一种异形喷丝板及其生产方形截面彩色涤纶丝fdy的方法
【专利摘要】本发明提供了一种异形喷丝板及其生产方形截面彩色涤纶丝FDY的方法，所述喷丝板上喷丝孔的形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形,其中菱形的每条边均为内凹圆弧,每个角均为外凸圆弧,喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上,层与层之间采用交错排列。本发明利用前述喷丝板，所纺制出的长丝纤维截面堆叠非常紧密，纤维在纱线和织物中不易滚动，可以提高丝纤维在织物中的排列堆积密度，改善织物的强度、防风性和防水性。
【专利说明】一种异形喷丝板及其生产方形截面彩色涤纶丝FDY的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于化纤纺织领域，涉及一种方形截面彩色涤纶丝FDY的生产方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着经济社会飞速发展，快节奏工作生活，使人们的精神心理压力越来越大，登山、攀岩、穿越、滑索和蹦极等户外运动不仅是探险者的一种个体职业挑战，而且业已成为人们素质拓展与娱乐健身的群体体育活动。
[0003]这些带有一定挑战性的户外运动所用绳索和服装，要求纤维材料具有堆积密度大、强度高、挡风性能好等特性和功能，目前涤纶工业丝大多是圆形截面，纤维制作成的绳索或织物强度虽已提高，但是由于圆形截面纤维在成纱结构中存在一定间隙，其堆积密度小、挡风性能有待提尚。
【发明内容】
[0004]本发明针对以上缺点，提供了一种可以用于生产方形截面彩色涤纶丝FDY的喷丝板，通过设计合理的喷丝孔形状及其排列，纺制出具有正方形截面的涤纶丝纤维，其纤维束堆叠紧密，可大大提高织物的防风性和防水性。
[0005]为实现上述目的，本发明采取下述技术方案来实现:
一种异形截面孔喷丝板，喷丝板上的喷丝孔形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧；喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上，层与层之间采用交错排列。
[0006]优选的，喷丝孔每个边的圆弧半径为0.4mm。
[0007]优选的，喷丝孔每个角的圆弧半径为0.05mm。
[0008]优选的，喷丝孔对角线的长度为0.8mm。
[0009]优选的，喷丝孔的长径比为6:1。
[0010]本发明还提供一种利用前述喷丝板生产方形截面彩色涤纶丝FDY的方法，纺丝时，所用喷丝板上喷丝孔的形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧；喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上，层与层之间采用交错排列。
[0011]进一步，纺丝过程中的冷却侧吹风方向与喷丝孔截面的对角线成45度角。
[0012]进一步，所述方法包括以下步骤:步骤a，将切片料仓中的切片输送至预结晶器中预结晶，然后送至切片干燥塔中进行干燥，接着输送至螺杆挤出机中挤压加热熔融成熔体；步骤b，色母粒料仓中经测配色后的色母粒，经过母粒干燥器干燥后由专用注入器计量注入螺杆挤出机进料口中央，与切片混合，在螺杆挤压作用下熔融，实现对切片熔体的染色；步骤c，染色后的熔体通过熔体输送管道与纺丝箱体的计量分配进入纺丝组件进行纺丝；步骤d，纺出的彩色涤纶丝经侧吹风冷却，经过上下拉伸热辊进行拉伸，上油后得到方形截面彩色涤纶丝；步骤e，所述方形截面彩色涤纶丝进入卷绕机卷绕成型。
[0013]进一步，所述预结晶温度160-165°C，干燥温165_170°C，干燥时间8_10 h。
[0014]进一步，纺丝熔体温度选择在285-295 °C。
[0015]进一步，所述上下拉伸热棍的拉伸比为3-3.6。
[0016]本发明还提供一种方形截面彩色涤纶丝FDY的生产装置，包括喷丝板，喷丝板上的喷丝孔形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧；喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上，层与层之间采用交错排列。
[0017]优选的，喷丝孔每个边的圆弧半径为0.4mm。
