线生产的创造性系统的示意图。
图1中示出的部件中的每个被给予如下的附图标记：
1 用于工业纱线生产的系统
2 原始混合物形成单元
21 原始颗粒装载单元
22 原始熔融物挤压机
23 原始熔融物冷却单元
3 初级混合物形成单元
31 颗粒装载和稀释单元
32 初级熔融物挤压机
33 初级熔融物冷却单元
4 初级颗粒装载单元
5 挤压机
6 冷却单元
7 滚筒
71 初级滚筒
72 次级滚筒
73 三级滚筒
74 四级滚筒
8 热腔室
81 第一热腔室
82 第二热腔室
9 卷绕单元。
具体实施方式
用于复合聚萘二甲酸乙二醇酯的工业纱线生产系统（1）的创造性系统主要包括：
-至少一个原始混合物形成单元（2），其中原始聚合物颗粒被制备，
-至少一个初级混合物形成单元（3），其中初级聚合物混合物通过将原始聚合物混合物用主要聚合物稀释获得，
-至少一个初级颗粒装载单元（4），其中形成初级混合物的聚合物颗粒被填充并被加热，
-至少一个挤压机（5），其中在初级颗粒装载单元（4）中获得的初级聚合物混合物熔融并借助于位于出口的喷丝头作为丝状物纺纱，
-至少一个冷却单元（6），其中来自挤压机（5）的材料被冷却，
-至少一个滚筒（7），其中材料被拉伸并被导向，
-至少一个热腔室（8），其中材料被退火，
-至少一个卷绕单元（9），其中材料经由滚筒（7）被拉伸，通过冷却和加热被卷绕成为纱线。
在创造性的系统（1）中展示的原始混合物形成单元（1）包括：
-至少一个原始颗粒装载单元（21），其中聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和液晶聚合物（LCP）被混合，
-至少一个原始熔融物挤压机（22），其中原始熔融混合物被挤压，
-至少一个原始熔融物冷却单元（23），其中离开原始熔融物挤压机（22）的材料被冷却。
在创造性系统（1）的优选实施例中，在原始颗粒装载单元中制备的混合物的PEN：LCP比例以重量计是60:40。以这个比例制备、在冷却单元（23）中凝固、在双螺旋挤压机（22）中熔融和混合的原始材料变为颗粒。
初级混合物形成单元（3）包括：
-至少一个颗粒装载和稀释单元（31），其中来自原始混合物形成单元（2）的聚合物颗粒熔融并用PEN稀释，
-至少一个初级熔融物挤压机（32），其中初级原始熔融混合物被挤压，
-至少一个初级熔融物冷却单元（33），其中离开主熔融物挤压机（32）的材料被冷却。
在原始混合物形成单元（2）中制备的原始混合物颗粒被送至初级熔融形成单元（3），用纯PEN稀释的聚合物颗粒在此处被生产。PEN：LCP原始混合物与PEN混合直到LCP在颗粒装载和稀释单元（31）中以重量计的比例变为1-3%。所述过程优选地在260-300℃进行。
在本发明的一个实施例中，获得的混合聚合物颗粒的分子重量在初级混合物形成单元（3）的出口处增大，通过固体状态聚合，其内部粘度（IV）在240-250℃增加超过1dL/g，这花费12-24小时。此处的目的是通过降低在挤压期间的降解和链移动而增加分子重量以获得适合于纱线拉伸的聚合物。固体状态聚合的%结晶度增加超过100%。
在本发明的一个实施例中，在初级混合物形成单元（3）处经由固体状态聚合获得的具有增加的IV的颗粒在真空炉中于120-140℃干燥至少24小时，并在氦气气氛下于120℃装载到初级颗粒装载单元（4）。为了防止水解降解，混合和固体状态聚合的颗粒在装载到挤压机（32）之前的湿度值应当低于60ppm。
从初级混合物形成单元（3）出来的初级聚合物混合物被转移到初级颗粒装载单元（4），在此于100-120℃干燥并被送至加热至290-320℃的挤压机（5）。包含以重量计1-3%LCP的PEN-LCP聚合物混合物经由挤压机（5）出口处使用的喷丝头变成丝状物。在本发明的优选实施例中，在挤压机出口（5）处喷丝头的长度/直径比为2-5，孔直径为1mm。来自挤压机（5）的材料的喷射速度为6-7m/min，材料在挤压机中的停留时间为11-12分钟。这里的生产量调整为6-7g/min。
从挤压机（5）出来的PEN-LCP丝状物被转移到冷却单元（6），优选地使用冷却水处理。在本发明的一个实施例中，冷却单元的长度是70cm，其温度为80-95℃。在本发明同样的实施例中，挤压机（5）和冷却单元（6）之间的距离被调整为最大10cm。从冷却单元（6）出来的纱线首先来到初级滚筒（71），并由此被送至次级滚筒（72）。在本发明的优选实施例中，初级滚筒（71）的温度在100-140℃之间，次级滚筒（72）的温度在140-160℃之间。冷拉伸过程在这些滚筒（7）之间被应用到纱线上。
从次级滚筒（72）出来的纱线被转移到第一热腔室（81）并在此用热空气加热到200-250℃，随后转移到三级滚筒（73）。三级滚筒（73）的温度可以在200-250℃之间变化。因此，热拉伸在次级滚筒（72）和三级滚筒（73）之间进行。
从三级滚筒（73）出来的纱线于120-180℃的温度进入第二热腔室（82）。所述纱线在室温下不加热地来到最后一个滚筒四级滚筒（74）；在此其松弛1-2%的比例，并被送至卷绕单元（9）从而被卷绕。
在本发明的优选实施例中，初级滚筒（71）的速度与挤压机（5）的离开速度的比例在4-6之间。三级滚筒（73）的速度与初级滚筒（71）的速度的比例可以在5-6.5之间变化。
当比较使用创造性系统（1）获得的以1-3%比例添加LCP的PEN纱线和由纯PEN材料制造的纱线在总拉伸比例为6时的韧性和弹性模量时；在创造性系统中生产的复合纱线的韧性增加了40-45%，其弹性模量增加了5-10%。当总拉伸比例大于6时，韧性增加在25-30%之间，弹性模量提高2-5%。当考虑尺寸稳定性时，在6的拉伸比例下，添加1-3%LCP的PEN纱线比纯PEN纱线的尺寸稳定性好15-25%。
