CN112626626A - 一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备 - Google Patents

一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备。该聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺,主要包括三部分:聚酰胺盐液聚合工艺、纺丝成型工艺、柔性后加工工艺,采用本发明方法可以一步连续制备全拉伸丝(FDY),拉伸变形丝(DTY)、空气变形丝(ATY)等。本专利纺丝工艺增加冷却牵伸,有利于得到性能稳定、质量优异的聚酰胺长丝。本专利流程短、能耗低、成本低、产品稳定、功能性强,可以根据不同需求制备不同种类聚酰胺长丝,为生物基聚酰胺以及聚酰胺类聚合物长丝的工业化一步纺提供指导。本发明制备的聚酰胺56长丝可广泛应用于纺织业、汽车工业、家装、电子电器业、建筑业等领域。

Description

一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备
技术领域
本发明属于纺织领域,涉及一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备。
背景技术
聚酰胺(PA)是一种重要纤维,俗称“尼龙”,是世界上第一个商业化的合成纤维制品,它于终端用途领域,带来了实实在在的优势:在服装织物中它具有更好的吸湿性、挠曲和悬垂性,手感更柔软;在工业领域它具有难以致信的耐久性和抗压性;在地毯方面,它的抗磨损性和层叠回复力高于其它任何纤维。此外,聚酰胺纤维最终产品具有低的初始模量,良好的弹性回复性,优异的耐磨性能,以及高的抗断裂强力,可制备高性能材料。
聚酰胺纤维的生产通常采用的是熔体纺丝法工艺。熔体纺丝,一般有两种方法,切片熔融纺丝法和熔体直接纺丝法。切片纺丝工艺,先需要将高聚物制成切片,切片经萃取、干燥,再熔融纺丝,切片纺丝法产品质量好、生产柔性,但是生产成本高。熔体直纺纺丝工艺,是将聚合物熔体直接送到纺丝机进行纺丝,熔体经过特定的设备加压,从喷丝板挤出形成熔体细流,冷却固化形成初生纤维,再将纤维卷绕在特定的受丝机构上。为了达到成品纤维的要求,初生纤维还需要进行一系列的后续处理步骤,如拉伸、定型、变形等,该工艺省去了注带、造粒等工序,工艺流程短,节能高效,但是该方法对聚合和纺丝的稳定性要求较高。
目前,我国聚酰胺纤维熔体直纺工艺技术尚未成熟,纺丝稳定性差,因此工业化生产制备聚酰胺66和聚酰胺6纤维的工艺主要采用切片纺丝法,该工艺步骤繁琐、耗时长、能耗高。因而针对新型生物基聚酰胺56纤维,亟需开发一种高效节能,集聚合、纺丝、牵伸一步连续成型为一体的制备工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备。
本发明提供一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺,主要分为三部分:聚酰胺盐液聚合工艺、纺丝成型工艺、柔性后加工工艺,采用本发明方法可以一步连续制备全拉伸丝(FDY),拉伸变形丝(DTY)、空气变形丝(ATY)等。
本发明提供的一步连续成型与柔性变形制备聚酰胺56长丝的方法,包括聚酰胺盐液聚合工艺、纺丝成型工艺、柔性后加工工艺;
1)聚酰胺盐液聚合工艺:
在氮气保护下,戊二胺和己二酸在水中进行中和成盐反应,得到聚酰胺56盐水溶液,聚酰胺56盐水溶液加入助剂调配混合后浓缩,浓缩后的盐液经过预聚合反应、前聚合反应、后聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体;
上述聚合工艺中,所述氮气保护为三冲三排;所述三冲即三次冲氮气;三排即排空气;
上述聚合工艺中,所述戊二胺与己二酸的摩尔比为1~1.05:1;具体为1:1.01、1:1.02、1:1.03、1:1.04;
上述聚合工艺中,所述中和成盐反应温度为30~50℃;具体为30℃、35℃、40℃、45℃;反应时间为30~60min;具体为35、40、45、50、55min;
上述聚合工艺中,所述聚酰胺56盐水溶液的质量百分含量为20%~80%;具体为25、30、35、40、45、50、55或75%;
上述聚合工艺中,所述助剂可以为分子量调节剂、消光剂、阻燃剂、抗静电剂、抗菌剂等其中的一种或多种;所述助剂的加入量为所述戊二胺与己二酸质量之和的0.1%~6%;具体为0.1-1或0.1-0.5%;
上述聚合工艺中,制备的聚酰胺56聚合物熔体的粘度指数为120~160ml/g。
上述聚合工艺中,预聚反应条件:温度210~240℃(具体为212℃、217℃、218℃、228℃、229℃、238℃)、压强1.70~1.85MPa(具体为1.73、1.75、1.78、1.8、1.82MPa),保压时间30min~180min(具体为90、100、120、150、160min);反应结束后快速闪蒸解压,并升温至270~290℃(具体为278℃、285℃、286℃);前聚合反应条件:温度270℃~290℃(具体为278℃、285℃、286℃),反应时间20min~150min(具体为50、60、80、90或100min);后聚合反应条件:温度270℃~290℃(具体为278℃、280℃或288℃),真空度0.2~0.3MPa(具体为0.21、0.25、0.26或0.28MPa),反应时间10min~150min(具体为15、30、40、50或60min),排出体系中的水分,得到聚酰胺56聚合物熔体;
2)纺丝成型工艺:
步骤1)中制备的聚酰胺56聚合物熔体由螺杆挤压后,经喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经过冷却吹风凝固成为丝条,丝条经过卷绕上油、冷热牵伸,热定型得到聚酰胺56丝束;
