CN114959926B - 一种pet初生纤维的牵伸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，其中，牵伸介质为含0.2‑1.0wt％电解质的水溶液；记所述PET初生纤维的牵伸工艺为A工艺，记将PET初生纤维在水中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维的工艺为B工艺；采用A工艺和B工艺由相同的PET初生纤维按相同的牵伸倍数和牵伸时间制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，A工艺所需的最低牵伸温度比B工艺所需的最低牵伸温度低5‑20℃。本发明通过调整牵伸介质，极大地降低了后纺牵伸过程中的能耗，提升了PET牵伸纤维的性能。
Description
技术领域
本发明属于纤维加工技术领域，涉及一种PET初生纤维的牵伸工艺。
背景技术
PET纤维因其具有良好的机械强度、耐磨性、化学及尺寸稳定性等性能,在服用、家纺、装饰用以及产业用等领域应用广泛，目前成为合成纤维中产能最大、发展最快、应用面最广的合成纤维材料。
PET纤维采用熔融纺丝法，经前纺获得的初生纤维结构不完善，物理机械性能较差，需要通过后纺牵伸来获得期望的强度，其中后纺牵伸是将原纤加热到在聚合物的玻璃化温度以上进行拉伸，使得纤维大分子取向和结晶，从而具备一定的物理机械性能的过程。后纺牵伸需要借助热能使得纤维能够具备牵伸的能力，故属于高能耗工序。对于PET(商用名涤纶)这类聚合物其特别之处在于，相比于PA6、PA66，由于聚合物分子结构含有高密度分布的苯环，分子结构刚性大，玻璃化温度更高，故取向结晶时需要相对更高的温度，如果取向结晶不足的话所获得的材料的性能反而不如PA6，为了提高PET的取向结晶，在后纺牵伸过程中通常需要更高的温度和更长的时间，其能耗相比于PA6等要高的多。
常用的降低PET结晶温度的手段是添加结晶促进剂，结晶促进剂本质上是一种小分子润滑剂用于提高PET链段的运动能力，降低PET分子间作用力。通过增塑的方式，可有效降低聚合体的玻璃化温度，使得牵伸可以在较低的温度下进行，从而起到节能减排的作用。然而这类增塑剂的存在虽然能够使得PET的取向结晶过程更易发生，降低了加工能耗，然而却一定程度的削弱了PET能够达到的最佳强度值，因为取向或结晶后的分子链段之间仍然存在可以削弱分子间作用力的小分子润滑剂，即这类小分子润滑剂在贡献于PET强度提升的过程中，又同时引入了损害PET强度值的影响因子，使得PET强度值的提高无法达到理论最佳值。
为解决上述问题，本领域技术人员尝试将PET初生纤维进行水浴牵伸，在相同温度下水浴牵伸比其他介质牵伸更易进行，这是由于PET与水分子同为极性高分子，具有较好的相容性，在水浴环境下，水分子进入PET的分子链内部，高温下的水分子在纤维中起到了一定的增塑作用，使得PET分子链更易滑动。在后纺牵伸阶段利用水分子对纤维进行增塑，则既不影响纤维可纺性，同时在后续的干燥定型阶段将水分子蒸发出来，也不会影响纤维的物性。纤维在牵伸时用水作为增塑剂，水分子进入到纤维内部，使得丝束受力更加均匀，降低拉伸应力，减少毛丝的生成。可见，水浴增塑是利用PET在热水环境中，水分子能够一定的渗入聚合物内部，进而提高聚合物的塑性，而在后期可以通过烘干过程除去水，相比于传统的添加到聚合物中的增塑剂而言，不会产生增塑剂遗留问题导致的机械性能的损失。
现有技术通过水浴增塑制备的PET牵伸纤维的断裂强度一般为1.8～4.2cN/dtex，牵伸温度一般为70～80℃，如果能够进一步降低牵伸温度将具有重大意义。
发明内容
本发明的目的为解决现有技术中存在的问题，提供一种PET初生纤维的牵伸工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，其中，牵伸介质为含0.2-1.0wt％电解质的水溶液，当水溶液中电解质浓度过小时，电解质水解程度小，其对水分内聚力破坏性不足，此时的水分子在聚合物构成的分子链间的穿透性不够，而当水溶液中电解质浓度达到一定值时，水分子的渗入能力将不再增长；
记所述PET初生纤维的牵伸工艺为A工艺，记将PET初生纤维在水中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维的工艺为B工艺；
采用A工艺和B工艺由相同的PET初生纤维按相同的牵伸倍数和牵伸时间制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，A工艺所需的最低牵伸温度比B工艺所需的最低牵伸温度低5-20℃，最低牵伸温度即牵伸温度的临界值，当牵伸温度低于该临界值时，无法制得预期断裂强度的PET牵伸纤维；
牵伸温度即牵伸介质的温度，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间。
与通过水浴增塑制备PET牵伸纤维的现有技术相比，本发明由相同的PET初生纤维按相同的牵伸倍数和牵伸时间制备相同断裂强度的PET牵伸纤维所需的最低牵伸温度明显降低，极大地降低了后纺牵伸过程中的能耗；
造成以上现象的根本原因在于：电解质水溶液相对于水更有利于提高PET的分子链运动能力，这可能归结于电解质的水解带动水分子的电离和氢键的破坏，使得水分子内聚力降低或者以离子形式更易进入PET聚酯内部，进而对温度的传达和分子链的润滑均有帮助。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，电解质为氯化钠或氯化钾，电解质不限于此，还可以是其它的小分子无机盐，鉴于氯化钠和氯化钾较为常见，因为作为本发明优选的技术方案。
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，牵伸温度为48-64℃。
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，牵伸倍数为1.5-4.0。
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，牵伸时间为2-30s。
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.0％-1.8％。
如上所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，PET牵伸纤维的断裂强度为1.5-4.2cN/dtex。
有益效果：
与通过水浴增塑制备PET牵伸纤维的现有技术相比，本发明由相同的PET初生纤维按相同的牵伸倍数和牵伸时间制备相同断裂强度的PET牵伸纤维所需的最低牵伸温度明显降低，极大地降低了后纺牵伸过程中的能耗。
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发明所附权利要求书所限定的范围。
