專利名稱：異形中空ptt膨體地毯紗及制造方法
技術領域：
本發明屬于地毯紗加工技術領域，具體涉及一種異形中空PTT膨體地毯紗及制造方法。
背景技術：
聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是由對苯二甲酸和1，3-丙二醇經酯化縮聚而成的聚合物，是一種新型聚酯纖維原料。其中1，3-丙二醇有兩種生產方法化學法和生物法，分別以美國殼牌和杜邦公司為代表，其中生物法路線具有更低的生產成本和更好的產品質 量。我國清華大學自2006年以來先后由湖南海納百川生物工程、黑龍江辰能生物工程、天冠集團等公司合作，以生物法合成路線總量已形成近萬噸級/年的工業生產規模。關于PTT樹脂，張家港美景榮化學工業和江蘇中鱸科技發展股份有限公司共形成近5萬噸/年的生產能力，即我國已經具備生物法生產1，3-丙二醇及PTT新型聚酯的工業基礎。該聚合物的環保價值在于a)在聚合物中有37%的1，3丙二醇是由生物法以谷物或來源于天然油酯的甘油為原料，可減少化纖行業對石油資源的依賴度；b)杜邦公司測算PTT在生產過程與錦綸6相比，少用30%的能量，減少63%的溫室效應氣體排放；c) PTT是一種熱塑性聚合物，可作回收利用。所以PTT是一種生物基環保型、具有綠色生產過程和新型聚酯。PTT纖維在使用性能上與高檔地毯纖維錦綸6相比，有比錦綸更好的抗污性、耐候性、耐磨性、抗靜電性，有與錦綸相近的回彈性、蓬松性和染色性，是綜合性能優于錦綸6的地毯纖維，此外還具有干爽、挺括等特點。專家預測，PTT纖維很有可能將逐步替代滌綸和錦綸而成為21世紀大型纖維。作為地毯紗實際的應用情況由于受到經濟性的制約，產品推廣應用情況與預計有一定差距。國內PTT生產遠沒形成如滌綸切片的規模，國外提供的PTT與錦綸6價格相近，由于PTT的比重I. 33與錦綸6的I. 14相比，相同克重的地毪，以PTT為原料的地毯面紗在豐滿度與遮蓋力上與錦綸相比將相差14%左右，如果加工成相同效果，則面紗纖維用量同樣需增加約14%，其地毯成本也將增加相同數值。以經濟實惠為消費第一原則的我國國情，又在目前PTT價格不能下調的情況下，盡管PTT膨體地毯紗前述如此多的質量和環保優勢，如果不解決由比重帶來的瓶徑，PTT地毯紗在短期內較難得到迅速擴展。
發明內容
本發明要解決的技術問題是基于上述問題，本發明的一個目的是提供一種異形中空PTT膨體地毯紗，在保持纖維異形度的同時，引入中空，使視比重降低13% 18%，達到接近或低于錦綸6比重的水平，解決制約PTT膨體地毯紗迅速擴展的比重瓶徑。本發明的另一個目的是提供一種異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法。主要是設計一種能最大的保持異形度的同時，可以形成13%以上的纖維中空度，又便于清洗和維護的噴絲板，達到保持地毯纖維風格、降低使用成本、紡絲順暢的目的。本發明解決其技術問題所采用的一個技術方案是提供一種異形中空PTT膨體地毯紗，包括地毯紗本體，所述的地毯紗本體是由PTT纖維經膨體變形加工后的異形中空膨體紗，地毯紗本體的線密度為IOOOdtex 2000dtex，所述的異形中空膨體紗的單纖纖維具有三葉三角形外環和三角形內孔橫截面。所述的“異形中空”，對于地毯纖維來講，由于 與服裝等紡織纖維的用途不同，特性要求不同，纖維截面的異形度是重要的關鍵性指標。與常規圓形截面相比，相同實體截面的異形纖維由于有更高表觀彎曲模量而給出更高的剛性和回彈性；又因為形成地毯面紗后每根異形纖維將占據更大的有效體積空間，和更小的纖維間表面接觸面積而表現出更小的磨擦阻力，使得異形地毯面紗給出更好的膨松感、爽滑感和豐滿度。