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一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法。本发明将对苯二甲酸、乙二醇、多羟基化合物和钛系催化剂混合搅拌后，先进行酯化反应，然后在催化剂乙二醇锑作用下进行进一步的酯化反应和缩聚反应，在缩聚反应前加入硫酸钡，得到特性黏度为0.650～0.675dl/g的有光聚酯熔体。熔体经过纺丝制备获得超高强高韧性有光涤纶短纤维。所制得纤维强度大于6.40cN/dtex，断裂伸长为18～24％，180℃干热收缩为3.5～6.0％，能满足制作高端缝纫线和造纸、混凝土等增强材料对产品的要求。

Description

一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法
技术领域
本发明涉及合成纤维技术领域，特别涉及一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法。
背景技术
近几年，涤纶纤维的用途越来越广，对其性能要求也越来越多，比如涤纶的超短纤维用于造纸、混凝土领域，要求纤维不但强度要高而且具有一定的断裂韧性，起到增强的作用。国内有光涤纶短纤维由于其需求量增长迅速而得到了发展，总需求量比十年前翻了一倍不止，其中70％用于加工服装缝纫用线，30％用于加工箱包缝纫用线、绣花线、机织、针织面料等。从2012年以来，高端有光涤纶缝纫线制造商提出开发高强、高支有光涤纶缝纫线需求。虽然从各种资料表明，中国涤纶有光缝纫线行业在世界范围内已具有比较优势，但目前纤维强度指标≥6.20cN/dtex,根据对用户调研的信息反馈，其中对纤维强力的关注占了第一位，而目前市场上的有光缝纫线涤纶短纤维断裂强度指标与高端用户对指标的要求还存在一定的差距。
在一般的生产过程中，高黏度的聚酯熔体能较好的满足纤维高强度的要求。由于熔体在通过喷丝孔的流动过程中会有明显的流场变化，聚合物熔体从喷丝孔挤出成型要经历入流、孔流、出流、变形和稳定的过程，其物理形态和几何形态均发生变化，若黏度太高，会导致熔体在入流区存储的变形弹性能太多，从而出现孔口胀大现象，使得纺丝成型困难以及后处理加工过程中牵伸性能较差。另外在高黏度的熔体生产过程中，对生产过程中的搅拌电机及增压泵电机等的要求将进一步提高，对电机损耗将增大，提高了能耗，增加了生产成本。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法。本发明在不提高聚酯熔体黏度的基础上，生产的有光缝纫线涤纶短纤维就能满足超高强的需求。
本发明提供一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法，具体步骤如下：
1)将对苯二甲酸、乙二醇、多羟基化合物和钛系催化剂混合搅拌后，进行酯化反应，反应的酯化率达到92％以上；其中：所述多羟基化合物为季戊四醇、山梨醇、木糖醇、1,1,1-三羟甲基丙烷任一种或多种；
2)酯化反应产物在乙二醇锑、纳米硫酸钡作用下进行缩聚反应，得到特性粘度为0.650-0.680dl/g的有光聚酯熔体；
3)将步骤2)得到的有光聚酯熔体纺丝制备获得有光超高强涤高韧性涤纶短纤维；
上述步骤1)中，所述的多羟基化合物以聚酯理论重量计为0.003～0.005wt％。
上述步骤1)中，所述钛系催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯中的一种。
上述步骤1)中，钛系催化剂以聚酯理论重量计为0.0003～0.0004wt％。
上述步骤2)中，纳米硫酸钡的含量在100～1200ppm之间。
上述步骤3)中，有光聚酯熔体经过增压泵、熔体热交换后进入静态混合器、纺丝箱体，从喷丝板出来后经环吹冷却、卷绕及盛丝成型后，再经集束、拉伸、紧张热定型、松弛热定型、切断和成品包装工序制备获得超高强高韧性有光涤纶短纤维。
上述步骤3)中，纺丝过程中，熔体热交换温度为260～275℃；纺丝温度为275～290℃，环吹风温度为20～26℃，卷绕速度为1300～1600m/min，牵伸总倍率为3.0～4.5，牵伸温度75～85℃，牵伸速度为150～250m/min。
本发明所制得有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的强度大于6.40cN/dtex，断裂伸长为18～24％，180℃干热收缩为3.5～6.0％。
本发明的关键是在反应原料中添加了多羟基化合物和钛系催化剂，多羟基化合物为交联剂，可以有效提高聚酯分子链段的紧密型，提高分子量，从而提高纤维的强度，同时在反应过程中添加硫酸钡，使得聚酯熔体在黏度不是很高的情况下，既保持了后续良好的可纺性，又满足了成品纤维的高强力的需求；而钛系催化剂可以提高酯化、缩聚反应速率，有效降低降解反应。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)生产过程中添加的多羟基化合物，提高了聚酯熔体的玻璃化转变温度(Tg)由于其有效提高了聚酯分子链段的紧密型，提高了分子量，并使得分子量分布比原来缩小，对强力贡献较大，又由于纳米硫酸钡粒径与PET球晶的大小接近，更起到了“搭桥”的作用，在其相互作用下，使得可以在不增加聚酯粘度的情况下，增加了纤维强度，从而降低了聚酯能耗，减少生产成本。
2)通过熔体热交换、纺丝、环吹风等温度的变化调整纤维的内在质量。
3)本发明有光缝纫线涤纶短纤维的断裂强度可达6.40cN/dtex以上。
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
实施例
将原料对苯二甲酸和乙二醇，按质量1:1.8进行打浆；并加入稀释到0.04wt％的钛酸四丁酯催化剂乙二醇溶液和0.003～0.005wt％季戊四醇参与浆料调制。
调配好的浆料送入酯化反应釜，在表压0.08MPa、温度260℃下进行酯化反应，生成中间体对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率至少为92％，酯化过程生成的水随乙二醇蒸出，经分馏塔分出水后，99wt％的乙二醇回流釜内。对苯二甲酸双羟乙酯通过中间体管线进入预缩聚反应釜。
硫酸钡按照10wt％浓度、乙二醇锑按照6wt％的浓度分别输送至中间体管线，与上述的中间体混合；混合均匀后，以齿轮泵送入上流式预缩聚釜，在反应温度275-280℃，真空度为10-20mmHg下进行预缩聚反应1小时，得到预缩聚产物。
将预缩聚产物输入终缩聚釜，在反应温度278-282℃，真空度为1-3mmHg条件下进行终缩聚反应得到有光聚酯熔体。熔体经过滤器过滤后或冷却切粒，或输送至纺丝装置。
有光聚酯熔体经熔体过滤器后用增压泵输送至纺丝，熔体经输送管道、熔体热交换器后进入静态混合器、纺丝箱体，从喷丝板出来后经环吹冷却、卷绕及盛丝成型后，再经集束、拉伸、紧张热定型、松弛热定型、切断和成品包装工序制备获得超高强有光缝纫线涤纶短纤维。
纤维制造时加工过程顺利，物理性能稳定。
各实施例所使用的多羟基化合物、硫酸钡含量、及所得聚酯产品的特性粘度指标见表1，各实施例所使用的不同纺丝工艺条件见表2，各实施例所对应的有光缝纫线涤纶短纤维主要质量指标见表3。
表1各实施例所使用的多羟基化合物、硫酸钡含量、及所得聚酯产品的特性粘度指标
表2各实施例所使用的不同纺丝工艺条件
表3各实施例所对应的有光缝纫线涤纶短纤维主要质量指标

