CN110512328A - 一种复合bcf膨体纱及其制备方法 - Google Patents

一种复合bcf膨体纱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合BCF膨体纱及其制备方法，原料选用材料A和材料B复合，材料A为聚乳酸，材料B为PA6、PA56、PTT和PBT中的一种；材料A在复合材料中占比为50‑80％wt；采用一步法生产工艺制备复合膨体纱，包括干燥结晶、熔融、纺丝、脱挥、冷却上油、牵伸、变形、冷却、网络和卷绕过程。本发明的复合膨体纱的弹性回复性能、保温隔音性能、和环保抑菌性能优异。

Description

一种复合BCF膨体纱及其制备方法
技术领域
本发明属于膨体纱技术领域，具体涉及一种复合BCF膨体纱及其制备方法。
背景技术
地毯是以棉、麻、毛、丝、草等天然纤维或化学合成纤维类原料，经手工或机械工艺进行编结、栽绒或纺织而成的地面铺敷物，主要起到安全防滑、吸音减噪、防尘环保、隔热保温、以及装饰的作用。原料主要包括羊毛、锦纶、丙纶和腈纶。
羊毛纤维的优点是手感柔和、弹性好、色泽鲜艳、质地厚实，抗静电性能好、不易老化、磨损、褪色，吸音能力好；缺点是易虫蛀、耐菌性和耐潮湿性较差、批次稳定性差。化纤地毯的优点是价格适中、防污、不易脱毛、便于清洗、易干燥、不起皱，不易褪色；化纤地毯的缺点是其回弹性、保温性、耐光性、染色性都较羊毛地毯较差，易燃，易产生静电和吸附灰尘，化纤地毯不亲肤，皮肤容易有过敏反应。
不管是羊毛还是现用的石化纤维都存在阻燃性能差、易滋生细菌和螨虫的问题，羊毛尤其严重。同时因羊毛来源有局限性，因此只适用于高端场所，而石化纤维来源于石油，如大量使用则会影响全球生态环境。
聚乳酸纤维是以木薯、甘蔗、玉米等非粮农作物或秸秆经生物发酵生成的乳酸产物为原料，通过脱水工艺和熔融纺丝工艺制备得到的新型纤维。聚乳酸纤维性能近似传统石化纤维和天然纤维，具备替代传统纤维的潜质；原料年可再生、废弃可降解，环保性好，不增加温室气体排放；具有近乎绝对的人体安全性：中间体乳酸是人体中含有的成分，可被人体代谢吸收；具有优异的健康舒适性：抑菌、抑螨、亲肤、不过敏、透气导湿；聚乳酸的应用可缓解石油进口、白色污染、全球变暖等问题。
聚乳酸相比传统材料具有阻燃性能优异、抑菌抑螨、生态环保的优点，但是聚乳酸纤维的弹性差，无法应用在有高弹回复要求的领域，目前市场上的地毯用膨体纱主要仍使用高弹回复性能的PA6、PA66、PBT和PTT石化纤维材质。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决以上问题的复合BCF膨体纱及其制备方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种复合BCF膨体纱的制备方法，采用一步法生产工艺制备复合膨体纱，包括干燥结晶、熔融、纺丝、脱挥、冷却上油、牵伸、变形、冷却、网络和卷绕过程，具体包括以下步骤：
1)原料选用材料A和材料B复合，材料A为聚乳酸，材料B为PA6、PA56、PTT和PBT中的一种；材料A在复合材料中占比为50-80％wt；
2)对材料A的切片和材料B的切片进行干燥结晶，其中，对材料A连续干燥结晶，时间为12-20h，干空气露点≤-80℃，干空气温度80-120℃，目标聚乳酸中含水量低于30ppm；
3)对材料A和材料B熔融纺丝，采用每位2个纺丝头纺丝工艺；
4)利用真空抽吸装置抽吸，脱去高温下熔体中的单体；
5)从喷丝板出来的纤维通过侧吹风冷却上油；
6)在牵伸辊上牵伸；使用变形器对纤维变形和冷却；
7)使用网络器网络，网络器压力0.4-0.8MPa，网络器前张力100-150cN；
8)纤维卷绕，卷绕张力150cN，导丝一辊速度1400-4550m/min，导丝二辊的速度是导丝一辊速度的1.01-1.02倍。
优选的，材料B选择PA6，步骤2)中，PA6切片连续干燥结晶，时间为6-8h，干空气露点≤-70℃，干空气温度110-130℃，目标PA6切片中含水量低于50ppm。
优选的，材料B选择PA56，步骤2)中，PA56切片在氮气保护下连续干燥结晶，时间为9-15h，氮气露点≤-70℃，氮气温度90-120℃，目标PA56切片中含水量低于40ppm。
