CN108796634A - 一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法 - Google Patents

一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于共混纺丝技术领域，提供了一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法。该方法包括：(1)共混切片的干燥：将PET、PTT和PBT的切片按照一定质量配比形成混合切片；混合切片先进行预结晶，接着干燥得到共混切片，共混切片的含水率小于40ppm；(2)共混纺丝的制备：先将熔法纺丝机的主箱体进行升温；安装熔法纺丝机的组件并进行预热；将共混切片倒入熔法纺丝机，排除余料后，分别设置各区温度，进行纺丝；设定纺丝速度；对熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速限定。该制备方法设计科学，能够制备得到具有优异的染色性、抗起球性和弹性的三元聚酯共混纺丝。

Description

一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法
技术领域
本发明属于共混纺丝技术领域，具体地说，涉及一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为半结晶型热塑性聚酯，由于该聚合物具有耐热性好、电绝缘性好、开发性能优良以及力学性能好等优点，广泛用于工程塑料和纤维。PET纤维具有很多优良的服用性能，是当今合成纤维中规模最大的品种。但由于PET纤维存在着熔点高、不容易加工、结构具有高度立体规整性、分子链排列紧密等缺点，导致其染色性差、吸湿性差、易燃烧、易产生静电等问题，限制了其进一步发展与应用。所以近年来人们广泛关注对PET改性方面的工作，聚合物的共混改性也是高分子材料科学与工程领域中的一个重要分支。所以进一步改变PET纤维模量高、柔顺性差、染色性能差的性能，增加PET纤维的差别化，一直是PET纤维改性研究的热点之一。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供了一种三元聚酯共混纺丝；该三元聚酯共混纺丝具有优异的染色性、抗起球性和弹性。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法；该制备方法设计科学，能够制备得到具有优异的染色性、抗起球性和弹性的三元聚酯共混纺丝，适用于大规模产业化生产。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，包括以下步骤：(1)共混切片的干燥：将PET、PTT和PBT的切片按照质量配比为8:1:1混合形成混合切片；混合切片先在85℃进行预结晶3.5h，接着控制混合切片的温度小于160℃，进行干燥3h得到共混切片，控制共混切片的含水率小于40ppm；(2)共混纺丝的制备：先将熔法纺丝机的主箱体的温度设置为200℃，再升至260℃；安装熔法纺丝机的组件并进行预热至290℃；将共混切片倒入熔法纺丝机，排除余料后，分别设置各区温度，进行纺丝；设定纺丝速度为3100-3200m/min；对熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.35-0.5m/s。
一种三元聚酯共混纺丝，由上述三元聚酯共混纺丝的制备方法制备而成。
本发明提供的一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法的有益效果是：
本发明提供的三元聚酯共混纺丝的制备方法，通过对PET纤维进行改性，从而改变PET纤维的力学性能。具体地，以纯PET为主，加入PBT和PTT共混试样进行熔融纺丝，通过控制原料的配比，共混切片的干燥阶段的参数，以及共混纺丝的制备阶段各参数，来调节制备得到的三元聚酯共混纺丝的性能。使得制备得到的三元聚酯共混纺丝具有优异的染色性、抗起球性和弹性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法进行具体说明。
一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)共混切片的干燥：将PET、PTT和PBT的切片按照质量配比为8:1:1混合形成混合切片；混合切片先在85℃进行预结晶3.5h，接着控制混合切片的温度小于160℃，进行干燥3h得到共混切片。
需要说明的是，具体的操作步骤如下：预结晶采用水环真空泵进行，干燥采用旋片真空泵进行。首先将混合切片装入SZG-双锥回转真空干燥机里，接着进行盖上转鼓盖子使其完全密封，然后依次打开转鼓、油泵、水阀、真空泵按钮、真空阀(黄色)，并设定预结晶温度85℃，进行预结晶3.5小时。
然后，将干燥热风的温度调整至小于185℃，以使混合切片的实际温度不大于160℃。进一步地，干燥热风的温度调整为175℃进行干燥。当混合切片进行干燥时，干燥的温度不仅会影响干燥的效率，而且影响干切片的质量。发明人创造性地发现，在采用本发明实施例提供的干燥温度，混合切片的干燥温度既能够保证水分迅速地完全挥发，又能够避免在较高温度下切片的特性粘度降低和色相变黄。
在本实施例中，控制共混切片的含水率小于40ppm，以保证纺丝的正常进行。
(2)共混切片的干燥：先将熔法纺丝机的主箱体的温度设置为200℃，再升至260℃。具体地，在本实施例中，主箱体的温度是这样进行控制的：打开总电源进行加热，设置主箱体温度为200℃，再慢慢升温至260℃，显示温度，打开环泵。
