CN111793836B - 一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种再生涤纶短纤维的生产方法，尤其是一种以回收废聚酯类纺织品为原料，直接熔融纺丝制备纤维的生产方法。一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，该方法包括以下的步骤：1）将废聚酯纺织品分拣、破碎后，根据颜色需要进行混合配色；2）熔融、过滤，再通过液相调质调粘；3）液相调质调粘后过滤，经过熔体均质化，再过滤后纺丝；所述的废聚酯纺织品经过步骤1）配色后通过致密化装置进行致密化处理，再将原料加入到真空抽气螺杆中实现步骤2）所述的熔融；所述的致密化处理的温度为230～260℃，致密化处理后碎聚酯纺织品密度达到≥600kg/m3。本申请实现短流程、低成本制备再生涤纶短纤维的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种再生涤纶短纤维的生产方法，尤其是一种以回收废聚酯类纺织品为原料，直接熔融纺丝制备纤维的生产方法。
背景技术
通常，废聚酯纺织品的回收包含纺织品的机械破碎和在反应器中的降解与再聚合等过程。目前，国内常将回收的废聚酯纺织品经过分拣、破碎、造粒等环节后加工成聚酯泡料，增加了原料的致密性，再以泡料为原料生产再生涤纶纤维，这样能充分利用反应器，满足了大量生产的需求，且该方法的装置、工艺、技术日渐成熟，产品的稳定性较高，市场上接受度高。
而将废旧聚酯纺织品加工成泡料时加工费约300～700元/吨，后续还需对泡料进行干燥处理，工艺流程长，且聚酯泡料由于工艺原因在生产过程中需加水，受热降解和水解协同作用，大分子降解较为严重，影响最终成品的质量。近年来，随着以废聚酯纺织品加工的泡料为原料生产再生涤纶短纤维方法的成熟，催生了产品的同质化，使得同类产品的市场的竞争越来越激烈，很多再生纤维生产企业已经处于微利或亏损的边缘。
如何直接利用废聚酯纺织品进行熔融纺丝，保证废聚酯纺织品致密化生产要求的同时能简化工艺流程节约生产成本让企业在激烈的市场竞争中生存下来并能获得良性发展是企业要面对的现实问题。
中国发明专利（授权公告号：CN102899729B，公告日20150826）公开了废聚酯纺织品加工再生涤纶短纤维的方法，该方法包括以下的步骤：对回收的废聚酯纺织品制成的摩擦料进行配色、配比和干燥；再将干燥后的摩擦料进行挤压熔融，得到熔体；熔体经过初级过滤后送至高真空调质调粘反应釜；熔体在熔体经过滤后进入纺丝箱体，计量纺丝；纺丝后的初生纤维集束后，经过浸渍槽、牵伸槽上油、蒸汽二次牵伸、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断、打包得到再生涤纶短纤维。该专利实现了回收料纺制高品质在生涤纶短纤维的技术难题，在降低了生产再生涤纶短纤维原料成本的同时，解决费聚酯纺织品的回收问题。该专利还是需要将废聚酯纺织品制成的摩擦料，在降低成本上并没有优势。
中国发明专利（公开号为CN106283226A，公开日20170104）公开了一种以废聚酯纺织品为原料制备高配品质熔体的方法，该方法在原料加入原料质量1~8%醇进入螺杆挤出机共混熔融挤出，螺杆挤出机出来的熔体的熔融粘度为0.40~0.50dl/g，然后物料进入调质调粘装置，调质调粘装置出来的熔体的熔融粘度为0.620dl/g~0.685dl/g。该专利通过添加适量的乙二醇在提高熔体粘度的同时还有效解决了过滤器周期短、真空系统维护量大的问题，在降低生产成本的同时还能提高产品的附加值，该专利则是采用了醇解方式。
发明内容
本发明的目的是直接以废聚酯纺织品为原料，采用直接熔融的方式替代先将废聚酯纺织品生成泡料再干燥熔融生产再生纤维的方式，并在原有液相调质调粘装置的基础上实现短流程、低成本制备再生涤纶短纤维的目的。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将废聚酯纺织品分拣、破碎后，根据颜色需要进行混合配色；
