高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统和方法与流程

本发明专利涉及高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统和方法，属于高分子化工和化学纤维领域。

背景技术：

聚酯，尤其是聚酯中的PET纤维采用合成熔体直接纺丝已经是该行业中技术进步的表征，相对熔体冷却成固态切片，再由螺杆熔融纺丝的方法，大大降低了能耗，提高生产效率，减少了大分子降解，因此大幅度提升了纤维的产品质量，尤其是提高了纤维物理机械性能的均匀性。

聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈等皮芯复合短纤维早在上世纪80年代产业化，以服装、产业用纺织品中的功能性纤维为主，包括导电、阻光、阻燃、色泽等，相对用量少；90年代非织造布实现了产业化，以聚烯烃为主的皮芯复合短纤维大量使用，尤其是聚乙烯为皮层，聚丙烯为芯层的所谓ES纤维（日本Chisso，日本智索株式会社）成为聚烯烃纤维非织造布重要角色。其最主要是充当热“粘合剂”，取代化学粘合剂。大幅度提高了非织造布的弹性、使用舒适性以及拉伸强度和撕裂强度，同时大大减轻了化学粘结剂再非织造布制造过程中对环境的污染和可能产生的人体健康卫生伤害。

新世纪以来，聚酯PET纤维已成为纺织用纤维的最主要品种，由于诸多性能具备了竞争优势，传统的聚烯烃非织造布市场已经接纳聚酯PET纤维成为主要原材料。在用即弃（Disposable）领域的儿童卫生材料、成人卫生材料、美容、保健、擦拭布、过滤布等使用PET纤维的数量已经达到与聚烯烃纤维相同的水平。

以聚乙烯为皮层，聚酯PET为芯层的皮芯复合短纤维可以采用热风粘结成为非织造布，大幅度降低了非织造布制造成本和减低在制造过程中对环境的影响。成为该领域的主角，而不仅仅充当“粘合剂”的角色。从非织造布使用的角度，PE/PET的复合纤维对于材料的轻量化也明显有优势。相对PE/PP复合纤维的非织造布，其拉伸强度、撕裂强度、弹性、耐温、尺寸稳定性都有大幅度提升。

在耐久性应用领域，以PET为主的短纤维已经在非织造布土工布、沥青浸渍布、地毯基布、耐温过滤等发挥良好作用。有逐步扩张市场的趋势。传统的PE/PP热粘纤维，用于PP非织造布的技术升级需要可热熔的复合纤维强度得以进一步提高，因此用低熔点聚丙烯皮层，聚酯PET为芯层的复合短纤维是理想的选择，作为聚丙烯纤维非织造布的粘结用纤维。相对PE/PP复合纤维，非织造布的整体强度得到提升，撕裂强度，热稳定性提高。

随着非织造布和产业用纺织品市场的拓展，聚烯烃／聚酯皮芯复合纤维的应用还在细分，在不同的应用中还要求对聚烯烃组分的作共混改性，使非织造布具备某些功能性，例如抗菌、持久亲水、有色等等。以往采用母粒法，相对加工成本高，且难以满足相对生产批量较高的状况。

很显然，上述聚烯烃/聚酯皮芯复合短纤维的制造成本、质量均匀性、最终使用性能（包括安全卫生）都将成为制约合成纤维行业发展中的关键。传统的螺杆熔融聚酯PET切片方法既不利产业链的能耗下降，更不利复合纤维产品质量的稳定和提升。也无法实现最终使用性能的新要求，例如纤维中不含重金属锑等等（PET合成过程中，锑的化合物作为催化剂存在，含量约为200～300mg/kg）的安全卫生要求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种提高纤维使用性能的高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统，包括聚酯合成系统、聚烯烃熔融系统、复合纺丝箱体、等离子体发生装置和盛丝筒；

所述聚酯合成系统包括依次连接的输送泵、三通阀、预缩聚釜、终缩聚釜、出料兼增压泵、静态搅拌热交换器，最终连接到复合纺丝箱体，聚酯合成系统还包括乙二醇管线，所述乙二醇管线的一条支线通过注射泵连接到输送泵与三通阀之间的管线上，乙二醇管线的另一条支线通过第一计量阀连接到调配槽上，聚酯合成系统还包括料槽，所述料槽通过第二计量阀连接到调配槽上，所述调配槽通过计量泵连接到三通阀；

