CN108754644A - 一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝及其制备方法，在以等规聚丙烯为主要原料采用熔融纺丝法制备聚丙烯纺粘长丝的过程中，采用三段式吹风的方式进行冷却制得高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，三段式吹风是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，从第一段至第三段冷却风的风速逐渐增大，制得的聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度大于4dtex，断裂强度大于3.5cN/dtex。本发明的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，攻克了聚丙烯纺粘长丝的制备技术，填补了聚丙烯纺粘长丝技术的空白，制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝力学性能好，为高强粗旦聚丙烯纺粘土工布的制备提供了重要基础。

Description

一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝及其制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯非织造土工布制备领域，涉及一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝及其制备方法。
背景技术
随着我国基础建设的快速发展，水利大坝、高速公路和矿山等土木工程领域对高性能土工建筑增强材料的需求激增。聚丙烯非织造土工布由于具有抗化学浸蚀能力强及生产成本低等优点，其作为高性能土工建筑增强材料在水利大坝、高速公路和矿山等工程领域具有十分重要的地位。
高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备是攻克聚丙烯纺粘长丝土工布技术的重要前提，高强代表着能够满足工程应用的力学性能要求，粗旦代表着高产，粗旦纤维土工布具有等效孔径大和孔隙率高水力学性能好等优点，在护坡、围海造田、垃圾填埋和海绵城市等对土工布水力学性能要求高的应用领域具有重要地位。
聚丙烯纺粘长丝制备技术常用流程为将聚丙烯切片经螺杆挤出机加热和挤压熔融成熔体后通过喷丝板喷出，然后经冷却风冷却，由气流牵伸装置牵伸成连续细纤维。但利用上述方法难以制备得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，主要原因如下：(1)纤维的细度越大，其强度就越低，纤维高强与粗旦是相互矛盾的；(2)聚丙烯纺粘长丝技术难以实现均匀冷却，牵伸不足，设备制造无法满足工艺要求。目前现有的方法还无法攻克这一难题。
因此，亟待研究一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的问题，提供一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的方法，在以等规聚丙烯为主要原料采用熔融纺丝法制备聚丙烯纺粘长丝的过程中，采用三段式吹风的方式进行冷却制得高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；等规结构的聚丙烯容易结晶，有利于后续制备强度高的长丝；
所述三段式吹风是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，从第一段至第三段冷却风的风速逐渐增大。
第一段至第三段冷却风的风速逐渐增大的作用如下：
第一段：熔体温度高，在聚合物熔点以上，聚合物处于熔融状态，大分子运动剧烈，因此不易形成晶核，无法进行结晶行为，通过冷却风的冷却，可以降低熔体温度，可减小大分子的热运动，有利于晶核的形成和结晶行为，在冷却区初始阶段风速小，既可以避免风速过大造成过冷断头，又可以使初生纤维开始结晶且形成的晶粒小内部缺陷少，适当增加了熔体的黏度，使初生纤维获得一定的强度；第二段：风速增大，冷却效果增大，带走更多热量，进一步减小大分子的热运动，从而减小由于热运动导致分子趋向无序的降解取向现象的发生，使纤维结晶进一步充分，能够承受后序牵伸工艺中牵伸力的作用；第三段：风速最大，使纤维的冷却固化，纤维在获得一定强度条件下有较大的旦数。这样经过牵伸工艺后粗旦的纤维可获得高强度。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为0～30cm、30～80cm和80～150cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.3～0.5m/s、0.35～0.55m/s和0.4～0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向。
如上所述的方法，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度为10～30℃，相对湿度为50～80％。
如上所述的方法，冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集，用于土工布的加工制备。冷却后的丝束进行分丝可使长丝间彼此分开，避免相互粘连出现断丝和缠结现象。
如上所述的方法，所述分丝是在分丝器中进行的，所述分丝器主要由多根分丝棒和滑槽组成，多根分丝棒分为上下两排，每排分丝棒等距排列，上排分丝棒安装在滑槽上，滑槽内安装有滑轮，上排分丝棒通过滑轮与滑槽连接，滑槽和下排分丝棒与支架固定连接，所有的分丝棒与电源连接。分丝棒的具体位置可根据需要改变；给分丝棒加上电压，可以使分丝棒间形成静电场达到静电分丝作用。
如上所述的方法，所述牵伸为两级机械牵伸，是通过牵伸辊实现的；一级牵伸占比60％～70％，其作用机理为：在外力作用下，纤维大分子沿纤维轴向排列越规则，取向性提高，纤维强力也越大，随着牵伸倍数的增加，纤维强力增加。但牵伸倍数超越临界值(5.0)时，纤维大分子将因承受不了强大张力而发生滑移和断裂，取向度降低，强力下降。当一级牵伸占比低于60％时，纤维大分子预取向不足，同时晶型容易变成拉伸较难的单斜晶，不仅增加二级牵伸的拉伸应力，而且会造成二级牵伸的不匀率；当一级牵伸高于70％，由于牵伸速度过快，纤维大分子来不及取向，造成分子链的滑移与断裂，产生断头，同时加重一级牵伸的负荷，损伤设备；总牵伸倍数为4～6倍；所述牵伸辊共有5个，沿纤维运行方向依次排列，前3个牵伸辊为一级机械牵伸，后2个牵伸辊为二级机械牵伸，前4个牵伸辊内部有循环热气，第5个牵伸辊内部有循环的冷却水，每个牵伸辊两端轴承有冷却装置，避免两端轴承温度过高而损坏，所有牵伸辊的规格为Φ453mm×4760mm，为不锈钢材质，表面镀有1.5mm厚的二氧化硅，温度为80～110℃，转速为1500m/min。本发明可通过不同牵伸辊的不同的速比设定调节总牵伸倍数同时配合调节每个辊面的温度得到具有不同纤度和不同性能的单丝。
如上所述的方法，所述等规聚丙烯的等规度大于96％，熔融指数为5～25g/10min，重均分子量为10～40W，分子量分布为4～5；所述等规聚丙烯中分散有成核剂，成核剂与等规聚丙烯的质量比为1:4～19，所述成核剂的平均粒径为40～100nm；所述熔融纺丝是在螺杆挤出机和纺丝箱体中进行的。
如上所述的方法，所述成核剂为硅烷偶联剂改性金红石型纳米二氧化钛颗粒或硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；硅烷偶联剂改性的纳米二氧化钛颗粒或纳米二氧化硅颗粒具有较好的分散性，有利于更均匀的分散在聚丙烯中，不仅可以提高纤维的结晶度和强度，还能提高纤维表面的摩擦系数，有利于牵伸辊进行机械牵伸；
