超细旦聚酰胺短纤维及其生产方法.pdf

本发明涉及一种化学纤维，具体地说是一种超细旦聚酰胺短纤维及其生产方法。所述纤维是一种以低密度聚乙烯为海的组分、聚酰胺为岛的组分的海岛型短纤维，其特征是：聚酰胺和低密度聚乙烯的重量比为1∶0.4～2.3，其岛分离后单丝纤度为0.05～0.3dtex。海岛型单丝纤度为3.0～6.0dtex，纤维断裂强度为2.2～4.2CN/dtex，断裂伸长率为100～160％。本发明可使海岛纤维结构稳定，物性稳定，容易染色，海岛组分的有效成分含量提高。

1、  一种超细旦聚酰胺短纤维，所述纤维是一种以低密度聚乙烯为海的组分、聚酰胺为岛的组分的海岛型短纤维，其特征是：聚酰胺和低密度聚乙烯的重量比为1∶0.4～2.3，其岛分离后单丝纤度为0.05～0.3dtex。

2、  如权利要求1所述的超细旦聚酰胺短纤维，其特征是：海岛型单丝纤度为3.0～6.0dtex，纤维断裂强度为2.2～4.2CN/dtex，断裂伸长率为100～160％。

3、  一种如权利要求1或2所述的超细旦聚酰胺短纤维的生产方法，其特征是所述方法包括如下步骤：
步骤一，纺丝：采用双螺杆海岛型复合纺丝法，将熔融的聚酰胺经海岛型纺丝板成为多股细流在喷丝孔入口处被熔融的低密度聚乙烯分别包裹、挤出，形成丝束；其中聚酰胺与低密度聚乙烯重量比1∶0.4～2.3；
步骤二，冷却：喷丝头环吹风装置，吹出的风的温度是20～25℃
步骤三，上油卷绕：冷却后的丝束通过导丝盘后，在上油盘上上油，然后再在卷绕盘上卷绕；其中，导丝盘速度300～800m/min，上油盘转速18～20r/min，上油时所用的油剂为4～5％丙纶油剂的水溶液，卷绕速度300～800m/min。
步骤四，集束：上油后的丝束再通过集束架集束，集束后丝束的旦数为4～4.5万旦；
步骤五，浸油：丝束经集束后再经浸油槽浸油，浸油槽中的油剂是含有4～5％的丙纶油剂的水溶液，单位为重量百分数；
步骤六，拉伸：经过浸油后的丝束再在空气介质中进行拉伸，拉伸时，第一牵伸辊速度18～22m/min，第二牵伸辊速度60～90m/min，牵伸倍数2.5～4倍；
步骤七，卷曲：拉伸后的丝束再经65～70℃预热，然后在卷曲机上卷曲，卷曲机速度60～70m/min，卷曲后的丝束在室温下冷却；
步骤八，松弛热定型：卷曲后的丝束在定型机内，70～75℃下松弛热定型，时间8～12min；
步骤九，切断：松弛热定型后的丝束在切断机上按照要求的长度切断，切断机速度为25m/min，切断长度为38～64mm。

4、  如权利要求3所述的生产方法，其特征是：所述的纺丝步骤中，熔融聚酰胺的螺杆压力为60～90kg/cm²，转速10～20r/min，熔融纺丝温度为220～270℃；熔融低密度聚乙烯的螺杆压力为40～60kg/cm²，转速为20～30r/min，熔融纺丝温度为170～275℃，纺丝速度300～800m/min。

超细旦聚酰胺短纤维及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种化学纤维，具体地说是一种超细旦聚酰胺短纤维及其生产方法。
背景技术
海岛型复合纤维是制造超细纤维的新技术，它是一种聚合物以多个极细的微纤(称之为岛)的形式分布在另一种聚合物(称之为海)之中。该类纤维做成机织物或针织物后，将海组分溶解，留在织物中的岛组分微纤就成为超细纤维。海岛型复合纤维由两种聚合物通过双螺杆复合纺丝机分别熔融，进入海岛型喷丝组件，通过各自的流道，在喷丝孔入口处汇合，一并挤出成型。用海岛法生产涤纶、锦纶等超细纤维，早在二十世纪七十年代就已有生产。但到二十世纪后期，由于水溶性聚酯的合成，使海组分的溶解比较方便，因此海岛纤维的发展比较迅速。这种化纤新产品，纤维很细，岛分离后单丝纤度可达到0.1dtex以下，所得合成革、人工皮革、机织物和针织物特别柔软，是仿鹿皮革、桃皮绒等高级纺织品的重要原料。