以下各实施例和对比例中PET初生纤维由熔融纺丝获得，纺丝温度为285℃，纺丝速度为1000m/min，初生纤维细度为12±0.5dtex。
以下各实施例和对比例中断裂强度的测试方法为：制得的PET牵伸纤维干燥后切断制得长度为51±1mm的短切纤维，按照GB/T 14335-2008《化学纤维短纤维线密度试验方法》测得纤维的线密度T；随后进行纤维拉伸试验(含水率≤0.02％)，随机取20根纤维，按GB/T 14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》测得纤维的干断裂强力的平均值F，隔距长度为20mm，拉伸速度为40mm/min，断裂强度＝F/T。
以下各实施例和对比例中牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量的测试方法为：牵伸结束后，立即将纤维在常温下24小时仅风干表面介质而不进行干燥除水，然后测定纤维的质量，将纤维的质量减去牵伸前初生纤维的质量即得牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量。
以下各实施例中的牵伸温度即为制备各实施例的特定断裂强度的PET牵伸纤维所需的最低牵伸温度。
实施例1
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质(含0.2wt％氯化钠的水溶液)中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为64℃，牵伸倍数为3，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为10s，PET牵伸纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1％。
对比例1
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(水)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例1，不断调整牵伸温度至对比例1的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1，试验表明使对比例1的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1所需的最低牵伸温度为72℃。
将实施例1与对比例1对比可以看出，制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，实施例1所需的最低牵伸温度明显低于对比例1，这是因为电解质水溶液相对于水更有利于提高PET的分子链运动能力。
对比例2
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(二甲基硅油)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例1，不断调整牵伸温度至对比例2的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1，试验表明使对比例2的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1所需的最低牵伸温度为75℃。
对比例3
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(苯)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例1，不断调整牵伸温度至对比例3的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1，试验表明使对比例3的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1所需的最低牵伸温度为75℃。
对比例4
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(空气)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例1，不断调整牵伸温度至对比例4的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1，试验表明使对比例4的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例1所需的最低牵伸温度为145℃。
实施例2
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(含0.4wt％氯化钠的水溶液)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为58℃，牵伸倍数为3，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为10s，PET牵伸纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.3％。
实施例3
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(含0.8wt％氯化钠的水溶液)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为52℃，牵伸倍数为3，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为10s，PET牵伸纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.5％。
实施例4
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例1)在牵伸介质(含1wt％氯化钠的水溶液)中牵伸后干燥(同实施例1)得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为53℃，牵伸倍数为3，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为10s，PET牵伸纤维的断裂强度为3.5cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.5％。
