CN114232119A - 一种高取向丝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；聚酯熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；卷绕速度为3500～3700m/min；导丝工序所用的导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为20～30mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为90～110mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4000～4100mm；所述高取向丝的双折射率为0.100～0.107，结晶度为18～25％；沸水收缩率为6.0～9.0％，断裂强度为2.8～3.2cN/dtex，断裂伸长率为55.0±5.0％。本发明的简单易行，对设备改造较小，能够有效缩短加工工序；采用POY工艺即可加工出能够直接满足服用要求的纤维，具有极大的推广价值。

Description

一种高取向丝的制备方法
技术领域
本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种高取向丝的制备方法。
背景技术
HOY-高取向丝是通过纺丝速度6km/min以上的超高速纺，在稳定的纺丝线上，由高张应力(指张力所产生的应力)引起的颈缩和取向诱导结晶，形成高取向高结晶的纤维结构。该技术省去了牵伸部件或牵伸设备，高聚物经熔融喷丝、冷却固化、上油后，即卷绕成可直接用于纺织的涤纶长丝。利用该技术可以减少设备投资和基建投资，降低纤维生产的成本。HOY丝的沸水收缩率为3.0～4.0％，断裂强度为3.0～3.8cN/dtex，断裂伸长率为40.0±5.0％，结晶度为40～45％，双折射率Δn＝0.16～0.17。它保持了涤纶固有的优良特性，具有良好的机械性能，适宜织造服装里料。
但由于HOY纺丝速度很高，对设备和聚酯的质量都要求高。随纺丝速度的增加，单机产量成比例地增加。但纺丝速度受设备本身最高使用速度的限制，速度太高，易产生断头。同时我国化纤行业中的纺丝设备大多以POY和FDY为主，这些设备都无法满足HOY的生产，因此制约了HOY的发展。
现有技术中，POY丝(预取向丝)的沸水收缩率为35％左右，断裂强度为1.8～2.2cN/dtex，断裂伸长率为110.0±10.0％，结晶度为2～5％，Δn＝0.055～0.065，是序态较低、力学性能较差的纤维，POY丝必须经过DTY的加工才能满足服用的需要。
因此，如果能利用POY设备，对设备进行有限的改造，加工一种接近HOY与FDY性能的产品，可以缩短加工工序，节省能源，满足服用要求，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种高取向丝的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；聚酯熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；
卷绕速度(即纺丝速度)为3500～3700m/min，为POY工艺的常规速度；
导丝工序所用的导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差(是指导丝辊的最高点与上油位置在垂直方向上的距离)为20～30mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为90～110mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差(是指卷绕装置的最高点与导丝辊的最低点在垂直方向上的距离)为4000～4100mm；
导丝辊速度为1200～1400m/min，通过速度调整，使导丝辊与卷绕之间有一定速度差，从而达到高取向的目的。导丝辊速度不宜过高或过低，过低则导丝辊速度与卷绕速度差太大，造成张力过大，卷绕稳定性下降；反之导丝辊速度过高则导丝辊速度与卷绕速度差太小，达不到通过张力来调控纺速的目的；
所述高取向丝的双折射率(Δn)为0.100～0.107(取向程度以双折射率来表示)，结晶度为18～25％；沸水收缩率为6.0～9.0％，断裂强度为2.8～3.2cN/dtex，断裂伸长率为55.0±5.0％(现有技术中，HOY丝的沸水收缩率为3.0～4.0％，断裂强度为3.0～3.8cN/dtex，断裂伸长率为40.0±5.0％，FDY丝的沸水收缩率为6.0～8.0％，断裂强度为3.5～4.2cN/dtex，断裂伸长率为30.0～50.0％)。
本发明采用POY工艺制备高取向丝，通过在上油位置的下方20～30mm的位置增加一导丝辊，使得最终制得的高取向丝的沸水收缩率、断裂强度、断裂伸长率等各项性能均明显优于现有技术的POY丝，且与HOY丝、FDY丝相当，能够直接满足织造及应用要求。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种高取向丝的制备方法，所述高取向丝的断裂强度CV值≤2.00％，断裂伸长CV值≤4.00％，条干均匀度CV值≤2.00％，网络度为15～20个/m，能够满足服用要求。