2）熔融、过滤，再通过液相调质调粘；
3）液相调质调粘后过滤，经过熔体均质化，再过滤后纺丝；
所述的废聚酯纺织品经过步骤1）配色后通过致密化装置进行致密化处理，再将原料加入到真空抽气螺杆中实现步骤2）所述的熔融；所述的致密化处理的温度为230～260℃，致密化处理后碎聚酯纺织品密度达到≥600kg/m3。
作为优化，所述分拣环节可采用人工或智能分拣装置。
作为优选，所述破碎环节采用重型撕碎机对废聚酯纺织品进行撕碎，撕碎后废聚酯纺织品碎片平均尺寸为3cm×3cm。
所述混合配色是将破碎后的碎聚酯纺织品按不同颜色经皮带上料机送入数个独立料仓中的一个或多个，之后根据最终纤维颜色质量要求分别通过称重计量和风送进行混合输送。作为优化，为进一步减少废聚酯纺织品中残留的金属物质对熔融、过滤装置的影响，在计量阶段设置带有抓取功能的金属探测器。作为优化，为杜绝废片状的废聚酯纺织品在料仓中形成“架桥”，料仓采用不锈钢板拼接而成且料仓底部锥度不小于70°。作为优化，为提高不同颜色废聚酯纺织品的混合精度，料仓底部装有失重式皮带层。
所述致密化处理是将混合好的碎聚酯纺织品投入具有一定温度的致密化处理装置，在低于PET熔点温度条件下聚酯布碎片受热变形，在机械外力作用下半塑化挤出，完成致密化处理。作为优化，致密化处理装置温度设置为240～255℃，致密化处理后碎聚酯纺织品密度达到≥700kg/m3。作为优化，为提高致密化装置的效率，致密化装置上部设有一个锥形的强制喂料装置，废聚酯纺织品通过该装置后密度提升至300kg/m3左右，为高效致密化处理提供准备。
所述真空抽气螺杆是将经致密化后废聚酯品送入带有排气装置螺杆中进行干燥和熔融，减少了常规工艺中废聚酯纺织品致密化后颗粒料需单独干燥工序。作为优化，致密化装置位于螺杆进料口的上方且垂直于进料口。所采用的螺杆为两级及以上带有排气系统的单螺杆或双螺杆，作为优选，选择粘度降解小的单螺杆，作为优选，在螺杆的进料口、压缩段和挤出段分别设有尺寸不等的脱挥口，并通过真空管道与真空系统连接。作为优化，为保提高螺杆的挤出量，螺杆的进料段、压缩段的螺槽是经过特殊处理的深槽螺杆，作为配套抽气所配套的真空系统为机械真空泵组，极限真空度≤1000Pa。作为优化，真空系统所带的缓冲分离罐带有换热装置，从螺杆抽出来的水蒸气通过骤冷工艺冷凝实现低成本抽真空的目的。其中螺杆熔融各区温度为：进料段290～320℃、压缩段280～310℃、计量段270～290℃。
作为优选，所述调质调粘装置为公司原有的液相调质调粘系统（申请号：CN201020642835.4中国发明专利所述），将上述方式制备的熔体与公司现有生产工序的进行嫁接，实现直接以废聚酯布为原料的短流程再生纤维纺丝方法。
作为优选，所述纺丝将增粘后的熔体由增压泵送至纺丝箱体内的计量泵，经计量泵计量后进入纺丝组件，经纺丝组件内的喷丝板后形成纤维，纤维经环吹冷却、上油、牵引轮、喂入轮后落入丝桶，得到初生纤维。其中纺丝箱体的温度260～280℃、冷却风温为18～25℃，纤维含油水率为23～25%。
所述牵伸，水浴槽水浴温度为70～80℃，共两道牵伸，其一道牵伸倍率为2.5～4.0，二道牵伸倍率为1.0～2.0，其中二道牵伸辊和三道牵伸辊之间设有蒸汽加热箱，蒸汽的压力为0.30～0.40MPa。
所述卷曲，主卷曲压控制在0.20～0.50MPa,卷曲机背压控制在0.20～0.50MPa，卷曲机前设有蒸汽预热箱，其蒸汽压力为0.25～0.40MPa。
所述热定型为松弛热定型机，定型温度在120～135℃，定型时间在30～60min。
所述切断用切断机将纤维切断成长度为20～80mm。
附图说明
图1为本发明废聚酯纺织品为原料直接纺丝方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，废聚酯纺织品为原料直接纺丝方法以废聚酯纺织品为原料，其方法包括以下步骤1）分拣 2）破碎 3）混合配色 4）致密化处理 5）真空抽气螺杆熔融 6）液相调质调粘 7）过滤 8）溶体均质化 9）纺丝 10）牵伸 11）卷曲 12）热定型 13）切断。
