CN110004553A - 在fdy设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法；所述膨体阻燃纤维由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成；所述长丝为细度为0.52DPF～80DPF的涤纶长丝；制备时，先将涤纶母粒切片，干燥；用喷丝头纺丝，喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却；冷却后上油；经第一热辊拉伸，第二热辊拉伸定型，卷绕即可。本发明能够在FDY设备上生产出膨体阻燃纤维，具有等同于加弹机制造出拉伸变形丝的效果；并且，本发明的膨体阻燃纤维不需要添加任何化学阻燃剂，即能达到家纺用品阻燃标准；该膨体阻燃纤维还具有亮度高、不起球、爽滑柔软的特点；使用该膨体阻燃纤维的织物具有良好的蓬松性、弹性和阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及一种在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法。
背景技术
涤纶纤维(PET)在家纺等领域均有广泛的用途，除纯涤纶制品外，还有许多和其他纺织纤维混纺或交织的产品，弥补了纯涤纶织物的不足。
氧指数(OI)，也称极限氧指数(LOI)，是指物品燃烧所需的最低氧气量。家纺产品的使用环境使得其氧指数均要求至少达到26％及以上，但通常未经过阻燃处理的涤纶纤维的氧指数很难超过21％，因此产业上应用于生产制造时，涤纶纤维均应当经过阻燃处理。
现有阻燃处理技术主要有共聚改性法和后整理法两大类，共聚改性法是指使用化学阻燃剂参与PET聚合反应形成分子内阻燃共聚脂，通过熔融纺丝得到具有阻燃性的涤纶纤维，后整理法是将涤纶纤维在含有阻燃剂的整理液中浸渍，使阻燃剂附着在其表面。
现有化学阻燃剂可分为有机类和无机类、卤素类和非卤类。有机是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂以及三嗪及其衍生物、三聚氰胺等阻燃协效剂，无机主要是锑化合物、羟基化合物、氢氧化物、硅系、石墨系(如石墨烯)等阻燃剂或阻燃协效剂。一般来讲有机阻燃剂在塑料类制品中有很好的亲和力，溴系阻燃剂在有机阻燃体系中占据绝对优势，在合成纤维类制品中磷系阻燃剂被大量应用。生产实践中，复合型磷/镁、磷/ 铝、磷/石墨等非卤阻燃剂，可使得阻燃剂用量大幅降低。
不论哪类阻燃处理技术，其缺点是均离不开化学阻燃剂的介入和使用，导致涤纶织物在健康安全、环境保护上的痛点始终无法彻底解决，尤其在家用纺织品行业，这一问题尤为敏感。此外，化学阻燃剂在家纺产品成本中的占比较高。因此，获得一种无须使用化学阻燃剂的家纺涤纶纤维是行业内梦寐以求的目标。
家纺涤纶长丝可分为初生丝、拉伸丝和变形丝三类。
预取向丝(POY)是指经高速纺丝获得的取向度在未取向丝(UDY)和牵伸丝之间的未完全拉伸的纤维长丝，是属于初生丝的一种，不能直接用于织物。
全拉伸丝(FDY)是采用纺丝拉伸一步法制得的纤维长丝，即在POY纺丝过程中加入一组热辊，丝条上油后通过一组热辊进行拉伸和卷绕而成，是属于拉伸丝的一种，FDY具有高取向度和中等结晶度的特点。“取向”的意思是丝原内应力释放的意思，也就是全取向(全拉伸)的丝不能再改变丝的形状，
拉伸变形丝(DTY)是属于变形丝的一种，它是利用纤维的热塑性，对初生丝如POY等经过牵伸、假捻加工而成的卷曲度和蓬松度较高的变形丝，又称膨体丝或弹力丝。从纤维的外观形态上，POY纤维和FDY纤维是直的，DTY纤维是卷曲的。
现有DTY工艺生产的膨体丝/弹力丝具有回弹性能好、耐热性、耐光性、耐腐蚀性强、易洗快干等特点，适宜制作服装面料、床上用品及装饰用品等，但它的缺点是容易起球又缺乏光泽，因此人们对于它的性能不完全满意。而现有工艺生产出的FDY纤维具有丝质光泽又不易起球，但是都是低弹力丝/非膨体丝，因此无法替代现有的DTY膨体丝。目前，只有通过一些经过特殊处理的尼龙纤维来实现以上这种复合用途，如何找到一种能够替代的聚酯纤维是业内希望解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法。该膨体阻燃纤维，也称膨体纱线是在FDY设备上将制备工艺进行调整，使之生产出的纱线在线性取向上作出不同的应力量化的技术要求的同时也能够提高纱线的结晶度。纱线的结晶度对纱线的热学、光学等性能产生较大的影响，通过工艺调整提高纱线的结晶度，能够提高其阻燃性能。此外，生产出的膨体阻燃纤维结构上也不同于传统的膨体纱线，是由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成。因此，本发明的膨体阻燃纤维能够不加任何化学阻燃剂，即可达到家纺用品阻燃标准，其极限氧指数达到 26％或以上，遇高温该膨体阻燃纤维会快速收缩、凝聚、不熔滴；使用该膨体阻燃纤维的纺织品具有亮度高、爽滑柔软、蓬松性良好、弹性良好、不起球的特性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
