专利名称：超细旦聚氨酯长丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化学纤维，具体地说是制造一种超细旦聚氨酯复合长丝及其制备方法。
背景技术：
海岛型复合纤维是制造超细纤维的新技术，它由两种聚合物通过双螺杆复合纺丝机分别熔融，进入海岛型喷丝组件，海与岛两种熔体通过各自的流道，在喷丝孔入口处汇合，一并挤出成型。在海岛长丝中，每根纤维含有许多岛微纤，该长丝做成机织物或针织物后，将海组分溶解，岛组分就成为超细纤维，组成织物的基材。用海岛法生产涤、锦等超细长丝早有生产，但到二十世纪后期，由于水溶性聚酯的合成，使海组分的溶解比较方便，因此海岛纤维出现蓬勃发展的形势。这种化纤新产品，纤维很细，岛分离后其单丝纤度可达到0.1dtex以下，所得织物特别柔软，是仿麂皮、桃皮绒，超高密织物等高档纺织品的重要原料。但是这类海岛纤维缺乏高弹性，在弹性织物的应用领域有一定的局限性。
氨纶具有优越的弹性，广泛应用于针织内衣、连裤袜、弹性丝袜、运动衣、紧身衣、袜口等领域。它是聚氨酯通过干法、湿法等纺丝法制成弹性纤维。1967年日本的日清纺推出了熔融纺制造氨纶的技术。近年来，这一工艺日趋成熟，其优点是设备简单，投资少，见效快，不使用溶剂，无环境污染，是有发展前景的纺丝技术。氨纶是目前各种综合性能最好的弹性纤维(合成纤维工业22(2)，17～19，1999；22(3)，38～40，1999；23(1)，37～40，2000；23(4)，50～52，2000；23(6)，22～25，2000；合成纤维，28(5)，25～28，2000)。然而，由于聚氨酯熔体粘弹性比较大，试图通过纺程上高速拉伸变细有一定困难，若要提高熔融温度来降低粘弹性，又受到热稳定性的制约，因此聚氨酯制造超细旦丝有一定的技术难度。另一方面，聚氨酯在成纤过程中易产生粘结、并丝，因此氨纶大多纺制少孔丝或单孔丝，单丝纤度较大。通常说的氨纶细旦丝如40dtex，是指复丝纤度，其单丝纤度也有5～6dtex。
发明内容
本发明的目的是提供一种超细旦聚氨酯复合长丝。
本发明的目的还提供一种上述超细旦聚氨酯复合长丝的制造方法。
由于聚氨酯熔体粘弹性高，影响纺程中高速拉伸细化；纤维之间摩擦力比较大，易产生粘连、并丝等问题，也造成制造超细旦纤维的困难；由于聚氨酯是软段和硬段交替的嵌段共聚物，它的机械特性是易拉长，又易弹回去，因此卷绕丝实施后拉伸，张力比较大，容易断丝。所以氨纶一般只在纺程上稍作拉伸就为成品，这也使氨纶单丝纤度较大，而强度又较低。
以往的海岛复合纺丝可获得超细纤维，但现有的产品都是锦、涤等海岛纤维，聚合物本身缺乏弹性，因此不适合作为高弹性纤维的原料。
本发明的超细旦聚氨酯复合长丝系由低密度聚乙烯包裹聚氨酯的海岛型复合长丝，低密度聚乙烯和聚氨酯重量比为0.4～1.5∶1，其纤密度为150～200dtex，纤维断裂强度1.9～2.1CN/dtex，断裂伸长率100～150％，海组分溶解后单丝纤度为0.08～0.3dtex。
本发明在原料的选择方面采用弹性大，热稳定性良好的聚酯型聚氨酯作为海岛纤维岛的组分。以可溶性低密度聚乙烯为海的组份，该聚合物与聚氨酯不会发生反应，当海组分被溶解时，对聚氨酯没有影响，以确保岛微纤的生成。同时该聚乙烯的纺丝温度可与聚氨酯匹配。
本发明的加工技术，是采用双螺杆复合纺丝技术，将聚氨酯和低密度聚乙烯分别熔融，在海岛型喷丝组件中，两种熔体分别流动，在喷丝孔入口处汇合，此时弹性的聚氨酯熔体被非弹性的聚乙烯熔体包围，复合熔体的粘弹性相对降低，有利于纺丝速度的提高和纺程中丝束的拉伸细化。第二，在每一根复合纤维中，聚氨酯熔体被分割为十多股至数十股细流，每股细流由于聚乙烯熔体的包裹，阻止了聚氨酯熔体细流的合并和粘连，为制造超细旦氨纶创造了条件。第三，由于非弹性的聚乙烯成份的掺入，使聚氨酯纤维的高回弹性在拉伸过程中产生的高张力得以缓解，使后拉伸过程有了实施的可能，有利于纤维拉伸变细。纤维的后拉伸也提高了纤维的强度，一般氨纶的断裂强度为0.8～1.3CN/dtex，本发明超细旦海岛聚氨酯长丝断裂强度为1.9～2.1CN/dtex，对纺织后加工也提供了更好的机械强度。
(1)工艺本发明的制备工艺，如图1所示。