步骤1）分拣采用人工或智能分拣装置，去除废聚酯纺织品中的杂质并根据废聚酯纺织品的颜色进行分类。
步骤2）破碎是将分拣完成的废聚酯纺织品用重型撕碎机对废聚酯纺织品进行粉碎，粉碎后废聚酯纺织品平均尺寸约为3cm×3cm，为后期致密化处理提供基础。
步骤3）混合配色将破碎后的碎聚酯纺织品按不同颜色或不同质量经皮带上料机送入数个独立料仓中的一个或多个，之后根据最终纤维颜色质量要求分别通过称重计量和风送进行混合和输送。
步骤4）致密化处理是将混合配色好的碎聚酯纺织品投入具有一定温度的致密化处理装置，在低于PET熔点温度条件下聚酯布碎片受热变形，经强机械外力作用半塑化挤出，完成致密化处理，致密化处理装置温度设置为240～255℃，致密化处理后碎聚酯纺织品密度达到≥700kg/m3。
步骤5）将致密化处理后的碎聚酯纺织品通过进料口送入真空抽气螺杆，在垂直于进料口上端装有致密化装置，对进料进行压实，原料进入螺杆后受热会产生水蒸气，通过真空抽气螺杆所配套的机械真空泵组抽真空系统，将水蒸气抽离、冷凝，去除原料中的水分，避免聚酯材料的水解，极限真空度≤1000Pa。其螺杆熔融各区温度设置为：进料段290～320℃、压缩段280～310℃、计量段270～290℃。
步骤6）、步骤7）和步骤8）采用申请号CN201020642835.4中国发明专利所述液相调质调粘装置对熔体进行增粘，达到纺丝的工艺要求。
步骤9）将增粘后的熔体由增压泵送至纺丝箱体内的计量泵，经计量泵计量后进入纺丝组件，经纺丝组件内的喷丝板之后形成纤维，纤维经环吹冷却、上油、牵引、喂入后落入丝桶，得到初生纤维。其中纺丝箱体的温度是260～280℃、冷却风温为18～25℃，纤维含油水率为23～25%。
步骤10）牵伸水浴温度为70～80℃，共两道牵伸，其一道牵伸倍率为2.5～4.0，二道牵伸倍率为1.0～2.0，其中二道牵伸辊和三道牵伸辊之间设有蒸汽加热箱，蒸汽的压力为0.30～0.40MPa。
步骤11）主卷曲压控制在0.20～0.50MPa,卷曲机背压控制在0.20～0.50MPa，卷曲机前设有蒸汽预热箱，其蒸汽压力为0.25～0.40MPa。
步骤12）所述热定型为松弛热定型机，通常定型温度在120～135℃，定型时间在30～60min。
步骤13）用切断机将纤维切断成长度为20～80mm。
实施例1
将回收的废聚酯纺织品按照颜色、材质进行分选，分选后的废聚酯纺织品由输送装置送入重型撕碎机进行粉碎，粉碎后的废聚酯纺织品平均尺寸为3cm×3cm。粉碎后的废聚酯纺织品被皮带送至具有机械抓手的金属检测装置，通过该装置分离出混在废聚酯纺织品中的金属。粉碎后的废聚酯纺织品经风送送入指定料仓，之后根据成品的颜色，选取数个料仓中的一个或多个，计量后经风送送入致密化装置上部的储存料仓。料仓内的废聚酯纺织品碎片经储存料仓底部的锥形强制喂料装置压实后送入致密化处理装置。
以车用黑色涤纶短纤维进行说明：
所用的废聚酯纺织品的颜色为纯黑色、浅黑色、天蓝色、蓝色和绿色按照一定配比进行混合；作为优选，废聚酯纺织品的特性粘度不低于0.54dl/g，熔点不低于248℃。混合后的废聚酯纺织品经致密化装置上端的强制喂料装置送入致密化装置内，作为优选，致密化装置的温度设定在238～242℃，在致密化装置强大推力作用下，最终废聚酯纺织品变成密度≥700 kg/m3的带状物。
致密化后的带状物自由落体进入螺杆，废聚酯纺织品在螺杆内熔融后挤出。在螺杆进料段、压缩段和计量段分别设有尺寸为250mm×250mm、80mm×550mm、80×800mm的脱挥口，实现进料段、压缩段和计量段包括水分在内的低分子物质快速脱挥。螺杆七区的温度如下：一区290℃、二区295℃、三区295℃、四区290℃、五区288℃、六区286℃、七区284℃。真空系统的压力不高于600Pa，抽气速率不低于220l/s。
熔体经过滤器过滤后用输送泵送至液相调质调粘装置内，在该装置内熔体中的低分子物质进一步被去除，熔体的粘度进一步提高。液相增粘装置的搅拌速度为3r/min，釜内温度为276℃，熔体停留时间约25min。之后熔体由输送泵送至过滤器，过滤后的熔体进入均质釜，在均质釜内熔体的品质得到进一步提升，均值条件与调质调粘釜条件一致。
