CN1128811A - 丙纶强力丝的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丙纶强力丝的制造方法，它采用在熔融纺丝机和锭子式牵伸加捻机上控制纤维分子量在12万-14万范围内的挤出熔体，经大螺杆比为28的螺杆挤压机挤出，再经喷头组件，冷却风窗的作用以300-600米/分的速度卷绕，平衡12小时以上；再进入锭子式牵伸加捻机上进行二级牵伸，总牵伸比为7倍以上，牵伸速度为150-300米/分，而制得无定型取向度fa为0.7以上的牵伸丝，强度为8g/d以上的高强丙纶。
Description
本发明涉及丙纶强力丝的制造方法，尤指一种纤度在333-1667dtex，强度≥7.06CN/dteX的高强聚丙烯复丝的制造方法.
目前国际上生产丙纶强力丝的工艺路线从纺丝和牵伸工序的衔接区分有一步法和两步法，从牵抻方式区分有立式和卧式。一步法的优点是节省中间设备，占地面积小，用工省，能耗低，缺点是产品丝强度低，强度无法达到8g/d，实际上只有6g/d。
根据国际分类，聚丙烯长丝强度3-6g/d为普通丙纶，6-8g/d为中强丙纶，8g/d以上为高强丙纶。
二步法的优缺点与一步法正好相反，纺丝与牵伸分开，两步加工互不影响，利于工艺调整，尤其在改换原料及颜色时更显优势；
国外采用卧式牵伸为水平集束后短纤式牵伸，在七辊上走多条丝路，牵伸后再将单丝分开卷绕，卷绕后再上加捻机进行加捻。这种方法除对辊的长度，动平衡等有较高要求外，从整体上对原料，设备(转动部分的速度控制，温度方面的精度控制等)及电网的电力稳定性方面都有较高的要求，生产管理要求苛刻，给工人的操作和稳定化生产带来一定的困难。
参见各国生产丙纶高强丝的主要技术经济指标比较表：
| 制造商(国别) | Barmag(德国) | Neumag(德国) | ESL(英国) | FARE(意大利) | FILTECO(意大利) | 纺科院(中国) |
| 工艺路线 | 一步法 | 一步法 | 二步法 | 一步法 | 一步法 | 二步法 |
| 设备投资 | 170-200(万美元) | 170-220(万美元) | 110-140(万美元) | 170-200(万美元) | 400-500(万人民币) | |
| 生产能力(吨/年) | 1000 | 1500 | 750 | 1000 | 1500 | 1500 |
| 牵伸方式 | 卧式 | 立式 | 卧式 | 卧式 | 立式 | 立式 |
| 强力保证值(g/d) | ＞7.5 | ＞7.9实际6.0 | ＞8 | ＞7.5实际6.0 | ＞7.5实际6.0 | ＞8 |
| 伸长率(％) | 20-25 | 15-22 | 16-25 | ＜40 | 15-25 |
我国采用的是二步法，立式牵伸，牵伸时同时可进行加捻，单丝断头不影响其它丝路，是适合于长丝生产的牵伸方法。
本发明的目的在于：提供一种纤度在333-1667dteX，强度≥7.06CN/dteX(8g/d)以上的高强聚丙烯复丝的生产方法。
本发明的目的还在于：过去制造丙纶强力丝的生产工艺路线为多级牵伸工艺低速纺丝，水浴冷却，七辊热箱短纤式牵引等，工艺复杂，设备多，而本发明采用在熔融纺丝机和锭子式牵伸加捻机上控制纤维分子量和无定形区取向度，制造出高强聚丙烯长丝。
本发明的目的还在于：与过去丙纶强力丝的生产工艺路线相比，可节约设备投资，提高产品质量和降低成本，使原丝的牵伸丝价格由美国的每吨五千美元降至一千五百美元左右，使之国产化。
本发明的目的是这样实现的：一种丙纶强力丝的制造方法，包括：以聚丙烯树酯为原料在熔融纺丝机上纺丝控制分子量和次晶含量；进行熔融冷却，润滑和拉紧所述的长丝，经油辊上油后卷绕成原丝，原丝经一段时间平衡，进入锭子式牵伸加捻机上控制纤維无定形区取向度，进行(a)经导丝勾和喂入辊缠绕至第一热辊，该长丝被部份拉伸(b)从第一热辊至第二热辊，长丝进一步被拉伸，(c)从第二热辊经定型板缠绕至第三导辊，(d)第三导辊缠绕数圈后，丝束经锭子式卷绕加捻装置卷绕成所述的长丝；其特征在于：在熔融纺丝机上纺丝，采用的是螺杆挤压机，螺杆挤压机上设有若干个加热区，各区加热温度为220℃-280℃；原料在螺杆挤压机上受到加热和螺杆的旋转挤压推进作用，得到分子量在12万-14万范围内的挤出熔体，并从螺杆顶端挤出；经熔体总管分配到各个熔体支管，再经过计量泵进入喷头组件，在喷头组件中经分配板和过滤后从多孔喷丝板挤出，然后在冷却风窗的作用下以较低的纺丝卷绕速度300-600米/分卷绕固化成形；然后将所得原丝平衡12小时以上，再进入锭子式加捻机上进行二级牵伸，第一级牵伸温度控制在85℃以下，I区牵伸比为5.5倍以上，第二级牵伸温度控制在155℃以下，II区牵伸比为1.25以下，总牵伸比7倍以上，牵伸速度为150-300米/分，制得无定形区取向度fa为0.7以上的牵伸丝，强度为8g/d以上的高强丙纶。