[0018]优选的，喷丝孔每个角的圆弧半径为0.05mm。
[0019]优选的，喷丝孔对角线的长度为0.8mm。
[0020]优选的，喷丝孔的长径比为6:1。
[0021]总之，本发明的有益效果为:
喷丝孔截面形状、孔的长径比及喷丝孔在板面的分布，是确保纤维截面方形度和产品生产稳定的关键之一，本发明的喷丝孔为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧，保证了所纺制的纤维丝拉伸后截面为正四方形；用较大的长径比保障了纤维的方形度，增强镜面反射效应即纤维的闪亮效果；喷丝孔按正菱形对角分布，层与层之间交错排列，使得熔体细流能充分均匀冷却及凝固成形良好，进一步保障了纤维的方形度，综上所述，本发明通过采用上述喷丝板可以纺制出截面为正四方形的纤维丝，从而使得纤维丝之间截面堆叠非常紧密，纤维在纱线和织物中不易滚动，可大大改善织物的防风性和防水性。
[0022]进一步的，侧吹风方向与喷丝孔截面对角线成45 °角，从而使丝条不会干扰侧吹风的平行流动，保持其湍流性，有利于内外层丝条充分冷却和凝固成形。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明一个实施例中方形截面彩色涤纶丝FDY的生产流程图。
[0024]图2是本发明一个实施例中喷丝孔的截面形状。
[0025]图3是本发明一个实施例中喷丝孔在喷丝板上的分布。
[0026]图4是本发明一个实施例中纺得的纤维丝截面。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0028]如图1所示的方形截面彩色涤纶丝FDY的生产流程图。
[0029]具体的所述方法包括以下步骤:
步骤a，将切片料仓1中的切片输送至预结晶器2中预结晶，然后送至切片干燥塔3中进行干燥，接着输送至螺杆挤出机8中挤压加热熔融成熔体。
[0030]聚酯切片原料经过振动筛选，筛除了粉末和粒径不符的颗粒，得到符合要求的切片原料输送至切片料仓1中备用，在熔融前，首先将切片送至预结晶器2中预结晶，然后送至切片干燥塔3中进行干燥，除去切片中的水分。干燥后的切片进入螺杆挤出机8中进行挤压加热熔融。
[0031]异形丝生产在切片干燥环节要求更高，水分的含量要低于30ppm。如果切片干燥效果不好，水分含量过高，在纺丝时容易造成原料水解，其可纺性变差。同时水分在熔体中汽化成小气泡，在纺丝时容易造成飘丝和单纤维断头。
[0032]FDY法纺丝时，干切片的干燥程度对纺丝过程和成品丝的质量都有重要的影响。切片含水率高，在纺丝过程中水分易汽化，形成“气泡丝”，造成毛丝和断头，缠辊严重，使成品丝的强度下降、生产质量不稳定。由于异形丝在纺丝过程中丝条边角处张力比中间张力大，易出现毛丝，所以切片干燥的控制要比纺普通丝的要求高。另外，在干燥过程中既不能使切片发生较大的热降解、水解，又不能使切片在高温下出现固相缩聚而增粘，防止切片特性粘度波动大而影响丝条的异形度。因此，干燥工艺温度要控制低一些，时间长一些。本发明优选控制预结晶温度160-165°C，主干燥温165-170°C，干燥时间8_10 h，切片干燥效果良好，干湿切片的特性粘度降小于0.005dL/g，含水率在0.02mg/g以下。
[0033]b.色母粒料仓4中测配色后的色母粒，进入色母粒混合器5，再母粒干燥器6干燥后由专用注入器7计量注入螺杆挤出机8进料口中央，与切片混合，在螺杆挤压作用下熔融，实现对切片熔体的染色。
[0034]本实施例中，采用色母粒与聚酯切片在螺杆挤出机8入料口混合后对进入纺丝组件之前的共混熔体进行染色，对环境无污染，且着色均匀稳定。优选的实施例中，可根据实际需要，将抗老化剂、抗静电剂等与着色母粒集于一体，即多功能母粒，方便使用，织造出功能多样化的织物。
[0035]步骤c，染色后的熔体通过熔体输送管道与纺丝箱体9的计量分配进入纺丝组件10进行纺丝，所述纺丝组件10包括过滤器和喷丝板。
[0036]喷丝板的设计包括毛细喷丝孔截面形状、孔的长径比及喷丝孔在板面的分布等三个方面，是确保纤维截面“正方形”异形度和产品生产稳定的关键之一。
[0037]喷丝板毛细孔形状是关系到纤维纺丝拉伸后截面形状的主要因素，但毛细孔一些重要尺寸如孔的口径和长径比还关系到熔体的流动和纤维单丝线密度。喷丝板毛细孔的孔长与孔径之比对流体细流的流变性影响很大。方形截面纤维的纺丝过程中一般希望增加喷丝孔长径比，因为增大喷丝孔的长径比可以减少纺丝熔体的孔口膨化效应，有利于提高方形度，使纤维纤密度不匀率降低，并有利于稳态纺丝过程的实现。因此，本发明采用较大的长径比来保障纤维的方形度，增强镜面反射效应即纤维的闪亮效果。