上述纺丝成型步骤中,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为260~300℃(具体为260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃),二区温度为260~300℃(具体为260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃),三区温度为250~295℃(具体为255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃),四区温度为250~295℃(具体为255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃),五区温度为250~290℃(具体为255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃),六区温度为250~290℃(具体为255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、278℃、288℃或298℃);
螺杆的转速为50~100r/min;具体为55、65、70、75、80、85、90或95r/min;
所述纺丝箱体的温度为270~290℃(具体为270℃、275℃、278℃、280℃、285℃或288℃);
所述冷却吹风为侧吹风工艺、环吹风工艺,其工艺条件:风速可为0.30~0.80m/min;风温可为18~25℃(具体为18、19、20、22、或24℃);风压可为350~500Pa(具体可为350、380、400、450或480Pa);
所述上油步骤中,泵供量控制上油量为产品纤度的0.3%~0.5%;具体可为0.4%;
所述纺丝成型工艺中,纺丝速度为3000~5000m/min;具体可为3500、4000、4500、3800或4800m/min;
所述牵伸步骤中,包括冷牵伸、热牵伸步骤;
所述冷牵伸倍率1.01~1.50(具体可为1.02、1.03、1.2、1.3、1.4或1.5),温度为0~20℃,为一级牵伸;
所述热牵伸倍率3.00~5.50(具体可为3.5、4.0、4.5、4.8),温度为100~210℃(具体可为150、180、190、200、208、215℃),可为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸;
所述定型温度为130~200℃(具体可为135、140、145、150、155、165、178、170、188或190℃),定型时间为1~5min(具体可为1、2、3、4或5min);
3)柔性后加工工艺:
所述柔性后加工是根据市场对产品的不同需求,制备不同风格的聚酰胺56长丝;
若要求制备聚酰胺56全拉伸丝(FDY),则步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、热定型、卷绕的后加工过程;
上述柔性后加工步骤中,制备全牵伸丝工艺条件:热牵伸过程可为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~230℃(具体可为110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、165、178、170、188、190℃、200、210或220℃),牵伸倍数为1.01~2.00(具体可为1.02、1.03、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7或1.9),牵伸辊速度为500~1500m/min(具体可为800、900、1000、1100、1200或1450m/min);热定型温度为150~200℃(具体可为155、165、178、170、188或190℃);卷绕速度为1000~1500m/min(具体可为1100、1150、1200、1250或1450m/min);
若要求制备聚酰胺56拉伸变形丝(DTY),则步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、加捻、网络、热定型、上油、卷绕的后加工过程;
上述柔性后加工步骤中,制备拉伸变形丝工艺条件:热牵伸过程可为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~200℃(具体可为110、115、120、125、130、135、140、145、150、155、165、178、170、188或190℃),牵伸倍数为1.01~2.00(具体可为1.02、1.03、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7或1.9),牵伸辊速度为300~1000m/min(具体可为400、500、600、700、800、900或950m/min),加捻分为S捻或Z捻,加捻张力20~60cN(具体可为25、30、35、40、45、50或55cN),解捻张力25~65cN(具体可为25、30、35、40、45、50、55或60cN);所述D/Y为摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器速度之比,具体为1.5~2.0;所述网络步骤中,风压为1.0~1.6bar;喷嘴直径为1.2~1.6mm,热定型温度为180~220℃(具体可为188、190、195、200、210或215℃),所述卷绕速度为600~1200m/min(具体可为650、700、750、800、850、900、950、1000、1100或1150m/min)。
