本发明属于涤纶工业丝，涉及一种土工用涤纶工业丝的制备方法。
背景技术：
1、涤纶纤维是化学纤维中产量最高的品种，其中作为工业用途称为涤纶工业丝，因具有强度高、模量大、耐热性能好等优点，广泛用于安全带、吊装带、土工布、汽车帘子线、缆绳、传送带等领域。到2021年中国涤纶工业丝产能约占全球的三分之二，但是也存在着产品单一、同质化严重、技术含量低等一系列问题，因此高性能化品质提升是涤纶工业丝未来发展的方向。根据涤纶工业丝性能可分为高强型、高强低伸型、高模低收缩型、高强低缩型等。其中低伸型涤纶工业丝具有工业丝共有的断裂强度大、模量高等特点外，还独具有断裂伸长低即受力尺寸稳定性优良的特点，被广泛的应用于土工基建(如土工格栅)、橡胶增强(输送带、输油管道、胶管等)以及海洋开发(海洋石油平台、船舶等用缆绳)等领域。目前低伸型涤纶工业丝技术领域对于其物性指标的要求限于技术水平等原因，在满足基本的强度要求基础上，主要简单的以断裂伸长率来评判。在生产技术方面，低伸型涤纶工业丝的制备主要从原料和工艺两个层面进行技术创新，而在原料端主要包括原料的品质提升和改性技术。
2、原料的品质提升可以通过原料的分子量(特性粘度)提升和杂质控制实现，申请号为cn201310621731.3的发明专利公开了高强低伸型涤纶工业丝的生产工艺，所采用特性粘度为1.5～1.6dl/g的pet粘度切片为高粘熔融涤纶原料进行制备。目前工业生产中，受pet粘度切片增粘技术的影响，普遍采用的切片粘度为0.90～1.20dl/g范围，高粘度(1.5～1.6dl/g)pet制备由于技术瓶颈，以及增粘能耗巨大等原因，并没有规模化生产。申请号为cn201511016778.2的发明专利公开了一种高强低伸聚酯工业丝及其制备方法，由聚酯溶洗、固相增粘后纺丝而得，所述高强低伸聚酯工业丝断裂强度≥8.3cn/dtex，断裂伸长为10.0±1.5％。采用乙二醇镁与乙二醇锑混合物作为缩聚催化剂，其热降解系数很小，聚合过程中低聚物减少，加工过程中热降解的降低，大大地减少了聚酯中的杂质，同时也降低了聚酯中成核剂的量，在减少异相成核的基础上增加了均相成核的机率，溶洗进一步降低了低聚物的含量，有利于高强低伸聚酯工业丝纤维中晶粒尺寸的长大和结晶完善性优化。但是限于聚合技术、规模以及设备等影响，催化剂的更换需要经过系统、细致的论证，逐渐放大。而目前行业内普遍在小规模聚合生产线上进行。此外溶洗需要消耗大量的水和溶洗剂，特别是溶洗剂为乙二醇一乙醚、乙二醇一丙醚和乙二醇一丁醚等有毒、有害、易挥发有机溶剂，对于生产安全性以及环境保护是极大的挑战。
3、原料的改性主要有共聚和共混两种方法，申请号为cn201811615802.8的发明专利公开了一种用于土工格栅的涤纶工业丝的制备方法，通过将对苯二甲酸、乙二醇和2,2,3,4,5,5六甲基3,4己二醇混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应制备改性聚酯再固相缩聚增粘后纺丝。所制备的断裂强度≥8.5cn/dtex，断裂伸长率为18.0～20.0％，为高伸长型。申请号cn202011607901.9的发明专利公开了一种高强低伸涤纶工业丝及其制备方法，将共聚入的改性聚酯固相缩聚增粘后纺丝卷绕和配位处理制得高强低伸涤纶工业丝，2,5吡啶二甲酸链段与混入的fe3+配位增物理交联点，从而断裂强度大大提高。性能指标为：断裂强度≥9.0cn/dtex，断裂伸长率为10.8±0.5％。申请号为cn201610776464.0的发明专利公开了一种高均匀性高强低伸型聚酯工业丝及其制备方法，聚酯纤维的原料为由对苯二甲酸链段、乙二醇链段和含支链的二元醇链段组成的改性聚酯，制得高均匀性高强低伸型聚酯工业丝的性能指标为：断裂强度≥8.3cn/dtex，断裂伸长为10.0±1.5％。申请号为cn201310478959的发明专利公开了一种海洋用抗蠕变聚酯的高强低伸工业丝及其制备方法，将聚酯通过固相缩聚增粘，然后将与含氟环氧化合物和碳化二亚胺类稳定剂进行共混反应得到所述抗蠕变聚酯高粘切片作为原料，制得海洋用抗蠕变聚酯的高强低伸工业丝，性能指标为：断裂强度≥8.3cn/dtex，断裂伸长为10.0±1.5％。原料的改性虽然从一定程度上改进了涤纶工业的性能指标，但是对于生产转换是非常不利的，存在所涉及的工艺路线长，固有工艺因物料变化必须也做相应调整等一系列问题。另外，功能添加剂对涤纶分子结构的改变有可能劣化其他性能指标。