[0038]图2是本发明一个实施例中喷丝孔的截面形状。如图2所示，本实施例中的喷丝孔形状为喷丝板上的喷丝孔形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧，保证了所纺制的纤维丝拉伸后截面为正四方形。
[0039]优选的实施例中，喷丝孔每个菱形边的圆弧半径为0.4mm，每个顶角的圆弧半径为
0.05mm，喷丝孔菱形对角线的长度为0.8mm。该较大的顶角圆弧半径与菱形对角线长度比保障了纺出初生丝纤维拉伸后的截面方形度，增强镜面反射效应即纤维的闪亮效果。
[0040]喷丝孔在喷丝板上的平面分布关系到熔体细流是否能充分均匀冷却和凝固成形良好，同时对纤维截面的方形度也有影响。
[0041]图3是本发明一个实施例中喷丝孔在喷丝板上的分布。如图3所示，喷丝孔按正菱形对角由喷丝板圆心向外沿径向辐射层状错位分布，同时层与层之间交错排列，使得熔体细流能充分均匀冷却及凝固成形良好，进一步保障了纤维的方形度。
[0042]本发明的纺丝温度一般选择比常规聚酯高出3_5°C，可提高方形纤维伸长率和改善后加工性能。主要原因有:生产方形截面丝选用的切片熔体与毛细管间的粘附力小，熔体在管壁上易产生滑移，流动不稳定，在边界上易产生滑脱现象，流线呈不对称分布，而通过提高熔体温度，可减少不规则流动。另外，由于聚酯熔体离开喷丝板时会产生瞬时直径增大的膨化现象，如果采用较高的纺丝温度，有利于减小膨化率，同时由于大分子运动加快，使熔体在冷却拉伸大分子取向过程中的解取向作用增强，导致异形丝的取向度降低，从而提高了 FDY在热辊间的拉伸性能。但若纺丝温度太高，则会导致熔体粘度降增大，出现断丝严重、毛丝等问题；而温度偏低，熔体的流变性变差，挤出时膨化效应过大，纺丝困难。还需注意的是，异形截面纤维的比表面积比普通圆形截面纤维要大，纤维的表面张力较大，如果熔体粘度过低，因过大的表面收缩张力将导致纤维截面趋圆、异形度变差的问题。因此，本发明通过比较试验，优选的纺丝熔体温度在285-295°C时，产品品质较好。螺杆挤压机出口熔体温度可适当偏低0.5-l°C，然后通过纺丝箱体温度或熔体流动带来温升，达到合适的纺丝温度。
[0043]步骤d，纺出的彩色涤纶初生丝，经侧吹风11冷却和上热辊13、下热辊12拉伸后经过上油辊加上纺丝油剂即可得到方形截面彩色涤纶丝FDY。
[0044]冷却侧吹风方向与喷丝孔截面对角线成45°角，从而使丝条不会干扰侧吹风的平行流动，保持其湍流性，有利于内外层丝条充分冷却和凝固成形。
[0045]卷绕丝的异形度随着熔体细流冷却条件的加剧(如冷却风速的增加，风温的降低以及吹风点距喷丝板垂直距离的缩短)而增大。与圆形截面纤维相比，方形截面异形丝具有较大的比表面积，易于散热，冷却速度变快，凝固点明显上移；同时丝条的表层和内层温度梯度增大，丝条可能受到的拉伸力会向丝条表层局部集中，使之产生裂痕，因而影响后加工性能。因此，应适当缓和冷却条件提高风温、降低风速，以延缓冷却速度，使熔体凝固点下移、初生丝条的塑性区延长，以减小熔体在喷出喷丝孔时的拉伸张力。但是若丝条冷却太慢，由于熔体细流表面张力的作用会使异形丝截面异形度降低，使单丝纤维截面趋于圆形，故冷却条件也不能太过柔和。
[0046]方形丝截面为“ 口 ”字型，“口 ”字型截面的聚酯长丝因单丝的表面积大，丝条散热性好，熔体凝固点上移，因此，本发明采用稍低的侧吹风速度，同时适当提高侧吹风温度，避免丝条在纺程中的拉伸应力局部集中，减少丝条的晃动，这样可以得到条干均匀、色彩均匀的彩色涤纶长丝FDY产品。
[0047]方形截面丝的表面积比普通圆形截面纤维大一些，如果丝条上油不够，容易造成丝条集束性不好，使得丝条在纺程上张力过大，有可能增多毛丝与断头。因此，本发明需适当提高丝束的上油量。
[0048]上、下拉伸热辊分别为GR1、GR2，GR1、GR2的工艺条件主要是其速度、温度和拉伸比。GRUGR2的速度、温度、拉伸比、及拉伸后的卷绕速度、卷绕张力等工艺参数对方形截面丝的力学性能、方形度、卷绕成型等影响都很大。GR1速度的选择对纤维的加工性能有很大影响，由于空气阻力与气流作用，随着GR1速度提高，初生丝纤维的取向度、结晶度增加，对方形截面丝拉伸影响尤其显著，因此GR1速度不宜过高。此外，随空气阻力增大，纺丝张力及其波动增大，工艺稳定性和初生纤维结构均匀性变差，毛丝、断头会增多。但GR1速度也不宜过低，速度低时丝条的异形度下降，因此本发明优选的GR1速度为1500-2000m/min。
