一种黑色聚酯工业丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种黑色聚酯工业丝及其制备方法，制备方法为：将含碳材的高粘聚酯熔体进行熔融纺丝制得黑色聚酯工业丝，其中，高粘聚酯的特性粘度大于等于0.85dL/g；熔融纺丝时，喷丝孔处剪切速率为1200～1500s

A black polyester industrial yarn and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种黑色聚酯工业丝及其制备方法
本专利技术属于工业丝
，涉及一种黑色聚酯工业丝及其制备方法。
技术介绍
聚酯工业丝具有强度高、尺寸稳定性好等优点，广泛应用作轮胎帘线、安全气囊、安全带、过滤布、灯箱布、蓬盖布、绳索、土工格栅等产业领域。聚酯工业丝之所有具有如此优异的性能，主要在于所用聚酯的高分子量以及在特定的纺丝工艺条件下产生的高结晶、高取向的有序结构，然而，这种高度的有序结构为聚酯工业丝及其制品的染色带来困难，表现在上染率低、难以染深色和色牢度低，甚至在染色过程中易造成聚酯工业丝的强力损失，再加上需要在高温、高压下进行染色，且染色过程能耗大、成本高、排污量大等缺点，在很大程度上限制着聚酯工业丝有色制品的发展。采用原液着色法制备聚酯工业丝可以有效克服上述问题，原液着色法是聚酯纤维着色的方法之一，是指熔体在进入纺丝箱体前，已经和着色物质充分混合均匀，将着色后的熔体进行纺丝直接生产有色聚酯纤维；在纺丝前的熔体中添加着色物质，其方法更为简易，且获得的产品着色更为均匀，免去了传统坯布前处理后的水介质下的染色加工，不会产生废水，是一种无水染色工艺。色母添加法是目前应用最为广泛的原液着色技术手段之一，在常规的聚酯纤维中已得到了普遍应用，然而制得的聚酯工业丝存在力学性能差、色牢度不高、尺寸稳定性差等问题，主要原因为：(1)颜料或染料在高粘聚酯中的均匀分散和分布较差；(2)颜料或染料影响高粘聚酯熔体的导热系数。为此，开发人员提出了一些解决上述问题的技术方法：1)聚酯共聚改性法：专利CN201610784610.4、CN201711342802.0和CN201511018195.3通过共聚的方法在聚酯分子链中引入含支链的二元醇降低熔体粘度，并通过改变喷丝孔排列方式或者采用新的油剂或者通过紫外照射制备黑色工业丝，但是上述专利未公开染料或颜料在工业丝中的分散和分布情况，也未公开相关色牢度指标且方法比较复杂，不易规模化生产；2)机械混合法：专利CN201510297066.6公开了一种有色涤纶工业丝的生产方法，通过熔体管道上的注射口添加色油以及助剂到PET熔体中，再经熔体管道中多个新型静态混合器使色油和PET熔体均匀混合，混合PET熔体再分配至纺丝箱体及各个纺位，这一方法与常规有色聚酯的生产没有本质区别，对于高粘聚酯的添加未提出新的方法，且该专利未公开染料或颜料在工业丝中的分散和分布情况，也未公开相关色牢度指标；专利CN200710067735.6公开了一种有色及功能型涤纶工业丝的生产工艺，通过将母粒熔体通过熔体泵直接注射到纺丝箱中的纺丝计量泵前，使母粒熔体与主螺杆中制备的常规高粘切片熔体在纺丝计量泵前的静态混合器中均匀混合，然后混合后的熔体输送至纺丝组件中进行纺丝，此方法减少了母粒熔体高温停留时间，降低了其降解，但是该专利未提出在短时间内实现颜料或染料在高粘聚酯中的分散均匀性解决方法，且未公开染料或颜料在工业丝中的分散和分布情况，也未公开相关色牢度指标；3)复合纺丝法：专利CN201810505626.6公开了一种皮芯型有色工业丝及制备方法，以分散有颜料或染料的聚合物为芯层材料，以与芯层材料同类的聚合物为皮层材料，通过皮芯复合组件进行熔融纺丝，不足之处在于需要专门的复合纺丝设备，投资成本高，工艺控制难，且不易大规模推广；4)原位复合法：专利201410709477.7公开了一种通过在原位聚合过程中添加碳材制备黑色聚酯纤维的方法，该方法可以在一定程度上增强分散效果，但颜料或染料将污染聚合、纺丝的全流程装备，不易规模化生产；5)低粘母粒法：目前普遍采用的色母粒基体为低粘聚酯(粘度为0.40dL/g～0.65dL/g的PET),甚至为了提高其分散性往往会添加一些低熔点成分(如对苯二甲酸丁二醇酯，PBT)或分散剂，低粘聚酯的引入，增加了熔体分子量的多分散性，降低了其均匀性，导致最终产品的力学性能降低，而且低熔点成分会引发不同步熔融，影响熔体均匀的同时，提前熔融可能造成螺杆环结，影响纺丝的稳定。然而在黑色聚酯工业丝生产中，在高喷丝孔剪切速率以及高的冷凝牵伸比条件下，碳材粒子向表层迁移现象严重，出现碳粉内少外多的类“皮芯”分布结构，直接影响其力学性能以及产品色牢度指标，同时引入碳材粒子的纺丝体系，其纺丝工艺势必不同于常规纺丝技术，碳材粒子的引入对熔体导热系数的影响最为直接，在纺丝成型过程中对此忽略则会加剧纤维熔体沿径向温度差异，引起应力、取向等一系列差宽化，最终导致纤维径向结晶差异变大，力学性能和尺寸稳定性较差，目前在纺丝成型过程中采取有效工艺调整解决如上问题的方案未有报道公开。