一种高中空耐磨聚酯纤维及制备方法与流程

本发明涉及化学纤维领域，特别是一种高中空耐磨聚酯纤维及制备方法。

背景技术：

1、运动鞋和休闲鞋，随着人们对舒适性要求、提高比赛成绩及价格等越来越高，轻量化是主要的发展趋势。

2、近年来在鞋底的轻量化技术创新上取得较大的发展，以跑鞋为例，通过对鞋底结构材料的创新，追求极致轻量化的对每1g重量进行斟酌，将单只鞋重控制在200g以内。而纤维材料在一双鞋的比重占到30-40%，但在鞋面上的轻量化技术(同时保证支撑及耐磨)仍存在瓶颈无法突破。

3、运动休闲鞋面材料仍以性价比最高的常规聚酯涤纶面料为主，传统实现鞋面轻量化主要以纤维材料细旦化或鞋面织物结构密度调变稀疏或同时降低厚度，但相关工艺虽然一定程度实现了轻量化却牺牲了鞋面的耐磨性、保暖性及鞋面的形态稳定性等性能，使用寿命也下降，不能满足市场需求。

4、实现聚酯鞋面轻量化最主要途径是聚酯纤维的空心化，主要是通过异形喷丝板，采用熔融纺丝或复合纺丝技术纺制而成，既可以直接纺出中空纤维，也可以通过复合后溶出中间部分间接得到中空纤维。

5、cn 115595688 a公开了一种高中空聚酯长丝及其制备方法、填充用聚酯长丝及其制备方法，所述高中空聚酯长丝由高粘度聚酯切粒和低粘度聚酯切粒通过复合中空喷丝板纺制而成，提供的高中空聚酯长丝的中空度≥40％，并且采用所提供的高中空聚酯长丝经复合常规fdy后，可制备出具有优异三维卷曲结构且含有类似羽绒的均匀绒朵，手感爽滑，蓬松性和压缩回弹性好，在显著增强面料保暖性能的同时更加轻薄。该发明采用油剂含硅油，在纤维表面实现润滑，提高耐磨性能但织成布后无法进行染色，无法应用于鞋面，另外采用双组分复合纺丝法且两种改性聚合物所用改性助剂多样且量大，生产成本高，难于市场化。

6、cn106801265a公开了一种8字中空形聚酯纤维fdy丝及其制备方法，纺丝熔体包括饱和脂肪酸金属盐和改性聚酯，饱和脂肪酸金属盐与改性聚酯的质量比为0.0005 -0.002:1，饱和脂肪酸金属盐是指碳原子数为12 -22、熔点为100 -180℃以及动力黏度≤1pa·s的脂肪酸金属盐，改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段和刚性结构链段，刚性结构链段与对苯二甲酸链段的摩尔比为0.02 -0.05:1，所述纺丝熔体的挤出胀大比为1.23-1.33，纺丝时的滤后压力为85 -125kg/cm2。制得的8字中空形聚酯纤维fdy丝具有较高的保形效果，但是该发明制备的中空纤维的中空度太低仅为17-20％。

7、现有技术暂没有一种具有高中空度（中空度大于35%），且有高保形（挤压后高恢复性），耐磨（不低于普通涤纶）的中空聚酯纤维，满足运动休闲鞋面对轻量化的要求。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种高中空耐磨性聚酯纤维及其制备方法，满足应用鞋服及其它纺织品特别是运动休闲鞋面对轻量化的要求。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高中空耐磨聚酯纤维，所述高中空耐磨聚酯纤维的中空度为40～48%，挤压恢复率大于等于95%，其原材料采用原位聚合法进行改性的耐磨聚酯切粒，耐磨聚酯切粒经熔融挤出后，经高中空喷丝板纺制而成。

4、所述耐磨聚酯切粒的特性粘度为0.700～0.750 dl/g。

5、所述耐磨聚酯切粒的制备方法，步骤如下：

6、步骤一、配浆作业：

7、将定量的乙二醇加入到打浆釜中，开启搅拌，按先后顺序分别加入二氧化硅、二氧化钛、磷酸三甲酯、无水醋酸钠和对苯二甲酸，充分搅拌混合备用，搅拌时间60分钟以上。

8、步骤二、酯化阶段：

9、混合均匀的浆料，经泵打入酯化釜进行酯化反应，酯化反应在常压～0.05mpa下进行，反应温度控制在245～255℃之间，酯化终温250～255℃，反应至酯化率达到96%以上为止。

