PBT/PET復(fù)合纖維紡絲設(shè)備及相關(guān)工藝研究

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司　張明成/文

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

PBT/PET復(fù)合纖維紡絲設(shè)備及相關(guān)工藝研究

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司張明成/文

本文針對(duì)PBT/PET復(fù)合纖維強(qiáng)力低、應(yīng)用領(lǐng)域受限的缺陷，研制出的PBT/PET復(fù)合纖維紡絲設(shè)備進(jìn)行介紹，并論述了設(shè)備特點(diǎn)及相關(guān)工藝條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

PBT/PET復(fù)合纖維兩級(jí)拉伸工藝條件

1　前言

PBT是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（Polybutyleneterephthalatefibre）的簡(jiǎn)稱，PET是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（聚酯Polythylene terephthalate）的簡(jiǎn)稱，PBT與PET一起統(tǒng)稱為熱塑性聚酯或飽和聚酯，由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，因此復(fù)合牢固。由于兩種聚酯收縮率的差異，PBT/PET纖維帶有三維的自然卷曲，其兼有PBT纖維的柔軟性，優(yōu)異的染色性能和PET的高模量，回彈性好，不易變形等特點(diǎn)。在一定范圍內(nèi)可以取代氨綸。PBT/PET復(fù)合纖維的生產(chǎn)流程與其他復(fù)合纖維的生產(chǎn)方式基本相同，為了提高產(chǎn)品的物理性能，我們針對(duì)PBT/PET雙組份復(fù)合纖維紡絲機(jī)牽伸設(shè)備采用兩級(jí)拉伸配置，使其產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)展。

2　紡絲設(shè)備

2.1設(shè)備參數(shù)（見(jiàn)表1）

表1　主要設(shè)備參數(shù)

2.2設(shè)備設(shè)計(jì)要求

2.2.1熔體管路及紡絲箱

圖1　PBT/PET復(fù)合絲紡絲箱

PBT/PET復(fù)合絲紡絲箱（見(jiàn)圖1）采用三箱結(jié)構(gòu)：PBT紡絲箱、PET紡絲箱和紡絲組件箱。三箱溫度可單獨(dú)設(shè)定；為了保證熔體輸送過(guò)程中粘度和溫度均勻，熔體管道通徑的選擇原則是熔體在各級(jí)管路中的剪切速率應(yīng)盡量一致。本設(shè)計(jì)中各級(jí)熔體管道的剪切速率控制在10S-1左右。

2.2. 2 PBT/PET復(fù)合絲牽伸卷繞設(shè)備

PBT/PET的牽伸設(shè)備（見(jiàn)圖2）采用三組輥（兩級(jí)拉伸），GR1張緊角2°，表面為鏡面鉻；SR1張緊角1°，表面毛面鉻，Ra=1.5～1.8；GR2表面毛面鉻，Ra=1.0～1.2；SR2表面毛面鉻，Ra=1.5～1.8；GR3表面毛面鉻，Ra=2.0～2.5。

圖2　PBT/PET復(fù)合絲牽伸卷繞設(shè)備

2.2.3上油方式

上油的均勻性關(guān)系著纖維與牽伸輥的摩擦力，它對(duì)纖維的拉伸有很大影響，上油不勻會(huì)使紡絲斷頭增加，為了提高上油的均勻性，本設(shè)計(jì)采用了寬體油輪上油。

3　生產(chǎn)工藝

3.1原料

選擇能與 PBT 切片相容性好的 PET 切片，使其在一定紡絲溫度下的熔體表觀粘度盡可能與 PBT相當(dāng)，減少?gòu)濐^絲，提高可紡性，以適應(yīng)PBT/PTT 復(fù)合纖維紡絲的要求。PET切片為金山石化公司，切片特性粘度0.68 dl/g， PBT切片為日本三菱化成公司，切片特性粘度1.09Dl/g，經(jīng)固相增粘待其特性粘度達(dá)到1.27Dl/g時(shí)使用。

3.2紡絲油劑

在紡絲過(guò)程中，為使初生纖維在牽伸時(shí)獲得很好的油膜保護(hù)，提高上油的均勻性，選擇松本（Matsumoto）3530 ，油劑濃度15%。

3.3主要工藝參數(shù)（見(jiàn)表2）

表2　133 dtex /24f產(chǎn)品的主要工藝參數(shù)

3.4PBT/PET復(fù)合纖維的物理性能（見(jiàn)表3）

表3　133 dtex /24f 復(fù)合纖維的物理指標(biāo)