本发明的优点在于：(1)摈弃了以往一味追求高分子量，以低牵伸率制备高强丙纶的研究概念，综合考虑高分子量本身有利于纤维强力提高，但另一方面不利于提高牵伸速率和纤维无定形区取向度，从而不利于提高生产率和纤维强度的相互制约因素，控制原料切片经过螺杆挤压机和箱体分配管道热降解以后的分子量在12万-14万范围，突破了过去的研究禁区。(2)在分子量适中的前提下，整套纺丝工艺参数的匹配使得结构均匀，次晶含量高，适于高速和高倍率牵伸的丙纶丝的生产成为可能。(3)在原丝具备高牵伸性能的前提下，整套牵伸工艺参数的匹配使得原丝在具备两级牵伸功能的锭子式牵伸加捻机上，在150-300米/分的速度下牵伸7倍以上，得到强度8g/d以上的高强丙纶。(4)组织开发了满足工艺软件要求，适合我国国情和设备制造能力的丙纶强力丝专用成套设备，与国外进口丙纶强力丝专用设备相抗衡，(5)节约了设备投资提高了产品质量，降低了成本，实现了丙纶强力丝的国产化。
本发明的具体结构通过以下实施例及其附图进一步说明
图1、为本发明熔融纺丝机工艺流程示意图
图2、为本发明锭子式牵伸加捻机工艺流程示意图
参见图1-2，为本发明熔融纺丝机和锭子式牵伸加捻机工艺流程示意图
实施例1、(一)纺丝工艺
在熔融纺丝机上，以熔融指数MI＝18，分子量M＝145518，分子量分布指数MWD＝3.79的聚丙烯树脂为原料纺丝，原料切片2从料斗1进入具有大的螺杆长径比L/D＝28的螺杆挤压机3；螺杆挤压机3上设有5个热夹套分5个加热区；原料切片2在螺杆挤压机3内受到加热和螺杆的旋转挤压推进作用变为熔体。螺杆一区温度设定为220℃，自第二区至纺丝箱体B的温度均设定为265℃，并控制螺杆顶端压力为5MPa，熔体自螺杆顶端挤出，经熔体总管4分配到6个熔体支管5，再经过计量泵6进入喷头组件7；在喷头组件7中经分配板和过滤后从孔径0.35，孔120个，孔长径比I/D为4的喷丝板8挤出，然后在冷却长度为1.84米的侧吹风窗冷却固化成形，冷却风温为12℃，风速为0.34米/秒，测得的无油丝分子量为M＝121060，然后经两道油辊上油后以350米/分速度卷绕成为原丝11，测得原丝11的总结晶度为51.69％，β结晶度40.02％，然后将原丝11在25℃下平衡48小时，以便减少内含的应力，便于获得更高的取向。
(二)牵伸工艺：原丝11经48小时平衡后进入锭子式牵伸加捻机上进行牵伸，首先经导丝勾18和喂入辊12缠绕至第一热辊13；第一热辊13的温度为75℃，缠绕数圈后再缠至第二热辊14，其温度为145℃，在第二热辊14与第一热辊13的速度比为I区牵伸比为5.5倍以上，可为6.080119；在第二热辊14上缠绕数圈后，丝束经定型板5缠绕至第三导辊16，第三导辊16与第二热辊14的速度比为II区牵伸比为1.25倍以下，可为1.247，牵伸速度为150-300米/分，最好为177.34米/分，总牵伸比为7倍以上；丝束在第三导辊16上缠绕数圈后以5000r·P·m锭子速度进行卷绕，成为牵伸丝17。即得到333dtex/120f，牵伸加捻复丝的取向度fa为0.8631，断裂强度为8.56CN/dtex(9.7g/d)，断裂强度不匀率CV％＝1.53，断裂伸长率％＝17.0，断裂伸长不匀率CV％＝2.79的合格丙纶强力丝产品。
实施例2，其它条件同实施例1，控制螺杆顶端压力为6MPa，熔体经2×120孔的喷丝板挤出，(计量泵转速19.13r·p·m双泵)，冷却风速为0.45米/分，测得的无油丝分子量M＝126906，卷绕丝β结晶度46.14％，总结晶度52.78％，将卷绕丝在25℃下平衡24小时后进行牵伸，第一热辊温度77℃，I区牵伸比还可为6.232122，第二热辊温度148℃，II区牵伸比还可为1.247055所得1000dtex/240f，牵伸加捻复丝的取向度fa为0.8092，断裂强度为7.87CN/dtex(8.9g/d)，断裂强度CV％＝1.60，断裂伸长(％)＝200，断裂伸长CV(％)＝4.60。