经均质化后熔体由增压泵送至纺丝箱体内的计量泵，经计量泵计量后进入纺丝组件，经纺丝组件内的喷丝板形成纤维，纤维经环吹冷却、上油、牵引、喂入后落入丝桶，得到初生纤维。此时纺丝箱体的温度是274℃、冷却风温为22℃，纤维含油水率在24%左右。
之后纤维经集束、牵伸、卷曲、定型、切断、打包等工序后制得车用再生涤纶短纤维。
作为优化，为保证纤维得到良好的牵伸、卷曲性能和定型效果，集束为2.9×106dtex、牵伸水浴温度为78±1℃、总拉伸倍数为4.12倍、其中一道牵伸倍数为3.68、二道牵伸倍数为1.12。为确保二次牵伸的完全，二道牵伸和三道牵伸之间设有蒸汽加热箱，蒸汽的压力为0.32～0.35MPa；为保证卷曲成型良好，进卷曲机前设有蒸汽预热箱，其蒸汽压力为0.30～0.32MPa；纤维预热后进入卷曲机，为保证纤维能形成稳定的卷曲，卷曲机主压控制在0.35～0.38Mpa，卷曲机背压控制在0.25～0.28MPa。卷曲数根据产品规格的不同有所不同，通常控制6～12个/25mm。卷曲后的纤维经J型箱进入松弛热定型机定型，定型温度在120～135℃，定型时间在35～45min。之后冷却后的纤维经静电处理再送入切断机，按客户要求切断为指定长度（51mm、64mm、76mm等），制得车用黑色涤纶短纤维。
制成的纤维的比电阻控制在109以内，纤维的断裂强力控制在3.2cN/dtex、纤维的断裂伸长控制在55%～75%、纤维的干热收缩率（180℃）控制在4.5%～8.5%、疵点含量≤200mg/100g。除上述常规指标外，用该方式生产的车用有色涤纶短纤维的耐日晒色牢度可达到4级、纤维中可挥发性有机物远低于其他方式生产的同类纤维挥发性有机物含量。
实施例2
以填充用80De仿生态棕纤维为例进行说明：
所用的废聚酯纺织品的颜色为黑色、褐色、红色和棕色（相近色）按照一定配比进行混合；作为优选，废聚酯纺织品的特性粘度不低于0.58dl/g，熔点不低于250℃。混合后的废聚酯纺织品经致密化装置上端的强制喂料装置进入致密化装置，作为优选致密化装置的温度设定在244～248℃，在该装置内废聚纺织品受热发生收缩，在致密化装置的强大推力作用下，最终废聚酯纺织品变成密度≥700 kg/m3的带状物。
致密化后的带状物自由落体进入螺杆，废聚酯纺织品在螺杆内熔融挤出。在螺杆进料段、压缩段和计量段分别设有尺寸为250mm×250mm、80mm×550mm、80×800mm的脱挥口，实现进料段、压缩段和计量段包括水分在内的低分子物质的快速脱挥。螺杆七区温度如下：一区290℃、二区295℃、三区295℃、四区290℃、五区288℃、六区286℃、七区284℃。真空系统的压力不高于600Pa，抽气速率不低于220l/s。
熔体经过滤器过滤后经输送泵送至液相调质调粘装置内，在该装置内熔体中的低分子物质进一步去除，熔体的粘度进一步提高。液相增粘装置的搅拌速度为2r/min，釜内温度为278℃，熔体停留时间约30min。熔体由输送泵送至过滤器，过滤后的熔体进入均质釜，在均质釜内熔体的品质得到进一步提升，均值条件与调质调粘釜条件一致。
均质化后的熔体由增压泵送至纺丝箱体内的计量泵，熔体经计量泵计量后进入纺丝组件，经纺丝组件内的喷丝板后形成纤维，纤维经环吹冷却、上油、牵引、喂入后落入丝桶，得到初生纤维。此时纺丝箱体的温度是268℃、冷却风温为22℃，纤维含油水率在24%左右。
之后纤维经集束、牵伸、卷曲、定型、切断、打包等工序后获得车用再生涤纶短纤维。