第一方面，本发明涉及一种膨体阻燃纤维，所述膨体阻燃纤维由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成；所述长丝为细度为0.52DPF～80DPF的涤纶长丝。
优选的，缠绕的长丝的根数为18～576根。
优选的，所述膨体阻燃纤维中不含阻燃剂。
优选的，所述膨体阻燃纤维的结晶度为40％～52％。该结晶度是采用密度梯度测试法测定而得的。
优选的，所述膨体阻燃纤维的极限氧指数达到26％或以上。
优选的，所述膨体阻燃纤维是在FDY设备上由纺丝拉伸一步法制成；所述拉伸的牵伸倍数为1.6～2.6倍。
第二方面，本发明涉及一种在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、涤纶母粒切片，干燥；
S2、用喷丝头纺丝，喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却；
S3、冷却后上油；
S4、经第一热辊拉伸，第一热辊温度为80～88℃，速度为1850～1980m/min；更优选速度为1924r/min；
S5、经第二热辊拉伸定型，第二热辊温度高出第一热辊温度30～50℃，速度为3600～ 5600m/min；更优选速度为4040r/min；
S6、卷绕。
优选的，所述第二热辊与第一热辊的温度差为30℃～35℃。
优选的，步骤S1中，所述干燥是在150～170℃干燥7～10h。
优选的，步骤S2中，所述侧吹风冷却的风速控制在0.55～0.7m/s，风温控制在16～25℃。
优选的，步骤S3中，所述上油的上油率为0.8％～1.5％。
优选的，第二热辊的速度与第一热辊的速度的比值为1.6～2.6:1。该比值即为牵伸倍数。更优选比值为2～2.1:1。
第三方面，本发明涉及一种所述的膨体阻燃纤维在制备家用纺织品中的用途。
优选的，所述家用纺织品包括地毯、服装等等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)能够在FDY设备上生产出膨体阻燃纤维，具有等同于加弹机制造出拉伸变形丝的效果；
(2)本发明的膨体阻燃纤维不需要添加任何化学阻燃剂，即能达到家纺用品阻燃标准；
(3)本发明的膨体阻燃纤维结构上不同于传统的膨体纱线，是由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成；该结构将使得其在具备良好蓬松性、弹性的同时，还具有亮度高、爽滑柔软、不起球的特性。
(4)该膨体阻燃纤维具有亮度高、不起球、爽滑柔软的特点，使用该膨体阻燃纤维的织物具有良好的蓬松性、弹性和阻燃性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的膨体阻燃纤维的制备工艺流程示意图；
图2中，(a)为本发明的膨体阻燃纤维的束状结构示意图；(b)为普通FDY纤维束状结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1、生产300dtex/96F膨体阻燃涤纶纤维
本实施例涉及一种在FDY设备上制备该不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法；所述制备工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)切片：涤纶母粒切片；
(2)干燥：165℃干燥9小时；
(3)喷丝头纺丝：FDY设备选用纺丝Φ105螺杆机、喷丝板Φ90-48-*0.8(0.14*0.24)；扁平型及线性截面的喷丝板有利于纤维高强拉伸后线向形变，本实施例中选用扁平型喷丝板进行喷丝；纺丝时控制Φ105螺杆机第一、二、三、四、五区的温度分别为275℃、281℃、 286℃、286℃和283℃；纺丝纺速放慢，控制在3600～4000r/min，该纺速也是决定牵伸倍数的一个因素；本实施例中选择4000r/min；
(4)冷却吹风：喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却，风速控制在0.6m/s，风温控制在16～ 25℃，更优选控制在20～22℃，本实施例中控制在21℃；该侧吹风的冷却方式以及适当的风速、风温是实现在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的关键因素之一；
(5)上油：油轮上油，油轮转速为30r/min，上油率为0.8％～1.5％；
(6)第一热辊辊压：第一热辊温度设为82℃，速度VGR1设为1924m/min；
(7)第二热辊辊压：第二热辊温度设为116℃，速度VGR2设为4040m/min；
(8)卷绕成型：卷速为4000r/min。
