一种超细旦高强聚酯单丝及其制备方法
阅读说明：本技术 一种超细旦高强聚酯单丝及其制备方法 (Superfine denier high-strength polyester monofilament and preparation method thereof ) 是由 钱琦渊 邵新 汪一飞 邹叶飞 丁天 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种超细旦高强聚酯单丝及其制备方法,包括以下步骤：将纺丝用设备转鼓内腔抽真空处理；转鼓加热后充氮破真空；切片在转鼓中进行增黏,切片在高温真空状态下,加热干燥、进行固相缩聚,提高其分子量,低分子物质、水分子与切片主体分离,增黏完成的切片黏度达到1.30-1.50、含水量≦5ppm；本发明利用高温真空环境,在切片增黏过程中去除水分子及低分子物质,保证切片熔融状态下溶体的稳定性；同时缓冷区能够保证喷丝板板面温度以及避免纺丝截面形状不规则、出现异形丝,提高纺丝成品品质；制成的聚酯单丝纤度在4.5--16dtex之间,单丝的条干不匀率在0.5-1.0％之间,远高于行业水平。(The invention provides a superfine denier high-strength polyester monofilament and a preparation method thereof, comprising the following steps: vacuumizing the inner cavity of a rotary drum of equipment for spinning; heating by a rotary drum, and then filling nitrogen to break vacuum; the slices are subjected to tackifying in a rotary drum, the slices are heated and dried in a high-temperature vacuum state, solid-phase polycondensation is carried out, the molecular weight of the slices is improved, low-molecular substances and water molecules are separated from a slice main body, the viscosity of the slices subjected to tackifying reaches 1.30-1.50, and the water content is less than or equal to 5 ppm; according to the invention, a high-temperature vacuum environment is utilized, water molecules and low-molecular substances are removed in the slicing and tackifying process, and the stability of a solution in a slicing molten state is ensured; meanwhile, the slow cooling area can ensure the temperature of the spinneret plate surface, avoid irregular spinning section shape and abnormal filaments, and improve the quality of the spinning finished product; the titer of the produced polyester monofilament is between 4.5 and 16dtex, and the yarn evenness of the monofilament is between 0.5 and 1.0 percent, which is far higher than the industrial level.)
技术领域
本发明主要涉及纺丝设备技术领域，尤其涉及一种超细旦高强聚酯单丝及其制备方法。
背景技术
对于切片纺来说，切片就是化纤生产的原料，而切片干燥程度、切片粉尘的存在以及聚酯单丝纺丝产出处的温差聚酯均会直接影响到后续的稳定生产，现有技术中，并没有针对上述问题改进聚酯单丝生产工艺的具体办法，目前国内所产聚酯单丝产品质量均不能得到有效保证；
一方面，在聚酯切片生产的过程中，一般黏度都在0.67-0.70之间，且聚酯切片在切片前的聚合反应中由于聚合反应不充分、切粒机切粒时产生切片尾巴、萃取工段中切片的摩擦等因素，或多或少地会产生切片粉尘。这些存在于切片中的粉尘的危害非常大。聚酯被制成切片后需要进入干燥系统进行干燥，当粉尘存在时，粉尘与聚酯切片一起干燥系统。粉尘的表面积大，相当于人体的皮屑，聚酯切片的表面积相对校小，两者之间的表面积是不一样，在干燥系统同等温度的情况下，会产生不一样的黏度，导致下游纺丝螺杆熔融温度不好调整，从而出现制得的化纤的丝强度不够，并经常出现断头等现象。
