异形中空ptt膨体地毯纱及制造方法

专利名称：异形中空ptt膨体地毯纱及制造方法
技术领域：
本发明属于地毯纱加工技术领域，具体涉及一种异形中空PTT膨体地毯纱及制造方法。
背景技术：
聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是由对苯二甲酸和1，3-丙二醇经酯化缩聚而成的聚合物，是一种新型聚酯纤维原料。其中1，3-丙二醇有两种生产方法化学法和生物法，分别以美国壳牌和杜邦公司为代表，其中生物法路线具有更低的生产成本和更好的产品质 量。我国清华大学自2006年以来先后由湖南海纳百川生物工程、黑龙江辰能生物工程、天冠集团等公司合作，以生物法合成路线总量已形成近万吨级/年的工业生产规模。关于PTT树脂，张家港美景荣化学工业和江苏中鲈科技发展股份有限公司共形成近5万吨/年的生产能力，即我国已经具备生物法生产1，3-丙二醇及PTT新型聚酯的工业基础。该聚合物的环保价值在于a)在聚合物中有37%的1，3丙二醇是由生物法以谷物或来源于天然油酯的甘油为原料，可减少化纤行业对石油资源的依赖度；b)杜邦公司测算PTT在生产过程与锦纶6相比，少用30%的能量，减少63%的温室效应气体排放；c) PTT是一种热塑性聚合物，可作回收利用。所以PTT是一种生物基环保型、具有绿色生产过程和新型聚酯。PTT纤维在使用性能上与高档地毯纤维锦纶6相比，有比锦纶更好的抗污性、耐候性、耐磨性、抗静电性，有与锦纶相近的回弹性、蓬松性和染色性，是综合性能优于锦纶6的地毯纤维，此外还具有干爽、挺括等特点。专家预测，PTT纤维很有可能将逐步替代涤纶和锦纶而成为21世纪大型纤维。作为地毯纱实际的应用情况由于受到经济性的制约，产品推广应用情况与预计有一定差距。国内PTT生产远没形成如涤纶切片的规模，国外提供的PTT与锦纶6价格相近，由于PTT的比重I. 33与锦纶6的I. 14相比，相同克重的地毪，以PTT为原料的地毯面纱在丰满度与遮盖力上与锦纶相比将相差14%左右，如果加工成相同效果，则面纱纤维用量同样需增加约14%，其地毯成本也将增加相同数值。以经济实惠为消费第一原则的我国国情，又在目前PTT价格不能下调的情况下，尽管PTT膨体地毯纱前述如此多的质量和环保优势，如果不解决由比重带来的瓶径，PTT地毯纱在短期内较难得到迅速扩展。

发明内容
本发明要解决的技术问题是基于上述问题，本发明的一个目的是提供一种异形中空PTT膨体地毯纱，在保持纤维异形度的同时，引入中空，使视比重降低13% 18%，达到接近或低于锦纶6比重的水平，解决制约PTT膨体地毯纱迅速扩展的比重瓶径。本发明的另一个目的是提供一种异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法。主要是设计一种能最大的保持异形度的同时，可以形成13%以上的纤维中空度，又便于清洗和维护的喷丝板，达到保持地毯纤维风格、降低使用成本、纺丝顺畅的目的。本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是提供一种异形中空PTT膨体地毯纱，包括地毯纱本体，所述的地毯纱本体是由PTT纤维经膨体变形加工后的异形中空膨体纱，地毯纱本体的线密度为IOOOdtex 2000dtex，所述的异形中空膨体纱的单纤纤维具有三叶三角形外环和三角形内孔横截面。所述的“异形中空”，对于地毯纤维来讲，由于 与服装等纺织纤维的用途不同，特性要求不同，纤维截面的异形度是重要的关键性指标。与常规圆形截面相比，相同实体截面的异形纤维由于有更高表观弯曲模量而给出更高的刚性和回弹性；又因为形成地毯面纱后每根异形纤维将占据更大的有效体积空间，和更小的纤维间表面接触面积而表现出更小的磨擦阻力，使得异形地毯面纱给出更好的膨松感、爽滑感和丰满度。