所述聚烯烃熔融系统包括依次连接的料仓、螺杆挤出机、增压泵、静态混合器，最终连接到复合纺丝箱体；

所述等离子体发生装置与复合纺丝箱体连接；

所述复合纺丝箱体与盛丝筒连接。

进一步的，所述复合纺丝箱体包括复合纺丝组件和喷丝板，喷丝板上设有多个喷丝孔，喷丝孔由皮层导丝孔、芯层导丝孔、等离子体导管、熔体储槽、复合喷丝孔组成，皮层导丝孔与熔体储槽连接，熔体储槽与复合喷丝孔连接，芯层导丝孔的出口被等离子体导管所包裹，等离子体导管的出口被复合喷丝孔所包裹，等离子体发生装置与等离子体导管相连接。

进一步的，所述聚烯烃熔融系统还包括依次连接的共混改性料仓和双螺杆共混机，所述料仓通过支线连接到双螺杆共混机上，双螺杆共混机连接到螺杆挤出机上。

进一步的，所述等离子体发生装置为直流放电等离子体发生装置。

进一步的，所述预缩聚釜为上流式预缩聚釜，所述终缩聚釜为卧式单腔体终缩聚釜。

本发明还公开了基于上述高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统的高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝方法，其步骤包括：

（1）、酯化液体对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）由输送泵经三通阀直接输送至上流式预缩聚釜，作为协助预缩聚反应的乙二醇从乙二醇管线引出，由注射泵注入至连接输送泵和三通阀的管线内与BHET汇合，乙二醇管线引出的另一部分乙二醇，由阀门控制流量进入调配槽，用来调配催化剂，高浓度的催化剂由储罐经过计量阀进入调配槽，由乙二醇稀释到需要的浓度后经过计量泵和三通阀进入预缩聚釜；

（2）、BHET、乙二醇和经乙二醇调配的钛系催化剂在上流式预缩聚釜内，在真空条件下进行聚对苯二甲酸乙二酯（PET）预缩聚反应，预缩聚物依靠自重流入卧式单腔体终缩聚釜，PET熔体由出料兼增压泵输送到复合纺丝箱体内，在出料兼增压泵与复合纺丝箱体的管线上设有不带机械动力的静态搅拌热交换器以调整熔体温度；

（3）、聚烯烃粒料部分由料仓进入螺杆挤出机熔融，聚烯烃熔体输送至增压泵中控制压力与PET熔体的压力基本平衡，然后进入不带机械搅拌的具有热交换功能的静态混合器，再次均匀化后进入复合纺丝箱体；

（4）、PET熔体和聚烯烃熔体在复合纺丝箱体中通过复合纺丝组件和喷丝板挤出，等离子体发生装置产生的等离子体通过等离子体导管同时从喷丝板喷出，喷出位置位于PET熔体与聚烯烃熔体交界处，通过环状的冷却风冷却成型，经过牵引卷绕和表面处理成为复合纤维原丝进入盛丝筒。

进一步的，步骤（3）中所述聚烯烃为高密度聚乙烯（HDPE），HDPE粒料部分由料仓进入高效双螺杆共混机中，与来自共混改性料仓的共混改性剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）共混后，共混产物再进入螺杆挤出机中，与直接来自料仓的HDPE进行混合，使得熔融的HDPE中含AEO为3～3.5%wt，含有AEO的HDPE熔体输送至增压泵中控制压力与PET熔体的压力基本平衡，然后进入不带机械搅拌的具有热交换功能的静态混合器，再次均匀化后进入复合纺丝箱体。

进一步的，步骤（3）中所述聚烯烃为纤维级聚丙烯。

其中所述酯化液体BHET直接从常规聚酯生产线的酯化釜出料管线上引出。

进一步的，所述催化剂为钛系催化剂或锑系催化剂。

进一步的，在进入复合纺丝箱体前，PET熔体比HDPE熔体温度高120～140℃。

有益效果：

（1）两种聚合物均不需要去除水分的干燥系统。

（2）聚酯的合成采用不含催化剂的可远距离输送的酯化液，然后添加催化剂，通过预缩聚和终缩聚工序成为熔体，经过静态混合器调整聚酯熔体温度与熔融的聚烯烃成为复合纤维的原料。省却了浆料调配、酯化等工序。可根据最终产品需求灵活调整系统的负荷。充分利用已有的大型聚酯合成系统。