另一方面，目前国内采用的切片干燥工艺有很多种，有几种是从国外引进的，但近年国内也有新设备的开发。随着超细旦等差别化纤维的不断发展，对切片的干燥要求也越来越高，这使得我们需要生产出各种用途的涤纶长丝，像超细旦丝、多孔丝、仿真丝、异形丝等，对工艺研究带来很大的挑战；聚酯单丝纺丝过程中，对切片干燥的质量要求比常规纺丝高，一般要求干燥切片含水率在20ppm以下，为了确保纺丝质量与纺丝生产正常，需要对切片干燥工艺与切片干燥流程不断的进行优化改造，传统干燥方式、干燥设备存在切片干燥后含水率居高不下且波动大的缺点，无法满足聚酯单丝的生产。
另外，纺丝温度是纺丝生产工艺条件中的一个重要参数；单丝的纺丝温度(正常生产过程中该温度等于喷丝板表面温度)一般在275-295℃左右，而纺丝产出所处的外部环境温度在20℃左右，二者之间温差大约为255-275℃；由于喷丝板与环境温度存在的这种巨大差距，可能导致二者形成强烈的热传递；喷丝板表面热量快速传递给周围空气，使喷丝板表面的温度急速下降，该温度的下降影响到了熔体的可纺性与纺成的丝束品质，特别是对喷丝板第一落卷绕成型中的底层丝的影响最大，表现为该部份丝束用于后加工时张力波动明显，加工的纺丝产品品质不能得到保证，中间断头较多，纺丝截面形状不规则、出现异形丝，严重影响其后加工性能与成品品质。
发明内容
聚酯单丝纺丝过程中，切片中的粉尘无法有效去除，影响聚酯单丝丝径强度；同时传统纺织设备的干燥方式存在切片干燥后含水率居高不下且波动大的缺点，无法满足聚酯单丝的生；同时，由于喷丝板与外界环境温差较大，加工的纺丝产品品质不能得到保证，中间断头较多，纺丝截面形状不规则、出现异形丝，严重影响其后加工性能与成品品质的技术问题，本发明提供一种超细旦高强聚酯单丝及其制备方法。
本发明提供的技术方案为：
本发明提供一种超细旦高强聚酯单丝的制备方法，具体包括以下步骤：S1：
进料前，将纺丝常用设备转鼓内腔抽真空处理；
S2：切片由转鼓自动吸料完成进料；
S3：转鼓温度加热至215-235℃；切片在转鼓中进行增黏；此过程中，继续抽真空；切片在高温真空状态下，加热干燥；进行固相缩聚，提高其分子量，低分子物质、水分子与切片主体分离，增黏完成的切片含水量≦5ppm；切片的特性黏数提高到1.3～1.5；
S4：转鼓内腔充氮破真空，转鼓内腔含氧量需≦10ppm；
S5：切片干燥后，停止对转鼓的加热，待转鼓温度降至45-55℃；
S6：增黏结束后的切片由物料筛选机进行物料筛选，集中收集去除粉尘且含水率≦5ppm的切片。
S7：切片置入螺杆挤出机后熔融挤出；
S8：熔融物经由熔体过滤器去除杂质得到纺丝熔体；
S9：纺丝熔体从由纺丝箱体纺织成丝，经过喷丝板内部缓冷区和外部中空管状辐射冷却管最终出丝。
优选的，步骤S1和步骤S3中，转鼓内腔真空度达到5-20Pa时，停止抽真空操作，随后充氮破真空处理。
优选的，步骤S7中螺杆挤出机的预热区温度：230-285℃，熔融区温度：285-310℃，计量区温度：290-320℃，出机泵供量：60～100g/min，螺杆压力：150～300kg/cm2；步骤S8中纺丝箱体温度为275～295℃，速度：800-1200m/min。
优选的，所述缓冷区包括第一缓冷区、第二缓冷区和第三缓冷区；第一缓冷区的加热温度：275-300℃；第二缓冷区的加热温度：220-240℃；第三缓冷区的加热温度：100-120℃。
优选的，中空管状辐射冷却管设有若干，其管壁内通冷却液，管内辐射冷却温度12-20℃，聚酯单丝穿行于管内中空部分。
一种超细旦高强聚酯单丝，由上述超细旦高强聚酯单丝的制备方法制成，所述超细旦高强聚酯单丝的直径：18-60μm。
本发明提供的超细旦高强聚酯单丝及其制备方法，具有以下有益效果：
在增黏过程中，转鼓处于高温、真空状态，高分子切片固相缩聚，内部水分子和低分子物质均被挤出，并随后续充入的氮气外排，增黏完成的切片含水量≦5ppm，大幅度降低切片含水率；另一方面，利用物料筛选机将切片、粉尘以及氮气进行筛选并分别处理，得到粉尘含量较低的切片，保证熔融状态下切片加工的稳定性，同时氮气回流至充氮机构中，达到节省生产成本的目的。
设有缓冷区的喷丝板，第一缓冷区与纺丝箱体直接连接并与纺丝箱体温度相近，用于满足聚酯单丝正常出丝温度；第二缓冷区相当于在外部环境与缓冷区之间增加断层，其温度低于第一缓冷区的温度但高于第一缓冷区的温度，对第一缓冷区输出的聚酯单丝起到丝径温度缓冲作用，第三缓冷区与中空管状辐射冷却管直接接触但温度高于中空管状辐射冷却管内温度，对从第二缓冷区输出的聚酯单丝再次缓冲，减少聚酯单丝的张力波动，避免纺丝截面形状不规则、出现异形丝，提高纺丝成品品质。
制成的聚酯单丝纤度在4.5-16dtex之间，单次产丝的聚酯单丝纤径不匀率在0.5-1.0％之间。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的喷丝板的剖视图；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
应当理解的是，当在本说明书中如使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行说明，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