異形度越大，所產生的上述特性越強。鑒于地毯面紗的特性要求，需要在保持異形度的情況下實現中空，才能在降低視比重的同時而又不影響地毯紗的品質。從形成最大異形度截面的角度來看，三葉形給出最大的異形度，其次為三邊形，除此之外的其它多角形或多邊形，都將使異形度減小。所以本發明纖維在三邊形內成孔，制成“三葉三角形外環、三角形內孔”橫截面，在最大限度的保持了地毯紗特性的同時實現中空，達到降低視比重而不改變地毯面紗風格的目的。在纖維總橫截面積不變的情況下，異形中空地毯紗的中空度增加，纖維的抗彎剛度減小，手感柔軟性增加。所述的異形中空膨體紗的單纖線密度為IOdpf 25dpf，中空度為13% 18%。在單纖線密度< IOdpf的情況下，由于中空纖維壁過薄，中空度遠大于18%，斷裂強度過小而導致牽伸斷頭率明顯增加，成品率下降過大。試紡表明，同一塊噴絲板，如果單纖線密度>25dpf，纖維中空度難以保持> 13%。因本發明中為最大的保持異形度而采用的三葉三角形截面，使能有效成孔的面積較圓形截面大為減少。如果控制中空度> 18%，也會因纖維壁局部過薄而使得紡絲斷頭率過高。如果< 13%，則達不到有效降低比重的經濟性目的。本發明解決其技術問題所采用的另一個技術方案是提供一種異形中空PTT膨體地毯紗的制備方法，采用具有異形噴絲孔的噴絲板，利用BCF紡絲機組一步法完成，包括如下工藝步驟a.將PTT切片預干燥至水份為15ppm 50ppm,由全封閉短程管路輸送入螺桿擠出機的入口；b.將步驟a中干燥后的PTT切片經螺桿熔融并由螺桿推進經導管送入紡絲箱體，螺桿擠出溫度為240°C 260°C，擠出壓力為75bar 85bar ；c.將步驟b中的熔體在箱體中經紡絲泵計量輸送至噴絲頭，由噴絲孔擠出的熔體細流在紡絲窗中側吹風冷卻固化成纖維，紡絲組件溫度為258°C 263°C，紡絲壓力為28bar 36bar,側吹風溫度為14°C 17°C，風速為O. 4m/s O. 8m/s ；d.對步驟c中纖維進行上油后牽引拉伸，拉伸溫度為150°C 180°C，拉伸倍數為2. 5 3. 0，將拉伸后的纖維進行膨化變形、冷卻定形、網絡后由卷繞機構卷繞在筒管上完成異形中空膨體地毯紗。PTT熔點為228°C 230°C，螺桿擠出、熔體輸送溫度一般保持在高于熔點20°C左右，控制低溫，可減少高聚物降解，高摩爾質量的聚酯熔體粘度高，是保證高異形度和中空度的基礎。提高擠出壓力5bar lObar，增加流動性和提供更高的紡絲組件壓力。所以控制步驟b中螺桿擠出溫度為240°C 260°C，壓力為75bar 85bar。
步驟c中的組件溫度及壓力是指紡絲效果、中空纖維形成過程中的缺口融合效果及中空度的大小，是紡絲組件溫度和壓力共同作用的結果。紡絲溫度低，熔體粘度增大，熔體形變阻力和表面張力大， 有利于異形的保持和中空的形成，但熔體溫度太低，熔體流動性差、紡絲成形不好，甚至弓I起不穩定流動，造成熔體破裂。如果溫度過高熔體粘度過小，表面張力下降，熔體噴出孔后的膨化現象大大降低，熔體細流產生表面萎縮，導致異形度及中空腔均變小。組件壓力影響熔體的流變性，壓力提高可降低熔體流動黏度，改善熔體流變性，可以提高熔體出口脹大效應以保證缺口融合效果，同時也使纖維異形及中空度下降，但小于溫度變化的影響。所以在本BCF紡絲機組的條件下選定較高的組件壓力為28bar 36bar、稍高的紡絲溫度258°C 263°C (高出實體纖維3bar 10bar、3°C 5°C)較為適宜。步驟c中的“側吹風”是指風溫及風速共同決定了纖維熔體細流的冷卻效果。