4　結(jié)果與討論

4.1特性粘度

對(duì)于PBT/PET復(fù)合纖維紡絲，PBT與PET兩種聚酯的粘度匹配是生產(chǎn)能否進(jìn)行的關(guān)鍵，粘度的差異會(huì)引起彎角絲造成紡絲困難，提高PBT組分的特性粘度可減少?gòu)澖墙z，因此需要購(gòu)買PBT特性粘度1.09Dl/g的切片，經(jīng)固相增粘待其特性粘度達(dá)到1.27Dl/g以上時(shí)才能正常使用。

4.2復(fù)合比

PBT/PTT兩組份復(fù)合紡絲中，兩組份質(zhì)量比為50/50時(shí)，纖維可獲得最大的卷曲伸長(zhǎng)率和收縮率，且各單組份結(jié)晶度隨該兩組份含量差異的增加而減少。

4.3紡絲溫度

對(duì)于同種聚合物，表觀粘度越大，流動(dòng)性能越差。紡絲溫度的設(shè)定原則是盡量保證兩種組份從同一噴絲孔內(nèi)擠出時(shí)有相同的流動(dòng)狀態(tài)，PET采用高溫熔融，低溫紡絲；PBT采用低溫熔融，高溫紡絲，這樣可以減小PBT的降解，盡管兩種組份在箱體內(nèi)溫度差異較大，但兩種組份進(jìn)入到同一個(gè)復(fù)合組件時(shí)發(fā)生熱交換，PET組份的溫度降低，PBT組份的溫度升高，溫度差異有逐漸縮小的趨勢(shì)，PBT與PET兩種聚酯，當(dāng)擠出粘度不同時(shí)會(huì)出現(xiàn)彎頭角，彎頭角的大小與兩種聚酯的粘度差異有關(guān)，粘度差異越大彎頭角越嚴(yán)重，在紡絲過(guò)程中，彎頭角會(huì)造成纖維截面和拉伸性能的差異，如圖3（1）所示，嚴(yán)重的還會(huì)玷污噴絲板面紡絲無(wú)法進(jìn)行，如圖3（3）所示。鑒于彎頭總是彎向高粘度熔體一側(cè)，在紡絲生產(chǎn)中可以通過(guò)調(diào)整雙螺桿溫度來(lái)改變兩種聚酯的粘度，使其達(dá)到粘度相近，如圖3（2）所示，通常將PET紡絲溫度設(shè)定為288℃左右，PBT紡絲溫度設(shè)定為268℃左右，主箱體溫度設(shè)定為280℃左右，這樣兩種組份表觀粘度接近，彎頭基本消失。

圖3　表觀粘度匹配與可紡性的關(guān)系

4.4牽伸比

隨牽伸比的增加，纖維的整體取向、各組份結(jié)晶度均有所增加，卷曲伸長(zhǎng)和收縮率也增加，定型溫度越高，纖維卷曲度越大。GR1的作用是將絲條加熱到玻璃化溫度， GR1溫度通常為90℃左右，GR1熱輥表面帶2°的張緊角對(duì)絲條起張緊作用；GR2與 GR1之間進(jìn)行第一步拉伸，目的是使大分子鏈沿著拉伸方向定向排列，通常拉伸比為2.5～3倍，GR2的溫度通常為145℃～155℃；GR3與 GR2之間進(jìn)行第二步拉伸，目的是使大分子進(jìn)一步取向，GR3與 GR2拉伸比為1.1～1.4倍，由于經(jīng)過(guò)第一次拉伸后纖維的整體取向、各組份結(jié)晶度均有所增加，熱輥溫度需進(jìn)一步提高，以減小拉伸應(yīng)力，GR3的作用是使高度取向的復(fù)合纖維大分子結(jié)晶，GR3溫度通常為170℃左右。PBT和PET復(fù)合纖維經(jīng)過(guò)兩級(jí)拉伸，拉伸溫度逐步提高，纖維可獲得較大的拉伸比，有利于提高纖維的強(qiáng)力和卷曲曲率。

4.5卷繞張力

牽伸后的絲束在卷繞時(shí)，卷繞力張力過(guò)大，會(huì)造成紙管變形，絲餅無(wú)法從卷繞機(jī)中退出。卷繞張力過(guò)小，絲條在熱輥上游動(dòng)，容易產(chǎn)生并絲斷頭， 通常卷繞張力控制在0.2～0.3cn/dtex 。

5　結(jié)論

PBT/PET復(fù)合纖維紡絲機(jī)采用三箱紡絲，兩級(jí)拉伸設(shè)備成功紡制了133dtex/24f PBT/PET復(fù)合雙組份彈性纖維，絲束的卷曲率大，卷曲度高，纖維強(qiáng)力高；設(shè)備整體設(shè)計(jì)先進(jìn)、運(yùn)行可靠；工藝軟件合理，可生產(chǎn)出高品質(zhì)的PBT/PET復(fù)合雙組份彈性纖維。

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