CN111996609A - 一种双层中空保暖聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种双层中空保暖聚酯纤维及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：在涤纶熔体直纺管道上加装在线添加系统；将两种添加母粒干燥后，分别喂入加装在线添加系统的第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机内；第二螺杆挤出机挤出的物料经下游的注射泵计量后在第一螺杆挤出机的开孔处注入，后经第一螺杆挤出机预混合、压缩、注射泵计量后注入主熔体管道内，再经动态混合器和主熔体充分混合，得到共混熔体；将共混熔体通过计量泵、纺丝箱体计量后输送至喷丝组件喷出细丝，然后细丝经冷却、上油，通过卷绕成型后即得到所述的双层中空保暖聚酯纤维。本发明的有益效果是：改进纤维的中空结构稳定性和保暖性能。

Description

一种双层中空保暖聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酯纤维的生产方法，尤其是一种双层中空保暖聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
目前市面上常见的保暖纤维材料中，天然纤维和混纺纤维的生产加工存在成本高，工序复杂，产量不高等缺点，而大多的中空化纤由于纤维截面为简单的圆环形，在加工和使用过程中易发生结构坍塌，中空度下降的现象，对其保暖性能影响较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，实现增强的中空结构和保暖性能。
针对以上问题，本发明在涤纶大容量熔体直纺装置的基础上，通过两种保暖功能母粒二合一在线添加和双层中空截面喷丝板，制得一种保暖聚酯纤维材料，实现增强结构，提高保暖性能的目标。根据添加母粒的特性可以灵活调整螺杆分区温度，使双组分熔融充分混合均匀。纤维截面呈外圆环、内三角环的结构，能够在加工、使用过程中保持较稳定的中空结构。
本发明所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在涤纶熔体直纺管道上，于计量泵及纺丝箱体前对主熔体管道改造，加装一套由两个加料单元和一台动态混合器构成的在线添加系统，每套加料单元均包括一个干燥塔、一台螺杆挤出机、一台注射泵和一个注射阀，其中两套加料单元的螺杆挤出机分别命名为第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机；
2)将两种添加母粒分别经步骤1)中的干燥塔干燥后，分别喂入第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机内；
3)第二螺杆挤出机挤出的物料经下游的注射泵计量后在第一螺杆挤出机的开孔处注入，后经第一螺杆挤出机预混合、压缩、注射泵计量后注入主熔体管道内，再经动态混合器和主熔体充分混合，得到共混熔体；
4)将步骤3)中得到的共混熔体通过计量泵、纺丝箱体计量输送至喷丝组件喷出细丝；控制两台注射泵和纺丝计量泵的参数，以达到调整添加比例的目的；
5)将步骤4)获得的细丝经冷却、上油，通过卷绕成型后即得到所述的双层中空保暖聚酯纤维。
其中：步骤1)～3)的目的是制备具有保暖功能的共混熔体；步骤4)～5)的目的是为制备双层中空保暖聚酯纤维。
步骤3)中的两种添加母粒，分别为母粒A和母粒B，其中：
母粒A：为气凝胶母粒，气凝胶成分粒径为15μm～30μm，从第一螺杆挤出机加入；
母粒B：为远红外功能母粒，远红外陶瓷粉粒径为1μm～8μm，从第一螺杆挤出机加入。
气凝胶母粒中所含气凝胶成分质量分数为0.5％～1.5％；远红外功能母粒中所含远红外陶瓷粉质量分数为0.5％～2％，两种成分总质量分数为1％～3％。
一种根据本发明所述的制备方法构建的制备系统，其特征在于，包括：
主熔体管道，具有主熔体进口和混熔体出口，其中主熔体进口与主熔体添加设备管路连通，混熔体出口与在线添加系统的出料口管路连通，用于将在线添加系统获得的物料与主熔体共混形成共混熔体；