优选的，材料B选择PTT，步骤2)中，PTT切片连续干燥结晶，时间为8-12h，干空气露点≤-80℃，干空气温度90-130℃，目标PTT切片中含水量低于30ppm。
优选的，材料B选择PBT，步骤2)中，PBT切片连续干燥结晶，时间为6-9h，干空气露点≤-80℃，干空气温度100-130℃，目标PBT切片中含水量低于30ppm。
优选的，步骤3)中，喷丝板的孔数为50-80，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶或三角中空；材料A的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210-220℃，螺杆2区220-230℃，螺杆3区230-240℃，螺杆4区235-250℃，螺杆5区240-250℃，箱体温度为235-245℃，纺丝压力8-15MPa；材料B的纺丝温度为220-270℃，其中螺杆1区220-240℃，螺杆2区230-250℃，螺杆3区230-260℃，螺杆4区250-270℃，螺杆5区245-265℃，箱体温度为245-265℃；材料A和材料B的纺丝速度为700-1300m/min。
优选的，步骤6)中，牵伸分为两步，导入辊速度为700-1300m/min，导入辊温度为75-85℃；预牵伸辊速度为700-1300m/min，预牵伸辊温度为85-95℃；主牵伸辊速度为1400-4550m/min，主牵伸辊温度为100-130℃；牵伸比为2.0-3.5。
优选的，步骤6)中，变形器的压力0.5-1.0MPa，变形介质为热空气或热蒸汽，变形器的温度为120-160℃。
采用以上方法制备得到的复合BCF膨体纱，单丝为两种材料的并列结构，外形为三叶形或中空三角形；单丝纤度为3.0-20dtex，纱线规格300-3200dtex/100-160F，断裂强度2.0-3.0cN/dtex，断裂伸长率40-60％，网络度20-28个/米。
本发明的有益效果是：本发明通过复合纺丝工艺将聚乳酸和弹性材料PA6、PA56、PTT和PBT中的一种进行并列复合纺丝制备膨体纱，一方面引入了弹性体材料，另一方面通过并列双组份工艺形成了较好的三维卷曲，增加了弹性，制备得到了高弹性回复的复合膨体纱，在地毯中的综合性能优异，拓宽了聚乳酸膨体纱的应用领域。本发明具体有益效果如下：
1、本复合膨体纱具有聚乳酸的诸多优点，聚乳酸阻燃性能优异，极限氧指数为26-27％、发烟量53Sq.m/kg，优于传统地毯用羊毛和化纤；聚乳酸抑菌抑螨，三大有害菌的抑制率超过90％，抑螨率超过70％，很好地解决了地毯中细菌螨虫滋生问题；聚乳酸生态环保安全，来源可再生、废弃可降解；因乳酸是人体内源性物质，其亲肤性能极佳，无过敏反应。
2、并列复合膨体纱工艺，通过两种材料收缩率的不同形成了永久性的三维卷曲效果，增强了地毯的保温隔音效果，提升了脚感；减少了产品结构密度，从而降低了生产成本。
3、复合膨体纱的另一组份选择弹性材料PA6、PA56、PTT和PBT，进一步增强了复合膨体纱的弹性回复效果。
具体实施方式
实施例1
1、选择原材料：
材料A为聚乳酸切片，熔点170℃；材料B为PA6切片，聚乳酸在纤维中的重量占比65％。
2、复合膨体纱制备：
干燥结晶：聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为18h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度105±1℃，目标聚乳酸中含水量25ppm；PA6切片连续干燥结晶，时间为6h，干空气露点-70℃(常压下)，干空气温度125±1℃，目标PA6中含水量40ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为80，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶；聚乳酸纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210℃，螺杆2区225℃，螺杆3区238℃，螺杆4区242℃，螺杆5区245℃；箱体温度为242℃；纺丝压力15MPa。PA6的纺丝温度为220-270℃，其中螺杆1区228℃，螺杆2区240℃，螺杆3区260℃，螺杆4区262℃，螺杆5区260℃；箱体温度为262℃。双组份纺丝速度1300m/min。