异形度越大，所产生的上述特性越强。鉴于地毯面纱的特性要求，需要在保持异形度的情况下实现中空，才能在降低视比重的同时而又不影响地毯纱的品质。从形成最大异形度截面的角度来看，三叶形给出最大的异形度，其次为三边形，除此之外的其它多角形或多边形，都将使异形度减小。所以本发明纤维在三边形内成孔，制成“三叶三角形外环、三角形内孔”横截面，在最大限度的保持了地毯纱特性的同时实现中空，达到降低视比重而不改变地毯面纱风格的目的。在纤维总横截面积不变的情况下，异形中空地毯纱的中空度增加，纤维的抗弯刚度减小，手感柔软性增加。所述的异形中空膨体纱的单纤线密度为IOdpf 25dpf，中空度为13% 18%。在单纤线密度< IOdpf的情况下，由于中空纤维壁过薄，中空度远大于18%，断裂强度过小而导致牵伸断头率明显增加，成品率下降过大。试纺表明，同一块喷丝板，如果单纤线密度>25dpf，纤维中空度难以保持> 13%。因本发明中为最大的保持异形度而采用的三叶三角形截面，使能有效成孔的面积较圆形截面大为减少。如果控制中空度> 18%，也会因纤维壁局部过薄而使得纺丝断头率过高。如果< 13%，则达不到有效降低比重的经济性目的。本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案是提供一种异形中空PTT膨体地毯纱的制备方法，采用具有异形喷丝孔的喷丝板，利用BCF纺丝机组一步法完成，包括如下工艺步骤a.将PTT切片预干燥至水份为15ppm 50ppm,由全封闭短程管路输送入螺杆挤出机的入口；b.将步骤a中干燥后的PTT切片经螺杆熔融并由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，螺杆挤出温度为240°C 260°C，挤出压力为75bar 85bar ；c.将步骤b中的熔体在箱体中经纺丝泵计量输送至喷丝头，由喷丝孔挤出的熔体细流在纺丝窗中侧吹风冷却固化成纤维，纺丝组件温度为258°C 263°C，纺丝压力为28bar 36bar,侧吹风温度为14°C 17°C，风速为O. 4m/s O. 8m/s ；d.对步骤c中纤维进行上油后牵引拉伸，拉伸温度为150°C 180°C，拉伸倍数为2. 5 3. 0，将拉伸后的纤维进行膨化变形、冷却定形、网络后由卷绕机构卷绕在筒管上完成异形中空膨体地毯纱。PTT熔点为228°C 230°C，螺杆挤出、熔体输送温度一般保持在高于熔点20°C左右，控制低温，可减少高聚物降解，高摩尔质量的聚酯熔体粘度高，是保证高异形度和中空度的基础。提高挤出压力5bar lObar，增加流动性和提供更高的纺丝组件压力。所以控制步骤b中螺杆挤出温度为240°C 260°C，压力为75bar 85bar。
步骤c中的组件温度及压力是指纺丝效果、中空纤维形成过程中的缺口融合效果及中空度的大小，是纺丝组件温度和压力共同作用的结果。纺丝温度低，熔体粘度增大，熔体形变阻力和表面张力大， 有利于异形的保持和中空的形成，但熔体温度太低，熔体流动性差、纺丝成形不好，甚至弓I起不稳定流动，造成熔体破裂。如果温度过高熔体粘度过小，表面张力下降，熔体喷出孔后的膨化现象大大降低，熔体细流产生表面萎缩，导致异形度及中空腔均变小。组件压力影响熔体的流变性，压力提高可降低熔体流动黏度，改善熔体流变性，可以提高熔体出口胀大效应以保证缺口融合效果，同时也使纤维异形及中空度下降，但小于温度变化的影响。所以在本BCF纺丝机组的条件下选定较高的组件压力为28bar 36bar、稍高的纺丝温度258°C 263°C (高出实体纤维3bar 10bar、3°C 5°C)较为适宜。