在线添加系统，包括两个加料单元和一台动态混合器，其中所述加料单元包括一个干燥塔、一台螺杆挤出机、一台注射泵和一个注射阀，其中两套加料单元的螺杆挤出机分别命名为第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机；第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机的进料口处各配置一个干燥塔，第一螺杆挤出机与主熔体管道之间、第二螺杆挤出机与第一螺杆挤出机之间的管路上各配置一台注射泵和注射阀，用于控制管道内的料液流速；所述第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机沿各自螺杆的推进方向均有多个温度控制分区和法兰区，且每个温度控制分区和法兰区均设置独立的加热装置，用于对温度控制分区和法兰区进行控温；所述第一螺杆挤出机的相邻两温度控制分区之间设置可与第二螺杆挤出机相连通的开孔；
以及计量纺丝单元，设置于动态混合器的下游，包括计量泵、纺丝箱体风冷系统、上油装置和卷绕装置，所述计量泵设置于动态混合器与纺丝箱体之间的管路上；所述纺丝箱体的出料口配装喷丝组件，用于喷出双层中空保暖聚酯纤维；所述风冷系统设置于喷丝组件旁，用于对喷丝组件喷出的双层中空保暖聚酯纤维进行冷却；所述上油装置和卷绕装置依次设置于喷丝组件的下游，用于对冷却后的双层中空保暖聚酯纤维上油并卷绕。
所述的喷丝组件的喷丝面板上设置若干个呈同心圆状分布的喷丝孔单元，每个喷丝孔单元由多个微孔结构旋转对称组成，所述微孔结构包括外圆弧段和内Y形支撑，其中所述内Y形支撑的尾端连接于外圆弧段凹陷的内壁中心处，并沿外圆弧段所在基圆的径向设置；微孔结构共同拼成一外圈为圆环、内圈为正三角环的双层中空结构，微孔的宽度为0.2mm，相邻微孔结构端点之间留有间隙，且间隙的宽度为0.2mm。
所述微孔结构的外圆弧段外端与内Y形支撑同侧的头端均位于外圆弧段所在基圆的同一半径上。
所述的喷丝孔单元由三个微孔结构旋转对称组成，旋转角为120°。
第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机沿各自螺杆的推进方向均有6个温度控制分区，分别为一至五区及法兰区，一区、二区的温度为290～305℃；三区、四区的温度为285～295℃；五区、法兰区的温度为280～290℃，使得第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机的螺杆在各自的螺杆电机的驱动下推动其内的物料依次通过一区、二区，…，五区和法兰区，以实现不同温度下的加热。
第一螺杆挤出机的开孔在二区和三区之间。
一种双层中空保暖聚酯纤维，其特征在于：所述聚酯纤维的轴向横截面的外轮廓为圆形，并沿周向设有多条弧形空心结构，弧形空心结构的中心位于同一基圆上；所述聚酯纤维的轴向横截面的中心设有一正多边形的镂空区。
本发明具有的有益效果是：利用两台螺杆挤出机连接的创新双组份在线添加技术及双层中空喷丝孔设计的喷丝板，改进纤维的中空结构稳定性和保暖性能。本发明制备得到的双层中空保暖聚酯纤维，在具有良好的物性指标外，还可以在加工、使用过程中尽可能的保持截面结构及中空度，满足人们对轻盈、保暖纤维的需求，具有优异的发展前景。
附图说明
图1a是本发明的制备系统的结构框图；
图1b是本发明的计量纺丝单元的结构框图。
图2是本发明的喷丝孔单元的横截面图；
图3是本发明的双层中空保暖聚酯纤维的横截面图；
其中，1为主熔体管道；2为干燥塔；3为第一螺杆挤出机；4为第二螺杆挤出机；5为注射泵；6为注射阀；7为风冷系统；8为上油装置；9为卷绕装置；10为聚酯纤维；11为弧形空心结构；12为镂空区；A为一区；B为二区；C为三区；D为四区；E为五区；F为法兰区；J为螺杆电机；K为动态混合器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)在涤纶熔体直纺管道上，于计量泵及纺丝箱体前对主熔体管道改造，加装一套由两个加料单元和一台动态混合器构成的在线添加系统，每套加料单元均包括一个干燥塔、一台螺杆挤出机、一台注射泵和一个注射阀，其中两套加料单元的螺杆挤出机分别命名为第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机；
2)将两种添加母粒分别经步骤1)中的干燥塔干燥后，分别喂入第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机内；