脱挥：真空系统抽气量2L/s。
冷却上油：侧吹风温度18℃，湿度80％，风速0.8m/min；含油1.5％。
牵伸：牵伸分为两步，导入辊速度1300m/min，导入辊温度85℃；预牵伸辊速度1300m/min，预牵伸辊温度92℃；主牵伸辊速度3900m/min，主牵伸辊温度128℃；牵伸比为3.0。
变形：纽马格STM罗拉型变形器，变形器压力0.6MPa，变形介质热空气，变形器温度为140℃。
冷却：冷却鼓速度60RPM，冷却停留时间1.5s。
网络：网络器压力0.8MPa，网络器前张力130cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝1辊速度3900m/min，导丝2辊速度是导丝1辊速度的1.01倍。
3、复合膨体纱指标：
单丝纤度10dtex，纱线规格1600dtex/160F，断裂强度2.7cN/dtex，断裂伸长率55％，网络度26±1个/米。
实施例2：
1、选择原材料：
材料A为聚乳酸切片(熔点170℃)，材料B为PTT切片，聚乳酸在纤维中的重量占比80％。
2、复合膨体纱制备：
干燥结晶：聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为20h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度103±1℃，目标聚乳酸中含水量20ppm；PTT切片连续干燥结晶，时间为8h，干空气露点-80℃(常压下)，干空气温度130±1℃，目标PTT中含水量27ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为60，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为单孔三角形；聚乳酸纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区215℃，螺杆2区228℃，螺杆3区240℃，螺杆4区245℃，螺杆5区248℃；箱体温度为245℃；纺丝压力10MPa。PTT的纺丝温度为220-260℃，其中螺杆1区225℃，螺杆2区238℃，螺杆3区255℃，螺杆4区258℃，螺杆5区255℃；箱体温度为255℃。双组份纺丝速度1000m/min。
脱挥：真空系统抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度25℃，湿度76％，风速0.5m/min；含油1.0％。
牵伸：牵伸分为两步，导入辊速度1000m/min，导入辊温度80℃；预牵伸辊速度1000m/min，预牵伸辊温度90℃；主牵伸辊速度3500m/min，主牵伸辊温度125℃；牵伸比为3.0。
变形：纽马格STM罗拉型变形器，变形器压力0.5MPa，变形介质热空气，变形器温度为130℃。
冷却：冷却鼓速度50RPM，冷却停留时间1.2s。
网络：网络器压力0.4MPa，网络器前张力110cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝1辊速度3500m/min，导丝2辊速度是导丝1辊速度的1.02倍。
3、复合膨体纱指标：
单丝纤度3dtex，纱线规格360dtex/120F，断裂强度2.9cN/dtex，断裂伸长率50％，网络度27±1个/米。
实施例3：
1、选择原材料：
材料A为聚乳酸切片(熔点170℃)，材料B为PBT切片，聚乳酸在纤维中的重量占比50％。
2、复合膨体纱制备：
干燥结晶：聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为13h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度100±1℃，目标聚乳酸中含水量23ppm；PBT切片连续干燥结晶，时间为9h，干空气露点-80℃(常压下)，干空气温度128±1℃，目标PBT中含水量25ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为50，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三孔三角形；聚乳酸纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区218℃，螺杆2区230℃，螺杆3区238℃，螺杆4区248℃，螺杆5区245℃；箱体温度为248℃；纺丝压力12MPa。PBT的纺丝温度为220-270℃，其中螺杆1区235℃，螺杆2区250℃，螺杆3区258℃，螺杆4区268℃，螺杆5区265℃；箱体温度为265℃。双组份纺丝速度1200m/min。