風溫降低及風速加大都將加強冷卻，熔體細流的固化速率加快，使得在紡程上形成的異形及空腔來不及形變及萎縮而被固化.有利于異形及空腔的形成。但如果風速過高會造成絲條搖晃揣動，或使噴絲板板面的溫度下降.出絲不暢影響穩定性。如果風溫過低，急劇冷卻將會形成皮芯結構，使纖維在拉伸過程中易出現毛絲和斷頭，同時使染色性變差。所以在本BCE紡絲機租的條件下選定風溫為14°C 17°C，風速為O. 4m/s O. 8m/s較為適宜。在上述的工藝過程和工藝條件下，根據不同的紗線規格，紡絲速度可以控制在1800m/min 2500m/min,順利紡制出紗線線密度IOOOdtex 2000dtex、單纖線密度IOdpf 25dpf，中空度13% 18%的異形中空PTT膨體地毯紗。所述的噴絲板是由30或60孔沿側吹風方向呈15° 45°的斜線平行排列成多行，相鄰行孔由呈菱形排布的多孔不銹鋼圓形板構成，每個噴絲孔由三個“ y ”形狹縫組成，“ y ”形狹縫具有分叉部和豎直部，三個“ y ”形狹縫分叉部組合成等邊三角形、豎直部沿三角形的一個斜邊向外斜向延伸，呈與斜邊貫通一體的距形，組合成等邊三角形的三個“ y ”形狹縫之間有一定間距、互不貫通，噴絲孔整體構成三頂角具有斜直三葉、三邊各有一缺口的等邊三角形環形孔。噴絲孔的三角環形孔的一個頂角與側吹風向呈逆向定位于噴絲板面。噴絲孔排列方式，“沿側吹風方向呈15° 45°角”及“相鄰行孔呈菱形排布”，目的是在本設計噴絲孔間距及本紡絲機側吹風的情況下，使每根絲在風路中錯開分布，達到冷卻風在絲束內穿行過程中的最大冷卻效果；每個噴絲孔由三個“ y ”形狹縫組成，因為由三個“ y ”形狹縫和通常使用的“ Y ”形狹縫構成的噴絲孔相比，均能得到相近的纖維異形度。之所以采用前者結構，是因為其中減少了一個折角，增加了熔體在其中流動的穩定性，可紡性較好，且易加工制造、易清洗維護，提高了噴絲板的紡絲效率和使用壽命。“噴絲孔的三角環孔的一個頂角與側吹風向呈逆向定位于噴絲板面”，其目的是使每根三邊形單絲的兩個側面在風路中受到同樣的風力冷卻，產生最大的冷卻效果；另外由于最小的風吹阻力和受力的均衡性而使單絲在風路中最大限度的保持穩定狀態，增加了紡絲的穩定性。由于本發明是異形截面的中空，且又將原單孔分隔為三個相互獨立的“y”形狹縫，導致噴絲孔徑比實體纖維孔徑的1/3還小，熔體流動阻力明顯增大。應適當提高溫度，使熔體粘度下降，改善流動性能，提高熔體的噴出速度，且有利于提高初生纖維的剩余拉伸倍數及后序的牽伸及膨化變形。本發明的有益效果是1.異形中空PTT膨體地毯紗，在保持截面異形的基礎上實現中空，除保持了實心PTT膨體地毯紗比錦綸更好的抗污、耐候、耐磨和抗靜電性，相近的回彈、蓬松和染色性外，由于視比重下降13% 18%，使PTT地毯面紗制造成本接近和低于錦綸面紗，在地毯應用領域中，為PTT膨體地毯紗適合于國情的迅速推廣解決了瓶徑問題。2.異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法，其中合理的“三葉三角環形”異形中空噴絲孔及噴絲板整體的設計效果、設定的紡絲條件，使與錦綸紗相近視比重的PTT膨體地毯紗，在利用原紡絲機組且不增加紡絲費用的情況下一步完成，制造方法簡單、經濟、實用。
下面結合附圖實施例對本發明進一步說明。圖I是本發明噴絲板的結構示意圖。圖2是本發明單個噴絲孔的結構示意圖。圖3是本發明實施例I的異形中空PTT膨體地毯紗截面顯微放大圖。圖中1.噴絲板，2.噴絲孔，3. “y”形狹縫。