所述螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200～230℃、220～250℃、230～250℃、240～250℃和245～250℃；所述第一段至第五段的温度优选为由低→较高→高，以保证聚合物均匀熔融混合；
所述纺丝箱体的温度为230～245℃，纺丝箱体中熔体的温度为220～240℃，压力为6～12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动≤0.1MPa。
如上所述的方法，其特征在于，所有的硅烷偶联剂的型号为A-150、A-151、A-171、A-172、A-187或A-174。本发明的硅烷偶联剂的型号包括但不限于此，这里仅列举一些常见类型的硅烷偶联剂。
本发明还提供一种如上所述的制备方法制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度大于4dtex，断裂强度大于3.5cN/dtex。
有益效果：
(1)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，与聚酯相比，聚丙烯具有强度高、耐酸碱、耐腐蚀、耐霉变和耐低温等优点，具有较好的芯吸效应和排水性能，且比重轻，价格便宜，可适用于地下耐酸碱环境和高寒等恶劣环境；
(2)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，具有力学性能好和产量高等优点，利用其制备的粗旦纤维土工布具有等效孔径大、孔隙率高和水力学性能好等特点，在护坡、围海造田、垃圾填埋和海绵城市等对土工布水力学性能要求高的应用领域具有重要地位；
(3)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，采用熔融纺丝法制备聚丙烯纺粘长丝，攻克了聚丙烯纺粘长丝的制备技术，填补了聚丙烯纺粘长丝的技术空白；
(4)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，使用的成核剂为硅烷偶联剂改性金红石型纳米二氧化钛颗粒或纳米二氧化硅颗粒，改性后的纳米二氧化钛颗粒或纳米二氧化硅颗粒具有较好的分散性，有利于更均匀的分散在聚丙烯中，不仅可以提高纤维的结晶度和强度，还能提高纤维表面的摩擦系数，有利于牵伸辊进行机械牵伸；
(5)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，使用的分丝器主要由多根分丝棒和滑槽组成，多根分丝棒分为上下两排，每排分丝棒等距排列，分丝棒可根据需要改变位置，同时还可以给分丝棒加上电压，使分丝棒间形成静电场达到静电分丝作用；
(6)本发明的一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，可通过不同牵伸辊的不同的速比设定调节总牵伸倍数同时配合调节每个辊面的温度得到具有不同纤度和不同性能的单丝。
附图说明
图1为本发明的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的纺丝过程示意图；
图2为将纳米二氧化钛颗粒改性并与聚丙烯混合制备聚丙烯纺粘长丝的过程示意图；
图3为高强粗旦聚丙烯纺粘长丝分丝器示意图；
图4为高强粗旦聚丙烯纺粘长丝机械牵伸装置示意图；
其中，1-纺丝组件(料仓、螺杆和计量泵)，2-侧吹风装置，3-分丝器，4-机械牵伸装置，5-滑槽，6-分丝棒，7-滑轮，8-未改性纳米二氧化钛颗粒，9-改性后的纳米二氧化钛颗粒，10-含有改性后的纳米二氧化钛颗粒的聚丙烯纺粘长丝，11-冷却水入口，12-牵伸辊，13-热空气入口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，如图1所示，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-171改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1:9的质量比均匀混合后输入纺丝组件1(先倒入料仓后送入螺杆挤出机然后经计量泵)，经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝，如图2所示，图中，8为未改性纳米二氧化钛颗粒，9为硅烷偶联剂A-171改性的纳米二氧化钛颗粒，10为含有改性后的纳米二氧化钛颗粒的聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为97％，熔融指数为10g/10min，重均分子量为30W，分子量分布为4.5，硅烷偶联剂A-171改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为70nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、230℃、240℃和245℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为220℃，压力为10MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.02～0.08MPa；
(2)使用侧吹风装置2采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.3、0.4m/s和0.5m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为15℃、12℃和10℃，相对湿度为70％；
(3)冷却后的丝束经分丝器3分丝和机械牵伸装置4牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；分丝器示意图如图3所示，分丝器3主要由多根分丝棒6和滑槽5组成，多根分丝棒6分为上下两排，每排分丝棒6等距排列，滑槽5内安装有滑轮7，上排分丝棒通过滑轮7与滑槽5连接，滑槽5和下排分丝棒与支架固定连接，所有的分丝棒6与电源连接；
机械牵伸装置示意图如图4所示，牵伸为两级机械牵伸，是通过牵伸辊实现的，一级牵伸占比65％，总牵伸倍数为4倍；牵伸辊共有5个，沿纤维运行方向依次排列，前3个牵伸辊为一级机械牵伸，后2个牵伸辊为二级机械牵伸，前4个牵伸辊内部有循环热气，第5牵伸辊内部有循环的冷却水，每个牵伸辊两端轴承有冷却装置，图4中，11为牵伸辊冷却水入口，12为牵伸辊，13为牵伸辊热空气入口，所有牵伸辊的规格为Φ453mm×4760mm，为不锈钢材质，表面镀有1.5mm厚的二氧化硅，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为80℃、85℃、100℃、105℃和110℃，转速为1500m/min。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7dtex，断裂强度为4.5cN/dtex。
实施例2
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-151改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1.5:8.5的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为96.5％，熔融指数为15g/10min，重均分子量为20W，分子量分布为4.7，硅烷偶联剂A-151改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为80nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、230℃、240℃和245℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为220℃，压力为8MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0～0.07MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.4m/s、0.5m/s和0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为20℃、18℃和15℃，相对湿度为70％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比68％，总牵伸倍数为4.5倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为80℃、85℃、100℃、105℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为6dtex，断裂强度为4.2cN/dtex。
