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高强型PET工业丝的品质控制

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第26卷第2期 2013-03 聚酯工业 Polyester Industry V01.26 No.2 Mar.2013 doi:10.3969/j.issn.1008-8261.2013.02.003 高强型PET工业丝的品质控制 陈利岩,陈钢,蔡晓翔,朱湘萍,朱晓丹 (大连合成纤维研究设计院股份有限公司,辽宁大连1 16023) 摘要:介绍了高强型PET工业丝的工艺路线,主要技术措施如:原料的控制,氮气保护,螺杆机压机的特殊设计,合适的熔体 停留时间,纺丝组件。缓冷装置,无风区,冷却成形,多级拉伸,工艺条件的选择和成品丝品质指标。 关键词:PET;高强工业丝;品质控制 中图分类号:TQ323.41 文献标识码:B 文章编号:1008-8261(2013)02-0009-03 O前言 自从20世纪60年代初,美国Goodyear公司试 制成功PET工业丝帘子线以来,经过50多年的发 展、完善及创新,PET工业丝的生产技术更加精湛。 PET工业丝具有高强度、高模量、低延伸、耐冲击、耐 疲劳、耐热等良好的物理机械性能,同时生产环境 好,生产成本低而得到了广泛的应用。PET工业丝 根据其性能可分为高强型、低收缩型、超低收缩型、 有光PET切片,必须满足以下要求: (1)特性黏度:0.9~1.1 dL/g,确保PET有较 高的分子质量; (2)结晶度要大于60%。 (3)有很好的稳定性和可纺性,端羧基值要小 于20 moL/t,,分子质量分布要尽量窄,分散度一般 要求在1.6~3.0; (4)二甘醇含量与PET熔点密切相关,一般其 质量分数要控制在1.2%以下 J。 1.2.2氮气保护 PET高黏度干切片极易吸潮,切片含水对纺丝 过程和成品丝的品质都有很大的影响。切片中的水 分不利于稳态纺丝 』,造成成品丝的强度和伸长都 有所下降。为了避免这一问题,在干切片的输送和 贮存过程中,采用了氮气保护措施。实行氮气输送, 高模低收缩型、耐磨型、活化型等等,其中高强型 PET工业丝产量最高,它高强度、低伸长、高模量、干 热收缩率较高,可以用于生产轮胎帘子线及输送带、 帆布的经线以及车用安全带、传送带等。本文主要 讨论高强型PET工业丝生产技术要点,以获得高品 质的高强型PET工业丝。 1 工艺路线与主要技术措施 1.1工艺路线 并在干切片贮罐中通人氮气,保证氮气压力在105 一l15 kPa,以防止空气的进入。 1.2.3螺杆挤压机的特殊设计 采用大连合成纤维研究设计院通过消化吸收日 本东丽工业丝技术、实行国内外技术设备嫁接,所研 发的低速纺丝、高倍牵伸的技术路线,主要流程如 下: 高黏度PET熔体的特点是流动性差,普通民用 丝纺丝条件下熔体的动力黏度为250 Pa・S,而工业 丝纺丝条件下熔体的动力黏度会达到2 500—3 000 Pa・s。由于高黏度PET切片剪切时会产生大量的 固相缩聚的高黏度切片一1挤压熔融1—1计量1一 热能,使熔体快速升温,发生降解,造成黏度波动。 一 一 一 塑盛 J一 l因此生产工业丝时,除了选择合理的、高强度的螺杆 之外,主要从以下几方面做出改进: I预拉伸l—I预网络l一1一级拉伸I—j二级拉伸l— I网络l—I定型I—l网络l—I卷绕I一高强PET工业丝 1.2主要技术措施 1.2.1原料的控制 原料为经过固相缩聚并在氮气保护下的高黏度 收稿日期:2012.1I-16。 (1)在螺杆各个加热区增设了冷却风机,每个 风机单独控制,当实际温度超出设定温度,达到所设 定的偏差值时,风机启动,带走一部分热量;当温度 降回设定温度时,则风机停止工作,这样保证了螺杆 温度的稳定控制。 作者简介:陈利岩(1963一),女,辽宁大连人,高级工程师,工学学士,从事化纤工程技术的研发工作。 10 聚 酯 工 业 第26卷 (2)适当增大螺杆的长径比,使它由普通民用 丝螺杆的25/1提高到28/1,有利于改善高黏度造 成的熔体品质不均匀,提高可纺性。 (3)为了加强混炼效果,在螺杆头部精心设计 了混炼销钉。销钉的形状、尺寸和数量对螺杆的工 作性能影响很大。 1.2.4合适的熔体停留时间 固相缩聚后的PET由于分子质量的提高,其物 理和化学性能发生了相应的变化。一方面,聚合物 的分子质量越大,分子间作用力越大,纺制纤维时所 需的工艺温度也越高,聚合物在较高的温度下更易 降解 j,因此熔体的停留时间相对要短一些。