在上述制备工序中，拉伸阶段是影响线性形变的关键，FDY分二段拉伸，热辊GR与喷丝头之间的拉伸称为喷丝头拉伸，第一热辊与第二热辊之间的拉伸为辊拉伸，经定型、卷取后得成品FDY；本发明中拉伸的牵伸倍数指的是：第一热辊与第二热辊的速度比值，(热辊因直径不同转速不一，一般以线速度m/min表达)。
本发明在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维，其关键还在于：1)控制牵伸倍数在1.6～2.6倍；2)控制第一热辊温度为80～88℃；3)控制温差(指的是第二热辊温度比第一热辊温度高出30～50℃。制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的结构示意图如图 2(a)所示，其与普通FDY纤维(图2b)完全不同；是由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成(所述长丝可以是细度为0.52DPF～80DPF的涤纶长丝)。该缠绕的长丝的根数实际由喷丝板的喷丝孔数来决定的；可为18～576根。
结晶度是用来表示聚合物中结晶区域所占的比例，聚合物结晶度变化的范围很宽，一般从30％～85％。同一种材料,一般结晶度越高,熔点越高。结晶是分子链的一种有序排列, 而熔点是将分子的组装结构全部破坏掉,形成分子链形式.一般结晶度越高,分子链排列越规则,就需要更高的温度来破坏,因此熔点也越高。目前，结晶度的常用测试方法有密度梯度测试法、X射线衍射法、差示扫描量热法、红外光谱法、水解法、甲酰化法、氘交换法等。本发明采用密度梯度测试法测试膨体阻燃纤维的结晶度，为了验证热辊温度及温度差对于在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的重要性，本实施例在前述操作参数的基础上分别对热辊温度及温度差进行了调整，制得的膨体阻燃纤维的结晶度结果如表1所示：
表1热辊温度及温度差对结晶度影响
为了进一步验证牵伸倍数对于在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的重要性，本实施例在前述操作参数的基础上分别对牵伸倍数进行了调整，具体为：1)设置第一热辊速度VGR1为1924m/min，第二热辊速度VGR2为2308m/min，此时对应的牵伸倍数为1.2倍；2)设置第一热辊速度VGR1为1910m/min，第二热辊速度VGR2为9550m/min，此时对应的牵伸倍数为3.5倍。在牵伸倍数为1.2倍的实例中，所制得纤维不具备阻燃效果；在牵伸倍数为3.5倍的实例中，所制得纤维没有膨体效果其也未获得如图2(a)所示的结构；它们与本发明的膨体阻燃纤维有较大差异。进一步的，本实施例继续在前述操作参数的基础上分别对牵伸倍数进行了调整，发现在牵伸倍数为1.6-2.6之间均可制得本发明的膨体阻燃纤维。
实施例2、生产240dtex/48F膨体阻燃涤纶纤维
本实施例涉及一种在FDY设备上制备该不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法；所述制备工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)切片：涤纶母粒切片；
(2)干燥：150℃干燥8小时；
(3)喷丝头纺丝：FDY设备选用纺丝Φ120螺杆机、喷丝板Φ90-48-*0.8(0.14*0.24)；本实施例中仍选用扁平型喷丝板进行喷丝；纺丝时控制Φ120螺杆机第一、二、三、四、五区的温度分别为263℃、267℃、272℃、274℃和276℃；纺丝纺速放慢，控制在3600r/min；
(4)冷却吹风：喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却，风速控制在0.65m/s，风温控制在20℃；
(5)上油：油轮上油，油轮转速为30r/min，上油率为1.0％；
(6)第一热辊辊压：第一热辊温度设为85℃，速度VGR1设为1924m/min；
(7)第二热辊辊压：第二热辊温度设为130℃，速度VGR2设为3078m/min；
(8)卷绕成型：卷速为4000r/min。
制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的结构示意图如图2(a)所示，由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成。同样采用密度梯度测试法测试本实施例的膨体阻燃纤维的结晶度，对应结晶度为48.3764％，可见该不含阻燃剂的膨体阻燃纤维具有良好的阻燃性。
实施例3、生产300dtex/96F膨体阻燃涤纶纤维
本实施例涉及一种在FDY设备上制备该不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法；所述制备工艺流程如图1所示，包括如下步骤：
(1)切片：涤纶母粒切片；
(2)干燥：165℃干燥9小时；