如上所述的一种高取向丝的制备方法，导丝辊是主动辊，导丝辊的直径为50～60mm，主要考虑设备的安装情况，导丝辊的直径的大小与张力有关，导丝辊直径小则张力大，可调控范围小。
如上所述的一种高取向丝的制备方法，丝束在导丝辊上卷绕的圈数为1～2，卷绕圈数的设定是为了控制张力，超出两圈会使张力过大，卷绕稳定性下降。
如上所述的一种高取向丝的制备方法，所述高取向丝的单丝纤度为2.00～3.00dtex。
如上所述的一种高取向丝的制备方法，纺丝温度为285～295℃，冷却温度为18～22℃，网络压力为3.50～5.50bar。
如上所述的一种高取向丝的制备方法，聚酯的熔点为255～260℃；聚酯熔体的特性粘度为0.62～0.67dL/g。
本发明的原理如下：
本发明按照POY工艺纺丝时，在上油位置的下方20～30mm的位置增加一导丝辊，且导丝辊与卷绕装置的高度差为4000～4100mm。
对于纺丝速度而言，低纺速时(1000～3000m/min)，丝束的沸水收缩率随着纺速的提高而增大，这是由于分子取向逐渐形成，在沸水处理中无定形区发生随后的链松弛导致的；当纺丝速度在2500～3500m/min时，纤维的沸水收缩率最大，可达60～70％；当纺速的进一步提高时，在纤维中形成结晶，随着结晶度的增加收缩率快速降低，当纺速达到6000m/min以上时，沸水收缩率低于5％。对于纺速的改变而言，其本质是应力的变化，常规纺(800～1200m/min)时，丝束张力受流变阻力控制；而在纺速为3000～5000m/min时，丝束张力则受流变阻力和空气摩擦力以及惯性力的控制；当纺速进一步提高时，空气摩擦力和惯性力对丝束张力起支配作用。随着纺速的提高，对卷绕设备运行要求大大的提高，成本也大幅增加；HOY纺速大多在6000～8000m/min，由于受设备的制约，现有POY设备不能完全满足HOY的生产。
拉伸是通过提高应力来完成的，所以可以提高张力来提高拉伸应力，也可通过提高纺丝速度来提高拉伸应力。POY纺丝，由于速度低，纺丝应力或拉伸应力小，丝束在纺程中的拉伸，还无法满足服用需求，主要是断裂强度偏低，断裂伸长偏大；HOY纺丝，由于速度高，纺丝应力或拉伸应力大，丝束在纺程中得到较充分地拉伸，断裂强度和断裂伸长均满足服用要求；FDY纺丝，虽然速度没有HOY大，但通过纺程中第二次拉伸(第一次拉伸倍数是指丝束在第一热辊的速度与丝束出口的速度之比，第二次拉伸是指丝束在第二((热辊的速度与丝束第一热辊的速度之比来)提高纤维的结晶度和取向度，从而使断裂强度和断裂伸长均满足服用要求；本发明的机理类似FDY，所不同的是FDY的第一热辊有温度(80～95℃)，本发明是在上油位置下方安装速度相对较慢的导丝辊，这时丝束尚未冷透，在较高应力作用下得到进一步拉伸，得到高取向纤维。当在POY纺程上增加导丝辊后，丝束经导丝辊时张力发生变化，由于导丝辊与卷绕装置上的丝束存在一定的速度差，丝束上的张力会一定量的增加(导丝辊的增加对张力的影响主要有二，一是丝束与导丝辊接触产生摩擦力从而增加了张力，二是导丝辊的安装，改变了丝束在导丝辊位置与卷绕速度之间的速度差)，导丝辊位置与张力有关，张力的增加主要是通过速度差来完成的，当导丝辊与卷绕装置的高度差过低时，增加的张力小，达不到通过张力的改变来提高丝束取向的目的，又要通过速度差来提高张力，会造成纺丝的稳定性下降，导丝辊与卷绕装置的高度差过大时，增加的张力过大，丝束在纺丝过程中不稳定，产生抖动从而影响丝束的品质。张力的增加相当于提高了POY丝的纺丝速度(本发明中纺丝速度相当于提高到5000～6000m/min)，在张力增加的一定范围内，丝束出现形变取向(指形变所产生的取向)，在取向和应力的双重作用下诱导结晶，获得较低的沸水收缩率和断裂伸长以及较高的断裂强度，能够满足织造及应用的要求(服用纤维的主要指标为沸水收缩率、断裂强度、断裂伸长率，沸水收缩率的大小是纤维热稳定性的一个重要指标，一般10％以下均能满足服用；断裂强度对于聚酯纤维而言，需要大于2.5cN/dtex，主要涉及到后加工和服用；断裂伸长率是尺寸稳定的表现，大都民用产品的断裂伸长率在30～70％之间)。
有益效果：
(1)本发明的一种高取向丝的制备方法，简单易行，对设备改造较小，能够有效缩短加工工序；
(2)本发明的一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺即可加工出能够直接满足服用要求的纤维，具有极大的推广价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.62dL/g的聚酯(熔点为255℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为50mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为20mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为90mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4000mm；丝束在导丝辊上卷绕1圈；导丝辊速度为1200m/min；纺丝温度为285℃，冷却温度为18℃，网络压力为3.50bar，卷绕速度为3500m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为2.0dtex，双折射率为0.102，结晶度为19％；沸水收缩率为9.0％，断裂强度为2.8cN/dtex，断裂伸长率为60％，断裂强度CV值为1.8％，断裂伸长CV值为3.8％，条干均匀度CV值为1.7％，网络度为16个/m。