聚酯单丝纺丝过程中，切片中的粉尘无法有效去除，影响聚酯单丝丝径强度；同时传统纺织设备的干燥方式存在切片干燥后含水率居高不下且波动大的缺点，无法满足聚酯单丝的生；同时，由于喷丝板与外界环境温差较大，加工的纺丝产品品质不能得到保证，中间断头较多，纺丝截面形状不规则、出现异形丝，严重影响其后加工性能与成品品质的技术问题，本发明提供一种超细旦高强聚酯单丝的制备方法，具体包括以下步骤：
S1：进料前，将纺丝常用设备转鼓内腔抽真空处理；
S2：切片由转鼓自动吸料完成进料；
S3：转鼓温度加热至215-235℃；切片在转鼓中进行增黏；此过程中，继续抽真空；切片在高温真空状态下，加热干燥；进行固相缩聚，提高其分子量，低分子物质、水分子与切片主体分离，增黏完成的切片含水量≦5ppm；切片的特性黏数提高到1.3～1.5；
S4：转鼓内腔充氮破真空，转鼓内腔含氧量需≦10ppm；
S5：切片干燥后，停止对转鼓的加热，待转鼓温度降至45-55℃；
S6：增黏结束后的切片由物料筛选机进行物料筛选，集中收集去除粉尘且含水率≦5ppm的切片。
S7：切片置入螺杆挤出机后熔融挤出；
S8：熔融物经由熔体过滤器去除杂质得到纺丝熔体；
S9：纺丝熔体从由纺丝箱体纺织成丝，经过喷丝板内部缓冷区和外部中空管状辐射冷却管2最终出丝。
在步骤S1和步骤S3中，转鼓内腔真空度达到5-20Pa时，停止抽真空操作，随后充氮破真空处理。
在步骤S7中螺杆挤出机的预热区温度：230-285℃，熔融区温度：285-310℃，计量区温度：290-320℃，出机泵供量：60～100g/min，螺杆压力：150～300kg/cm2；步骤S8中纺丝箱体温度为275～295℃，速度：800-1200m/min。
其中，缓冷区1包括第一缓冷区101、第二缓冷区102和第三缓冷区103；第一缓冷区101的加热温度：275-300℃；第二缓冷区102的加热温度：220-240℃；第三缓冷区103的加热温度：100-120℃；
本发明中，采用我司自主研发的中空管状辐射冷却管(专利公开号为CN101935888B)，管壁内通冷却液，对管内通行的聚酯单丝进行冷却，中空管状辐射冷却管2设有若干并与喷丝板的喷丝孔配合使用，管内辐射冷却温度12-20℃。物料筛选机采用我司自主研发的自重式物料筛选机(专利公开号为CN204817121U)，对氮气、粉尘以及切片自动筛选并分别处理，其中粉尘外排、氮气回收利用、切片集中收集。
采用该超细旦高强聚酯单丝及其制备方法制成的超细旦高强聚酯单丝，产出单丝纤径可在18-60μm之间，纤度在4.5-16dtex之间，单丝的条干不匀率在0.5-1.0％之间。
实施例1
转鼓内腔真空度：20Pa；转鼓内腔含氧量10ppm；熔融区温度：285℃；出机泵供量：60g/min；螺杆压力：150kg/cm2；纺丝箱体温度为280℃；纺丝速度：800m/min；第一缓冷区101的加热温度：280℃；第二缓冷区102的加热温度：220℃；第三缓冷区103的加热温度：100℃；管内辐射冷却温度：12℃。
制成的聚酯单丝纤度：5dtex；聚酯单丝的直径：55μm；单次产丝纤径不匀率：1.0％。
实施例2
转鼓内腔真空度：18Pa；转鼓内腔含氧量9ppm；熔融区温度：290℃；出机泵供量：70g/min；螺杆压力：170kg/cm2；纺丝箱体温度为290℃；纺丝速度：900m/min；第一缓冷区101的加热温度：290℃；第二缓冷区102的加热温度：220℃；第三缓冷区103的加热温度：100℃；管内辐射冷却温度：15℃。
制成的聚酯单丝纤度：6.5dtex；聚酯单丝的直径：49μm；单次产丝纤径不匀率：0.7％。
实施例3
转鼓内腔真空度：18Pa；转鼓内腔含氧量9ppm；熔融区温度：300℃；出机泵供量：80g/min；螺杆压力：260kg/cm2；纺丝箱体温度为295℃；纺丝速度：950m/min；第一缓冷区101的加热温度：295℃；第二缓冷区102的加热温度：230℃；第三缓冷区103的加热温度：120℃；管内辐射冷却温度：13℃。
制成的聚酯单丝纤度：7.0dtex；聚酯单丝的直径：28μm；单次产丝纤径不匀率：0.8％。
实施例4
转鼓内腔真空度：10Pa；转鼓内腔含氧量8ppm；熔融区温度：305℃；出机泵供量：90g/min；螺杆压力：260kg/cm2；纺丝箱体温度为295℃；纺丝速度：1100m/min；第一缓冷区101的加热温度：295℃；第二缓冷区102的加热温度：235℃；第三缓冷区103的加热温度：120℃；管内辐射冷却温度：18℃。
制成的聚酯单丝纤度：12.0dtex；聚酯单丝的直径：34μm；单次产丝纤径不匀率：0.75％。
实施例5
转鼓内腔真空度：5Pa；转鼓内腔含氧量7ppm；熔融区温度：305℃；出机泵供量：100g/min；螺杆压力：290kg/cm2；纺丝箱体温度为295℃；纺丝速度：1200m/min；第一缓冷区101的加热温度：275℃；第二缓冷区102的加热温度：220℃；第三缓冷区103的加热温度：100℃；管内辐射冷却温度：20℃。
制成的聚酯单丝纤度：15.5dtex；聚酯单丝的直径：20μm；单次产丝纤径不匀率：0.55％。
上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。
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