若要求制备聚酰胺56空气变形丝(ATY),则步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、热喷射变形、冷却稳定、卷绕的后加工过程;
上述柔性后加工步骤中,制备空气变形丝工艺条件:热牵伸过程可为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~190℃,牵伸倍数为1.01~2.00(具体可为1.02、1.03、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7或1.9),牵伸辊速度为1500~2500m/min(具体可为1600、1650、1700、1750、1800、1900、2000、2100、2200、2300或2450m/min);热喷射变形空气温度190~230℃(具体可为195、200、210、215、220或225℃),空气喷射压力195~550kPa(具体可为200、300、350、400、450、500kPa),超喂率15~30%(具体可为18、20、25或28%),冷却空气温度15~30℃(具体可为18、20、25或28℃),所述卷绕速度为1500~2800m/min(具体可为1600、1650、1700、1750、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2450、2500、2600、2700或2750m/min)。
所述一步连续成型制备聚酰胺56长丝的方法所用设备,由聚合反应装置、纺丝成型装置和柔性后加工装置三个单元组成,其中聚合反应装置与纺丝成型装置相连,直接制备聚酰胺56超高速长丝;再根据市场对产品的不同需求,连接柔性后加工装置,从而制备不同风格的聚酰胺56长丝;
上述纺丝成型装置后连接的柔性后加工装置,包括全拉伸丝(FDY)制备装置、拉伸变形丝(DTY)制备装置,空气变形丝(ATY)制备装置等;
所述聚合反应装置由依次连接的原料釜、成盐釜(用于将戊二胺和己二酸两种原料在釜中混合,发生中和反应)、盐液储罐、盐液调配罐、盐液中间罐、浓缩槽、U型反应器、闪蒸器、前聚合器和后聚合器组成;
具体的,所述原料釜为两个,分别为戊二胺原料釜、己二酸原料釜;
所述纺丝成型装置由带喷丝板的纺丝箱体、纺丝箱体产出的熔体细流流经的纺丝甬道、对所述熔体细流进行吹风的吹风装置和在所述吹风后对所述熔体细流进行集束上油的装置和冷热牵伸装置组成;
所述柔性后加工装置为如下柔性后加工装置a~c中任意一种:
所述柔性后加工装置全拉伸丝(FDY)制备装置a由依次连接的牵伸辊、定型装置和卷绕装置组成;
所述柔性后加工装置拉伸变形丝(DTY)制备装置b由依次连接的牵伸辊、假捻装置、网络装置、定型装置、上油装置和卷绕装置组成;
所述柔性后加工装置空气变形丝(ATY)制备装置c由依次连接的牵伸辊、冷却装置、喷射变形装置、卷绕装置组成,用于制备空气变形丝工艺装置。
所述柔性后加工中,定型装置为热板或热箱。
具体的,所述聚酰胺56长丝的线密度为1~7dtex;断裂强度为3~12cN/dtex,具有阻燃性,极限氧指数≥32%。
本发明提供的聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形制备工艺及设备,纺丝工艺中增加冷却牵伸工艺,这是由于研究中发现聚酰胺56的冷却结晶速率慢,而未完全冷却的丝束不仅对卷绕上油工艺有影响,而且直接进行后加工制备的产品各项性能不稳定,因此,加入冷却牵伸工艺使喷丝板形成的丝束迅速冷却,分子链迅速堆积,结晶不完善,这样有利于后续高温下牵伸、定型得到性能稳定、质量优异的聚酰胺长丝。本专利流程短、能耗低、成本低、产品稳定、功能性强,可以根据不同需求制备不同种类聚酰胺长丝,为生物基聚酰胺以及聚酰胺类聚合物长丝的工业化一步纺提供指导。本发明制备的聚酰胺56长丝可广泛应用于纺织业、汽车工业、家装、电子电器业、建筑业等领域。
附图说明
图1为聚合反应、纺丝成型装置;1、原料釜;2、成盐釜;3、盐液储罐;4、盐液调配罐;5、盐液中间罐;6、浓缩槽;7、U型反应器;8、闪蒸器;9、前聚合器;10、后聚合器;11、纺丝箱体;12、吹风装置;13、纺丝甬道;14、集束上油装置;15、卷绕装置;16、冷牵伸装置;17、热牵伸装置;18、定型装置;
图2为制备全牵伸丝(FDY)所用柔性后加工装置;17、热牵伸装置;18、定型装置;22、卷绕装置。
图3为制备拉伸变形丝(DTY)所用柔性后加工装置;17、热牵伸装置;19、假捻装置;20、网络装置;18、定型装置;21、上油装置;22、卷绕装置。
图4为制备空气变形丝(ATY)所用柔性后加工装置;17、热牵伸装置;23、热喷射变形装置;24、冷却装置、22、卷绕装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。下述实施例中聚酰胺56长丝样品,根据以下方法检测性能:
1.断裂强度、断裂伸长率:GB/T 14344-2008化学纤维长丝拉伸性能试验方法;
2.回潮率:GB/T6503-2017化学纤维回潮率试验方法;
3.极限氧指数:GB/T5454-1997纺织品燃烧性能试验氧指数法;
4.熔点:采用美国TA公司的Q2000型差示扫描量热仪进行测试,在氮气保护下,以10℃/min的速度从室温升到300℃;
5.抗菌性:GB/T 20944.3-2008防纺织品抗菌性能的评价第3部分震荡法。
实施例1、
