專利名稱：復合功能中空滌綸纖維生產方法
技術領域：
本發明涉及聚酯纖維制備工藝，尤其涉及一種具有負離子、遠紅外等復合功能的滌綸纖維生產方法。
背景技術：
滌綸中空纖維是我國發展較快的差別化纖維產品，它除具有特殊的光澤、耐污性、 抗起球性，以及可以改善纖維的彈性和膨松性等特性外，還具有相對密度小、手感好的優勢，廣泛應用于家紡用品、紡服填充料、人造毛皮及無紡布等行業。滌綸中空纖維是通過聚酯原料PTA (對苯二甲酸)和EG (乙二醇)按比例混合后，在催化劑的作用下，經過兩段酯化、兩段預縮聚合和一段終縮聚反應，得到聚對苯二甲酸乙二醇酯(聚酯)熔體，然后再將聚酯熔體經鑄帶、切粒等工序制成切片，再以切片為原料，加熱熔融形成熔體進行紡絲，這樣紡絲生產方法被稱為切片紡絲或間接紡絲。隨著人們生活水平的提高和社會物質的不斷豐富，具有功能性的化學纖維受到人們的關注和青睞，人們對化學纖維材料的性能要求也越來越高，人們不僅更加注重化學纖維材料的質地，而且更加注重化學纖維的功能，使之超越天然纖維性能。如在化學纖維聚酯原料中添加具有負離子釋放功能的電氣石粉末而成為負離子纖維，這種負離子纖維對改善空氣質量、環境以及對人體的保健作用有著明顯的作用。在化學聚酯原料中添加遠紅外陶瓷微粉而成為遠紅外功能纖維，遠紅外功能纖維能有效提高身體含氧量、平衡身體酸堿度， 改善微循環及促進新陳代謝等作用。現有功能性纖維生產雖有多種工藝方法，其中物理改性方法最為簡便易行，性能穩定，效果持久，這種工藝方法將功能性添加劑混合到高聚物中進行紡絲，但實際生產也逐步表現出諸多不足，首先該工藝方法大都是采用聚酯切片和電氣石粒末或紅外陶瓷等功能添加劑混合后，再熔融進入紡絲箱體的間接紡生產方法，這種生產方法不僅存在工藝流程長，用工、能耗和物耗高的弱點，而且原料吸收水分后難以全部去除，使聚酯切片熔融過程中的高聚物在高溫下易發生熱裂解、熱氧化裂解和水解等反應，大大降低最終纖維產品的質量，熔體中的水分汽化還會使紡絲斷頭率增加，嚴重時甚至使紡絲無法正常進行；同時這種間接紡還存在熔體中雜質、粉末偏多，也直接影響著纖維產品質量；即使是采用將功能性添加劑直接添加到聚酯熔體中進行紡絲的直接紡生產工藝，也因固態的功能性粉體，在熔體中呈集中甚至塊狀分布，分散性很差，功能性粉體與聚酯熔體的相溶性不足，不僅不能保證功能纖維性的質量，而且也增加功能性添加劑的用量。再者現有的功能纖維只有釋放負離子或發射遠紅外線一種功能，纖維截面形狀也是為實心結構，功能、結構單一，不能滿足紡織品對差別化纖維和功能性纖維的綜合需求。尤其是現有的熔體紡絲工藝路徑、各工序參數及參數間的關聯性不盡合理，很少考慮各工序間的相互協調和配比；理論上雖可同時將各種功能添加劑材料同時混合到聚酯熔體中，但實際生產難度大、成本高，難以均勻地將多種功能性添加劑混合到聚酯纖維材料中。
發明內容
為了克服現有技術所存在的上述不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種復合功能中空滌綸纖維生產方法，它不僅能同時將多種功能性添加劑均勻分散于聚酯熔體中，產品質量穩定，而且工藝流程合理，適于大規模生產。為了解決上述技術問題，本發明的一種復合功能中空滌綸纖維生產方法，其特征是該生產方法的工藝步驟包括
(1)、分別研磨電氣石粉和遠紅外陶瓷粉，并以質量比1:1的比例均勻混合研磨后的電氣石粉和遠紅外陶瓷粉，而得到功能粉體；
(2)、向螺桿擠壓機先加入聚酯切片，然后再向螺桿擠壓機中呈熔融狀態的聚酯中加入功能粉體，并使功能粉體與聚酯熔體充分混和；所述功能粉體與聚酯切片的質量比為I : 4，在螺桿擠壓機中分六段功能溫控區，各功能溫控區的加熱溫度依次為270°C 275°C、 275 280 、275 280 、275 280 、280τ 285 、280 285；