聚酰胺纤维(锦纶)具有优越的物理性能，广泛应用于针织内衣、连裤袜、弹性丝袜、运动衣、紧身衣、袜口等领域。它是聚酰胺通过干法纺丝法制成的纤维。1970年日本的东丽公司研制了聚酰胺为岛聚酯为海的超细纤维复合纺丝技术。近年来，这一工艺日趋成熟，其优点是产品质量稳定，海组分溶解充分。然而，由于在后续的减量工艺中，聚酯经过碱液溶解后生成对本二甲酸，回收困难，造成大量有机物的排放和环境污染，已经成为这一技术的最大障碍。日本可乐丽公司研制了聚酰胺为岛聚酯为海的超细纤维混合熔融纺丝技术，这种技术将两种组分混合后进入同一根螺杆，通过不同的混合程度形成海岛结构，这种技术的岛结构不稳定造成物理性能指标不稳定和减量后纤维的染色性能差，岛组分(有效组分)含量低于60％(超过60％将无法形成清晰的海岛结构)。
发明内容
本发明目的是提供一种超细旦聚酰胺短纤维及其生产方法，使海岛纤维结构稳定，物性稳定，容易染色，海岛组分的有效成分含量提高。
所述纤维是一种以低密度聚乙烯为海的组分、聚酰胺为岛的组分的海岛型短纤维，其特征是：聚酰胺和低密度聚乙烯的重量比为1∶0.4～2.3，其岛分离后单丝纤度为0.05～0.3dtex。
海岛型单丝纤度为3.0～6.0dtex，纤维断裂强度为2.2～4.2CN/dtex，断裂伸长率为100～160％。
一种超细旦聚酰胺短纤维的制造方法，其特征是所述方法包括如下步骤：
步骤一，纺丝：采用双螺杆海岛型复合纺丝法，将熔融的聚酰胺经海岛型纺丝板成为多股细流在喷丝孔入口处被熔融的低密度聚乙烯分别包裹、挤出，形成丝束；其中聚酰胺与低密度聚乙烯重量比1∶0.4～2.3；
步骤二，冷却：喷丝头环吹风装置，吹出的风的温度是20～25℃
步骤三，上油卷绕：冷却后的丝束通过导丝盘后，在上油盘上上油，然后再在卷绕盘上卷绕；其中，导丝盘速度300～800m/min，上油盘转速18～20r/min，上油时所用的油剂为4～5％丙纶油剂的水溶液，卷绕速度300～800m/min。
步骤四，集束：上油后的丝束再通过集束架集束，集束后丝束的旦数为4～4.5万旦；
步骤五，浸油：丝束经集束后再经浸油槽浸油，浸油槽中的油剂是含有4～5％的丙纶油剂的水溶液，单位为重量百分数；
步骤六，拉伸：经过浸油后的丝束再在空气介质中进行拉伸，拉伸时，第一牵伸辊速度18～22m/min，第二牵伸辊速度60～90m/min，牵伸倍数2.5～4倍；
步骤七，卷曲：拉伸后的丝束再经65～70℃预热，然后在卷曲机上卷曲，卷曲机速度60～70m/min，卷曲后的丝束在室温下冷却；
步骤八，松弛热定型：卷曲后的丝束在定型机内，70～75℃下松弛热定型，时间8～12min；
步骤九，切断：松弛热定型后的丝束在切断机上按照要求的长度切断，切断机速度为25m/min，切断长度为38～64mm。
所述的纺丝步骤中，熔融聚酰胺的螺杆压力为60～90kg/cm²，转速10～20r/min，熔融纺丝温度为220～270℃；熔融低密度聚乙烯的螺杆压力为40～60kg/cm²，转速为20～30r/min，熔融纺丝温度为170～275℃，纺丝速度300～800m/min。
本发明具有如下优点：
①本发明采用复合纺生产聚酰胺超细短纤维，比混合熔融法生产的海岛纤维结构稳定，物性稳定，容易染色，海岛组分(有效成分)含量提高。