[0049]GR1温度的选择对成丝纤维的拉伸性能也有很大的影响。适当的GR1温度有益于方形截面丝的拉伸。只要拉伸比控制合适，纤维就会获得良好的方形度，同时得到良好的丝质。当GR1温度选择过高时，纤维产生拉伸不匀，易产生缠辊、毛丝；温度选择过低时，拉伸所需的热量不够，拉伸点后移，纤维同样产生不匀，毛丝、缠辊严重。只有在极窄温度范围内进行拉伸，可以获得较好可纺性。本发明优选的GR1温度为75-90°C时，丝条粗细节较均匀，毛丝、缠辊少。
[0050]拉伸比的选择对纤维的力学性能影响很大。当拉伸比选择太大时，丝条的方形度和可纺性也会变差，会影响织物的挡风防雨性；当拉伸比选择过小时，纤维的力学性能下降，在其后加工过程中，易断成毛丝。本发明优选的拉伸比为3.0-3.6倍，卷绕超喂率为7%，生产状态较理想。
[0051]GR2温度主要是消除拉伸内应力，使成品丝结构性能稳定。温度设定越高，丝束中大分子链活动越强，纤维结晶度提高，丝条的沸水收缩率下降。如果温度太低，达不到定型效果。但温度过高时，也容易产生毛丝、截面变形。在生产中，可根据需要调整GR2温度与缠绕圈数，来生产出合乎要求的产品。本发明优选的GR2温度为120-130°C，缠绕7.5圈。
[0052]步骤e，所述方形截面彩色涤纶丝进入卷绕机14卷绕成型。
[0053]本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种异形喷丝板，其特征在于，所述喷丝板上的喷丝孔形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧；喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上，层与层之间采用交错排列。
2.根据权利要求1所述的喷丝板，其特征在于，喷丝孔每个边的圆弧半径为0.4mm。
3.根据权利要求1所述的喷丝板，其特征在于，喷丝孔每个角的圆弧半径为0.05mm。
4.根据权利要求1所述的喷丝板，其特征在于，喷丝孔对角线的长度为0.8mm。
5.根据权利要求1所述的喷丝板，其特征在于，喷丝孔的长径比为6:1。
6.一种生产方形截面彩色涤纶丝FDY的方法，其特征在于，纺丝时，所用喷丝板上喷丝孔的形状为圆弧顶角内凹弧边的近似菱形，其中菱形的每条边均为内凹圆弧，每个角均为外凸圆弧；喷丝孔在喷丝板平面上按照同心圆层状分布，每一层喷丝孔按正菱形辐射状对角分布在喷丝板上，层与层之间采用交错排列。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，纺丝时，侧吹风方向与喷丝孔的对角线成45度角。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤:步骤a，将切片料仓中的切片输送至预结晶器中预结晶，然后送至切片干燥塔中进行干燥，接着输送至螺杆挤出机中加热熔融成熔体；步骤b，色母粒料仓中经测配色的色母粒，经过母粒干燥器干燥后由专用注入器计量注入螺杆挤出机进料口中央，与切片混合，在螺杆挤压作用下熔融，实现对切片熔体的染色；步骤C，染色后的熔体通过熔体输送管道与纺丝箱体的计量分配进入纺丝组件进行纺丝，所述纺丝组件包括过滤器和喷丝板；步骤d，纺出的彩色涤纶初生丝条，在侧吹风冷却过程中受上下拉伸热辊拉伸作用抽长拉细获得强度，经上油后得到方形截面彩色涤纶丝；步骤e，所述方形截面彩色涤纶丝进入卷绕机卷绕成型。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述切片预结晶温度160-165?，干燥温165-170°C，干燥时间 8-10 h。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，纺丝熔体温度选择在285-295?，上下拉伸热辊的拉伸比为3-3.6。
【文档编号】D01D5/253GK104451922SQ201410852871
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】曹欣羊, 钱樟宝, 严忠伟, 周全忠, 段亚峰, 赵江峰 申请人:浙江华欣新材料股份有限公司