接着安装熔法纺丝机的组件并进行预热至290℃。具体地，在本实施例中，是这样进行纺丝机的组件安装的：先将喷丝板进行镜检，然后由下而上依次安装喷丝板、大过滤网、分配板、铝垫片、砂杯、分流板、垫片和进浆器；接着在低P/高P下压实，再预热至290℃并保温至第二天使用。
需要说明的是，砂杯中依次安装有小滤网(无边网格)、小过滤网(有边网格)和小垫圈(细)进一步地，砂杯按照粗纱：细纱＝60g：120g进行装纱。
接着将共混切片倒入纺丝机，排除余料后，分别将一区温度设置为250℃，二区温度设置为255℃，三区温度设置为260℃，四区温度设置为260℃，五区温度设置为260℃，测量头温度设置为200℃，过滤器温度设置为200℃，滤前压力为20Mpa，滤后压力为8Mpa，进行纺丝。
在纺丝过程中，当控制熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.35-0.5m/s能够保证丝束的条干均匀性和成形的稳定性。发明人创造性地发现，当集束的位置为80-100cm时，一方面能够避免集束位置过高导致丝条来不及冷却，出现的粘丝情况，不利于后续的卷绕过程；另一方面也能够避免因集束位置过低，导致丝条上油率减小，从而导致上油不均匀，后面卷绕时就会出现毛丝、断头的情况。此外，发明人创造性地发现，当风温控制在20-28℃时，能够避免因风温波动过大增加丝条的条干不匀性，从而降低其染色均匀性，甚至出现毛丝和断头的现象。发明人还创造性地发现，当风湿控制在65±5％时，能够避免因相对湿度过大导致的丝条在纺丝过程中出现静电和飘丝的情况。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)共混切片的干燥：将PET、PTT和PBT的切片按照质量配比为8:1:1混合形成混合切片；混合切片先在85℃进行预结晶3.5h，接着控制混合切片的温度小于160℃，进行干燥3h得到共混切片，共混切片的含水率为35.59ppm；
(2)共混纺丝的制备：先将熔法纺丝机的主箱体的温度设置为200℃，再升至260℃；安装熔法纺丝机的组件并进行预热至290℃；将共混切片倒入熔法纺丝机，排除余料后，分别将一区温度设置为250℃，二区温度设置为255℃，三区温度设置为260℃，四区温度设置为260℃，五区温度设置为260℃，测量头温度设置为200℃，过滤器温度设置为200℃，滤前压力为20Mpa，滤后压力为8Mpa，进行纺丝。纺丝过程中，设置对熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.35m/s；集束的位置为80-100cm；纺丝速度为3100m/min；风温为20-28℃；风湿为65±5％
实施例2
本实施例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，纺丝速度为3200m/min。
实施例3
本实施例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.45m/s。
对比例1
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，主箱体的温度升温至258℃。
对比例2
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，主箱体的温度升温至262℃。
对比例3
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.25m/s。
对比例4
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.55m/s。
对比例5
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.65m/s。
对比例6
本对比例提供了一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，与实施例1的区别在于，共混切片的含水率为50.37ppm。
实验例1
实验方法：将实施例1，对比例1和2设置为实验组1-3，观察实验组1-3的物料挤出情况和可纺性，结果见表1所示：
表1
组号 主箱体设置温度(℃) 物料挤出情况 可纺性
1 258.0 流动性不好、出现断流 差，不能正常纺丝
2 260.0 好 可纺性好
3 262.0 好 毛丝、断头
表1结果表明，对纺丝成型的影响：从加入物来看，首先纯PET的熔点是223.4℃，PTT熔点是228.8℃，PBT的熔点是226.8℃。发明人创造性地发现，必须先确定聚酯纤维的相应熔点，才能进行调温。从各自的切片熔点来看，在三种混料里面，熔点最高的是PTT(228.8℃)，为了保证纺丝实验的正常进行，在调整纺丝温度的时候，必须保证设置的温度要达到共混聚酯切片中最大熔点的30℃-40℃以上。发明人创造性地发现，如果温度达不到共混物里聚酯切片最大熔点就会导致该聚酯切片无法彻底熔融，从而在纺丝过程中就会出现堵塞、断丝、毛丝、导致可纺性差，甚至不能纺丝；但是如果纺丝温度太高的话，会导致熔点最小的聚酯切片出现热降解，或者切片因为过于熔融而附着在螺杆上，从而减小该试样在共混物里面的比例，进而影响到整个产品性能的测定；同时也会导致出现毛丝和断头，影响到整个纺丝实验的进行。
实验例2
实验方法：将分别在纺丝速度为3100m/min和3200m/min制得的纯PET(其他条件与实施例1相同，各区温度的设置根据纯PET自身所需进行设定)设置为实验组1和2，将实施例1和2设置为实验组3和4，测定实验组1-4的拉伸强度，测试结果见表2所示：