具體實施例方式現在結合具體實施例對本發明作進一步說明，以下實施例旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。如圖I所示的噴絲板I是由30或60孔沿側吹風方向呈15° 45°的斜線平行排列成多行，相鄰行孔由呈菱形排布的多孔不銹鋼圓形板構成，每個噴絲孔2由三個“ y ”形狹縫3組成，“ y”形狹縫3具有分叉部和豎直部，三個“ y ”形狹縫3分叉部組合成等邊三角形、豎直部沿三角形的一個斜邊向外斜向延伸，呈與斜邊貫通一體的距形，組合成等邊三角形的三個“ y ”形狹縫3之間有一定間距、互不貫通，噴絲孔2整體構成三頂角具有斜直三葉、三邊各有一缺口的等邊三角形環形孔。實施例I :采用單螺桿BCF紡絲機組以紡絲速度2300m/min進行紡絲，使用30孔/三葉三角環形孔的噴絲板，PTT切片和PTT專用油劑。工藝過程將PTT切片預干燥至水份為15ppm 50ppm,由全封閉短程管路輸送入螺桿擠出機的入口，將干燥后的PTT切片經螺桿熔融并由螺桿推進經導管送入紡絲箱體，螺桿擠出溫度為250°C，擠出壓力為76bar，熔體在箱體中經紡絲泵計量輸送至噴絲頭，由30孔/三葉三角環形孔噴絲板的噴絲孔擠出的熔體細流在紡絲窗中側吹風冷卻固化成纖維，紡絲組件溫度為260°C，紡絲壓力為30bar，側吹風溫度為16. 5°C，風速為O. 7m/s，對纖維進行上油后牽引拉伸，拉伸溫度為160°C，拉伸倍數為2. 5，將拉伸后的纖維進行膨化變形、冷卻定形、網絡后由卷繞機構卷繞在筒管上完成異形中空PTT膨體地毯紗。如圖2所示的由本實施例制得的異形中空PTT膨體地毯紗截面顯微放大圖，中空度在13%以上，保持截面異形的基礎上實現了中空。 本實施例制得的異形中空PTT膨體地毯紗的纖度為1250tex/90F，視比重為I. 13g/cm3，中空度為15. 2%，斷裂強力為I. 72cN/dteX，斷裂伸長為42. 1%，沸水收縮率為I. 02%，熱卷曲伸長率為26. 5%，含油率為I. 1%，網絡為25個/米，具有很好的抗污、耐候、耐磨和抗靜電性，以及低的制造成本。實施例2:采用單螺桿BCF紡絲機組以紡絲速度2000m/min進行紡絲，使用30孔/三葉三角環形孔的噴絲板，PTT切片和PTT專用油劑。工藝過程將PTT切片預干燥至水份為15ppm 50ppm,由全封閉短程管路輸送入、螺桿擠出機的入口，將干燥后的PTT切片經螺桿熔融并由螺桿推進經導管送入紡絲箱體，螺桿擠出溫度為260°C，擠出壓力為80bar，熔體在箱體中經紡絲泵計量輸送至噴絲頭，由30孔/三葉三角環形孔噴絲板的噴絲孔擠出的熔體細流在紡絲窗中側吹風冷卻固化成纖維，紡絲組件溫度為260°C，紡絲壓力為33bar，側吹風溫度為15. 5°C，風速為O. 8m/s，對纖維進行上油后牽引拉伸，拉伸溫度為160°C，拉伸倍數為2. 8，將拉伸后的纖維進行膨化變形、冷卻定形、網絡后由卷繞機構卷繞在筒管上完成異形中空PTT膨體地毯紗。本實施例制得的異形中空PTT膨體地毯紗的纖度為1400tex/90F，視比重為I. 15g/cm3，中空度為13. 7%，斷裂強力為I. 75cN/dtex，斷裂伸長為45. 1%，沸水收縮率為I. 2%，熱卷曲伸長率為27. 5%，含油率為I. 1%，網絡為20個/米，具有很好的抗污、耐候、耐磨和抗靜電性，以及低的制造成本。以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求