表1 为不同温度和停留时间下的PET的[田]。 表1不同熔融温度下熔体[ ]与停留时间的关系㈨ Table 1 Relation between melt[ ]and residence time at diferent melt temperature 从表1看出,相同温度下,熔体停留时间越长, 黏度降越大,[ ]越低;相同停留时间下,温度越高, 黏度降越大,[叼]越低。 在设计熔体管路时,一方面要考虑熔体的停留 时间,即熔体从螺杆挤出到喷丝板喷出的停留时间 要小于10 min,另一方面需要确保合理的压力降,保 证熔体在计量泵人口处的压力达到5 MPa;熔体经 过的路线无死角和滞留点。 1.2.5纺丝组件 纺丝组件对原丝品质和生产稳定性影响很大, 是关键设备之一。 工业丝组件的特点是:耐腐蚀、耐高温、过滤精 度高;密封性好,在熔体压力高达3O一40 MPa时,也 不会发生漏浆现象;无死角,熔体在组件内多次混 流,保证性质均一;采用上装式组件,操作简单,拆卸 方便,有利于生产。组件结构如图1所示。 1.2.6缓冷装置 工业丝单丝线密度高,dpf可高达8~10 dtex, 纤维在单轴拉伸形变中,由于表层和芯层存在温度 梯度,在较大的拉伸剪切应力作用下,皮层的取向度 和结晶度均高于芯层,故纤维结构出现了径向差异, 形成了皮芯结构。皮芯结构的明显程度主要与纤维 的直径、纺丝速度与纤维表面的温度有关。直径越 1.吊环螺钉M10;2.熔体通道;3.铝嘴;4.螺钉M8 X 12; 5.垫圈;6.上盖;7.上盖;8.密封环;9.混流板;10.支撑垫圈; 11.四层包边滤网;12.过滤网;13.承压板;14.垫片;15喷丝板 图1 PET工业丝纺丝组件结构 Fig.1 Spinning pack structure of PET industrial yarn 大、纺速越高,皮芯结构越明显;纤维皮层和芯层之 间有很小的温度差(2~10℃)就会造成10%~ 40%的黏度差 j。在纺制的品种与纺丝速度一定 时,避免皮芯结构形成的最有效措施,就是提高纤维 在纺程上的表面温度,即在纺丝箱下方增设后加热 器。后加热器的加热形式为内部嵌入电热棒的铸铝 加热,高度为350 mm,加热输出功率可调,温度可在 270~350 qC精确控制。由于后加热器的加热作用, 延长了纤维降至玻璃化温度的时间,提高了纤维超 分子结构的均匀性,及初生纤维的品质。后加热器 温度的合理选择至关重要,温度过低,对皮芯结构的 改善不明显;温度过高,熔体获得热量后,纺丝张力 下降,丝条抖动加剧,品质下降,纺丝不稳定。后加 热器的温度一般设定在280—320℃比较合理。 1.2.7无风区 熔体出喷丝孔后,经过后加热器,再进入无风 区,无风区的长度为200 mm。设置无风区,可以提 高熔体细流表面的温度,减少纤维的径向差异。 1.2.8冷却成形 纺制高强工业丝采用的是侧吹风冷却系统,它 的特点是结构简单,操作方便。风道为渐缩式,内部 设有多孔导流板、多层不锈钢组合网、蜂巢板、不锈 钢网和框式过滤器等,使侧吹风纵向风速分布合理、 横向风速分布均匀。每个纺丝位的各束丝之间有挡 板将丝束分隔开来,防止高速运行丝束形成的气流 所造成的相互干扰。强大的气流作用,会引起丝条 第2期 陈利岩,等:高强型PET工业丝的品质控制 (接前表) 剧烈地抖动,这种影响沿着纺程传递,对成品丝品质 的影响很大,最明显的就是条干不匀。侧吹风的主 要控制因素是风压、风速、风温和风湿,风压达到一 定值后,才能保证风速稳定;虽然工业丝的总旦数和 工艺参数 机头压力/MPa 组件压力/MPa 数值 dpf很高,但侧吹风速度不能过高,以防止初生丝径 向差异过大及抖动,要通过与风温、风湿配合,调节 至合理的风速。纺丝甬道出口的挡板位置可以调 节,保证甬道内的空气稳态流动,纺丝正常进行。 1.2.9多级拉伸 高黏度PET纺制的初生纤维,一般预取向度比 计量泵吐出量/(g・min ) 侧吹风风压/Pa 风温/℃ 风湿RH/% 风速/(m・SI1) 常规PRT初生丝高,其拉伸屈服应力也比常规PET 丝大,形变的发展较为缓慢,一次拉伸难以完成,采 用外力逐步增加的多级拉伸,可提高拉伸倍数和拉 伸的均匀程度 J。高强工业丝生产需要5对导丝 辊,丝条在第1与第2对导丝辊之间进行预拉伸,拉 倍为1.06左右,占总拉伸的比例很小,只是为增强 其可拉伸性能。第1对拉伸辊的温度设定为80℃, 第2对拉伸辊的温度设定为105℃,使未经拉伸丝 的温度处于玻璃化温度与结晶温度之间,辊的温度 要求均匀、稳定,避免拉伸点的飘移。 