实施例3
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-172改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1:9的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为97.5％，熔融指数为5g/10min，重均分子量为40W，分子量分布为4.8，硅烷偶联剂A-172改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为80nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、230℃、240℃和245℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为220℃，压力为10MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.03～0.09MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.4m/s、0.5m/s和0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为30℃、28℃和25℃，相对湿度为70％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比64％，总牵伸倍数为4.5倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为90℃、100℃、100℃、105℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7.5dtex，断裂强度为5.7cN/dtex。
实施例4
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-150改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1:4的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为96.2％，熔融指数为5g/10min，重均分子量为10W，分子量分布为4.2，硅烷偶联剂A-150改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为40nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、230℃、240℃和245℃，纺丝箱体的温度为230℃，纺丝箱体中熔体的温度为220℃，压力为6MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.01～0.04MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.3m/s、0.35m/s和0.4m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为15℃、12℃和10℃，相对湿度为50％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比60％，总牵伸倍数为4倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为80℃、90℃、100℃、100℃和105℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为6.5dtex，断裂强度为4.7cN/dtex。
实施例5
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-187改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1:19的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为98.5％，熔融指数为25g/10min，重均分子量为40W，分子量分布为5，硅烷偶联剂A-187改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为100nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为230℃、250℃、250℃、250℃和250℃，纺丝箱体的温度为245℃，纺丝箱体中熔体的温度为240℃，压力为12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.04～0.1MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.5m/s、0.55m/s和0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为30℃、27℃和25℃，相对湿度为80％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比70％，总牵伸倍数为6倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为100℃、105℃、105℃、108℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7.8dtex，断裂强度为6.2cN/dtex。
实施例6
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-174改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒与等规度的聚丙烯以1:6的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为96.5％，熔融指数为8g/10min，重均分子量为15W，分子量分布为4.5，硅烷偶联剂A-174改性的金红石型纳米二氧化钛颗粒的平均粒径为50nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、235℃、245℃和247℃，纺丝箱体的温度为235℃，纺丝箱体中熔体的温度为225℃，压力为8MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.02～0.07MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.38m/s、0.43m/s和0.48m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为15℃、12℃和10℃，相对湿度为55％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比63％，总牵伸倍数为4.8倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为85℃、90℃、100℃、100℃和105℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为5.5dtex，断裂强度为3.9cN/dtex。