步骤c中的“侧吹风”是指风温及风速共同决定了纤维熔体细流的冷却效果。风温降低及风速加大都将加强冷却，熔体细流的固化速率加快，使得在纺程上形成的异形及空腔来不及形变及萎缩而被固化.有利于异形及空腔的形成。但如果风速过高会造成丝条摇晃揣动，或使喷丝板板面的温度下降.出丝不畅影响稳定性。如果风温过低，急剧冷却将会形成皮芯结构，使纤维在拉伸过程中易出现毛丝和断头，同时使染色性变差。所以在本BCE纺丝机租的条件下选定风温为14°C 17°C，风速为O. 4m/s O. 8m/s较为适宜。在上述的工艺过程和工艺条件下，根据不同的纱线规格，纺丝速度可以控制在1800m/min 2500m/min,顺利纺制出纱线线密度IOOOdtex 2000dtex、单纤线密度IOdpf 25dpf，中空度13% 18%的异形中空PTT膨体地毯纱。所述的喷丝板是由30或60孔沿侧吹风方向呈15° 45°的斜线平行排列成多行，相邻行孔由呈菱形排布的多孔不锈钢圆形板构成，每个喷丝孔由三个“ y ”形狭缝组成，“ y ”形狭缝具有分叉部和竖直部，三个“ y ”形狭缝分叉部组合成等边三角形、竖直部沿三角形的一个斜边向外斜向延伸，呈与斜边贯通一体的距形，组合成等边三角形的三个“ y ”形狭缝之间有一定间距、互不贯通，喷丝孔整体构成三顶角具有斜直三叶、三边各有一缺口的等边三角形环形孔。喷丝孔的三角环形孔的一个顶角与侧吹风向呈逆向定位于喷丝板面。喷丝孔排列方式，“沿侧吹风方向呈15° 45°角”及“相邻行孔呈菱形排布”，目的是在本设计喷丝孔间距及本纺丝机侧吹风的情况下，使每根丝在风路中错开分布，达到冷却风在丝束内穿行过程中的最大冷却效果；每个喷丝孔由三个“ y ”形狭缝组成，因为由三个“ y ”形狭缝和通常使用的“ Y ”形狭缝构成的喷丝孔相比，均能得到相近的纤维异形度。之所以采用前者结构，是因为其中减少了一个折角，增加了熔体在其中流动的稳定性，可纺性较好，且易加工制造、易清洗维护，提高了喷丝板的纺丝效率和使用寿命。“喷丝孔的三角环孔的一个顶角与侧吹风向呈逆向定位于喷丝板面”，其目的是使每根三边形单丝的两个侧面在风路中受到同样的风力冷却，产生最大的冷却效果；另外由于最小的风吹阻力和受力的均衡性而使单丝在风路中最大限度的保持稳定状态，增加了纺丝的稳定性。由于本发明是异形截面的中空，且又将原单孔分隔为三个相互独立的“y”形狭缝，导致喷丝孔径比实体纤维孔径的1/3还小，熔体流动阻力明显增大。应适当提高温度，使熔体粘度下降，改善流动性能，提高熔体的喷出速度，且有利于提高初生纤维的剩余拉伸倍数及后序的牵伸及膨化变形。本发明的有益效果是1.异形中空PTT膨体地毯纱，在保持截面异形的基础上实现中空，除保持了实心PTT膨体地毯纱比锦纶更好的抗污、耐候、耐磨和抗静电性，相近的回弹、蓬松和染色性外，由于视比重下降13% 18%，使PTT地毯面纱制造成本接近和低于锦纶面纱，在地毯应用领域中，为PTT膨体地毯纱适合于国情的迅速推广解决了瓶径问题。2.异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法，其中合理的“三叶三角环形”异形中空喷丝孔及喷丝板整体的设计效果、设定的纺丝条件，使与锦纶纱相近视比重的PTT膨体地毯纱，在利用原纺丝机组且不增加纺丝费用的情况下一步完成，制造方法简单、经济、实用。


下面结合附图实施例对本发明进一步说明。图I是本发明喷丝板的结构示意图。图2是本发明单个喷丝孔的结构示意图。图3是本发明实施例I的异形中空PTT膨体地毯纱截面显微放大图。图中1.喷丝板，2.喷丝孔，3. “y”形狭缝。