在第2与第3对热辊之间有网络喷嘴,以防止 断丝的发生,未拉伸丝在2辊与3辊之间进行一级 GR1速度、温度℃、圈数/(m・minI1), GR2速度、温度℃、圈数/(m・min ),℃GR3速度、温度℃、圈数/(m・minI1),℃GR4速度、温度℃、圈数/(m・minI1),℃GR5速度、温度℃、圈数/(m・minI1),℃卷绕速度/(m・minI1) 上油率/% 卷重/kg ,圈 ,圈 ,圈 ,圈 ,圈 3成品丝品质指标 高强PET工业丝品质指标见表3。 表3成品丝品质指标 Table 3 Quality indexes of the ifber 测试项目 控制标准 实测值 中心值 偏差 线密度/dtex 线密度变异系数/% 断裂强度/(cN・dtexI1) l 675 -I-1.5%1 679 1.5O 8.19 1.36 ≤1.6O ≥8.0o ≤3.00 14 拉伸,拉伸比应稍高于自然拉伸比,一般在3.8~4 倍左右,3辊的温度与2辊相差不大,应低于结晶温 度。 第3对辊与第4对辊之间为第二级拉伸,本区 口 断裂强度变异系数/% 断裂伸长率/% 断裂伸长率变异系数/% 4.0 cN/dtex负荷下的伸长率/% 干热收缩率(177 oC,10 min)/% 含油率/% ±1.5%14.99 ≤8.o0 6.5 6.5 0.6 4.29 ±0.8 6.7 -I-1.5 7.5 ±0.2 0.612 3~ 一咖加加 一O愿 2/一一 /一~一 ¨u 的拉伸比应根据最终产品的要求而定,工业丝的总 拉伸比应在5~6倍,4辊的温度最高,设定为240 ℃左右,高于结晶温度,以利于拉伸和定型。 经过高倍拉伸的丝在第4与第5对辊之间进行 松弛及收缩,松弛比率的大小直接影响到产品的热 收缩性能,5辊的温度为140℃左右,为了缓解松弛 造成的丝条抖动,4辊与5辊之间安装了网络喷嘴。 4结论 (1)高强型PET工业丝占工业丝的比例最高, 其高强、低伸、高模、干热收缩率较高,可以用于轮胎 帘子线、输送带、帆布的经线以及车用安全带等的生 产。 (2)生产高强型涤纶工业丝,采用的是低速纺 丝、高倍拉伸的技术路线。 (3)根据高黏度PET切片的特点,在螺杆挤压 机的各区增设冷却风机和提高其混炼效果;缩短熔 体在系统内的停留时间。 (4)缓冷装置可防止皮芯结构的形成;通过多 2工艺条件的选择 高强型涤纶工业丝的工艺参数见表2。 表2高强型涤纶工业丝的工艺参数 Table 2 Process parameters of high strength PET industrial yarn 级拉伸并配合合理的热辊温度,可赋予产品良好的 物理机械性能。 (5)采用完善的技术措施,可生产出高品质的 高强型PET工业丝。 参考文献: [1]周松亮,周维.涤纶工业丝生产与应用[M].北京:中国纺织 工艺参数 品种/(dtex・f ) 纺丝速度/(In・min ) 挤压机1~6区温度/cc 联苯蒸气温度/℃ 后加热器温度/ ̄C 数值 1 675/192 2 80o 3l0/32O/310/ 296/296/296 299 280 出版社。1998. (下转第33页) 第2期 刘淑华,等:DTY工艺条件对丝条集束性的影响 33 表9工作盘用PU盘 (1)D/Y、13对集束性的影响最大,D/Y越大、 Table 9 Working disc all using PU disc 越小,丝条集束性越好; (2)H2越高,集束性越好;肌越高,集束性越 差。 (3)网络散点越少、网络泡泡越小,丝条的集束 性越好。 (4)摩擦盘数越少,集束性越好。 由表8,9可见,随工作盘增加,集束性下降,全 部为光盘时,集束性较全为PU盘时差,光盘加工出 参考文献: 的丝较散。 [1]韩飞.细旦超细旦纤维的制备研究[J].广东化纤,2002,31 (4):13・18. 3结论 [2]徐心华,李允成.涤纶长丝生产第二版[M].北京:纺织工业出 通过比较上述各因素对DTY集束性的影响,可 版社,2002. 