脱挥：真空系统抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度22℃，湿度70％，风速0.6m/min；含油1.2％。
牵伸：牵伸分为两步，导入辊速度1200m/min，导入辊温度80℃；预牵伸辊速度1200m/min，预牵伸辊温度85℃；主牵伸辊速度3600m/min，主牵伸辊温度120℃；牵伸比为3.0。
变形：纽马格STM罗拉型变形器，变形器压力0.9MPa，变形介质热空气，变形器温度为125℃。
冷却：冷却鼓速度55RPM，冷却停留时间1.0s。
网络：网络器压力0.6MPa，网络器前张力130cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝1辊速度3600m/min，导丝2辊速度是导丝1辊速度的1.01倍。
3、复合膨体纱指标：
单丝纤度20dtex，纱线规格2000dtex/100F，断裂强度2.5cN/dtex，断裂伸长率58％，网络度21±1个/米。
实施例4：
1、选择原材料：
材料A为聚乳酸切片(熔点170℃)，材料B为PA56切片，聚乳酸在纤维中的重量占比60％。
2、复合膨体纱制备：
干燥结晶：聚乳酸切片连续干燥结晶，时间为15h，干空气露点-90℃(常压下)，干空气温度101±1℃，目标聚乳酸中含水量22ppm；PA56切片连续干燥结晶，氮气保护环境下干燥，时间为12h，氮气露点-80℃(常压下)，氮气温度118±1℃，目标PA56中含水量25ppm。
熔融纺丝：采用每位2个纺丝头纺丝工艺，喷丝板的孔数为70，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为单孔三角形；聚乳酸纺丝的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区212℃，螺杆2区225℃，螺杆3区238℃，螺杆4区242℃，螺杆5区245℃；箱体温度为242℃；纺丝压力12MPa。PA56的纺丝温度为220-260℃，其中螺杆1区220℃，螺杆2区235℃，螺杆3区252℃，螺杆4区260℃，螺杆5区258℃；箱体温度为258℃。双组份纺丝速度900m/min。
脱挥：真空系统抽气量1L/s。
冷却上油：侧吹风温度21℃，湿度79％，风速0.6m/min；含油1.2％。
牵伸：牵伸分为两步，导入辊速度900m/min，导入辊温度82℃；预牵伸辊速度900m/min，预牵伸辊温度93℃；主牵伸辊速度2880m/min，主牵伸辊温度126℃；牵伸比为3.2。
变形：纽马格STM罗拉型变形器，变形器压力0.7MPa，变形介质热空气，变形器温度为135℃。
冷却：冷却鼓速度55RPM，冷却停留时间2.0s。
网络：网络器压力0.6MPa，网络器前张力120cN。
卷绕：卷绕张力150cN，导丝1辊速度2880m/min，导丝2辊速度是导丝1辊速度的1.01倍。
3、复合膨体纱指标：
单丝纤度15dtex，纱线规格2100dtex/140F，断裂强度2.2cN/dtex，断裂伸长率45％，网络度25±1个/米。
下面仅将以上实施例1和实施例2制备得到的复合膨体纱和其他材质分别纺制得到相同规格的地毯(圈绒，600克，1/10针距，绒高0.5mm)，对它们的性能进行对比分析如下表(其中聚合物的单丝截面都是三叶形)：
1.GB/T 14252-2008标准测试；
2.玷污测试，美国AATCC，175-2008；
3.抑菌性GB/T 20944.3-2008标准测试，抑螨性GB/T 24253-2009标准测试；
4.ISO140-2004标准测试；
5.GB/T 11048-2008标准测试；