将戊二胺和己二酸按照1.01:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度40℃,反应时间50min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐,在盐液调配罐中加入0.5%的助剂戊二胺,调节盐液pH值7.73,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为210℃、压强为1.70MPa的条件下保压120min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至280℃,进入前聚合器,温度为280℃,持续90min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为280℃,真空度为0.25MPa的条件下搅拌,进行聚合反应50min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为70r/min,纺丝速度4350m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为278℃,二区温度为281℃,三区温度为283℃,四区温度为283℃,五区温度为283℃,六区温度为283℃;纺丝箱体温度285℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.6m/min;风温为21℃,风压可为400Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.3%,然后经过10℃冷牵伸1.10倍,145℃牵伸3.54倍,155℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
上述丝束再经过170℃牵伸1.50.倍,终极牵伸辊速度为1200m/min,180℃热定型,以1300m/min卷绕成为聚酰胺56全拉伸丝。
全拉伸丝性能检测结果:断裂强度4.93cN/dtex,断裂伸长率38.2%,回潮率4.12%,熔点253.3℃,极限氧指数33.2%。
实施例2、
将戊二胺和己二酸按照1.02:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度50℃,反应时间40min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐,在盐液调配罐中加入2.5%的消光剂二氧化钛,调节盐液pH值7.86,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为218℃、压强为1.73MPa的条件下保压100min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至278℃,进入前聚合器,温度为278℃,持续60min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为278℃,真空度为0.21MPa的条件下搅拌,进行聚合反应40min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为65r/min,纺丝速度3180m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为290℃,二区温度为290℃,三区温度为290℃,四区温度为290℃,五区温度为290℃,六区温度为290℃;纺丝箱体温度290℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.8m/min;风温为25℃,风压可为480Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.35%,然后经过5℃冷牵伸1.13倍,150℃牵伸3.32倍,160℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
上述丝束再经过190℃牵伸1.71倍,终极牵伸辊速度为800m/min,190℃热定型,以900m/min卷绕成为聚酰胺56全拉伸丝。
全拉伸丝性能检测结果:断裂强度5.86cN/dtex,断裂伸长率32.8%,回潮率4.08%,熔点253.9℃,极限氧指数34.4%。
实施例3、
将戊二胺和己二酸按照1.05:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度60℃,反应时间30min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐,在盐液调配罐中加入6%的阻燃剂TL,调节盐液pH值7.81,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为228℃、压强为1.75MPa的条件下保压90min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至283℃,进入前聚合器,温度为283℃,持续50min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为283℃,真空度为0.25MPa的条件下搅拌,进行聚合反应40min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为85r/min,纺丝速度3710m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为265℃,二区温度为265℃,三区温度为265℃,四区温度为265℃,五区温度为265℃,六区温度为265℃;纺丝箱体温度265℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.4m/min;风温为21℃,风压可为380Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.4%,然后经过0℃冷牵伸1.06倍,160℃牵伸3.41倍,170℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