对比例1
一种POY丝的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于省略导丝的工序，最终制得的POY丝沸水收缩率为36％，断裂强度为1.8cN/dtex，断裂伸长率为110％。将实施例1与对比例1进行对比可以看出，对比例1中的高取向丝的沸水收缩率和断裂伸长率远高于实施例1，对比例1中的高取向丝的断裂强度比实施例要低很多，这是因为，当在POY纺程上增加导丝辊后，丝束上的张力会一定量的增加，张力的增加相当于提高了POY丝的纺丝速度，在张力增加的一定范围内，丝束出现形变取向，在取向和应力的双重作用下诱导结晶，获得较低的沸水收缩率和断裂伸长以及较高的断裂强度。
对比例2
一种高取向丝的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于丝束在导丝辊上卷绕4圈，最终制得的高取向丝的单丝纤度为2.00dtex，双折射率为0.117，结晶度为26％；沸水收缩率为5.3％，断裂强度为3.3cN/dtex，断裂伸长率为45.0％，断裂强度CV值为6.50％，断裂伸长CV值为10.70％，条干均匀度CV值为3.32％，网络度为17个/m。将实施例1与对比例2进行对比可以看出，对比例2制得的高取向丝的双折射率、结晶度、断裂强度有所增加，但断裂强度CV值、断裂伸长CV值、条干均匀度CV值显著变大，这是因为增加丝束在导丝辊上卷绕圈数，会导致张力过大且不稳定，造成纤维品质下降。
实施例2
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.62dL/g的聚酯(熔点为255℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为50mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为20mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为90mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4050mm；丝束在导丝辊上卷绕1圈；导丝辊速度为1250m/min；纺丝温度为285℃，冷却温度为20℃，网络压力为3.85bar，卷绕速度为3500m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为3.0dtex，双折射率为0.105，结晶度为20％；沸水收缩率为7.3％，断裂强度为2.9cN/dtex，断裂伸长率为56％，断裂强度CV值为2.0％，断裂伸长CV值为4.0％，条干均匀度CV值为1.5％，网络度为19个/m。
实施例3
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.65dL/g的聚酯(熔点为257℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为50mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为22mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为100mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4060mm；丝束在导丝辊上卷绕2圈；导丝辊速度为1320m/min；纺丝温度为288℃，冷却温度为22℃，网络压力为4.20bar，卷绕速度为3580m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为2.3dtex，双折射率为0.100，结晶度为18％；沸水收缩率为8.7％，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率为50％，断裂强度CV值为1.9％，断裂伸长CV值为3.7％，条干均匀度CV值为1.7％，网络度为20个/m。
实施例4
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.67dL/g的聚酯(熔点为260℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为60mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为25mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为105mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4080mm；丝束在导丝辊上卷绕2圈；导丝辊速度为1280m/min；纺丝温度为290℃，冷却温度为22℃，网络压力为4.50bar，卷绕速度为3600m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为2.5dtex，双折射率为0.107，结晶度为25％；沸水收缩率为6.4％，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率为58％，断裂强度CV值为1.8％，断裂伸长CV值为3.9％，条干均匀度CV值为1.8％，网络度为15个/m。