4、工艺、上油和设备等方面的技术创新具有可操作性强、易于转换实施和成本低等特点，是目前低伸型涤纶工业丝技术提升的主要努力方向。申请号为cn201811078697.9的发明专利公开了一种土工织物用高模低伸涤纶工业丝及其生产方法，采用固相聚合反应器增粘，配合多头纺丝工艺，两级牵伸一级松弛热定型，以及双胞胎卷绕机进行高速卷绕，从而实现了固相增粘多头直纺土工用高模低伸涤纶工业丝，主要通过牵伸比松弛比和牵伸温度松弛温度的设置，确保了涤纶工业丝性能满足土工织物的需求，具体指标为：断裂伸长率控制在12.5％以内。申请号为cn201711340317.x的发明专利公开了一种高强低伸型聚酯工业丝的制备方法，使用含有冠醚油剂乳化液上油，调整了纺丝工艺参数和拉伸、热定型的工艺参数，高强低伸型聚酯工业丝的断裂强度≥8.3cn/dtex，断裂伸长率中心值为11.0～12.0％。申请号为cn201610797955.3的发明专利公开了一种异纤度喷丝板及高耐磨海洋缆绳用高强低伸工业丝生产方法，设计使用了一种高强低伸工业丝的喷丝板，工业丝性能指标为：断裂强度＞8.4cn/dtex，断裂伸长＜12％。申请号为cn201210322435.9的发明专利公开了一种高强低伸型涤纶工业丝的制造方法，设计了特有的冷却系统：包括缓冷、预冷、无风区冷却和吹风冷却四部分，其中预冷为主动外环预冷，且主动外环装置采用镂空环形带提升冷却效率，工业丝性能指标为：断裂强度≥8.3cn/dtex，断裂伸长为10.0±1.5％。申请号为cn201220475577.4的实用新型专利公开了一种生产低伸低收缩工业丝条的缓冷器，同样从丝条冷却方面进行技术改进。申请号为cn201210299931.7的发明专利公开了一种高强超低伸型安全带用聚酯工业长丝及其制造方法，方法包括：高粘聚酯切片制备、高粘聚酯切片除杂、熔融纺丝和牵伸热定型及卷绕，聚酯工业长丝根数为72～144f，纤度为1100～2222dtex，性能指标为：断裂强度可达7.80cn/dtex以上，断裂伸长率最低可达10％～14％。《高强低伸涤纶长丝及产品研究》(产业用纺织品,1992,(2):8)报道了采用国产流水线设备进行高强低伸涤纶长丝的工艺试验，制成强低伸涤纶长丝的强度大于6.7cn/dtex，伸长率小于14％。《高强低伸型涤纶工业丝的制备及力学性能研究》(合成纤维工业,2017,40(4):1)报道了通过高倍拉伸，低温紧张热定型的工艺路线制备了高强低伸型涤纶工业丝，制备的高强低伸型涤纶工业丝断裂强度为8.55cn/dtex，断裂伸长率为12.7％。
5、综合现有的公开技术，无论是原料的品质提升还是基于现有纺丝工艺、装备的技术改进，低伸型涤纶工业丝在满足基本强度要求下，核心物性指标——断裂伸长目前在10％～14％范围，且技术水平瓶颈即伸长10％难以突破。在综合评价指标方面，现有的指标一般只限于断裂伸长，而对于其尺寸刚性和稳定的评价指标欠缺。这主要是因为现有技术的局限性所引起的，目前现有的低伸型涤纶工业丝生产是基于涤纶熔融纺丝(熔融-纺丝-牵伸-卷绕)工艺与设备，在现有的高速卷绕纺丝技术下，所有的技术核心都是在提升纤维的取向特别是非晶取向，而实现这一结构调控，在现有技术条件下只能降低定型产生的解取向，即降低定型温度、超喂率，加速冷却固化等来实现。但是这种工艺的缺陷在于纤维结晶不完善，非晶区占比过大，而高度取向的非晶结构是一种非热力平衡的不稳定结构，因此在卷绕成型后在环境温度、湿度等条件下，逐渐发生应力松弛，非晶区解取向，链断发生收缩，造成断裂伸长变大，刚性与稳定性劣化。现今，社会技术不断革新，交通运输(如高速铁路、大型机场等)、海洋石油开采和基础建设等高速发展，对低伸型涤纶工业丝的技术要求不断提高，而现有产品断裂伸长指标较大(承载稳定性差)，单个丝筒r5％波动＞5.0％，刚性参数中r5％为40％，长时稳定性指标百万小时伸长增比在1.500以上，难以满足高性能需求。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种土工用涤纶工业丝的制备方法。