上述丝束再经过190℃牵伸1.51倍,终极牵伸辊速度为1000m/min,200℃热定型,以1100m/min卷绕成为聚酰胺56全拉伸丝。
全拉伸丝性能检测结果:断裂强度4.71cN/dtex,断裂伸长率39.6%,回潮率4.07%,熔点252.8℃,极限氧指数35.7%。
实施例4、
将戊二胺和己二酸按照1.02:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度50℃,反应时间35min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐,在盐液调配罐中加入2%的抗菌剂KS-116,调节盐液pH值7.86,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为229℃、压强为1.75MPa的条件下保压100min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至280℃,进入前聚合器,温度为280℃,持续60min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为280℃,真空度为0.25MPa的条件下搅拌,进行聚合反应30min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为75r/min,纺丝速度3450m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为276℃,二区温度为276℃,三区温度为276℃,四区温度为276℃,五区温度为276℃,六区温度为276℃;纺丝箱体温度276℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.4m/min;风温为20℃,风压可为400Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.4%,然后经过10℃冷牵伸1.10倍,165℃牵伸3.51倍,175℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
上述丝束再经过190℃牵伸1.30倍,终极牵伸辊速度为1000m/min,200℃热定型,以1100m/min卷绕成为聚酰胺56全拉伸丝。
全拉伸丝性能检测结果:断裂强度4.66cN/dtex,断裂伸长率40.6%,回潮率4.01%,熔点252.0℃,极限氧指数35.5%,纤维抑菌率91.2%。
实施例5、
将戊二胺和己二酸按照1.03:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度40℃,反应时间45min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐充分混合,调节盐液pH值7.83,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为217℃、压强为1.75MPa的条件下保压150min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至285℃,进入前聚合器,温度为285℃,持续80min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为285℃,真空度为0.25MPa的条件下搅拌,进行聚合反应60min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为60r/min,纺丝速度3200m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为282℃,二区温度为285℃,三区温度为285℃,四区温度为285℃,五区温度为285℃,六区温度为285℃;纺丝箱体温度286℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.5m/min;风温为20℃,风压可为430Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.3%,然后经过10℃冷牵伸1.10倍,150℃牵伸3.11倍,155℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
聚酰胺56丝束在170℃温度下牵伸1.15倍,终极牵伸辊速度为800m/min,Z捻,加捻张力33cN,解捻张力37cN;D/Y为1.5;网络风压为1.0bar;喷嘴直径为1.2mm,180℃热定型,以1000m/min速度卷绕,得到聚酰胺56拉伸变形丝。
拉伸变形丝性能检测结果:断裂强度4.34cN/dtex,断裂伸长率44.7%,回潮率4.76%,熔点252.5℃,极限氧指数35.5%。
实施例6、