6.ASTM D3107标准测试。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料选用材料A和材料B复合，材料A为聚乳酸，材料B为PA6、PA56、PTT和PBT中的一种；材料A在复合材料中占比为50-80％wt；
2)对材料A的切片和材料B的切片进行干燥结晶，其中，对材料A连续干燥结晶，时间为12-20h，干空气露点≤-80℃，干空气温度80-120℃，目标聚乳酸中含水量低于30ppm；
3)对材料A和材料B熔融纺丝，采用每位2个纺丝头纺丝工艺；
4)利用真空抽吸装置抽吸，脱去高温下熔体中的单体；
5)从喷丝板出来的纤维通过侧吹风冷却上油；
6)在牵伸辊上牵伸；使用变形器对纤维变形和冷却；
7)使用网络器网络，网络器压力0.4-0.8MPa，网络器前张力100-150cN；
8)纤维卷绕，卷绕张力150cN，导丝一辊速度1400-4550m/min，导丝二辊的速度是导丝一辊速度的1.01-1.02倍。
2.根据权利要求1所述的复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，材料B选择PA6，步骤2)中，PA6切片连续干燥结晶，时间为6-8h，干空气露点≤-70℃，干空气温度110-130℃，目标PA6切片中含水量低于50ppm。
3.根据权利要求1所述的复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，材料B选择PA56，步骤2)中，PA56切片在氮气保护下连续干燥结晶，时间为9-15h，氮气露点≤-70℃，氮气温度90-120℃，目标PA56切片中含水量低于40ppm。
4.根据权利要求1所述的复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，材料B选择PTT，步骤2)中，PTT切片连续干燥结晶，时间为8-12h，干空气露点≤-80℃，干空气温度90-130℃，目标PTT切片中含水量低于30ppm。
5.根据权利要求1所述的复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，材料B选择PBT，步骤2)中，PBT切片连续干燥结晶，时间为6-9h，干空气露点≤-80℃，干空气温度100-130℃，目标PBT切片中含水量低于30ppm。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的复合BCF膨体纱的制备方法，其特征在于，步骤3)中，喷丝板的孔数为50-80，喷丝板直径100mm，喷丝孔截面为三叶或三角中空；材料A的螺杆温度为210-250℃，其中螺杆1区210-220℃，螺杆2区220-230℃，螺杆3区230-240℃，螺杆4区235-250℃，螺杆5区240-250℃，箱体温度为235-245℃，纺丝压力8-15MPa；材料B的纺丝温度为220-270℃，其中螺杆1区220-240℃，螺杆2区230-250℃，螺杆3区230-260℃，螺杆4区250-270℃，螺杆5区245-265℃，箱体温度为245-265℃；材料A和材料B的纺丝速度为700-1300m/min。
7.根据权利要求6所述的复合BCF膨体纱及其制备方法，其特征在于，步骤6)中，牵伸分为两步，导入辊速度为700-1300m/min，导入辊温度为75-85℃；预牵伸辊速度为700-1300m/min，预牵伸辊温度为85-95℃；主牵伸辊速度为1400-4550m/min，主牵伸辊温度为100-130℃；牵伸比为2.0-3.5。
8.根据权利要求7所述的复合BCF膨体纱及其制备方法，其特征在于，步骤6)中，变形器的压力0.5-1.0MPa，变形介质为热空气或热蒸汽，变形器的温度为120-160℃。
9.权利要求1所述的方法制备的复合BCF膨体纱，其特征在于，复合BCF膨体纱的单丝为两种材料的并列结构，单丝外形为三叶形或者中空三角形。
10.根据权利要求9所述的复合BCF膨体纱，其特征在于，单丝纤度为3.0-20dtex，纱线规格300-3200dtex/100-160F，断裂强度2.0-3.0cN/dtex，断裂伸长率40-60％，网络度20-28个/米。
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