(3)、將從螺桿擠壓機出料口流出的功能粉體和聚酯切片混合熔體送入鑄帶頭，從鑄帶頭小孔中擠出的熔體細流在水下切粒、冷卻固化至常溫而形成復合功能母粒；
(4)、將復合功能母粒再與聚酯切片混合加熱至150°C、干燥5 8小時后，送入螺桿擠壓機形成功能母粒聚酯混合熔體，在螺桿擠壓機分六個溫度控制區，各溫度控制區的加熱溫度依次為280°C、282°C、285°C、285°C、280°C，復合功能母粒與聚酯切片的質量比(3 4) (2 I)；
(5)、將螺桿擠壓機加熱熔融的功能母粒聚酯熔體經計量泵泵入首道靜態混合器；
(6)、將聚酯原料對苯二甲酸和乙二醇按I.12 :1的摩爾比均勻混合后，在乙二醇銻的催化作用下，依次經酯化和縮聚反應獲得聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體，該聚酯熔體也泵入首道靜態混合器；
(7)、功能母粒聚酯熔體與聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體在首道靜態混合器中混合成混合熔體，進入首道靜態混合器的功能母粒聚酯熔體與聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體的質量比為I :10 ;混合熔體在增壓泵的作用下再依次經熔體過濾器、二道靜態混合器而送入噴絲頭;
(8 )、混合熔體從噴絲頭噴絲板的“ C”型微孔中擠壓出形成中空絲狀細流，中空絲狀細流經環吹風裝置驟冷固化成中空纖維絲，環吹風裝置的風溫16°C 18°C，風速3. 8^4. 2m/S。所述冷卻成型的中空纖維絲通過紡絲甬道后，再經上油輪進行雙面上油匯集成絲束，油劑濃度O. 28% ^0. 3%;上油后的纖維經卷繞牽伸匯集成纖維絲束，纖維絲束卷繞速度為 116(Tll80m/min。本發明的復合功能中空滌綸纖維生產方法，其工藝路徑和工藝參數等生產條件是在大量試驗分析基礎上，經科學篩選而確定的，從而使得本發明生產方法獲得的功能性纖維產品具有優良、穩定的質量。其主要優點是由于采用研磨的天然礦物電氣石粉和遠紅外陶瓷粉，并先制備成具有復合功能的復合功能母粒的方法，這樣一方面電氣石粉和遠紅外陶瓷粉被研磨成微米級，甚至納米級微粒，使得添加劑微粒以納米、微米狀態存在，更加容易在聚酯原料中均勻分散，并有利于負離子的永久釋放和遠紅外線的長期幅射，從而保證最終功能纖維產品性能的一致性和穩定性；另一方面該生產方法中通過先制備復合功能母粒，不僅能確保功能性添加劑在聚酯中充分均勻地分散，可紡性優，而且生產工藝便于控制，更適于工業化規模生產。又由于本發明采用將功能母粒聚酯熔體與聚酯熔體在線添加混合的直接紡工藝路徑，大大簡化了生產流程，減少車間面積、節省投資，有利于提高勞動生產率和降低成本，在該直接紡絲工藝路線中又設置了熔體過濾器，以去除某些聚合過程中殘留在熔體中的一些雜質單體和低聚物，這種在線添加功能性母粒的直接紡絲工序最大限度地減少了水分的滲入給最終纖維產品質量帶來的不利影響，因此本發明綜合了直接紡絲工藝和切片紡絲工藝的優勢。還由于在本發明中采用多道靜態混合器進行混合的并混工藝，它易于實現連續化生產，自動化程度高，能有效減少人工勞動，有利于生產效率的提高和產品質量的穩定。本發明的噴絲頭噴絲頭噴絲板上采用“C”型的擠出微孔，從而形成中空的滌綸纖維，既具有天然纖維良好性能和合成纖維的優良物理性能，又具有良好的透氣性、 吸水性和抗皺性，更具有差別化纖維和功能性纖維的雙重優勢。本發明的工藝路徑設計合理，各工藝參數間相互協調，既保證了纖維成品質量，有效拓展了纖維的應用范圍，又提高功能纖維成品的生產效率，適合于大批量、高質量地連續化生產。本發明不僅適用于單一功能、兩種功能添加劑的添加紡絲，而且也適用于兩種以上的多功能多種添加劑的復合添加紡絲生產。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步說明，但這并不意味對本發明的限制。其生產工藝包括如下步驟