(2)原料本发明的制备方法中采用热稳定性良好的聚酯型聚氨酯(TPU)弹性体作为岛组分。其切片硬度77邵A，密度1.13g/cm3，熔点160℃，热分解温度250℃开始。
海组分的选择条件是①易溶解于某种溶剂中，但该溶剂不溶解聚氨酯；②与聚氨酯不发生反应；③纺丝温度与聚氨酯接近。根据以上要求选择低密度聚乙烯为海组分原料。根据试验情况，采用的低密度聚乙烯熔融指数为26～50。熔点108℃，软化点80℃，密度0.92g/cm3。
(3)纺丝设备本发明使用的纺丝设备是双螺杆复合纺丝机，海岛纺丝板规格可按需调整，如16～37等数拾岛数的海岛组件，本实施例采用现有喷丝板的规格孔径×孔数×岛数为0.3mm×16×16。螺杆各区和纺丝箱体温度自动控制。螺杆和计量泵由变频调速控制。
(4)工艺参数本发明的制备工艺参数如下
①切片干燥聚氨酯切片使用真空干燥箱，干燥温度90～95℃。
真空度6×10-2Pa，时间48小时。切片含水率控制在0.01％以下。
低密度聚乙烯切片由于聚乙烯本身不含水，为了确保纺丝顺利进行，用70℃热风干燥数小时，将切片表面吸附的水份去除。
②纺丝工艺参数原料配比聚氨酯/聚乙烯重量比为1∶0.4～1.5；计量泵规格0.6ml/rep；计量泵转速根据成品纤度、原料配比、纺丝速度、拉伸倍率计算，聚氨酯熔体密度以1.0g/cm3，聚乙烯熔体密度以0.85g/cm3计算。
螺杆转速根据熔体粘度情况，TPU螺杆压力较高，调节到60～100kg/cm2，螺杆转速10～20rep/min。LDPE螺杆压力较低，调节到40～60kg/cm2，螺杆转速为20～30rep/min；纺丝速度300～800m/min；熔融纺丝温度TPU为180～245℃；LDPE为170～270℃；冷却温度10～20℃。
③卷绕工艺参数导丝盘速度300～800m/min；上油盘转速18～20rep/min；油剂浓度12～15％重量的氨纶油剂的水溶液；卷绕速度300～800m/min。
④拉伸工艺参数上油浓度8～10％重量的氨纶油剂的水溶液；牵伸速度60～90m/min；
牵伸介质空气；牵伸温度室温；牵伸倍数3～4倍。
(5)纤维成品性能①纤密度(dtex)150～200，海组分溶解后，单丝纤度为0.08～0.3dtex；②断裂强度(CN/dtex)1.9～2.1；③断裂伸长率(％)126.6；④100％弹性回复率(％)99；⑤松弛热定型后100％弹性回复率(％)90；⑥含水率(％)1.51；⑦含油率(％)3.8。
本发明的优点①.本发明采用熔融纺生产超细旦聚氨酯复合长丝，纺丝速度较高，根据产品规格要求，纺速可控制在300～800m/min，比干纺氨纶纺速200～600m/min稍高，比湿法氨纶纺速50～150m/min提高5～6倍。
②.本发明采用海岛型复合纺丝生产超细旦聚氨酯复合长丝，可增加喷丝板的孔数。与干法纺氨纶的少孔丝相比，产量将提高3～5倍。
③.本发明所制得的超细旦聚氨酯复合长丝，岛分离后单丝纤度0.08～0.3dtex，比常规细旦氨纶单丝纤度小10余倍。
④.本发明所得的超细旦聚氨酯复合长丝的性能，可满足纺织后加工的需要。开发了高弹性、柔软型的弹性机织物、针织品、仿麂皮、紧身衣、运动服等高级纺织品。
⑤本发明方法简便，适合工业化生产。
图1是本发明的超细旦聚氨酯复合长丝工艺的流程图。
具体实施例方式通过下述实施例将有利于理解本发明，但并不能限制本发明的内容。
上述实施例中所采用工艺如图1，工艺参数除实施例描述外同前所述。
实施例1TPU/LDPE(MI＝50)纺丝工艺TPU泵供量13.5g/min，熔融纺丝温度180～245℃，螺杆转速12rep/min，螺杆压力70kg/cm3。
LDPE泵供量9.6g/min，熔融纺丝温度150～245℃，螺杆转速21～22rep/min，螺杆压力52～62kg/cm2。
纺丝速度300m/min，在纺丝正常后，继续提高纺丝速度至800m/min都能顺利卷绕。当纺丝速度提高到900m/min，出现毛丝，因此纺丝速度应控制在800m/min以下。
上述300m/min纺速的卷绕丝，拉伸3倍，纤维断裂强度为1.75CN/dtex，断裂伸长率为115.3％，拉伸5倍，纤维断裂强度为1.94CN/dtex，断裂伸长率为88.5％。