得出如下结论: Effect of DTY process conditions on yarn collection property 、LIU Shu—hua,GONG Sheng,GAO Guo—hong (Jiangsu Shenghong Science and Technology Co.Ltd.,Wujiang 215228,China) Abstract:The effects of several false—twist texturing process parameters on collection property were disscussed when using FK6-1000 V type texturing machine to process and produce 82 dtex/72 f moisture absorbable and perpiration DTY.The results showed that D/Y and乃were the most influence on collection property,the larger the D/Y,the smaller the T3,the better the yarn collection property.The effects of Hl and/-/2 on yarn collection property showed the opposite tendency.The interlacing point and the disc number had different effects on hte yarn. Key words:PET DTY;collection property;influence factors (上接第l1页) [2]郭大生,王文科.聚酯纤维科学与工程[M].北京:中国纺织 成纤维工业,2004,27(2):10—11. 出版社,2001. [4]李允成,徐心华.涤纶长丝生产(第二版)[M].北京:中国纺 [3]顾家耀,姚剑豪.高相对分子质量PET降解速率研究[J].合 织出版社,1993 Quality control of high tenacity PET industrial yarn CHEN Li—yan,CHEN Gang,CAI Xiao—xiang,ZHU Xiang—ping,ZHU Xiao—dan (Dalian Synthetic Fiber Research&Design Institute Co.Ltd.,Dalian 1 16023,China) Abstract:The process route,main technical measures such as raw material control,nitrogen protection。screw extruder special design,suitable melt residence time,spinning pack,annealing device,calm zone,cooling shaping,multistage draw- ing,the selection of process condition and fiber quality indexes of hi}hg tenacity PET industrial yarn were introduced. Key words:PET;high tenacity industiral yarn:quality control (上接第21页) Synthesis of polyethylene terephthalate using corn EG YU Wei—cai ,CAI Xiao-jiao ,ZHU Xiang—ping (1.Dalian Synthetic Fibre Research&Desing Institute Co.Ltd.,Dalian 1 16023; 2.School of Textile and Material Engineering Dalian Polytechnic University,Dalian 1 16034,China) Abstract:hTe ethylene glycol was produced by corn as raw material to synthesize polyethylene terephthalate and was prepared by solid-state polycondesation.The production process and results was analyzed and discussed. Key words:PET;COrn based EG;synthetic technique 

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