表2
组号 纺丝速度(m/min) 强度(CN/dtex) 断裂伸长率(％)
1 3100 2.1 120.35
2 3200 2.2 119.40
3 3100 2.1 115.93
4 3200 2.2 111.68
根据表2数据可知，在同一纺速下，随着共混物的加入，强度没有显著的变化，而同一纺速下共混纤维的断裂伸长率是在逐渐减小的，这是因为在纺丝的过程中主要以PET切片为主，然而在加入的共混切片中PET的熔点是最低的，所以加入的PBT、PTT可能会出现熔融不彻底的情况，在纺丝过程中就会出现结块现象，影响到产品的性能，也就是导致断裂伸长率逐渐降低。在不同纺速下，同一试样，随着纺速的增加，断裂强度是逐渐增加的，而断裂伸长率是逐渐减小。就好比纯PET，当纺丝速度由3100m/min提高到3200m/min时，其断裂强度由2.1cN/dtex提升到2.2cN/dtex，而断裂伸长率却由120.35％降低到119.40％。这是因为在纺丝过程中，随着卷绕速度的增加，丝束在纺丝箱体中的冷却速就会加快，丝条与空气气流之间的摩擦阻力也随之增加，丝束受到的张应力也逐步增大，纤维内部的大分子结构发生取向。在一定条件下，由于高度取向诱导结晶作用而使得预取向丝的结晶度增加，从而阻止纤维产生形变。
实验例3
实验方法：将实施例1，实施例3，对比例3-5设置为实验组1-5，观察实验组1-5的产品的飘丝、端头、毛丝、丝条扰动以及运行情况，结果见表3所示：
表3
组号 飘丝 断头 毛丝 丝条扰动 运行情况
1 较多 较多 较多 稍有抖动 良好
2 少 少 少 好 好
3 多 多 多 剧烈 差
4 较多 很少 少 抖动明显 较好
5 多 较多 少 抖动大 差
熔体自纺丝头喷丝后，向周围空气中放出大量凝固热，为此必须在丝出喷丝板后吹冷风进行对流热交换，以带走放出的热量使熔体细流凝固成纤维。在冷却凝固过程中，均匀送风很重要，侧吹风送风不均匀会产生纤维条干不均。所以侧吹风的风速是影响丝条质量的重要因素之一。由表3可知，当风速在0.35-0.45m/s范围时，丝束的抖动情况是最小的，即丝束情况是最稳定；而且恰好能将丝束冷却凝固，不至于出现粘丝情况；还保证了丝束的条干均匀性和成形的稳定性。当风速过小的时候，丝条的凝固速度降低，丝条不能冷却成形，就会出现粘结和飘丝的情况，也会导致丝条出现条干不匀的现象；当风速过大的时候，虽然冷却效果很好，但是空气湍动就会增大，也会出现飘丝的情况，从而导致初生纤维的条干不均匀增大。
实验例4
实验方法：将实施例1，对比例6设置为实验组1-2，观察实验组1-2的可纺性和纺丝飘丝的情况，结果见表4所示：
表4
组号 可纺性 纺丝飘丝
1 良好 多
2 差 很少，几乎无飘丝
由表4可知，切片所含的水分能使聚酯发生水解而影响纺丝性能和纤维质量，因此在纺丝前必须经过干燥，因为我们进行的是高速纺丝，所以高速纺丝干切片要求的含水率很低。如果含水率太高，则切片中的水分就多，熔体中混有的水分就会形成气泡，影响到丝的质量。而且高速纺丝的纺丝速度很高，形成的气泡就会夹杂在从喷丝孔吐出的熔体细流中，很容易产生飘丝或者在单丝中留下隐患，在后拉伸时也会造成断头。所以切片干燥后的含水率要小于40ppm，才能保证纺丝的正常进行。
综上所述，采用本发明提供的一种三元聚酯共混纺丝及其制备方法；该制备方法设计科学，能够制备得到具有优异的染色性、抗起球性和弹性的三元聚酯共混纺丝，适用于大规模产业化生产。该三元聚酯共混纺丝具有优异的染色性、抗起球性和弹性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)共混切片的干燥：将PET、PTT和PBT的切片按照质量配比为8:1:1混合形成混合切片；所述混合切片先在85℃进行预结晶3.5h，接着控制所述混合切片的温度小于160℃，进行干燥3h得到共混切片，控制所述共混切片的含水率小于40ppm；
(2)共混纺丝的制备：先将熔法纺丝机的主箱体的温度设置为200℃，再升至260℃；安装所述熔法纺丝机的组件并进行预热至290℃；将所述共混切片倒入所述熔法纺丝机，排除余料后，分别设置各区温度，进行纺丝；设定纺丝速度为3100-3200m/min；对所述熔法纺丝机的喷丝板进行侧吹风的风速为0.35-0.5m/s。
2.根据权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述熔法纺丝机的砂杯按照粗纱：细纱＝60g：120g进行装纱。
3.根据权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，采用热风对所述混合切片进行干燥，所述热风的温度小于185℃。
4.根据权利要求3所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：所述热风的温度为175℃。
5.根据权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，还包括：集束的位置为80-100cm。
6.根据权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，还包括：风温为20-28℃。
7.根据权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，还包括：风湿为65±5％。
8.一种三元聚酯共混纺丝，其特征在于：由权利要求1所述的三元聚酯共混纺丝的制备方法制备而成。
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