1.一種異形中空PTT膨體地毯紗，其特征在于包括地毯紗本體，所述的地毯紗本體是由PTT纖維經膨體變形加工后的異形中空膨體紗，地毯紗本體的線密度為IOOOdtex 2000dtex，所述的異形中空膨體紗的單纖纖維具有三葉三角形外環和三角形內孔橫截面。
2.根據權利要求I所述的異形中空PTT膨體地毯紗，其特征在于所述的異形中空膨體紗的單纖線密度為IOdpf 25dpf，中空度為13% 18%。
3.一種異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法，其特征在于采用具有異形噴絲孔的噴絲板，利用BCF紡絲機組一步法完成，包括如下工藝步驟 a.將PTT切片預干燥至水份為15ppm 50ppm，由全封閉短程管路輸送入螺桿擠出機的入口 ； b.將步驟a中干燥后的PTT切片經螺桿熔融并由螺桿推進經導管送入紡絲箱體，螺桿擠出溫度為240°C 260°C，擠出壓力為75bar 85bar ； c.將步驟b中的熔體在箱體中經紡絲泵計量輸送至噴絲頭，由噴絲孔擠出的熔體細流在紡絲窗中側吹風冷卻固化成纖維，紡絲組件溫度為258°C 263°C，紡絲壓力為28bar 36bar,側吹風溫度為14°C 17°C,風速為0. 4m/s 0. 8m/s ； d.對步驟c中纖維進行上油后牽引拉伸，拉伸溫度為150°C 180°C，拉伸倍數為2.5 3. 0，將拉伸后的纖維進行膨化變形、冷卻定形、網絡后由卷繞機構卷繞在筒管上完成異形中空膨體地毯紗。
4.根據權利要求3所述的異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法，其特征在于所述的噴絲板是由30或60孔沿側吹風方向呈15° 45°的斜線平行排列成多行，相鄰行孔由呈菱形排布的多孔不銹鋼圓形板構成，每個噴絲孔由三個“ y ”形狹縫組成，“ y ”形狹縫具有分叉部和豎直部，三個“ y ”形狹縫分叉部組合成等邊三角形、豎直部沿三角形的一個斜邊向外斜向延伸，呈與斜邊貫通一體的距形，組合成等邊三角形的三個“ y ”形狹縫之間有一定間距、互不貫通，噴絲孔整體構成三頂角具有斜直三葉、三邊各有一缺口的等邊三角形環形孔。
5.根據權利要求4所述的異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法，其特征在于所述的噴絲孔的三角環孔的一個頂角與側吹風向呈逆向定位于噴絲板面。
6.根據權利要求3所述的異形中空PTT膨體地毯紗的制造方法，其特征在于所述的BCF紡絲機組的紡絲速度為1800m/m 2500m/m。
全文摘要
本發明屬于地毯紗加工技術領域，具體涉及一種異形中空PTT膨體地毯紗及制造方法。異形中空PTT膨體地毯紗，包括地毯紗本體，所述的地毯紗本體是由聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維經膨體變形加工后的異形中空膨體紗，地毯紗本體的線密度為1000dtex～2000dtex，所述的異形中空膨體紗的單纖纖維具有三葉三角形外環和三角形內孔橫截面。其制造方法是采用具有異形噴絲孔的噴絲板，在BCF紡絲機組上一步法完成。纖維中空度13%～18%，制成相同效果地毯面紗成本下降13%以上，有良好的經濟效益。本方法利用原紡絲機在特定的紡絲條件下，無需增加紡絲費用一步完成，制造方法簡單、經濟、實用。
文檔編號D01D5/24GK102660820SQ20121014638
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者張立軍, 蔣俊賢, 蔣國忠, 蔣文, 蔣楓, 薛小平, 陸惠林 申請人:常州靈達特種纖維有限公司