制備功能粉體。將能釋放負氧離子的電氣石粉放入研磨機里進行研磨，確保粉體顆粒的粒徑在O. 8微米以下，以保證纖維的可紡性；同樣，將遠紅外陶瓷粉進行研磨，其粉體顆粒的粒徑也要達到O. 8微米以下。然后將兩種研磨后的粉體按照質量比I : I的比例均勻混合成功能粉體。制備復合功能母粒。將上述研磨好、混合均勻的功能粉體與聚酯切片按質量比
I 4的比例先后從各自的加料口加入雙螺桿擠壓機。螺桿擠壓機依次分為幾個功能段 I、加料段，將聚酯切片加入，并進行固體輸送，此段溫度不能過高，一般在270°C 275°C， 防止物料熔融，同時將物料壓實，保證物料充分密實，達到熔融所需要的狀態；2、熔融段，將加料段過來的聚酯充分熔融并進行初步的混合工作，該段溫度設置較高，一般在275°C 280°C，確保物料完全熔融；3、側喂料/第一排氣段，功能粉體從此段加入，與熔體進行混合，同時排出揮發性小分子和粉體中夾帶的空氣，進行第一次排氣，這一段的溫度保持在275°C 280°C ;4、分散/均化段，將聚酯熔體與粉體微粒均勻混合，溫度仍然保持在 275°C 280°C ;5、脫揮發份段，通過真空負壓的作用，讓熔體中夾帶的小分子物質從熔體的表面揮發出來，并從熔體體系中抽取出來，溫度設定在280°C 285°C，確保小分子完全揮發；6、排料增壓段，壓縮熔體建立一個穩定的壓力區，為熔體從雙螺桿的口模擠出做最后的準備，溫度設定在280 V 285°C，確保熔體的流動性。從螺桿擠壓機出料口流出的功能粉體的聚酯切片混合熔體以一定的壓力進入鑄帶頭，從鑄帶小孔中擠出，形成熔體細流；細流在水下切粒系統中，由循環冷卻水冷卻固化至常溫后，被切成聚酯切片大小的粒狀物，該粒狀物即為復合功能母粒。固態功能性粉體在壓力狀態下，呈塊狀，分散性很差，因而不能直接注入熔體,必須先制成高分子材料,才能與聚酯熔體更好的相溶,該工序較好地解決了這一問題。
制備功能母粒聚酯混合熔體。在復合功能母粒中再加入聚酯切片，復合功能母粒與聚酯切片按質量比(3 4) : (2 I)的比例送入轉鼓，在轉鼓干燥系統中被加熱到 150°C,干燥5 8小時后,通過吊裝設備送入屋頂料倉；然后按每天7. 5 10. O噸的添加量，進入螺桿擠壓機而形成功能母粒聚酯混合熔體；螺桿擠壓機由三段共六個加熱區組成， 第一部分是加料加熱段，即原料進入擠壓機，通過此部分逐漸加熱到熔融溫度，溫度要逐步均勻升高，若溫度一開始就設定過高，造成外層原料熔融，而內部還是固態，會形成環結堵料影響生產；第二部分是熔融壓縮段，保持較高的溫度，使原料全部熔融，并將熔體壓縮，增加其壓力；第三部分是計量段，熔體壓縮時會產生熱量，因而此部分溫度不宜太高，以防熔體發生降解，確保計量準確，熔體均一，因此螺桿擠壓機各區的溫度分別設定為為280°C、 282 V、285 V、285°C、282 V、280 V。經螺桿擠壓機加熱、熔融，并從螺桿擠壓機出口流出的功能母粒聚酯混合熔體進入熔體計量泵；計量泵將復合功能混合熔體泵經熔體輸送管道而進入首道靜態混合器。生產聚酯熔體。聚酯原料PTA (對苯二甲酸)和EG (乙二醇)按I. 12的摩爾比均勻混合后，在催化劑乙二醇銻的作用下，進入第一酯化反應釜，在壓力75kPa、溫度256°C等工藝條件，和攪拌器不停攪拌的作用下進行酯化反應，通常酯化率能達到90% ;然后進入第二酯化反應釜，同時注入O. 