3)第二螺杆挤出机挤出的物料经下游的注射泵计量后在第一螺杆挤出机的开孔处注入，后经第一螺杆挤出机预混合、压缩、注射泵计量后注入主熔体管道内，再经动态混合器和主熔体充分混合，得到共混熔体；
4)将步骤3)中得到的共混熔体通过计量泵、纺丝箱体计量输送至喷丝组件喷出细丝；根据纤维规格、卷绕速度和添加要求，可调整两台注射泵及计量泵参数以达到控制添加比例的目的；
5)将步骤4)获得的细丝经250mm长风筒环吹风冷却、上油后，在2500～2900m/min的速度下卷绕成型后即得到所述的双层中空保暖聚酯纤维。
其中：步骤1)～3)的目的是制备具有保暖功能的共混熔体；步骤4)～5)的目的是为制备双层中空保暖聚酯纤维。
步骤3)中的两种添加母粒，分别为母粒A和母粒B，其中：
母粒A：为气凝胶母粒，气凝胶成分粒径为15μm～30μm，从第一螺杆挤出机加入；
母粒B：为远红外功能母粒，远红外陶瓷粉粒径为1μm～8μm，从第一螺杆挤出机加入。
气凝胶母粒中所含气凝胶成分质量分数为0.5％～1.5％；远红外功能母粒中所含远红外陶瓷粉质量分数为0.5％～2％，两种成分总质量分数为1％～3％。
实施例2一种双层中空保暖纤维的制备方法，包括以下步骤：
在涤纶熔体直纺管道上，于计量泵及纺丝箱体前对熔体管道改造，加装一套在线添加系统，其包括两台螺杆挤出机(以下简称第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机)、两个干燥塔(分别与第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机对应)、两台注射泵(分别与第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机对应)、一台动态混合器及两个注射阀(分别与第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机对应)；
将母粒A置于相应的干燥塔干燥，水分含量达到0.03％以下，然后喂入第一螺杆挤出机，螺杆温度分区控制为一区290℃，二区293℃，三区291℃，四区290℃，五区288℃，法兰区286℃；
将母粒B置于相应的干燥塔干燥，水分含量达到0.03％以下，然后喂入第二螺杆挤出机，螺杆温度分区控制为：一区290℃，二区295℃，三区293℃，四区292℃，五区290℃，法兰区288℃；
第二螺杆挤出机的螺杆电机驱动其螺杆挤出的物料经注射泵计量后从第一螺杆挤出机二、三分区间的开口处注入，在第一螺杆挤出机中与母粒A预混合、压缩、注射泵计量打入主熔体管道内，在动态混合器处和聚酯熔体混合，得到保暖功能熔体。
上述所得保暖功能熔体，经计量泵计量后经过纺丝箱体从双层中空喷丝板喷出；纺丝箱体温度为275～295℃；喷丝板特征为：若干喷丝孔单元(图2)呈同心圆状分布在喷丝板面上，每个喷丝孔单元由三个微孔旋转对称组成，旋转角为120°，形成外圈为圆环，内圈正三角环的双层中空结构，微缝的宽度为0.2mm。组件压力为130～180Bar。
调整两台注射泵及计量泵参数控制添加比例，使气凝胶成分占纤维比例为1wt％，远红外陶瓷粉占纤维比例为2wt％。
保暖功能熔体经喷丝板喷出后，使用250mm长风筒环吹风冷却，经上油、网络后在2500～2900m/min的速度下卷装成型，得到一种双层中空保暖聚酯纤维。
实施例3利用实施例2的制备方法制备的双层中空保暖聚酯纤维，其单丝线密度为2.5～4.0dtex；25℃环境下，断裂强度≥2.2cN/dtex，断裂伸长率为125±4％，条干不匀率≤2.0％，含油率0.3～0.5％，导热系数λ≤0.04W/m·K；POY中空度为16～17％，加弹后DTY中空度为15～16％，中空度下降率≤6.1％。
实施例4一种双层中空保暖纤维的制备方法，包括以下步骤：
在涤纶熔体直纺管道上，于计量泵及纺丝箱体前对主熔体管道改造，加装一套在线添加系统，其包含两台螺杆挤出机(以下简称第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机)、两个干燥塔、两台注射泵、一台动态混合器及若干阀门；
将母粒A干燥，水分含量达到0.03％以下，然后喂入第一螺杆挤出机，螺杆温度分区控制为一区292℃，二区295℃，三区292℃，四区289℃，五区287℃，法兰区285℃；
将母粒B干燥，水分含量达到0.03％以下，然后喂入②号机，螺杆温度分区控制为：一区290℃，二区295℃，三区293℃，四区292℃，五区290℃，法兰区288℃；