10、步骤三、预缩聚阶段：

11、酯化物用氮气压入预缩聚釜，常压下缓慢加入乙二醇至釜内温度降至245℃为止，加入含间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠和聚四氢呋喃（分子量 2000）混合乙二醇溶液，平衡20分钟后，加入复合催化剂乙二醇溶液，平衡10分钟，升温并抽真空进行缩聚反应，反应釜真空绝对压力40分钟内从101kpa降至2kpa，并维持1～2kpa，反应温度235～280℃，预缩聚终温275～280℃。

12、步骤四、终缩聚阶段：

13、开启预缩釜与终缩釜间阀门，预缩聚釜内聚合物依重力导入终缩聚釜，进入高真空反应，

14、继续抽真空至绝对压力50pa以下，反应温度控制在275～288℃之间，终温285～288℃。待搅拌功率及在线粘度计值达到预设值后停止反应，充氮气或用熔体泵挤出进行水下切粒并干燥得耐磨聚酯切粒。

15、所述二氧化硅为纳米级，粒径50±5nm，加入量占比对苯二甲酸质量的0.5～2%。

16、所述二氧化钛为纤维级二氧化钛，加入量占比对苯二甲酸质量的0.35～1.2%。

17、所述磷酸三甲酯和无水醋酸钠的加入量占比分别为对苯二甲酸质量的150～500ppm和180～650ppm。

18、步骤一中所述对苯二甲酸和乙二醇的摩尔比为1:1.2～1:1.35。

19、所述间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠和聚四氢呋喃（分子量 2000）混合乙二醇溶液的制备方法包括：配有蒸汽加热和搅拌的调配罐中加入质量浓度为20%的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠的乙二醇溶液，升温至150±1℃，然后加入聚四氢呋喃，搅拌混合均匀制得；混合溶液保持温度150±1℃下，10～15分钟内加入到预缩聚釜中。

20、所述间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠加入量占比对苯二甲酸质量的1.5～5%。

21、所述聚四氢呋喃（分子量 2000）加入量占比对苯二甲酸质量的2～8%。

22、所述复合催化剂乙二醇溶液由质量比为80:20的乙二醇锑和乙二醇钛溶于120±1℃乙二醇中制得，在加入到预缩聚釜中时温度保持在120±1℃。

23、所述复合催化剂（乙二醇锑+乙二醇钛）加入量占比对苯二甲酸质量的170～290ppm。

24、进一步，所述高中空喷丝板，包括喷丝板本体，喷丝板本体上设有若干喷丝孔，喷丝孔均设有圆柱导孔、圆锥导孔和喷丝微孔，喷丝微孔呈“4c”型，其中狭缝型状a与c相同，b与d相同，狭缝间连接为梯形状，狭缝a和c的缝宽为一端窄一端宽，其中宽端距l1为窄端距l3的1.5倍,狭缝b和d的缝距从头至尾相同，缝距l2与缝距l3相等。聚合物熔体进入圆柱导孔，再经圆锥导孔后，从喷丝微孔喷出后，形成高中空度纤维。

25、本发明提供一种如上所述的高中空耐磨聚酯纤维的制备方法，包含以下步骤：

26、（1）耐磨聚酯切粒进行结晶和干燥，切粒水份控制在30ppm以下；

27、（2）干燥后的切粒进入螺杆挤出机熔融挤出，经计量泵，进入纺丝组件，从高中空喷丝板挤出，经冷却吹风冷却后，上油，牵伸，卷绕，相应工艺条件为纺丝温度为285～292℃，组件压力145～155kgf/cm2，冷却吹风温度14～18℃，0.6-0.9m/sec，上油率为1.0％～2.0％，拉伸倍数2.6～3.0倍，一热辊温度85～90℃，二热辊温度155～170℃，卷绕速度3800～4800m/min。

28、采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

29、1、通过有机和无机杂化原位聚合，经多种助剂和复合催化剂配方作用并在相匹配的工艺条件下制备出的耐磨聚酯切粒，具有良好的纺丝性能，且切粒具有高弹性、耐磨性和较高的流变性能。

30、2、使用本发明设计的喷丝板制备的高中空纤维的壁厚为不均匀状，纤维具有自卷曲效果，提高纺织品的膨松性，另外喷丝板出孔狭缝间连接为梯形状，有助于冷却风进入纤维形成更高的中空度，且所设计的狭缝连接更牢固，大大延长喷丝板的使用寿命。

31、3、本发明的高中空耐磨聚酯纤维，具有高耐磨性、高中空、自卷曲高弹性并有挤压自恢复性，而且引入磺酸根阴离子，可进行阳离子染色，生产设备除设计专用喷丝板外，其它均为常规的涤纶用设备，生产过程简易、环保且加工成本低，易于产业化。