实施例1～4以及对比例1～4研究了同样的PET初生纤维在不同介质中进行相同倍数和相同时间的牵伸，实现同等性能(断裂强度3.5cN/dtex)下所需的最低牵伸温度(即低于该牵伸温度，PET牵伸纤维的断裂强度将低于3.5cN/dtex)。对比可以看出，纤维在含电解质的水溶液中可实现较低温度牵伸，同时不会降低纤维物性。本发明采用含电解质的水溶液作为牵伸介质时，可以低于普通牵伸的温度进行牵伸，纤维物性等各项指标与普通牵伸的纤维无差别。随着氯化钠水溶液浓度的提高，在热牵伸结束后，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量上升较为明显，最低牵伸温度也随之下降。
实施例5
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质(含0.3wt％氯化钾的水溶液)中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为62℃，牵伸倍数为4，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为30s，PET牵伸纤维的断裂强度为4.2cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.2％。
对比例5
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例5)在牵伸介质(水)中牵伸后干燥(同实施例5)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例5，不断调整牵伸温度至对比例5的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例5，试验表明使对比例5的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例5所需的最低牵伸温度为72℃。
将实施例5与对比例5对比可以看出，制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，实施例5所需的最低牵伸温度明显低于对比例5，这是因为电解质水溶液相对于水更有利于提高PET的分子链运动能力。
实施例6
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质(含0.5wt％氯化钾的水溶液)中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为54℃，牵伸倍数为2，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为2s，PET牵伸纤维的断裂强度为1.8cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.35％。
对比例6
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例6)在牵伸介质(水)中牵伸后干燥(同实施例6)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例6，不断调整牵伸温度至对比例6的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例6，试验表明使对比例6的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例6所需的最低牵伸温度为72℃。
将实施例6与对比例6对比可以看出，制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，实施例6所需的最低牵伸温度明显低于对比例6，这是因为电解质水溶液相对于水更有利于提高PET的分子链运动能力。
实施例7
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质(含0.7wt％氯化钾钠的水溶液)中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，牵伸温度即牵伸介质的温度为52℃，牵伸倍数为1.5，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间为10s，PET牵伸纤维的断裂强度为1.5cN/dtex，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.4％。
对比例7
一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维(同实施例7)在牵伸介质(水)中牵伸后干燥(同实施例7)得到PET牵伸纤维，牵伸倍数和牵伸时间同实施例7，不断调整牵伸温度至对比例7的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例7，试验表明使对比例7的PET牵伸纤维的断裂强度同实施例7所需的最低牵伸温度为72℃。
将实施例7与对比例7对比可以看出，制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，实施例7所需的最低牵伸温度明显低于对比例7，这是因为电解质水溶液相对于水更有利于提高PET的分子链运动能力。
Claims (4)
1.一种PET初生纤维的牵伸工艺，将PET初生纤维在牵伸介质中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维，其特征在于，其中，牵伸介质为含0.2-1.0wt%氯化钠或氯化钾的水溶液，牵伸介质的温度为48-64℃；
记所述PET初生纤维的牵伸工艺为A工艺，记将PET初生纤维在水中牵伸后干燥得到PET牵伸纤维的工艺为B工艺；
采用A工艺和B工艺由相同的PET初生纤维按相同的牵伸倍数和牵伸时间制备相同断裂强度的PET牵伸纤维时，A工艺所需的最低牵伸温度比B工艺所需的最低牵伸温度低5-20℃；
牵伸温度即牵伸介质的温度，牵伸时间即PET初生纤维在牵伸介质中停留的时间；
PET牵伸纤维的断裂强度为1.5-4.2cN/dtex。
2.根据权利要求1所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，其特征在于，牵伸倍数为1.5-4.0。
3.根据权利要求2所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，其特征在于，牵伸时间为2-30s。
4.根据权利要求3所述的一种PET初生纤维的牵伸工艺，其特征在于，牵伸时进入PET初生纤维内部的牵伸介质的质量为PET初生纤维质量的1.0%-1.8%。
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Citations (12)
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