因此，研究一种解决黑色聚酯工业丝力学性能差、色牢度不高和尺寸稳定性差等问题的方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中黑色聚酯工业丝力学性能差、色牢度不高和尺寸稳定性差的问题，提供一种黑色聚酯工业丝及其制备方法。本专利技术通过采用低剪切、缓和后加热和低风速高风温冷却工艺制备黑色聚酯工业丝，通过以上工艺相互配合有效提高黑色聚酯工业丝中着色剂分散均匀性的同时减少着色剂对聚酯熔体导热系数的影响，进而制得了力学性能优良、色牢度较高且尺寸稳定性好的黑色聚酯工业丝。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种黑色聚酯工业丝的制备方法，将含碳材的高粘聚酯熔体进行熔融纺丝制得黑色聚酯工业丝，其中，高粘聚酯的特性粘度大于等于0.85dL/g；熔融纺丝时，喷丝孔处剪切速率为1200～1500s-1，后加热器的温度为310～330℃，冷却的风温为20～35℃，冷却的风速为0.5～0.9m/s。本专利技术通过采用低剪切、缓和后加热和低风速高风温冷却工艺制备黑色聚酯工业丝；首先，降低剪切速率有效解决了碳材在纤维中分散和分布不匀的问题，高分子熔体在剪切作用下，聚合物中所添加的低分子量或者共混粉体会向熔体表层发生迁移，尤其在纺丝的高剪切速率下，这种现象尤其严重，对于添加碳材的情况，在高剪切速率下，碳材向纤维表面富集，一方面直接影响到纤维力学性能，另一方面，在表面富集的碳材会影响纤维牢度尤其摩擦牢度；其中，为剪切速率(s-1)，r为微孔半径(mm)，n为微孔数目，Q为泵供量(mm3/s)；其中，P1表示纺丝液流经分配板的压力降(Pa)，L1表示孔长度(mm)，d1表示孔直径(mm)，η1为熔体粘度(Pa·s)，q1表示通过分配板的单孔体积流量(mm3/s)；由上述公式可知，增大喷丝板孔径是降低剪切速率最为合理的方法，而在实际生产中不希望纺丝压力降发生改变，而决定压力降的参数是熔体粘度、孔径和孔长，添加碳材后的熔体粘度显著增大，可以通过减小喷丝孔长和增大喷丝孔径来消除粘度增大带来的影响，降低剪切速率，提高碳材在纤维中分散和分布的均匀性，进而提高纤维的力学性能和色牢度；其次，缓和后加热工艺可以保证熔体出喷丝板后的熔体粘度及强度，维持稳定的喷头拉伸，工业丝生产中，后加热目的在于补偿熔体出喷丝板后热量损失，防止熔体温度骤降所导致的粘度突增、拉伸困难，影响生产稳定性及纤维品质，在一般工业丝生产中，后加热温度为330～350℃，而在添加碳材的工业丝生产中，由于碳材导热系数优良，将其引入熔体体系后，熔体在强热辐射下，吸收热量速率显著提高，针对此，在后加热环节，本专利技术将其温度适当调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征是：将含碳材的高粘聚酯熔体进行熔融纺丝制得黑色聚酯工业丝，其中，高粘聚酯的特性粘度大于等于0.85dL/g；熔融纺丝时，喷丝孔处剪切速率为1200～1500s

【技术特征摘要】
1.一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征是：将含碳材的高粘聚酯熔体进行熔融纺丝制得黑色聚酯工业丝，其中，高粘聚酯的特性粘度大于等于0.85dL/g；熔融纺丝时，喷丝孔处剪切速率为1200～1500s-1，后加热器的温度为310～330℃，冷却的风温为20～35℃，冷却的风速为0.5～0.9m/s。2.根据权利要求1所述的一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，熔融纺丝时，一辊速度为600～650m/min，热辊后牵伸倍率为5.4～5.7倍，一辊至五辊的温度分别为65～70℃、95～100℃、125～130℃、225～235℃和135～150℃。3.根据权利要求1所述的一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，含碳材的高粘聚酯熔体中碳材的质量分数为0.5～0.8％。4.根据权利要求3所述的一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，含碳材的高粘聚酯熔体是通过将碳材母粒与聚酯I共混后熔融制得的，聚酯I的特性粘度为0.85～1.05dL/g，碳材母粒主要由碳材和特性粘度0.50～0.85dL/g的聚酯II组成。5.根据权利要求4所述的一种黑色聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，碳材母粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋明根，蒋权，亓书奎，薛勇，张玉梅，姬洪，张阳，
申请(专利权)人：浙江尤夫科技工业有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33