3%比例(質量百分比)的消光劑Ti02，在微正壓力67kPa、比第一酯化稍高溫度下繼續進行酯化反應，酯化率達到97%。酯化產物靠壓差和高度差進入第一縮聚釜，在真空條件下，物料溫度升高到272°C，壓力設定為67kPa，以縮聚反應為主，酯化反應繼續進行，得到預聚物；預聚物自流進入第二縮聚反應釜，在物料入口處溫度升到275°C， 反應釜的操作壓力為I. OkPa，形成縮聚物。縮聚產物經齒輪泵送入臥式終縮聚釜，在真空狀態和攪拌器作用下繼續反應，溫度為277 V，壓力為O. 16 kPa，最終得到聚對苯二甲酸乙二醇酯(聚酯滌綸PET)熔體。該聚對苯二甲酸乙二醇酯(聚酯)熔體通過管道進入增壓泵，壓力增到13. OMPa后，也泵入首道靜態混合器中。生產混合熔體。聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體和功能母粒聚酯熔體在首道靜態混合器中得以充分混合而形成混合熔體。進入首道靜態混合器的功能母粒聚酯熔體與聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體的質量比為I :10。然后混合熔體進入另一臺增壓泵，壓力增到13. OMpa 后，混合熔體進入熔體過濾器，將其中的雜質過濾后再進入第二道靜態混合器；混合均勻的混合熔體以6. OMPa的壓力進入纖維生產紡絲箱體。紡絲成形。紡絲箱體工藝溫度設計為270 275°C，混合熔體進入紡絲箱體后，被分配到36個紡絲位計量泵，計量泵以17. 5 20. 8轉/分鐘的轉速，將混合熔體計量后送入噴絲組件。每個組件以8. O 11. OMPa的壓力，將混合熔體從噴絲頭噴絲板的“C”形噴絲孔中擠出成中空絲狀細流。絲狀細流往下經過敞開式外環形吹風裝置，該裝置以3. 8 4. 2m/s的速度將16 18°C的冷卻工藝風吹到細流上，細流驟冷固化成纖。由于風速較高， 纖維截面形成非對稱冷卻，使纖維有不同的外觀結構，其雙折射和結晶度不同，從而產生不同的收縮效應，內部潛存一種自然卷曲勢能。卷繞落桶。冷卻固化成纖的絲條從紡絲甬道下來，經上油輪對其進行雙面上油，油劑濃度O. 28 O. 3%，纖維含油水率達到20. O 25. 0%，以增加其抱合性和平滑性。上油后的纖維經自由棍、集束棍和牽引機匯集成一束絲，以1160 1180m/min的卷繞速度,通過喂入機落入往復盛絲桶內。盛絲桶在往復裝置上以橫向和縱向兩個方向同時運行，把從喂入輪落下的絲束均勻有規律地鋪在盛絲桶中。牽伸卷曲。絲束從24只盛絲桶中拉出，經導絲棒、導絲架牽引、集束為三片總絲束；絲片經第一牽伸機進入62 72°C的水浴牽伸槽，進行張力平衡，提高絲束溫度，并以
3.03 3. 15的倍率對絲片進行水浴牽伸；再經第二牽伸機進入95 110°C的蒸汽加熱箱， 使纖維在第二牽伸機和第三牽伸機之間進行倍率為I. 02 I. 04的蒸汽牽伸。一水一汽兩道牽伸，使纖維雙折射和結晶度低的部分發生分子取向，雙折射和結晶度較高的另一部分產生過度拉伸，纖維內部的潛在卷曲得到充分釋放，由于兩種超分子結構部分不同的收縮而繞軸向產生扭轉，形成螺旋形三維自然卷曲。上油切斷。牽伸后的絲片，以180 200 m/min的牽伸速度，進入上油裝置進行雙面上油，油劑濃度6. O 12. 0%，上油率O. 15 O. 35%，以增加纖維的抗靜電性、膨松性和滑爽性。上油后的絲片經疊絲機疊合成一束后，由卷曲機輸送，在冷卻輸送帶上進行冷卻和去濕，進入切斷機，將纖維切成32_ 64_長的三維卷曲中空滌綸短纖維。烘干定型。切斷后的纖維進入160 180°C的松弛熱定型機，經過8 IOmin時間， 烘干纖維中的水分，并在松弛狀態下消除纖維內應力，使卷曲完全定型，同時改善纖維力學性能，穩定纖維長度，得到負離子遠紅外復合功能三維卷曲中空滌綸纖維。上述舉出了本發明具有負離子和遠紅外功能的復合功能中空滌綸纖維生產方法， 但本發明并不局限于此，本發明同樣適用于具有保健功能、防護功能、熱濕舒適功能、醫療和環保功能等復合功能化學纖維的生產。