将戊二胺和己二酸按照1.03:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度30℃,反应时间50min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入3%阻燃剂TL-012盐液调配罐充分混合,调节盐液pH值7.85,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为228℃、压强为1.78MPa的条件下保压150min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至286℃,进入前聚合器,温度为286℃,持续90min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为286℃,真空度为0.26MPa的条件下搅拌,进行聚合反应50min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为75r/min,纺丝速度3450m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为282℃,二区温度为282℃,三区温度为282℃,四区温度为282℃,五区温度为282℃,六区温度为282℃;纺丝箱体温度283℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.3m/min;风温为20℃,风压可为460Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.4%,然后经过3℃冷牵伸1.18倍,120℃牵伸3.20倍,130℃定型2min,得到聚酰胺56丝束;
聚酰胺56丝束在160℃温度下牵伸1.31倍,终极牵伸辊速度为1000m/min,S捻,加捻张力20cN,解捻张力25cN;D/Y为1.6;网络风压为1.2bar;喷嘴直径为1.3mm,180℃热定型,以1000m/min速度卷绕,得到聚酰胺56拉伸变形丝。
拉伸变形丝性能检测结果:断裂强度4.64cN/dtex,断裂伸长率32.6%,回潮率4.46%,熔点252.1℃,极限氧指数35.7%。
实施例7、
将戊二胺和己二酸按照1.02:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度45℃,反应时间40min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入3%抗菌剂KS-116盐液调配罐充分混合,调节盐液pH值7.80,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为212℃、压强为1.82MPa的条件下保压150min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至283℃,进入前聚合器,温度为283℃,持续100min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为283℃,真空度为0.28MPa的条件下搅拌,进行聚合反应30min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为83r/min,纺丝速度4150m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为287℃,二区温度为287℃,三区温度为287℃,四区温度为287℃,五区温度为287℃,六区温度为287℃;纺丝箱体温度287℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.4m/min;风温为22℃,风压可为420Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.4%,然后经过8℃冷牵伸1.24倍,145℃牵伸3.25倍,155℃定型1.5min,得到聚酰胺56丝束;
聚酰胺56丝束在190℃温度下牵伸1.46倍,终极牵伸辊速度为900m/min,S捻,加捻张力40cN,解捻张力45cN;D/Y为1.8;网络风压为1.3bar;喷嘴直径为1.6mm,200℃热定型,以1000m/min速度卷绕,得到聚酰胺56拉伸变形丝。
拉伸变形丝性能检测结果:断裂强度5.04cN/dtex,断裂伸长率32.5%,回潮率4.16%,熔点252.5℃,极限氧指数33.7%,纤维抑菌率.93.3%
实施例8、
将戊二胺和己二酸按照1.05:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度45℃,反应时间40min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入盐液调配罐充分混合,调节盐液pH值7.86,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为238℃、压强为1.85MPa的条件下保压180min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至288℃,进入前聚合器,温度为288℃,持续50min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为288℃,真空度为0.28MPa的条件下搅拌,进行聚合反应15min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为80r/min,纺丝速度3600m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为290℃,二区温度为290℃,三区温度为290℃,四区温度为290℃,五区温度为290℃,六区温度为290℃;纺丝箱体温度290℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.5m/min;风温为20℃,风压可为450Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.3%,然后经过10℃冷牵伸1.14倍,150℃牵伸3.83倍,155℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