实施例2TPU/LDPE(MI＝50)纺丝工艺TPU泵供量13.5g/min，熔融纺丝温度180～235℃，螺杆转速12rep/min，螺杆压力97kg/cm3。
LDPE泵供量11.5g/min，熔融纺丝温度160～235℃，螺杆转速29rep/min，螺杆压力60kg/cm2。
以上工艺拉伸3.7倍，纤维断裂强度为1.2CN/dtex，断裂伸长率为134.8％。
实施例3TPU/LDPE(MI＝38)纺丝工艺
TPU泵供量13g/min，熔融纺丝温度190～245℃，螺杆转速12～13rep/min，螺杆压力67kg/cm3。
LDPE泵供量8.5g/min，熔融纺丝温度190～275℃，螺杆转速29rep/min，所得纤维拉伸3.3倍，该长丝纤密度为154dtex，纤维断裂强度为2.09CN/dtex，断裂伸长率为126.6％，该纤维TPU含量为60％，纤维断裂强度较高，断裂伸长率较大。将该长丝经甲苯萃取后，单丝纤度为0.3dtex。
实施例4TPU/LDPE(MI＝38)纺丝工艺TPU泵供量9.5g/min，熔融纺丝温度190～245℃，螺杆转速12rep/min，螺杆压力58kg/cm3。
LDPE泵供量11.9g/min，熔融纺丝温度190～275℃，螺杆转速28rep/min，螺杆压力46kg/cm2。上述卷绕丝，拉伸2.74倍，纤维断裂强度为0.67CN/dtex，断裂伸长率为143％，该纤维TPU含量为45％，可以纺丝，但成品丝断裂强度偏低。
权利要求
1.一种超细旦聚氨酯长丝，系由低密度聚乙烯包裹聚氨酯的海岛型长丝，低密度聚乙烯和聚氨酯的重量比为0.4～1.5∶1，其岛分离后岛微纤纤度为0.08～0.3dtex。
2.如权利要求1所述的超细旦聚氨酯长丝，其特征是该长丝纤密度为150～200dtex，断裂强度为1.9～2.1CN/dtex，断裂伸长率为100～150％。
3.如权利要求1所述的超细旦聚氨酯长丝的制备方法，其特征是采用双螺杆海岛型复合纺丝法，将聚氨酯作为岛的组分，低密度聚乙烯作为海的组分，通过双螺杆及其海岛型纺丝板进行纺丝、冷却、上油、经导丝盘卷绕成筒、又经后拉伸制得成品，其中低密度聚乙烯和聚氨酯重量比为0.4～1.5∶1。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的纺丝中，纺丝速度为300～800m/min，熔融纺丝温度为聚氨酯180～245℃，低密度聚乙烯170～270℃，纺速为300～800m/min。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的上油是通过含8～15％的重量的氨纶油剂的水溶液，转速为18～20rep/min的上油盘进行纺丝上油。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的导丝盘速度是300～800m/min。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的卷绕速度为300～800m/min。
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的拉伸在空气中进行，牵伸速度为60～90m/min，牵伸倍数3～4，牵伸温度为室温。
全文摘要
本发明涉及一种超细旦聚氨酯长丝和制备方法。该长丝是以低密度聚乙烯为海组分，聚氨酯为岛组分的海岛型超细旦聚氨酯长丝，其中低密度聚乙烯和聚氨酯的重量比为0.4～1.5∶1。岛分离后单丝纤度为0.08～0.3dtex，成品丝纤密度150～200dtex，纤维断裂强度为1.9～2.1CN/dtex，断裂伸长率100～150％。采用双螺杆海岛型复合纺丝、冷却、上油、经导丝盘卷绕成筒、再通过后拉伸制得成品。纺丝速度快、可实施多孔纺，适于工业化生产。
文档编号D01D5/12GK1667167SQ200510023909
公开日2005年9月14日 申请日期2005年2月7日 优先权日2005年2月7日
发明者郁崇文, 金惠芬, 顾宇霆, 陆建忠, 王一鸣 申请人:东华大学, 无锡双象超纤材料股份有限公司