2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种土工用涤纶工业丝的制备方法，采用熔体直纺生产方式，后牵伸工艺为6对热辊牵伸，6对热辊分别为gr1～gr6，且gr4和gr5为定型辊；
4、gr4温度为190～210℃，gr5温度为210～230℃，gr6温度低于80℃；gr5与gr4速度比为1.002～1.020。
5、作为优选的技术方案：
6、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，土工用涤纶工业丝的性能指标为：断裂强度≥8.20cn/dtex，断裂伸长率10.0±1.0％，收缩率10±1.5％，r5％≥50.0％，单个丝筒r5％波动＜3.0％，104小时后伸长增比＜1.400；
7、r5％是指纤维形变伸长为5％时所对应的强力值(σ5％)占断裂强力(σ)的百分比；
8、单个丝筒r5％波动是指对单个丝筒进行全筒检测，从丝筒外端丝头端向内，直至丝筒最内层尾端，所测的所有的r5％的波动最大值；
9、104小时后伸长增比是指室温环境放置104小时后纤维断裂伸长率与初始断裂伸长率的比值。
10、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，所述土工用涤纶工业丝的纤维取向度为0.935～0.965，非晶区取向度为0.820～0.840，结晶度为62.0～65.0％。
11、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，gr1温度为60～70℃，gr2温度为90～100℃，gr3温度为125～135℃，gr1速度为500～650m/min，gr2与gr1的速度比为1.0～1.1，gr3与gr2的速度比为3.9～4.5，gr4与gr3的速度比为1.3～1.5，gr6与gr5速度比为0.98～1.002；卷绕张力为250～350n/1000d，卷绕速度为2800～3500m/min。
12、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，gr6至卷绕前的丝道上设有风冷装置吹扫丝条，风冷装置的数量为1～4套，吹风温度为20～30℃。
13、本发明还提供另外一种土工用涤纶工业丝的制备方法，采用熔体直纺生产方式，后牵伸工艺为7对热辊牵伸，7对热辊分别为gr1～gr7，且gr4、gr5和gr6为定型辊；
14、gr4温度为190～210℃，gr5温度为210～220℃，gr6温度为220～230℃，gr7温度低于80℃；gr6与gr5速度比为1.002～1.010，gr5与gr4速度比为1.002～1020。
15、作为优选的技术方案：
16、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，土工用涤纶工业丝的性能指标为：断裂强度≥8.40cn/dtex，断裂伸长率9.0±0.5％，收缩率10±0.5％，r5％≥56.0％，单个丝筒r5％波动＜3.0％，104小时后伸长增比＜1.200；
17、r5％是指纤维形变伸长为5％时所对应的强力值(σ5％)占断裂强力(σ)的百分比；
18、单个丝筒r5％波动是指对单个丝筒进行全筒检测，从丝筒外端丝头端向内，直至丝筒最内层尾端，所测的所有的r5％的波动最大值；
19、104小时后伸长增比是指室温环境放置104小时后纤维断裂伸长率与初始断裂伸长率的比值。
20、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，所述土工用涤纶工业丝的纤维取向度为0.955～0.965，非晶区取向度为0.830～0.840，结晶度为64.0～65.0％。
