CN1006988B - 蘑菇形丙纶纤维的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制备新型蘑菇形状搭扣用丙纶单丝的制造方法，其特征是以分子量分布较宽和分子量较高的等规聚丙烯为原料，采用特殊熔融纺丝冷却成形工艺。因此本发明制得丙纶单丝与常规丙纶单丝性质不同，用它制备蘑菇形状搭扣的热熔加工中，具有形成蘑菇形状的独特性能。其产品制成的蘑菇形搭扣，适用于需快速打开或关闭场合的保护罩子搭扣(如野外军事装备用罩布)、消防服搭扣、帐蓬搭扣和服装搭扣等。

Description

本发明提供一种制备新型蘑菇形状搭扣用丙纶单丝的制造方法。

人们在日常生活中可看到，具有尼龙小绒圈（雌性带）和尼龙钩子（雄性带）组合成的尼龙搭扣的广泛用途，如帐蓬、滑雪衫和血压计等。但是，这种尼龙搭扣存在着许多缺点：尼龙钩子织造加工工序多、尼龙钩子使用易变形、寿命短、价格昂贵等。至今尚无专利报道改进这种老式搭扣尼龙钩子的方法。为此，本发明者试验了涤纶、锦纶6、锦纶66、锦纶1010、乙纶和丙纶等多种单丝，但均未找到在热熔下能形成蘑菇形（半球形）的理想纤维。本发明者受了物质在热熔化后冷却时有形成球形的趋势、并使自身所需能量最小而保持最稳定状态的启发，于是推测，分子量分布宽的加成聚合物如聚丙烯，由于分子量大小显著差异的特点，在热熔下单丝端面各处的表面张力不同，其热熔冷却时必然导致收缩应力和收缩趋势的各异，因此产生了热熔单丝端面有可能在冷却时自动收缩形成蘑菇形状的构思设想，这就是本发明的基本原理。据这一设想发明了本专利。用本发明的丙纶单丝制造的丙纶蘑菇形搭扣来取代老式尼龙钩子搭扣具有使用寿命长、加工容易、成本低廉、比尼龙钩子搭扣强度高等的优点。本产品制造的丙纶蘑菇形状搭扣除能取代前述尼龙钩子搭扣的民用外，还可用于各种军用和工业用，如需快速打开或关闭的军事装备保护罩布搭扣、露天仓库和旋游帐蓬搭扣、消防工作服搭扣等。

本发明的目的是为了克服前述尼龙钩子搭扣的缺点，而提供一种新原料和独特方法来制造具有形成蘑菇形状性能的丙纶单丝的新工艺和新技术。

本发明要点，包括聚丙烯指标的选择和纤维成形加工的过程，其特征是以分子量分布Q＝ M_w/ M_n≥5.0和粘均分子量为25～30万或MI较小（如8～10）的聚丙烯为原料，采用螺杆挤压熔融低温纺丝、熔体细流高温加热、较高热水浴温度冷却成形和热水浴拉伸的纤维生产工艺流程。

本发明制造丙纶单丝的原料与常规纺丝丙纶所用原料指标要求不同，常规纺丝的聚丙烯原料分子量分布狭窄（Q＝ M_w/ M_n≤3.5），粘均分子量均为15万或MI约为20，因这对于提高可纺十分有利，否则，实现较低温度纺丝要添加降温降解剂。对制造能形成蘑菇形状特性的丙纶单丝来说，则要求聚丙烯分子量分布较宽和分子量较高，其余指标，如等规度、熔点和灰份等，与常规丙纶纺丝原料指标要求相同。诚然，采用其原料对纺丝会带来一定困难，不过纺较粗直径φ0.14～0.17mm的单丝，只要工艺调整得当，纺丝和拉伸仍然是十分良好的。本发明分子量分布一般Q＝ M_w/ M_n≥5.0，最好Q≥5.5，如Q≤5.0，其单丝加工成形的蘑菇形状较差，搭扣质量欠佳。本发明所用原料粘均分子量为25～30万，低于25万时，分子量分布较狭窄，单丝不具有形成蘑菇形状的性能;大于30万时，纺丝非常困难，如提高纺丝温度，则会使分子量分布明显变狭窄，故最好为25～30万。

本发明采用直径为φ30mm的螺杆挤压纺丝机，纺丝板为4～6孔，纺丝板孔径为φ1.0mm，螺杆挤压纺丝机各区温度为270～300℃，最好为280～295℃。因低于270℃时，纺丝极其困难，甚至无法进行;高于300℃时，纺丝会发生显著的热氧化降解，分子量分布变狭窄。纺丝各区温度高低的分布，从进料至出料方向为序，以由低至高为最好，这样可造成熔体粘度由大至小的粘度梯度，能防止熔体倒流，有 利于提高纺丝熔体质量。出纺丝板的熔体细流由于纺丝温度较低，喷头拉伸易发生断头，并可观察到螺旋丝的出现，其丝僵硬拉伸性很差，常发生断头。因此，本发明为了解决纺丝温度较低而产生熔体流变性质很差的缺点，在纺丝头下方设置一个直径为φ120×100mm的加热筒，用电阻丝加热，加热温度为310～340℃，最好为320～330℃。低于310℃时熔体细流流动性差，表面粗糙，经热水浴冷却后无法拉伸;高于340℃时，熔体细流色泽变黄，发生热氧化降解。