实施例7
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-150改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:8的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为97％，熔融指数为12g/10min，重均分子量为15W，分子量分布为4.2，硅烷偶联剂A-150改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为60nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为210℃、220℃、230℃、240℃和245℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为230℃，压力为9MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.04～0.09MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.35m/s、0.45m/s和0.55m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度分别为20℃、18℃和15℃，相对湿度为50％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比64％，总牵伸倍数为5.5倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为90℃、90℃、95℃、100℃和105℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为6.4dtex，断裂强度为5.3cN/dtex。
实施例8
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-151改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:10的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为98％，熔融指数为18g/10min，重均分子量为30W，分子量分布为4.7，硅烷偶联剂A-151改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为65nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为220℃、230℃、240℃、247℃和250℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为240℃，压力为9MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.03～0.07MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.4m/s、0.5m/s和0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度均为30℃，相对湿度为65％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比65％，总牵伸倍数为5倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为100℃、100℃、100℃、110℃和105℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7.9dtex，断裂强度为6.5cN/dtex。
实施例9
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-171改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:12的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为98％，熔融指数为20g/10min，重均分子量为35W，分子量分布为5，硅烷偶联剂A-171改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为80nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为225℃、230℃、245℃、250℃和250℃，纺丝箱体的温度为240℃，纺丝箱体中熔体的温度为240℃，压力为12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.02～0.09MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.4m/s、0.5m/s和0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度均为25℃，相对湿度为75％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比68％，总牵伸倍数为5.8倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为80℃、90℃、100℃、100℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7.2dtex，断裂强度为5.8cN/dtex。
实施例10
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-172改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:14的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为97％，熔融指数为23g/10min，重均分子量为38W，分子量分布为4.6，硅烷偶联剂A-172改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为90nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为226℃、230℃、240℃、240℃和250℃，纺丝箱体的温度为245℃，纺丝箱体中熔体的温度为240℃，压力为12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.01～0.08MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.35m/s、0.45m/s和0.55m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度均为25℃，相对湿度为70％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比65％，总牵伸倍数为6倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为90℃、95℃、100℃、100℃和105℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为6.8dtex，断裂强度为5.4cN/dtex。