第二螺杆挤出机挤出的物料经注射泵计量后从第一螺杆挤出机的二、三分区间的开口处注入，在第一螺杆挤出机中与母粒A预混合、压缩、注射泵计量打入熔体管，在动态混合器处和聚酯熔体混合，得到保暖功能熔体。
上述所得保暖功能熔体，经计量泵计量后经过纺丝箱体从双层中空喷丝板喷出；箱体温度为275～295℃；喷丝板特征为：若干喷丝孔单元(图2)呈同心圆状分布在喷丝板面上，每个喷丝孔单元由三个微孔旋转对称组成，旋转角为120°，形成外圈为圆环，内圈正三角环的双层中空结构，微缝的宽度为0.2mm。组件压力为130～180Bar。
调整两台注射泵及纺丝计量泵参数控制添加比例，使气凝胶成分占纤维比例为0.8wt％，远红外陶瓷粉占纤维比例为1.8wt％。
保暖功能熔体经喷丝板喷出后，使用250mm长风筒环吹风冷却，经上油、网络后在2500～2900m/min的速度下卷装成型，得到一种双层中空保暖聚酯纤维。
实施例5利用实施例4的制备方法制备的一种双层中空保暖聚酯纤维，其单丝线密度为2.0～3.5dtex；25℃环境下，断裂强度≥2.0cN/dtex，断裂伸长率为123±4％，条干不匀率≤2.0％，含油率0.3～0.5％，导热系数λ≤0.04W/m·K；POY中空度为16～17％，加弹后DTY中空度为15～16％，中空度下降率≤6.1％。
实施例6一种根据本发明所述的制备方法构建的制备系统，包括：
主熔体管道1，具有主熔体进口和混熔体出口，其中主熔体进口与主熔体添加设备管路连通，混熔体出口与在线添加系统的出料口管路连通，用于将在线添加系统获得的物料与主熔体共混形成共混熔体；
在线添加系统，包括两个加料单元和一台动态混合器，其中所述加料单元包括一个干燥塔2、一台螺杆挤出机、一台注射泵5和若干注射阀6，其中两套加料单元的螺杆挤出机分别命名为第一螺杆挤出机3和第二螺杆挤出机4；第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机的进料口处各配置一个干燥塔，第一螺杆挤出机与主熔体管道之间、第二螺杆挤出机与第一螺杆挤出机之间的管路上各配置一台注射泵和注射阀，用于控制管道内的料液流速；所述第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机沿各自螺杆的推进方向均有多个温度控制分区和法兰区，且每个温度控制分区和法兰区均设置独立的加热装置，用于对温度控制分区和法兰区进行控温；所述第一螺杆挤出机的相邻两温度控制分区之间设置可与第二螺杆挤出机相连通的开孔；
以及计量纺丝单元13，设置于动态混合器的下游，包括计量泵、纺丝箱体风冷系统、上油装置和卷绕装置，所述计量泵设置于动态混合器与纺丝箱体之间的管路上；所述纺丝箱体的出料口配装喷丝组件，用于喷出双层中空保暖聚酯纤维；所述风冷系统设置于喷丝组件旁，用于对喷丝组件喷出的双层中空保暖聚酯纤维进行冷却；所述上油装置和卷绕装置依次设置于喷丝组件的下游，用于对冷却后的双层中空保暖聚酯纤维上油并卷绕。
所述的喷丝组件的喷丝面板上设置若干个呈同心圆状分布的喷丝孔单元，每个喷丝孔单元由多个微孔结构旋转对称组成，所述微孔结构包括外圆弧段和内Y形支撑，其中所述内Y形支撑的尾端连接于外圆弧段凹陷的内壁中心处，并沿外圆弧段所在基圆的径向设置；微孔结构共同拼成一外圈为圆环、内圈为正三角环的双层中空结构，相邻微孔结构之间留有微缝，且微缝的宽度为0.2mm。
所述微孔结构的外圆弧段外端与内Y形支撑同侧的头端均位于外圆弧段所在基圆的同一半径上。
所述的喷丝孔单元由三个微孔结构旋转对称组成，旋转角为120°。
第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机沿各自螺杆的推进方向均有6个温度控制分区，分别为一至五区及法兰区，一区A、二区B的温度为290～305℃；三区C、四区D的温度为285～295℃；五区E、法兰区F的温度为280～290℃，使得第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机的螺杆在各自的螺杆电机的驱动下推动其内的物料依次通过一区、二区，…，五区和法兰区，以实现不同温度下的加热。
第一螺杆挤出机的开孔在二区和三区之间。