出纺丝板熔体细流经加热筒空气加热后，进入50～75℃的热水浴中冷却成形，然后连续在普通综丝拉伸设备上，于水浴温度90～99℃下进行一次或两次拉伸，拉伸倍数为5～7倍，最后卷绕于筒管上。热水浴冷却成形温度低于50℃时，丝条拉伸倍数低，拉伸困难，并达不到规定的细度要求;高于75℃时，没有更好的效果，且丝条在接触冷却水槽的分丝棒时，丝条易产生变形，故热水浴冷却成形温度最好为60～70℃。

上述原料指标和工艺条件对丙纶单丝形成蘑菇形状性质的影响列于表1（表1见后）。由表1看出，当分子量分布为3.5，粘均分子量为15万时，尽管纺丝各区温度很低，试图保持原有分子量分布或减少分布变狭，但因原料分子量分布狭窄，不具备形成蘑菇形状的性能。分子量分布为5.5，粘均分子量为25万时，虽然采用较高温度能纺丝，而热氧化降解大，分子量分布显著变狭，产品也不具有形成蘑菇形状的性能，其原料用较低温度纺丝，熔体细流不用加热筒高温加热（№3），或用加热筒加热而热水浴冷却温度较低时（№4），其丝虽有形成蘑菇形状的性质，但冷却成形丝僵硬，拉伸易断头。唯有具备№2的工艺条件的丙纶单丝才赋予良好拉伸性能和形成蘑菇形状的性质。

本发明的丙纶单丝产品在制备搭扣的后加工厂中，用专用设备制成带有多根竖直高度为5mm单丝自由端的雄性带子，然后连续在一定长度温度为180～210℃的热板上热熔处理，以形成蘑菇形状搭扣的雄性带子，与另一用尼龙丝加工的带有小绒圈的雌性带子，即可组合成蘑菇形状搭扣产品。按本发明制得φ0.16mm的丙纶单丝，断裂强度为4.90N，断裂伸长48%。

本发明的实施通过以下实例给出。

实例1

分子量分布Q为5.5，粘均分子量为25万和等规度为95%的聚丙烯，在φ30mm螺杆挤压机上于各区纺丝温度280，290，295，295，270和295℃下纺丝，纺丝板为4孔，纺丝孔直径为φ1.0mm，出纺丝板熔体细流经φ120×100mm加热筒的330℃空气加热，然后进入65℃的热水浴中冷却成形，并在常规综丝拉伸设备上于第一水浴90℃和第二水浴99℃下，连续两次拉伸5.8倍，以110米/分速度卷绕成大筒子，然后分成单根丝的小卷装筒子。得到直径φ0.17mm单丝，断裂强度为5.88N，断裂伸长45%，单丝在200℃下热熔加工蘑菇形状搭扣时，具有优良的形成蘑菇形状性能。

实例2

分子量分布Q为3.5，粘均分子量为15万和等规度95%的聚丙烯，纺丝各区温度分别为250，260，270，275，250和275℃，出纺丝板熔体细流勿需经φ120×100mm加热筒加热，其余同实例1工艺条件，得到直径φ0.15mm丙纶单丝，断裂强度为4.41N，断裂伸长为48%。单丝不具有形成蘑菇形状的性能。

实例3

采用实例1同一原料指标，纺丝各区温度分别相应提高至285，300，310，315，280℃和315℃，出纺丝板熔体细流不需经φ120×100mm加热筒加热，其余同实例1的工艺，制得直径φ0.16mm单丝，断裂强度为5.00N，断裂伸长为45%，单丝不具有形成蘑菇形状的性能。

表1聚丙烯原料指标和纺丝工艺对单丝形成蘑菇形状的影响

分子量    粘均    加热筒    纺丝各区    热水浴    拉伸    形成蘑菇

编号    分布    分子量    温度    温度    冷却温度    性能    形状的

Q＝

Mn²万 （℃） （℃） （℃） 性能

№1    3.5    15    ～    250～275    50    好    无

№2    5.5    25    330    270～295    60    好    好（个）

№3    5.5    25    ～    270～295    70    无法拉伸    ～

断头

№4    5.5    25    330    270～295    30    丝较硬    好（T）

不易拉伸

№5    5.5    25    ～    280～315    60    好    无

Claims (5)

1、本发明是一种制备新型蘑菇形状搭扣用丙纶单丝的制造方法，它包括等规聚丙烯(以下简称聚丙烯)原料指示的选择和纤维成形加工的工艺过程，主要特征是以分子量分布（Q＝ M_W/ M≥5.0。 M为重均平均分子量， M_n为数均平均分子量)和粘均分子量为25～30或体指数(MI)较小(MI为8～10)的聚丙烯为原料，采用螺杆挤压熔融纺丝、热水浴冷却成形和热水浴拉伸的纤维生产流程。

2、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于螺杆挤压纺丝温度较低为270～295℃，最高不超过300℃。

3、引用前述权利要求1、2所述的制造方法，其特征在于出纺丝板熔体细流要经φ120×100mm热筒于310～340℃，最好为320～330℃的空气加热。

4、如权利要求1所述的制造方法，其特征在于经热筒空气加热后的熔体细流进入50～75℃，最好60～70℃的热水浴中冷却成形。

5、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于可一次或两次拉伸，拉伸倍数为5～7倍。拉伸浴温度为90～99℃，最终卷绕速度为70～140米/分。