權利要求
1.一種復合功能中空滌綸纖維生產方法，其特征是該生產方法的工藝步驟包括(1)、分別研磨電氣石粉和遠紅外陶瓷粉，并以質量比1:1的比例均勻混合研磨后的電氣石粉和遠紅外陶瓷粉，而得到功能粉體；(2)、向螺桿擠壓機先加入聚酯切片，然后再向螺桿擠壓機中呈熔融狀態的聚酯熔體中加入功能粉體，并使功能粉體與聚酯熔體充分混和；所述功能粉體與聚酯切片的質量比為 I :4，在螺桿擠壓機中分六段功能溫控區，各功能溫控區的加熱溫度依次為270°C 275°C、 275 280 、275 280 、275 280 、280τ 285 、280 285；(3)、將從螺桿擠壓機出料口流出的功能粉體和聚酯切片混合熔體送入鑄帶頭，從鑄帶頭小孔中擠出的熔體細流在水下切粒、冷卻固化至常溫而形成復合功能母粒；(4)、將復合功能母粒再與聚酯切片混合加熱至150°C、干燥5 8小時后，送入螺桿擠壓機形成功能母粒聚酯混合熔體，在螺桿擠壓機分六個溫度控制區，各溫度控制區的加熱溫度依次為280°C、282°C、285°C、285°C、280°C，復合功能母粒與聚酯切片的質量比(3 4) (2 I)；(5)、將螺桿擠壓機加熱熔融的功能母粒聚酯熔體經計量泵泵入首道靜態混合器；(6)、將聚酯原料對苯二甲酸和乙二醇按I.12 1的摩爾比均勻混合后，在乙二醇銻的催化作用下，依次經酯化和縮聚反應獲得聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體，該聚酯熔體也泵入首道靜態混合器；(7)、功能母粒聚酯熔體與聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體在首道靜態混合器中混合成混合熔體，進入首道靜態混合器的功能母粒聚酯熔體與聚對苯二甲酸乙二醇酯熔體的質量比為I :10 ;混合熔體在增壓泵的作用下再依次經熔體過濾器、二道靜態混合器而送入噴絲頭;(8)、混合熔體從噴絲頭噴絲板的“C”型微孔中擠壓出形成中空絲頭狀細流，中空絲頭狀細流經環吹風裝置驟冷固化成中空纖維絲，環吹風裝置的風溫16°C 18°C，風速3.8 4. 2m/s ο
2.根據權利要求I所述的復合功能中空滌綸纖維生產方法，其特征是所述冷卻成型的中空纖維絲通過紡絲甬道后，再經上油輪進行雙面上油匯集成絲束，油劑濃度O. 28% ^0. 3% ;上油后的纖維經卷繞牽伸匯集成纖維絲束，纖維絲束卷繞速度為116(Tll80m/min。
全文摘要
本發明公開了一種復合功能中空滌綸纖維生產方法，其步驟包括研磨電氣石粉和遠紅外陶瓷粉得功能粉體；將功能粉體與聚酯熔體充分混和并制成復合功能母粒；再將復合功能母粒再與聚酯切片混合加熱成功能母粒聚酯混合熔體，經計量泵泵入首道靜態混合器；將聚酯熔體也泵入首道靜態混合器；形成的混合熔體在增壓泵的作用下再依次經熔體過濾器、二道靜態混而送入噴絲頭形成中空纖維絲。該生產方法不僅能同時將多種功能性添加劑均勻分散于聚酯熔體中，產品質量穩定，而且工藝流程合理，適于大規模生產。
文檔編號D01D5/092GK102586908SQ20121005340
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月4日 優先權日2012年3月4日
發明者潘洪慶, 鄭權, 顧斌 申請人:江蘇德賽化纖有限公司