（3）采用高效在线式聚烯烃共混改性方式，避免多次受热引起聚烯烃降解。

（4）引入等离子体发生装置，产生的等离子体使PET熔体与聚烯烃熔体附着力更强，皮芯之间结合更紧密，纤维成型更快，提高纤维强度和韧性。

附图说明

图1为本发明高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统的结构示意图。

图2为本发明的喷丝板的结构示意图。

图3为本发明的喷丝孔的结构示意图。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝系统，包括聚酯合成系统、聚烯烃熔融系统、复合纺丝箱体20、等离子体发生装置21和盛丝筒21；

所述聚酯合成系统包括依次连接的输送泵1、三通阀4、上流式预缩聚釜10、卧式单腔体终缩聚釜11、出料兼增压泵12、静态搅拌热交换器13，最终连接到复合纺丝箱体20，聚酯合成系统还包括乙二醇管线2，所述乙二醇管线2的一条支线通过注射泵3连接到输送泵1与三通阀4之间的管线上，乙二醇管线2的另一条支线通过第一计量阀7连接到调配槽6上，聚酯合成系统还包括料槽8，所述料槽8通过第二计量阀9连接到调配槽6上，所述调配槽6通过计量泵5连接到三通阀4；

所述聚烯烃熔融系统包括依次连接的料仓15、螺杆挤出机14、增压泵16、静态混合器17，最终连接到复合纺丝箱体20，所述聚烯烃熔融系统还包括依次连接的共混改性料仓19和双螺杆共混机18，所述料仓15通过支线连接到双螺杆共混机18上，双螺杆共混机18连接到螺杆挤出机14上；

复合纺丝箱体20包括复合纺丝组件和喷丝板23，如图2所示，喷丝板23上设有多个喷丝孔24，如图3所示，喷丝孔24由皮层导丝孔25、芯层导丝孔26、等离子体导管27、熔体储槽28、复合喷丝孔29组成，皮层导丝孔与熔体储槽连接，熔体储槽与复合喷丝孔连接，芯层导丝孔的出口被等离子体导管所包裹，等离子体导管的出口被复合喷丝孔所包裹，等离子体发生装置21与等离子体导管27相连接。

所述复合纺丝箱体20与盛丝筒22连接。

实施例2

高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝方法生产PE／PET无重金属热风粘结型非织造布用皮芯复合短纤维，其步骤包括：

（1）、从普通大型聚酯装置的酯化工序后引出部分酯化液体BHET，由输送泵经三通阀直接输送至上流式预缩聚釜，作为协助预缩聚反应的乙二醇从乙二醇管线引出，由注射泵注入至连接输送泵和三通阀的管线内与BHET汇合，乙二醇管线引出的另一部分乙二醇，由阀门控制流量进入调配槽，用来调配乙二醇钛，高浓度的液态乙二醇钛由储罐经过计量阀进入调配槽，由乙二醇稀释到浓度为终缩聚物的5～6mg/kg后，经过计量泵和三通阀进入预缩聚釜；

（2）、BHET、乙二醇和经乙二醇调配的钛系催化剂在上流式预缩聚釜内，在真空条件下进行PET预缩聚反应，预缩聚物依靠自重流入卧式单腔体终缩聚釜，PET熔体由出料兼增压泵输送到复合纺丝箱体内，在出料兼增压泵与复合纺丝箱体的管线上设有不带机械动力的静态搅拌热交换器以调整熔体温度，使PET熔体与HDPE熔体的温度差控制在135～140℃；

（3）、HDPE粒料部分由料仓进入螺杆挤出机熔融，HDPE熔体输送至增压泵中控制压力与PET熔体的压力基本平衡，然后进入不带机械搅拌的具有热交换功能的静态混合器，再次均匀化后进入复合纺丝箱体；

（4）、PET熔体和HDPE熔体在复合纺丝箱体中通过复合纺丝组件和喷丝板挤出，等离子体发生装置产生的等离子体通过等离子体导管同时从喷丝板喷出，喷出位置位于PET熔体与聚烯烃熔体交界处，通过环状的冷却风冷却成型，经过牵引卷绕和表面处理成为复合纤维原丝进入盛丝筒。后续经过两次机械拉伸、机械卷曲和纤维表面处理以及热定型，在切断到规定长度后包装成为非织造布用热风粘结不含重金属锑的原料。

实施例3

高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝方法生产PP／PET针刺热粘结型沥青浸渍非织造布用皮芯复合短纤维，其步骤包括：