Claims (8)

1.一种有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的直接纺制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)将对苯二甲酸、乙二醇、多羟基化合物和钛系催化剂混合搅拌后，进行酯化反应，反应的酯化率达到92％以上；其中：所述多羟基化合物为季戊四醇、山梨醇、木糖醇、1,1,1-三羟甲基丙烷任一种或多种；
2)酯化反应产物在乙二醇锑、纳米硫酸钡作用下进行缩聚反应，得到特性粘度为0.650-0.680dl/g的有光聚酯熔体；
3)将步骤2)得到的有光聚酯熔体纺丝制备获得有光超高强涤高韧性涤纶短纤维。
2.根据权利要求1所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的多羟基化合物以聚酯理论重量计，占0.003～0.005wt％。
3.根据权利要求1所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述钛系催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤1)中，钛系催化剂以聚酯理论重量计，占0.0003～0.0004wt％。
5.根据权利要求1所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤2)中，纳米硫酸钡的含量在100～1200ppm之间。
6.根据权利要求所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤3)中，有光聚酯熔体经过增压泵、熔体热交换后进入静态混合器、纺丝箱体，从喷丝板出来后经环吹冷却、卷绕及盛丝成型后，再经集束、拉伸、紧张热定型、松弛热定型、切断和成品包装工序制备获得超高强高韧性有光涤纶短纤维。
7.根据权利要求所述的直接纺制备方法，其特征在于，步骤3)中，纺丝过程中，熔体热交换温度为260～275℃；纺丝温度为275～290℃，环吹风温度为20～26℃，卷绕速度为1300～1600m/min，牵伸总倍率为3.0～4.5，牵伸温度75～85℃，牵伸速度为150～250m/min。
8.根据权利要求1-7之一所述的直接纺制备方法，其特征在于，所制得有光超高强涤高韧性涤纶短纤维的强度大于6.40cN/dtex，断裂伸长为18～24％，180℃干热收缩为3.5～6.0％。
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