(3)喷丝头纺丝：FDY设备选用纺丝Φ105螺杆机、喷丝板Φ90-48-*0.8(0.14*0.24)；扁平型及线性截面的喷丝板有利于纤维高强拉伸后线向形变，本实施例中选用扁平型喷丝板进行喷丝；纺丝时控制Φ105螺杆机第一、二、三、四、五区的温度分别为275℃、281℃、 286℃、286℃和283℃；纺丝纺速放慢，控制在3850r/min；
(4)冷却吹风：喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却，风速控制在0.65m/s，风温控制在23℃；该侧吹风的冷却方式以及适当的风速、风温是实现在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的关键因素之一；
(5)上油：油轮上油，油轮转速为30r/min，上油率为1.2％；
(6)第一热辊辊压：第一热辊温度设为82℃，速度VGR1设为1924m/min；
(7)第二热辊辊压：第二热辊温度设为116℃，速度VGR2设为5002m/min；
(8)卷绕成型：卷速为4500r/min。
制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的结构示意图也如图2(a)所示，由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成。同样采用密度梯度测试法测试本实施例的膨体阻燃纤维的结晶度，对应结晶度为51.0692％，可见该不含阻燃剂的膨体阻燃纤维具有良好的阻燃性。
进一步，对实施例1、2、3制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维按美国家纺用品阻燃标准ASTM 16CFR 1630进行测试，发现本发明纤维制品在未经任何阻燃处理的情况下可达到该阻燃标准要求。
实施例4、膨体阻燃涤纶纤维的应用
本发明制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维可应用于制备服装、地毯、其他家用纺织品等。本实施例涉及实施例1制得的不含阻燃剂的膨体阻燃纤维在地毯中的应用，包括如下步骤：
1)以膨体阻燃纤维为主材织成毯面；
2)准备基布；
3)将毯面粘合或嵌合或缝合在基布上，即得地毯。
综上所述，本发明能够在FDY设备上生产出膨体阻燃纤维，具有等同于加弹机制造出拉伸变形丝的效果；并且，本发明的膨体阻燃纤维不需要添加任何化学阻燃剂，即能达到家纺用品阻燃标准；该膨体阻燃纤维还具有亮度高、不起球、爽滑柔软的特点；使用该膨体阻燃纤维的织物具有良好的蓬松性、弹性和阻燃性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种膨体阻燃纤维，其特征在于，所述膨体阻燃纤维由若干根同向设置的呈螺旋状的长丝缠绕而成；所述长丝为细度为0.52DPF～80DPF的涤纶长丝。
2.根据权利要求1所述的膨体阻燃纤维，其特征在于，缠绕的长丝的根数为18～576根。
3.根据权利要求1所述的膨体阻燃纤维，其特征在于，所述膨体阻燃纤维中不含阻燃剂。
4.根据权利要求1所述的膨体阻燃纤维，其特征在于，所述膨体阻燃纤维是在FDY设备上由纺丝拉伸一步法制成；所述拉伸的牵伸倍数为1.6～2.6倍。
5.一种在FDY设备上制备不含阻燃剂的如权利要求1～4中任一项所述的膨体阻燃纤维的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、涤纶母粒切片，干燥；
S2、用喷丝头纺丝，喷丝头纺丝后采用侧吹风冷却；
S3、冷却后上油；
S4、经第一热辊拉伸，第一热辊温度为80～88℃，速度为1850～1980m/min；
S5、经第二热辊拉伸定型，第二热辊温度比第一热辊温度高出30～50℃，第二热辊的速度为3600～5600m/min；
S6、卷绕。
6.根据权利要求5所述的在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法，其特征在于，步骤S1中，所述干燥是在150～170℃干燥7～10h。
7.根据权利要求5所述的在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法，其特征在于，步骤S2中，所述侧吹风冷却的风速控制在0.55～0.7m/s，风温控制在16～25℃。
8.根据权利要求5所述的在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法，其特征在于，步骤S3中，所述上油的上油率为0.8％～1.5％。
9.根据权利要求5所述的在FDY设备上制备不含阻燃剂的膨体阻燃纤维的方法，其特征在于，第二热辊的速度与第一热辊的速度的比值为1.6～2.6:1。
10.一种如权利要求1～4中任一项所述的膨体阻燃纤维在制备家用纺织品中的用途。
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