（1）、酯化液体BHET由输送泵经三通阀直接输送至上流式预缩聚釜，作为协助预缩聚反应的乙二醇从乙二醇管线引出，由注射泵注入至连接输送泵和三通阀的管线内与BHET汇合，乙二醇管线引出的另一部分乙二醇，由阀门控制流量进入调配槽，用来调配乙二醇锑，高浓度的液态乙二醇锑由储罐经过计量阀进入调配槽，由乙二醇稀释到浓度为终缩聚物的220～230mg/kg后经过计量泵和三通阀进入预缩聚釜；

（2）、BHET、乙二醇和经乙二醇调配的钛系催化剂在上流式预缩聚釜内，在真空条件下进行PET预缩聚反应，预缩聚物依靠自重流入卧式单腔体终缩聚釜，PET熔体由出料兼增压泵输送到复合纺丝箱体内，在出料兼增压泵与复合纺丝箱体的管线上设有不带机械动力的静态搅拌热交换器以调整熔体温度，使PET熔体与纤维级聚丙烯熔体的温度差控制在120～125℃；

（3）、流动指数为9.2g/10min的纤维级聚丙烯粒料部分由料仓进入螺杆挤出机熔融，聚烯烃熔体输送至增压泵中控制压力与PET熔体的压力基本平衡，然后进入不带机械搅拌的具有热交换功能的静态混合器，再次均匀化后进入复合纺丝箱体；

（4）、PET熔体和纤维级聚丙烯熔体在复合纺丝箱体中通过复合纺丝组件和喷丝板挤出，等离子体发生装置产生的等离子体通过等离子体导管同时从喷丝板喷出，喷出位置位于PET熔体与聚烯烃熔体交界处，通过环状的冷却风冷却成型，经过牵引卷绕和表面处理成为复合纤维原丝进入盛丝筒。后续经过两次机械拉伸、机械卷曲和纤维表面处理以及热定型，在切断到规定长度后包装成为非织造布用针刺热粘沥青浸渍非织造布用皮芯复合短纤维。

实施例4

高效聚烯烃／聚酯皮芯复合直接纺丝方法生产持久亲水PE／PET无重金属热风粘合用非织造布皮芯复合短纤维，其步骤包括：

（1）、酯化液体BHET由输送泵经三通阀直接输送至上流式预缩聚釜，作为协助预缩聚反应的乙二醇从乙二醇管线引出，由注射泵注入至连接输送泵和三通阀的管线内与BHET汇合，乙二醇管线引出的另一部分乙二醇，由阀门控制流量进入调配槽，用来调配乙二醇钛，高浓度的液态乙二醇钛由储罐经过计量阀进入调配槽，由乙二醇稀释到浓度为终缩聚物的5～6mg/kg后经过计量泵和三通阀进入预缩聚釜；

（2）、BHET、乙二醇和经乙二醇调配的钛系催化剂在上流式预缩聚釜内，在真空条件下进行PET预缩聚反应，预缩聚物依靠自重流入卧式单腔体终缩聚釜，PET熔体由出料兼增压泵输送到复合纺丝箱体内，在出料兼增压泵与复合纺丝箱体的管线上设有不带机械动力的静态搅拌热交换器以调整熔体温度，使PET熔体与HDPE熔体的温度差控制在135～140℃；

（3）、HDPE粒料部分由料仓进入螺杆挤出机熔融，部分由料仓进入具有真空脱除小分子系统的高效双螺杆共混机中，与来自共混改性料仓的共混改性剂AEO共混后，共混产物再进入螺杆挤出机中，与直接来自料仓的HDPE进行混合，使得熔融的HDPE中含AEO为3～3.5%wt，含有AEO的HDPE熔体输送至增压泵中控制压力与PET熔体的压力基本平衡，然后进入不带机械搅拌的具有热交换功能的静态混合器，再次均匀化后进入复合纺丝箱体；

（4）、PET熔体和聚烯烃熔体在复合纺丝箱体中通过复合纺丝组件和喷丝板挤出，等离子体发生装置产生的等离子体通过等离子体导管同时从喷丝板喷出，喷出位置位于PET熔体与聚烯烃熔体交界处，通过环状的冷却风冷却成型，经过牵引卷绕和表面处理成为复合纤维原丝进入盛丝筒，后续经过两次机械拉伸、机械卷曲和纤维表面处理以及热定型，在切断到规定长度后包装成为非织造布用热风粘结不含重金属锑的原料。