当使用创造性系统生产的单丝纱线缠绕成2层50圈时，其转化率在80-90%的范围内。
Claims (16)
1.用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统，包括：
-至少一个原始混合物形成单元（2），其中原始聚合物颗粒被制备，
-至少一个初级混合物形成单元（3），其中初级聚合物混合物通过使用原始聚合物颗粒获得并成为颗粒，
-至少一个初级颗粒装载单元（4），其中形成初级混合物的聚合物颗粒被填充并被加热，
-至少一个挤压机（5），其中在初级颗粒装载单元（4）中获得的初级聚合物混合物熔融并借助于位于出口的喷丝头成为丝状物，
-至少一个冷却单元（6），其中来自挤压机（5）的材料被冷却，
-至少一个滚筒（7），其中材料被拉伸并被导向，
-至少一个热腔室（8），其中材料被退火，
-至少一个卷绕单元（9），其中材料经由滚筒（7）被拉伸，通过冷却和加热被卷绕成为纱线，其特征在于：
-聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和液晶聚合物（LCP）在原始混合物形成单元（2）中各自以比例60:40混合，
-混合物中LCP的比例通过在初级混合物形成单元（3）中将原始混合物用PEN稀释而降到以重量计1-3%。
2.根据权利要求1所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于，原始混合物形成单元（2）具有：至少一个原始颗粒装载单元（21），其中聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）和液晶聚合物（LCP）通过各自以重量计比例60:40装载而混合；至少一个原始熔融物挤压机（22），其中原始混合物被熔融和挤压；至少一个原始熔融物冷却单元（23），其中从原始熔融物挤压机（22）出来的材料被冷却。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于，初级混合物形成单元（2）具有：至少一个颗粒装载和稀释单元（31），其中来自原始混合物形成单元（2）的聚合物颗粒熔融并用PEN稀释，从而LCP比例将达到以重量计1-3%；至少一个初级熔融物挤压机（32），其中初级原始熔融混合物被挤压；至少一个初级熔融物冷却单元（33），其中离开主熔融物挤压机（32）的材料被冷却。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：颗粒装载和稀释单元（31），其中PEN被添加直到混合物中的LCP比例以重量计是1-3%，原始PEN-LCP混合物在260-300℃被挤压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：初级颗粒装载单元（4），其中在初级混合物形成单元（3）的出口处获得的颗粒在真空炉中于120-140℃干燥至少24小时之后，在氦气气氛下于120℃装载。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：挤压机（5），其中初级聚合物混合物变成丝状物，所述挤压机具有喷丝头，所述喷丝头的长度/直径比为2-5，孔直径为1mm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：挤压机（5），其中聚合物混合物成为丝状物的喷射速度为6-7m/min。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：挤压机（5），其中聚合物混合物成为丝状物的生产量调整为6-7g/min。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：冷却单元（6），其中从挤压机（5）出来的丝状物使用冷却水在80-95℃冷却。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：初级滚筒（71），从冷却单元（6）出来的丝状物于100-140℃的温度被转移到所述初级滚筒。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：次级滚筒（72），从初级滚筒（71）出来的丝状物于140-160℃的温度被转移到所述次级滚筒，其中冷拉伸被应用到丝状物上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：第一热腔室（81），从次级滚筒（72）出来的丝状物被转移到所述第一热腔室，在所述第一腔室中使用200-250℃温度的热空气。
13.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：三级滚筒（73），从第一热腔室（81）出来的丝状物于200-250℃的温度被转移到所述三级滚筒，其中热拉伸被应用到丝状物上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：第二热腔室（82），从三级滚筒（73）出来的丝状物于120-180℃的温度被转移到所述第二热腔室。
15.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：三级滚筒（73），从第二热腔室（82）出来的丝状物不加热地被转移到所述三级滚筒，其中热拉伸被应用到丝状物上。
16.根据前述权利要求中任一项所述的用于由复合聚萘二甲酸乙二醇酯材料生产工业纱线的系统（1），其特征在于：卷绕单元（9），其中从四级滚筒（74）出来的丝状物通过松弛1-2%被卷绕成纱线。
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