具体实施例方式现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。如图I所示的喷丝板I是由30或60孔沿侧吹风方向呈15° 45°的斜线平行排列成多行，相邻行孔由呈菱形排布的多孔不锈钢圆形板构成，每个喷丝孔2由三个“ y ”形狭缝3组成，“ y”形狭缝3具有分叉部和竖直部，三个“ y ”形狭缝3分叉部组合成等边三角形、竖直部沿三角形的一个斜边向外斜向延伸，呈与斜边贯通一体的距形，组合成等边三角形的三个“ y ”形狭缝3之间有一定间距、互不贯通，喷丝孔2整体构成三顶角具有斜直三叶、三边各有一缺口的等边三角形环形孔。实施例I :采用单螺杆BCF纺丝机组以纺丝速度2300m/min进行纺丝，使用30孔/三叶三角环形孔的喷丝板，PTT切片和PTT专用油剂。工艺过程将PTT切片预干燥至水份为15ppm 50ppm,由全封闭短程管路输送入螺杆挤出机的入口，将干燥后的PTT切片经螺杆熔融并由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，螺杆挤出温度为250°C，挤出压力为76bar，熔体在箱体中经纺丝泵计量输送至喷丝头，由30孔/三叶三角环形孔喷丝板的喷丝孔挤出的熔体细流在纺丝窗中侧吹风冷却固化成纤维，纺丝组件温度为260°C，纺丝压力为30bar，侧吹风温度为16. 5°C，风速为O. 7m/s，对纤维进行上油后牵引拉伸，拉伸温度为160°C，拉伸倍数为2. 5，将拉伸后的纤维进行膨化变形、冷却定形、网络后由卷绕机构卷绕在筒管上完成异形中空PTT膨体地毯纱。如图2所示的由本实施例制得的异形中空PTT膨体地毯纱截面显微放大图，中空度在13%以上，保持截面异形的基础上实现了中空。 本实施例制得的异形中空PTT膨体地毯纱的纤度为1250tex/90F，视比重为I. 13g/cm3，中空度为15. 2%，断裂强力为I. 72cN/dteX，断裂伸长为42. 1%，沸水收缩率为I. 02%，热卷曲伸长率为26. 5%，含油率为I. 1%，网络为25个/米，具有很好的抗污、耐候、耐磨和抗静电性，以及低的制造成本。实施例2:采用单螺杆BCF纺丝机组以纺丝速度2000m/min进行纺丝，使用30孔/三叶三角环形孔的喷丝板，PTT切片和PTT专用油剂。工艺过程将PTT切片预干燥至水份为15ppm 50ppm,由全封闭短程管路输送入、螺杆挤出机的入口，将干燥后的PTT切片经螺杆熔融并由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，螺杆挤出温度为260°C，挤出压力为80bar，熔体在箱体中经纺丝泵计量输送至喷丝头，由30孔/三叶三角环形孔喷丝板的喷丝孔挤出的熔体细流在纺丝窗中侧吹风冷却固化成纤维，纺丝组件温度为260°C，纺丝压力为33bar，侧吹风温度为15. 5°C，风速为O. 8m/s，对纤维进行上油后牵引拉伸，拉伸温度为160°C，拉伸倍数为2. 8，将拉伸后的纤维进行膨化变形、冷却定形、网络后由卷绕机构卷绕在筒管上完成异形中空PTT膨体地毯纱。本实施例制得的异形中空PTT膨体地毯纱的纤度为1400tex/90F，视比重为I. 15g/cm3，中空度为13. 7%，断裂强力为I. 75cN/dtex，断裂伸长为45. 1%，沸水收缩率为I. 2%，热卷曲伸长率为27. 5%，含油率为I. 1%，网络为20个/米，具有很好的抗污、耐候、耐磨和抗静电性，以及低的制造成本。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