聚酰胺56丝束在165℃牵伸1.31倍,终极牵伸辊速度为2000m/min,210℃下热空气喷射变形,空气喷射压力280kPa,超喂率18%,15℃空气冷却,然后以2000m/min速度卷绕,得到聚酰胺56空气变形丝。
空气变形丝性能检测结果:断裂强度5.11cN/dtex,断裂伸长率20.2%,回潮率4.18%,熔点251.7℃,极限氧指数33.4%。
实施例9、
将戊二胺和己二酸按照1.04:1的比例在水中进行中和成盐反应,反应温度50℃,反应时间35min,搅拌至完全溶解,得到聚酰胺56盐水溶液。在氮气保护下,在聚酰胺56盐水溶液加入4%阻燃剂FR-310盐液调配罐充分混合,调节盐液pH值7.84,经混合后的盐液进行浓缩;
将浓缩后的盐液注入U型反应器,开始预聚反应,温度为230℃、压强为1.80MPa的条件下保压160min进行预聚反应,预聚反应结束后,在闪蒸器中快速解压,并升温至286℃,进入前聚合器,温度为286℃,持续100min,此时聚合度接近成品,再进入后聚合器,温度为286℃,真空度为0.3MPa的条件下搅拌,进行聚合反应40min,排出体系中的水分,完成聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体。
将所述聚酰胺56聚合物熔体经螺杆挤压,螺杆的转速为80r/min,纺丝速度3200m/min,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为293℃,二区温度为293℃,三区温度为293℃,四区温度为293℃,五区温度为293℃,六区温度为293℃;纺丝箱体温度293℃,聚合物经螺杆挤压,由喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经侧吹风冷却凝固成为丝条,冷却风速为0.8m/min;风温为18℃,风压可为480Pa,再对所述冷却后丝条上油,泵供量控制上油量为产品纤度的0.5%,然后经过0℃冷牵伸1.08倍,155℃牵伸4.14倍,165℃定型1min,得到聚酰胺56丝束;
聚酰胺56丝束在170℃牵伸1.18倍,终极牵伸辊速度为1800m/min,190℃下热空气喷射变形,空气喷射压力350kPa,超喂率20%,18℃空气冷却,然后以2000m/min速度卷绕,得到聚酰胺56空气变形丝。
空气变形丝性能检测结果:断裂强度5.05cN/dtex,断裂伸长率31.7%,回潮率4.20%,熔点252.1℃,极限氧指数36.8%。
对比例1
前期聚酰胺56盐溶液、聚合物制备与实施例1完全相同,当聚合物熔体经螺杆挤压机、纺丝箱体的喷丝板喷出得到熔体细流,经侧吹风装置,冷却凝固成为丝条,上油后,按照传统纺丝加工进行,直接进行集束等后加工工艺(工艺参数参照本发明实施例1设定)制备不同类别的长丝。
试验结果发现,该工艺制备的聚酰56长丝性能差,毛丝多,部分长丝无法进行卷绕,容易炸筒,无法成形,这是由于聚酰胺56要比聚酰胺66的降温冷却速度慢,导致卷绕之前长丝的温度仍然很高,在高速卷绕的时候长丝不能及时散热,因此会发生熔丝现象,由于温度过高甚至发生炸筒。在该实验条件下,测试卷绕成型的长丝性能,断裂强度低仅为0.5~2.0cN/dtex,极限氧指数20~24%,该工艺制备的长丝强度偏低、无阻燃性能,并且各项性能不稳定,无法达到应用标准。

Claims (10)

1.一种聚酰胺56长丝一步连续成型与柔性变形的制备方法,其特征在于:包括聚酰胺盐液聚合工艺、纺丝成型工艺、柔性后加工工艺:
1)聚酰胺盐液聚合工艺:
在氮气保护下,戊二胺和己二酸在水中进行中和成盐反应,得到聚酰胺56盐水溶液,聚酰胺56盐水溶液加入助剂调配混合后浓缩,浓缩后的盐液经过预聚合反应、前聚合反应、后聚合反应,得到聚酰胺56聚合物熔体;
2)纺丝成型工艺:
步骤1)制备得到的聚酰胺56聚合物熔体由螺杆挤压后,经喷丝板喷出得到熔体细流,熔体细流经过冷却吹风凝固成为丝条,丝条经过卷绕上油、冷热牵伸,热定型得到聚酰胺56丝束;
3)柔性后加工工艺:
所述柔性后加工是根据市场对产品的不同需求,制备不同风格的聚酰胺56长丝;
当制备聚酰胺56全拉伸丝(FDY),步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、热定型、卷绕的后加工过程;
当制备聚酰胺56拉伸变形丝(DTY),则步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、加捻、网络、热定型、上油、卷绕的后加工过程;
当制备聚酰胺56空气变形丝(ATY),则步骤2)中所述制备成型的聚酰胺56丝束需依次经过热牵伸、热喷射变形、冷却稳定、卷绕的后加工过程。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤1)中,氮气保护为三冲三排;所述三冲即三次冲氮气;三排即排空气;
所述戊二胺与己二酸的摩尔比为1~1.05:1;
所述中和成盐反应温度为30~50℃;反应时间为30~60min;
所述聚酰胺56盐水溶液的质量百分含量为20%~80%;
所述助剂选自分子量调节剂、消光剂、阻燃剂、抗静电剂和抗菌剂中至少一种;