实施例5
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.67dL/g的聚酯(熔点为260℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为60mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为30mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为110mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4100mm；丝束在导丝辊上卷绕1圈；导丝辊速度为1400m/min；纺丝温度为293℃，冷却温度为22℃，网络压力为5.00bar，卷绕速度为3650m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为2.1dtex，双折射率为0.103，结晶度为23％；沸水收缩率为6.7％，断裂强度为3.0cN/dtex，断裂伸长率为57％，断裂强度CV值为1.9％，断裂伸长CV值为3.6％，条干均匀度CV值为2.0％，网络度为20个/m。
实施例6
一种高取向丝的制备方法，采用POY工艺；特性粘度为0.67dL/g的聚酯(熔点为260℃)熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；其中，导丝工序所用的导丝辊的直径为60mm，导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为30mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为110mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4100mm；丝束在导丝辊上卷绕2圈；导丝辊速度为1400m/min；纺丝温度为295℃，冷却温度为22℃，网络压力为5.50bar，卷绕速度为3700m/min。
最终制得的高取向丝的单丝纤度为3.0dtex，双折射率为0.106，结晶度为24％；沸水收缩率为6.0％，断裂强度为3.1cN/dtex，断裂伸长率为53％，断裂强度CV值为2.0％，断裂伸长CV值为3.5％，条干均匀度CV值为2.0％，网络度为17个/m。

Claims (7)

1.一种高取向丝的制备方法，其特征在于：采用POY工艺；聚酯熔体依次经喷丝板挤出、冷却、上油、导丝、网络和卷绕成型的工序制得所述高取向丝；
卷绕速度为3500～3700m/min；
导丝工序所用的导丝辊设置在上油位置的下方，且与上油位置的高度差为20～30mm，喷丝板位于上油位置的上方，且喷丝板与上油位置的高度差为90～110mm，卷绕成型工序所用的卷绕装置位于导丝辊的下方，且卷绕装置与导丝辊的高度差为4000～4100mm；
导丝辊速度为1200～1400m/min；
所述高取向丝的双折射率为0.100～0.107，结晶度为18～25％；沸水收缩率为6.0～9.0％，断裂强度为2.8～3.2cN/dtex，断裂伸长率为55.0±5.0％。
2.根据权利要求1所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，所述高取向丝的断裂强度CV值≤2.00％，断裂伸长CV值≤4.00％，条干均匀度CV值≤2.00％，网络度为15～20个/m。
3.根据权利要求1所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，导丝辊的直径为50～60mm。
4.根据权利要求3所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，丝束在导丝辊上卷绕的圈数为1～2。
5.根据权利要求1所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，所述高取向丝的单丝纤度为2.00～3.00dtex。
6.根据权利要求1所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，纺丝温度为285～295℃，冷却温度为18～22℃，网络压力为3.50～5.50bar。
7.根据权利要求1所述的一种高取向丝的制备方法，其特征在于，聚酯的熔点为255～260℃；聚酯熔体的特性粘度为0.62～0.67dL/g。
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