②本发明采用复合纺生产聚酰胺超细短纤维比聚酰胺/聚酯复合短纤维减量成本低，回收的聚乙烯可实现再利用，并且大量减少有机物的排放。
③本发明所得到的聚酰胺海岛复合短纤维性能，可满足一般短纤维纺织后加工的需要，开发聚酰胺短纤维及其混纺纱线的新型纺织材料，并可生产非织造布，扩大了聚酰胺机织物、针织品、仿鹿皮、人造皮革等领域的应用范围。
④本发明的制备方法简便，适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明的工艺路线图。
具体实施方式
本发明的超细旦聚酰胺短纤维由聚酰胺为岛组分，低密度聚乙烯为海组分构成的超细旦聚酰胺复合短纤维，聚酰胺和低密度聚乙烯的重量比为1∶0.4～2.3。岛分离后该纤维的单丝纤度为0.05～0.3dtex。
本发明采用的双螺杆海、岛复合短纤维纺丝方法，在两种聚合物熔体加工中，聚酰胺熔体被聚乙烯熔体包围，在每一根复合纤维中，聚酰胺熔体被分割为十多股至数十股连续细流，由形成岛的喷丝板的针管数量决定股数，每股细流在聚乙烯熔体的包围之中。另一万面，由于非弹性的聚乙烯成份的掺入，使聚酰胺纤维的高回弹性在拉伸过程中产生的高张力得以缓解，有利于纤维拉伸变细。本发明在原料组分的匹配方面，选择低密度聚乙烯为海的组分，可以用甲苯为溶剂，进行萃取，而该溶剂对聚酰胺没有影响，同时在纺丝过程中两组分不发生反应，而且纺丝温度方面比较接近。
(1)本发明的工艺路线如图1所示。
(2)原科：
本发明采用的原料是聚酰胺6切片(PA6)作为岛组分。切片相对粘度2.80，密度1.14g/cm³，熔点215～225℃。
海组分的选择条件是①易溶解于某种溶剂中，但该溶剂不溶解聚酰胺；②与聚酰胺不发生反应；③纺丝温度与聚酰胺接近。根据以上要求选择。根据试验情况，采用熔融指数为26～50的低密度聚乙烯切片，熔点108℃，软化点80℃，密度0.92g/cm³。
(3)纺丝设备：
本发明使用双螺杆复合纺丝机试验，海岛纺丝板可按需调整其板径、孔径、孔数和岛数。在实施例中采用的规格：孔径×孔数×岛数为0.3×16×16(mm)。螺杆各区和箱体温度自动控制。螺杆和计量泵由变频调速控制。
(4)工艺参数：
①切片干燥
聚酰胺切片：使用真空干燥箱，干燥温度90～95℃；
真空度6×10^-2Pa，时间48小时。切片含水率控制在0.01％以下；
低密度聚乙烯切片：由于聚乙烯本身不含水，为了确保纺丝顺利进行，用70℃热风干燥数小时，将切片表面吸附的水分去除。
②纺丝工艺参数
原料重量配比：聚酰胺/聚乙烯重量比为1∶0.4～2.3；
计量泵规格：0.6ml/rep；
计量泵转速：根据成品纤度、原料配比、纺丝速度、拉伸倍率计算，聚酰胺熔体密度以1.14g/cm³，聚乙烯熔体密度以0.85g/cm³计算；
螺杆转速：根据熔体粘度情况，PA6螺杆压力较高，调节到60～90kg/cm²，螺杆转速10～20r/min。LDPE螺杆压力较低，调节到40～60kg/cm²，螺杆转速为20～30r/min；
纺丝速度：300～800m/min；
纺丝温度：PA6为220～270℃；
LDPE为170～275℃；
冷却温度：10～20℃。
③卷绕工艺参数
导丝盘速度：300～800m/min；
上油盘转速：18～20r/min；
油剂浓度：4～5％丙纶油剂的水溶液(w/w)；
卷绕速度：300～800m/min。
④后加工工艺参数
集束旦数：4～4.5万旦；
浸油槽油剂浓度：4～5％丙纶油剂的水溶液(w/w)；
第一牵伸辊速度：20m/min；
第二牵伸辊速度：60～90m/min；
牵伸介质：空气；