21、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，gr1温度为60～70℃，gr2温度为90～100℃，gr3温度为125～135℃，gr1速度为450～600m/min，gr2与gr1的速度比为1.0～1.1，gr3与gr2的速度比为3.8～4.4，gr4与gr3的速度比为1.2～1.4，gr7与gr6速度比为0.98～1.002；卷绕张力为300～350n/1000d，卷绕速度为2800～3000m/min。
22、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，gr7至卷绕前的丝道上设有风冷装置吹扫丝条，风冷装置的数量为1～4套，吹风温度为20～30℃。
23、如上所述的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，熔体自增粘釜经管道输送至纺丝位置，熔体温度为280～310℃，熔体特性粘度＞0.950dl/g。
24、本发明的原理如下：
25、本发明解决的核心问题是如何进行纤维分子链段取向和保持，实现稳态的高取向微观结构，以实现低伸长、高刚度和长时稳定性能目标。
26、首先，本发明采用生产方式为熔体直纺，熔体自增粘釜经管道输送至纺丝位置，无需螺杆熔融工序，避免了螺杆熔融时聚合物经高温、高剪切熔融。螺杆熔融时一方面剪切生热，造成熔体温度往往高于理想纺丝温度，此外螺杆的旋转、强剪切不可避免的导致熔融后的聚合物大分子链缠结程度更大，而出螺杆到纺丝组件的管道极短，纠缠的分子链段不能得到充分的弛豫，更无法得到沿流向的初排取向。而熔体直纺，熔体自增粘釜出口至纺丝位，管道总距离足够长，且不断分流成更细管道，熔体在管道流动以及管道静态混合器，纠缠的分子链段得到充弛豫和“梳理”，在熔体阶段大分子链就得到一定程度的取向。
27、其次，在高速纺丝条件下获取纤维的高取向度，主要在牵伸工艺中，取向诱导结晶，但是结晶过快、过高则会形成大量的物理交联点，导致分子链段拉伸受阻，难以继续取向，无法获得高取向度。但是，结晶过低也存在着纤维拉伸着力点缺少，拉伸不充足的问题，本发明的技术核心在于控制结晶，提升取向。现有技术忽视了取向与结晶的关系，即应力产生取向，取向诱导结晶，在纺丝调控中，忽略了结晶与取向的交互作用关系，采用高温定型，且定型张力低(速度比低)，造成了非晶区收缩，取向低，且结晶过于迅速，形成结晶物理交联，难以提升取向，进而断裂伸长率降低幅度较小。
28、在本发明的工艺中，第一定型辊温度在190～200℃，临近但低于pet结晶峰值温度，控制结晶速率(合适的结晶度)，此外速度比较大，产生较大的张力为防止高取向非晶链解取向，高牵伸将非晶区的低取向部分进行强化取向，增大整体取向，实现取向与结晶同步。第二定型辊或者第二定型辊和第三定型辊温度较高(但仍低于现有技术)，目的在于加快结晶，而在这一工段速度比仍然大于1.002，可以对非晶区链段解取向进行抑制，使这一部分非晶链断结晶成为稳态。对于速度比的设计是基于取向结构解取向瞬时最大内应力来设计的，瞬时最大内应力是指纤维在玻璃化温度以下状态进入高温热场后，分子链段解冻，取向链段解取向所产生的内应力极值，在能使纤维形变约2％时的张力(速度比约为1.0020)与工艺温度时解取向瞬时最大内应力相近，在此力值及以上纤维解取向是受抑制或更取向的。
29、再者，在经过定型后的丝条，还带有残余热量，而这部分热量如果不能进行削弱，则会在高速卷绕下带入丝饼，在丝饼内集聚，丝饼芯层温度会高于100℃，大于玻璃化温度，导致取向的非晶区解取向，进而发生单个丝筒内丝饼内外不同位置的伸长等指标波动较大。而定型辊后卷绕前辊为非加热辊，通过控温使温度低于80℃，以及沿卷绕的风冷装置可以增大冷却，消减丝条残余热量，进而控制落筒丝饼内外层温度差，弱化解取向，伸长等指标更稳定。总体而言，采用6对或7对辊热牵伸工艺，即定型辊为2～3对，也增加了定型时间，提升结晶。
30、有益效果：
31、(1)本发明的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，纤维微观结构更具有稳态的高取向，制备的土工用涤纶工业丝具有高强度、超低伸、高刚度和长时稳定性能优良等特点；
32、(2)本发明的一种土工用涤纶工业丝的制备方法，基于现有设备、生产技术进行改造与工艺调整，便于实施。