实施例7一种双层中空保暖聚酯纤维，所述聚酯纤维的轴向横截面的外轮廓为圆形，并沿周向设有多条弧形空心结构，弧形空心结构的中心位于同一基圆上；所述聚酯纤维的轴向横截面的中心设有一正多边形的镂空区。
实施例8本实施例所述的一种双层中空保暖聚酯纤维，所述聚酯纤维的轴向横截面的外轮廓为圆形，并沿周向设有三个弧形空心结构，弧形空心结构位于同一基圆上；所述聚酯纤维的轴向横截面的中心设有一正三角形的镂空区。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在涤纶熔体直纺管道上，于计量泵及纺丝箱体前对主熔体管道改造，加装一套由两个加料单元和一台动态混合器构成的在线添加系统，每套加料单元均包括一个干燥塔、一台螺杆挤出机、一台注射泵和若干注射阀，其中两套加料单元的螺杆挤出机分别命名为第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机；
2)将两种添加母粒分别经步骤1)中的干燥塔干燥后，分别喂入第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机内，并对其进行加热；
3)第二螺杆挤出机挤出的物料经下游的注射泵计量后在第一螺杆挤出机的开孔处注入，后经第一螺杆挤出机预混合、压缩、注射泵计量后注入主熔体管道内，再经动态混合器和主熔体充分混合，得到共混熔体；
4)将步骤3)中得到的共混熔体通过计量泵、纺丝箱体计量后输送至喷丝组件喷出细丝；控制两台注射泵和纺丝计量泵的参数，以达到调整添加比例的目的；
5)将步骤4)获得的细丝经冷却、上油，通过卷绕成型后即得到所述的双层中空保暖聚酯纤维。
2.如权利要求1所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：第一螺杆挤出机和第二螺杆挤出机沿各自螺杆的推进方向均有6个温度控制分区，依次为一至五区及法兰区，一区、二区的温度为290～305℃；三区、四区的温度为285～295℃；五区、法兰区的温度为280～290℃。
3.如权利要求2所述的一种双层中空保暖聚酯纤维及其制备方法，其特征在于：第一螺杆挤出机的开孔设置在二区和三区之间。
4.如权利要求1所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：步骤3)中的两种添加母粒，分别为母粒A和母粒B，其中：
母粒A：为气凝胶母粒，气凝胶成分粒径为15μm～30μm，经干燥塔干燥后从第一螺杆挤出机加入；
母粒B：为远红外功能母粒，远红外陶瓷粉粒径为1μm～8μm，经干燥塔干燥后从第二螺杆挤出机加入。
5.如权利要求4所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：气凝胶母粒中所含气凝胶成分质量分数为0.5％～1.5％；远红外功能母粒中所含远红外陶瓷粉质量分数为0.5％～2％，且两种成分总质量分数为1％～3％。
6.如权利要求1所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：所述的喷丝组件的喷丝面板上设置若干个呈同心圆状分布的喷丝孔单元，每个喷丝孔单元由多个微孔结构旋转对称组成，所述微孔结构包括外圆弧段和内Y形支撑，其中所述内Y形支撑的尾端连接于外圆弧段凹陷的内壁中心处，并沿外圆弧段所在基圆的径向设置；微孔结构共同拼成一外圈为圆环、内圈为正三角环的双层中空结构，相邻微孔结构之间留有间隙。
7.如权利要求1所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：所述微孔结构的外圆弧段外端与内Y形支撑同侧的头端均位于外圆弧段所在基圆的同一半径上。
8.如权利要求7所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：微孔的宽度为0.2mm。
9.如权利要求8任意一所述的一种双层中空保暖聚酯纤维的制备方法，其特征在于：所述的喷丝孔单元由三个微孔结构旋转对称组成，旋转角为120°。
10.一种根据权利要求6～9任意一项所述的制备方法制备的双层中空保暖聚酯纤维，其特征在于：所述聚酯纤维的轴向横截面的外轮廓为圆形，并沿周向设有多条弧形空心结构，弧形空心结构的中心位于同一基圆上；所述聚酯纤维的轴向横截面的中心设有一正多边形的镂空区。
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