作为优化为保证纤维得到良好的牵伸、卷曲性能和定型效果，集束为2.2×106dtex、牵伸温度为72±1℃、总拉伸倍数为3.2倍、其中一道牵伸倍数为3.05、二道牵伸倍数为1.05。其中为赋予仿生态棕纤维一定的抗菌功能，通常在一道牵伸和二道牵伸之间的牵伸槽中定量加入一定浓度的抗菌剂，赋予纤维一定的抗菌功能。为使维表面具有较高的粗糙度，二道牵伸和三道牵伸的倍数调整为1.05倍且无蒸汽加热。为保证卷曲成型良好，卷曲机前设有蒸汽预热箱，其蒸汽压力为0.30～0.32MPa；纤维预热后进入卷曲机，为保证纤维能后形成稳定的卷曲，卷曲机的主压控制在0.45～0.48Mpa，卷曲机背压控制在0.40～0.42MPa。卷曲数根据产品规格的不同有所不同，通常控制4～5个/25mm。卷曲后的纤维经J型箱进入松弛热定型机定型，定型温度在135～145℃，定型时间为45min。之后冷却后的纤维经静电处理送入切断机切成51mm长度，制得仿生态棕纤维。
该纤维具有优于天然棕纤维的可加工性、容易与低熔点纤维混合、易梳理、加工过程中无尘、无污染且不易燃，是天然棕的良好替代品。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，该方法包括以下的步骤：
1）将废聚酯纺织品分拣、破碎后，根据颜色需要进行混合配色；
2）熔融、过滤，再通过液相调质调粘；
3）液相调质调粘后过滤，经过熔体均质化，再过滤后纺丝；
其特征在于，废聚酯纺织品经过步骤1）配色后通过致密化装置进行致密化处理，致密化装置上部设有一个锥形的强制喂料装置，废聚酯纺织品通过强制喂料装置后密度提升至300kg/m3；所述的致密化处理的温度为230～260℃，致密化处理后碎聚酯纺织品密度达到≥600kg/m3；致密化装置位于真空抽气螺杆进料口的上方且垂直于进料口；
再将原料加入到真空抽气螺杆中实现步骤2）所述的熔融；
所采用的真空抽气螺杆为两级及以上带有排气系统的单螺杆，螺杆的进料段、压缩段的螺槽是深槽螺杆；在真空抽气螺杆的进料口、压缩段和挤出段分别设有脱挥口，脱挥口通过真空管道与真空系统连接；所述的真空系统为机械真空泵组，极限真空度≤1000Pa；进料段290～320℃、压缩段280～310℃、计量段270～290℃；
纺丝熔体由增压泵送至纺丝箱体内的计量泵，经计量泵计量后进入纺丝组件，经纺丝组件内的喷丝板后形成纤维，纤维经环吹冷却、上油、牵引轮、喂入轮后落入丝桶，得到初生纤维；其中纺丝箱体的温度260～280℃、冷却风温为18～25℃，纤维含油水率为23～25%；
纺丝后将初生纤维进行牵伸、卷曲、 热定型，再经切断后得到再生纤维；
所述牵伸，水浴槽水浴温度为70～80℃，共两道牵伸，其一道牵伸倍率为2.5～4.0，二道牵伸倍率为1.0～2.0，其中二道牵伸辊和三道牵伸辊之间设有蒸汽加热箱，蒸汽的压力为0.30～0.40MPa；所述卷曲，主卷曲压控制在0.20～0.50MPa,卷曲机背压控制在0.20～0.50MPa，卷曲机前设有蒸汽预热箱，其蒸汽压力为0.25～0.40MPa；所述热定型为松弛热定型机，定型温度在120～135℃，定型时间在30～60min；所述切断用切断机将纤维切断成长度为20～80mm。
2.根据权利要求1所述的一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，其特征在于，所述分拣环节采用人工或智能分拣装置；所述破碎环节采用重型撕碎机对废聚酯纺织品进行撕碎，撕碎后废聚酯纺织品碎片平均尺寸为3cm×3cm。
3.根据权利要求1所述的一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，其特征在于，混合配色是将破碎后的碎聚酯纺织品按不同颜色经皮带上料机送入数个独立料仓中的一个或多个，之后根据最终纤维颜色质量要求分别通过称重计量和风送进行混合输送。
4.根据权利要求3所述的一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，其特征在于，独立料仓采用不锈钢板拼接而成且料仓底部锥度不小于70°；独立料仓底部装有失重式皮带层；在称重计量阶段设置带有抓取功能的金属探测器。
5.根据权利要求1所述的一种以废聚酯纺织品为原料直接纺丝制备纤维的方法，其特征在于，真空系统所带的缓冲分离罐带有换热装置，从螺杆抽出来的水蒸气通过骤冷工艺冷凝实现低成本抽真空的目的。
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