实施例11
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-187改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:15的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为98.5％，熔融指数为25g/10min，重均分子量为40W，分子量分布为5，硅烷偶联剂A-187改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为90nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为230℃、240℃、245℃、250℃和250℃，纺丝箱体的温度为245℃，纺丝箱体中熔体的温度为220℃，压力为11MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.02～0.08MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.35m/s、0.45m/s和0.55m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度均为30℃，相对湿度为50％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比68％，总牵伸倍数为4.8倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为85℃、90℃、100℃、110℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为7.4dtex，断裂强度为6.5cN/dtex。
实施例12
一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，制备步骤具体如下：
(1)先将硅烷偶联剂A-174改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒与等规度的聚丙烯以1:17的质量比均匀混合后倒入料仓，送入螺杆挤出机，然后经熔融、挤压、过滤和计量后输入纺丝箱体制得聚丙烯纺粘长丝；其中等规聚丙烯的等规度为97.5％，熔融指数为22g/10min，重均分子量为38W，分子量分布为5，硅烷偶联剂A-174改性的金红石型纳米二氧化硅颗粒的平均粒径为100nm，螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200℃、220℃、230℃、240℃和250℃，纺丝箱体的温度为230℃，纺丝箱体中熔体的温度为240℃，压力为12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动为0.03～0.09MPa；
(2)采用三段式吹风的方式对聚丙烯纺粘长丝进行冷却；其中三段式吹风具体是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.45m/s、0.5m/s和0.55m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度均为20℃，相对湿度为60％；
(3)冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集得到高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；其中分丝和牵伸的过程基本与实施例1相同，不同之处在于，两级机械牵伸中一级牵伸占比70％，总牵伸倍数为6倍，沿纤维运行方向依次排列的5个牵伸辊的温度分别为85℃、90℃、100℃、105℃和110℃。
最终制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度为6.4dtex，断裂强度为5.2cN/dtex。

Claims (10)

1.一种高强粗旦聚丙烯纺粘长丝的制备方法，其特征是：在以等规聚丙烯为主要原料采用熔融纺丝法制备聚丙烯纺粘长丝的过程中，采用三段式吹风的方式进行冷却制得高强粗旦聚丙烯纺粘长丝；
所述三段式吹风是指将侧吹风冷却区沿纤维运行方向分为三段，第一段为纤维最先进入的区域，从第一段至第三段冷却风的风速逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，第一段、第二段和第三段沿纤维运行方向的长度分别为30cm、50cm和70cm，第一段、第二段和第三段内冷却风的风速分别为0.3～0.5m/s、0.35～0.55m/s和0.4～0.6m/s，第一段、第二段和第三段内冷却风的风向垂直于纤维运行方向。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一段、第二段和第三段内冷却风的温度为10～30℃，相对湿度为50～80％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，冷却后的丝束经分丝和牵伸后进行收集。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分丝是在分丝器中进行的，所述分丝器主要由多根分丝棒和滑槽组成，多根分丝棒分为上下两排，每排分丝棒等距排列，滑槽内安装有滑轮，上排分丝棒通过滑轮与滑槽连接，滑槽和下排分丝棒与支架固定连接，所有的分丝棒与电源连接。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述牵伸为两级机械牵伸，是通过牵伸辊实现的；一级牵伸占比60％～70％，总牵伸倍数为4～6倍；所述牵伸辊的温度为80～110℃，转速为1500m/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等规聚丙烯的等规度大于96％，熔融指数为5～25g/10min，重均分子量为10～40W，分子量分布为4～5；所述等规聚丙烯中分散有成核剂，成核剂与等规聚丙烯的质量比为1:4～19，所述成核剂的平均粒径为40～100nm；所述熔融纺丝是在螺杆挤出机和纺丝箱体中进行的。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述成核剂为硅烷偶联剂改性金红石型纳米二氧化钛颗粒或硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅颗粒；
所述螺杆挤出机沿挤出方向依次分为5段，第一段为物料最先进入的区域，第一段至第五段的温度分别为200～230℃、220～250℃、230～250℃、240～250℃和245～250℃；
所述纺丝箱体的温度为230～245℃，纺丝箱体中熔体的温度为220～240℃，压力为6～12MPa，纺丝箱体中安装有测量熔体压力的传感器，纺丝箱体中熔体压力波动≤0.1MPa。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所有的硅烷偶联剂的型号为A-150、A-151、A-171、A-172、A-187或A-174。
10.采用如权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的高强粗旦聚丙烯纺粘长丝，其特征是：所述聚丙烯纺粘长丝的单丝纤度大于4dtex，断裂强度大于3.5cN/dtex。
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