牵伸温度：室温；
牵伸倍数：2.5～4倍；
卷曲预热箱温度：65～70℃；
卷曲机速度：64m/min；
卷曲冷却油温度：室温；
松弛热定型温度：70～75℃；
松弛热定型时间：10min；
切断机速度：25m/min；
切断长度：38～64mm。
(5)纤维成品性能
①单丝纤度(dtex)3.0～6.0，岛分离后单丝纤度为0.05～0.3dtex；
②断裂强度(CN/dtex)2.2～4.2；
③断裂伸长率(％)120；
⑦卷曲数(个/25mm)11.5；
⑧含水率(％)0.98；
⑨含油率(％)1.1。
通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不能限制本发明的内容。
下述实施例工艺如图1所述，工艺参数除实施例描述外，同前的发明内容所述。
实施例1
PA6/LDPE(MI＝50)纺丝工艺
PA6泵供量13.5g/min，熔融纺丝温度220～270℃，螺杆转速12r/min，螺杆压力70kg/cm³。
LDPE泵供量9.56g/mim，熔融纺丝温度170～275℃，螺杆转速21～22r/min，螺杆压力52～62kg/cm²。
纺丝速度300m/min，在纺丝正常后，继续提高纺丝速度至600m/min和800m/min都能顺利卷绕。当纺丝速度提高到900m/min时出现毛丝，因此纺丝速度应控制在800m/min以下。
上述300m/min纺速的卷绕丝，拉伸2.5倍，纤维断裂强度为2.26CN/dtex，断裂伸长率为145.5％。拉伸3倍，纤维断裂强度为2.73CN/dtex，断裂伸长率为121.7％。拉伸3.5倍，纤维断裂强度为3.28CN/dtex，断裂伸长率为105.7％。
在上述拉伸范围，纤维断裂强度随拉伸倍数增加而增强，而断裂伸长随拉伸倍数增加而下降。
实施例2
PA6/LDPE(MI＝50)纺丝工艺
PA6泵供量13.5g/min，熔融纺丝温度220～270℃，螺杆转速12r/min，螺杆压力97kg/cm³。
LDPE泵供量11.5g/min，熔融纺丝温度170～275℃，螺杆转速29r/min，螺杆压力60kg/cm²。
以上纺丝工艺拉伸3.5倍，纤维断裂强度为3.05CN/dtex，断裂伸长率为122.7％。将以上卷绕丝集束成4万旦，经浸油槽(油剂浓度为8～10％)，进入一道和二道牵伸辊进行室温拉伸，然后丝束通过70℃预热箱进入卷曲机。卷曲丝束通过链板干燥机在70～75℃干燥温度下松弛定型10分钟，至切断机切断，卷曲数为11.5个/25mm。
实施例3
PA6/LDPE(MI＝38)纺丝工芝
PA6泵供量13g/min，熔融纺丝温度220～270℃，螺杆转速12～13r/min，螺杆压力67kg/cm³。
LDPE泵供量8.5g/min，熔融纺丝温度170～275℃，螺杆转速29r/min，所得纤维经拉仲3.3倍，单丝纤度为6dtex，纤维断裂强度为3.37CN/dtex，断裂伸长率为115.6％，该纤维PA6含量为60％，纤维强度较高，伸长率较大。产品经甲苯萃取，海组分溶解，岛单丝纤度0.3dtex。
实施例4
PA6/LDPE(MI＝38)纺丝工艺
PA6泵供量9.5g/min，熔融纺丝温度190～245℃，螺杆转速12r/min，螺杆压力58kg/cm³。
LDPE泵供量11.9g/min，熔融纺丝温度190～275℃，螺杆转速28r/min，螺杆压力46kg/cm²。上述卷绕丝，拉伸3倍，纤维断裂强度为2.06CN/dtex。断裂伸长率为131.4％，该纤维PA6含量为44％，可以纺丝，但成品丝断裂强度偏低。