1.一种异形中空PTT膨体地毯纱，其特征在于包括地毯纱本体，所述的地毯纱本体是由PTT纤维经膨体变形加工后的异形中空膨体纱，地毯纱本体的线密度为IOOOdtex 2000dtex，所述的异形中空膨体纱的单纤纤维具有三叶三角形外环和三角形内孔横截面。
2.根据权利要求I所述的异形中空PTT膨体地毯纱，其特征在于所述的异形中空膨体纱的单纤线密度为IOdpf 25dpf，中空度为13% 18%。
3.一种异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法，其特征在于采用具有异形喷丝孔的喷丝板，利用BCF纺丝机组一步法完成，包括如下工艺步骤 a.将PTT切片预干燥至水份为15ppm 50ppm，由全封闭短程管路输送入螺杆挤出机的入口 ； b.将步骤a中干燥后的PTT切片经螺杆熔融并由螺杆推进经导管送入纺丝箱体，螺杆挤出温度为240°C 260°C，挤出压力为75bar 85bar ； c.将步骤b中的熔体在箱体中经纺丝泵计量输送至喷丝头，由喷丝孔挤出的熔体细流在纺丝窗中侧吹风冷却固化成纤维，纺丝组件温度为258°C 263°C，纺丝压力为28bar 36bar,侧吹风温度为14°C 17°C,风速为0. 4m/s 0. 8m/s ； d.对步骤c中纤维进行上油后牵引拉伸，拉伸温度为150°C 180°C，拉伸倍数为2.5 3. 0，将拉伸后的纤维进行膨化变形、冷却定形、网络后由卷绕机构卷绕在筒管上完成异形中空膨体地毯纱。
4.根据权利要求3所述的异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法，其特征在于所述的喷丝板是由30或60孔沿侧吹风方向呈15° 45°的斜线平行排列成多行，相邻行孔由呈菱形排布的多孔不锈钢圆形板构成，每个喷丝孔由三个“ y ”形狭缝组成，“ y ”形狭缝具有分叉部和竖直部，三个“ y ”形狭缝分叉部组合成等边三角形、竖直部沿三角形的一个斜边向外斜向延伸，呈与斜边贯通一体的距形，组合成等边三角形的三个“ y ”形狭缝之间有一定间距、互不贯通，喷丝孔整体构成三顶角具有斜直三叶、三边各有一缺口的等边三角形环形孔。
5.根据权利要求4所述的异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法，其特征在于所述的喷丝孔的三角环孔的一个顶角与侧吹风向呈逆向定位于喷丝板面。
6.根据权利要求3所述的异形中空PTT膨体地毯纱的制造方法，其特征在于所述的BCF纺丝机组的纺丝速度为1800m/m 2500m/m。
全文摘要
本发明属于地毯纱加工技术领域，具体涉及一种异形中空PTT膨体地毯纱及制造方法。异形中空PTT膨体地毯纱，包括地毯纱本体，所述的地毯纱本体是由聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纤维经膨体变形加工后的异形中空膨体纱，地毯纱本体的线密度为1000dtex～2000dtex，所述的异形中空膨体纱的单纤纤维具有三叶三角形外环和三角形内孔横截面。其制造方法是采用具有异形喷丝孔的喷丝板，在BCF纺丝机组上一步法完成。纤维中空度13%～18%，制成相同效果地毯面纱成本下降13%以上，有良好的经济效益。本方法利用原纺丝机在特定的纺丝条件下，无需增加纺丝费用一步完成，制造方法简单、经济、实用。
文档编号D01D5/24GK102660820SQ20121014638
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者张立军, 蒋俊贤, 蒋国忠, 蒋文, 蒋枫, 薛小平, 陆惠林 申请人:常州灵达特种纤维有限公司