所述助剂的加入量为所述戊二胺与己二酸质量之和的0.1%~6%;
所述聚酰胺56聚合物熔体的粘度指数为120~160ml/g。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述步骤1)中,所述预聚反应的条件如下:温度210~240℃、压强1.7~1.85MPa,保压时间30min~180min;反应结束后快速闪蒸解压,并升温至270~290℃;
所述前聚合反应的条件如下:温度270℃~290℃,反应时间20min~150min;所述后聚合反应的条件体系如下:温度270℃~290℃,真空度0.2~0.3MPa,反应时间10min~150min,排出体系中的水分。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法,其特征在于:所述步骤2)纺丝成型步骤中,所用螺杆各区温度依次为:一区温度为260~300℃,二区温度为260~300℃,三区温度为250~295℃,四区温度为250~295℃,五区温度为250~290℃,六区温度为250~290℃;
螺杆的转速为50~100r/min;
纺丝箱体的温度为270~290℃;
所述冷却吹风为侧吹风工艺或环吹风工艺;具体的,风速为0.30~0.80m/min;风温为18~25℃;风压为350~500Pa;
所述上油步骤中,泵供量控制上油量为产品纤度的0.3%~0.5%;
上述步骤中,纺丝速度为3000~5000m/min;
所述牵伸步骤中,包括冷牵伸和热牵伸步骤;
所述冷牵伸步骤中,冷牵伸倍率为1.01~1.50;温度为0~20℃;为一级牵伸;
所述热牵伸步骤中,热牵伸倍率为3.00~5.50;温度为100~210℃;为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸;
所述热定型步骤中,温度为130~200℃;定型时间为1~5min。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法,其特征在于:所述步骤3)中,所述聚酰胺56长丝为全拉伸丝(FDY)时,工艺条件如下:所述牵伸为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~230℃,牵伸倍数为1.01~2.00,终极牵伸辊速度为500~1500m/min,热定型温度为150~200℃;卷绕速度为1000~1500m/min。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法,其特征在于:所述步骤3)中,所述聚酰胺56长丝为拉伸变形丝(DTY)时,工艺条件如下:牵伸为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~200℃,牵伸倍数为1.10~2.50,终极牵伸辊速度为300~1000m/min;加捻分为S捻或Z捻,加捻张力20~60cN,解捻张力25~65cN;D/Y为摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器速度之比,具体为1.5~2.0;所述网络步骤中,风压为1.0~1.6bar;喷嘴直径为1.2~1.6mm;热定型温度为180~220℃;卷绕速度为600~1200m/min。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法,其特征在于:所述步骤3)中,所述聚酰胺56长丝为空气变形丝(ATY)时,工艺条件如下:牵伸为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸,温度为100~190℃,牵伸倍数为1.01~2.00,终极牵伸辊速度为1500~2500m/min;热喷射变形空气温度190~230℃,空气喷射压力195~550kPa,超喂率15~30%,冷却空气温度15~30℃,所述卷绕速度为1500~2800m/min。
8.权利要求1-7任一所述方法制备得到的聚酰胺56长丝。
9.根据权利要求8所述的聚酰胺56长丝,其特征在于:所述聚酰胺56长丝的线密度为1~7dtex;断裂强度为3~12cN/dtex,具有阻燃性,极限氧指数≥32%。
10.一种用于权利要求1-7任一所述制备聚酰胺56长丝方法的设备,包括:聚合反应装置、纺丝成型装置和柔性后加工装置三个单元组成,其中聚合反应装置与纺丝成型装置相连,直接制备聚酰胺56超高速长丝;再根据市场对产品的不同需求,连接柔性后加工装置,从而制备不同风格的聚酰胺56长丝;
所述聚合反应装置由依次连接的原料釜、成盐釜、盐液储罐、盐液调配罐、盐液中间罐、浓缩槽、U型反应器、闪蒸器、前聚合器和后聚合器组成;
所述原料釜为两个,分别为戊二胺原料釜和己二酸原料釜;
所述纺丝成型装置由带喷丝板的纺丝箱体、纺丝箱体产出的熔体细流流经的纺丝甬道、对所述熔体细流进行吹风的吹风装置和在所述吹风后对所述熔体细流进行集束上油的装置和冷热牵伸装置组成;
所述柔性后加工装置包括全拉伸丝(FDY)制备装置、拉伸变形丝(DTY)制备装置,空气变形丝(ATY)制备装置等,具体为如下a~c中任意一种:
所述柔性后加工装置a由依次连接的牵伸辊、定型装置和卷绕装置组成,用于制备全拉伸丝工艺装置;
所述柔性后加工装置b由依次连接的牵伸辊、假捻装置、网络装置、定型装置、上油装置和卷绕装置组成,用于制备拉伸变形丝工艺装置;
所述柔性后加工装置c由依次连接的牵伸辊、冷却装置、喷射变形装置、卷绕装置组成,用于制备空气变形丝工艺装置。
所述柔性后加工中,定型装置为热板或热箱。
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