实施例3，其它条件同实施例1，控制螺杆顶端压力为10mpa，熔体经2×120孔的喷丝板挤出，(计量泵转速34.50r·P·m双泵)，冷却风速为0.52米/分，测得无油丝分子量M＝133494卷绕丝β结晶度46.34％，总结晶度56％，将卷绕丝在25℃下平衡12小时后进行牵伸，第一热辊温度80℃，I区牵伸比还可为6.744879，第二热辊温度152℃，II区牵伸比还可为1.247055，所得1667dtex/240f牵伸加捻复丝的取向度fa为0.7459，断裂强度为7.49CN/dtex(8.5g/d)，断裂强度CV(％)＝2.58，断裂伸长率21.8％，断裂伸长CV(％)＝5.02。
以上三种实施例均可制得合格的产品，满足了丙纶强力丝的技术指标，填补了国内生产高强丙纶强力丝的空白。
Claims (10)
1、一种丙纶强力丝的制造方法，包括：以聚丙烯树酯为原料在熔融纺丝机上纺丝控制分子量和次晶含量；进行熔融冷却，润滑和拉紧所述的长丝，经油辊上油后卷绕成原丝，原丝经一段时间平衡，进入锭子式牵伸加捻机上控制纤維无定形区取向度，进行(a)经导丝勾和喂入辊缠绕至第一热辊，该长丝被部份拉伸(b)从第一热辊至第二热辊，长丝进一步被拉伸，(c)从第二热辊经定型板缠绕至第三导辊，(d)第三导辊缠绕数圈后，丝束经锭子式卷绕加捻装置卷绕成所述的长丝；其特征在于：在熔融纺丝机上纺丝，采用的是螺杆挤压机，螺杆挤压机上设有若干个加热区，各区加热温度为220℃-280℃；原料在螺杆挤压机上受到加热和螺杆的旋转挤压推进作用，得到分子量在12万-14万范围内的挤出熔体，并从螺杆顶端挤出；经熔体总管分配到各个熔体支管，再经过计量泵进入喷头组件，在喷头组件中经分配板和过滤后从多孔喷丝板挤出，然后在冷却风窗的作用下以较低的纺丝卷绕速度300-600米/分卷绕固化成形；然后将所得原丝平衡12小时以上，再进入锭子式加捻机上进行二级牵伸，第一级牵伸温度控制在85℃以下，I区牵伸比为5.5倍以上，第二级牵伸温度控制在155℃以下，II区牵伸比为1.25以下，总牵伸比7倍以上，牵伸速度为150-300米/分，制得无定形区取向度fa为0.7以上的牵伸丝，强度为8g/d以上的高强丙纶。
2、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：纺丝工艺中下述条件必须同时满足：螺杆长径比L/D＝28，原料切片MI＝15-25(即熔融指数)，螺杆顶端压力为5mpa-10mpa；喷丝板的孔径为0.35，孔长径比L/D＝4；冷却吹风＝1.84米，冷却风温15℃以下，冷却风速为0.3-0.55米/秒，纺丝卷绕速度为300-600米/分。
3、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：牵伸工艺中I区牵伸比指第二热辊与第一热辊的速比；II区牵伸比指第三导辊与第二热辊的速比；总牵伸比指第一热辊与第三导辊的速比。
4、根据权利要求1或3所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：I区牵伸比为5.5倍以上，可为6.080119，还可为6.232122，还可为6.744879。
5、根据权利要求1或3所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：II区牵伸的比为1.25倍以下，可为1.247，还可为1.247055，还可为1.247055。
6、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：在锭子式加捻机上进行二级牵伸，第一级牵伸温度控制在85℃以下，可为75℃，还可为77℃，还可为80℃。
7、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：在锭子式加捻机上进行二级牵伸，第二级牵伸温度控制在155℃以下，可为145℃，还可为148℃，还可为152℃。
8、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：上述牵伸速度为150-300米/分，最好为177.34米/分。
9、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：上述螺杆挤压机上五个加热区中，一区温度为220℃，自第二区至纺丝箱体B的温度均设定为265℃。
10、根据权利要求1所述的丙纶强力丝的制造方法，其特征在于：经熔融纺丝机卷绕好的原丝平衡12小时以上，可为48小时，还可24小时，还可12小时。
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