一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法技术

本发明专利技术涉及一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，聚酰胺熔体从低阻尼喷丝微孔挤出后首先经过缓冷形成初生纤维，然后初生纤维依次进行负压冷却和自然冷却，低阻尼喷丝微孔是经过聚硅氧烷处理液表面处理的低表面能的喷丝微孔，喷丝微孔表面能En≤35mJ/cm2，表面粗糙度Ra≤0.2μm，表面静态接触角WCA≥85°，负压冷却是指在压力为0.001～0.01MPa、温度为5～105℃、空气气氛的恒温恒压恒湿封闭环境中冷却。本发明专利技术有效降低了熔体流动过程中受到的流变阻力和空气摩擦阻力，实现了纤维的充分均匀冷却，明显提升了熔融纺丝过程中的纺丝速度和纤维制品的品质，可适用于粗旦、细旦、高强度高模量等纤维生产加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于熔融纺丝领域，涉及一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法。
技术介绍
中国是化纤大国，化纤是纺织领域重要的原材料。从化纤的产量来说，2014年中国化纤产量达到4390万吨，其中聚酰胺纤维占到了化纤总产量的70％以上。以聚酰胺纤维的产品转型升级直接影响到化纤领域的发展，其中聚酰胺转型升级中以生产高效节能及纤维品质提升为主要发展趋势。聚酰胺熔融纺丝技术的提升对于化纤领域的转型升级具有重大的促进作用。现有的熔融纺丝技术在应用过程中存在的问题主要集中在纺丝速度提升有限，生产效率提升不明显，纤维成形过程中流变阻力与空气摩擦阻力较大，熔融纺丝生产加工过程中，容易导致毛丝、断头等出现，毛丝、断头等现象的出现导致一定数量废丝的产生，随着化纤产能的增加，生产过程中的废丝料量也会相应增加，造成了严重的资源浪费，同时由于熔融纺丝过程中普遍采用吹风方式进行冷却，容易造成纤维气流扰动，导致冷却过程中发生冷却不充分、均匀，降低纤维的品质。针对以上存在的问题，需要对熔融纺丝技术进行优化，提升熔融纺丝速度、降低能耗的同时进一步提升纤维品质。一方面，在熔体纺丝过程中，纺程上纤维的受力分布是熔融纺丝技术的核心部分，对于熔体成型及品质调控起到关键的作用，从纤维纺程研究角度出发，当熔融纺丝工艺发生变化时，会引起纺程上力的分布变化，纤维在纺程上受到的力以流变阻力、空气摩擦阻力为主，这两种力对纺速的提升具有直接的影响。另一方面，纤维从喷丝板微孔喷出到卷绕成形主要经历缓冷区、吹风区、自然冷却区，其中吹风区是保证纤维冷却过程的重要环节，包含了力场、温度场、速度场等，吹风区是纺丝过程中即纺丝动力学的研究，以及取向、结晶结构发展与演变机理的研究是纺丝理论研究的重要内容，目前吹风区主要形成了侧吹风、环吹风的冷却方式，纤维在吹风区的冷却效果直接关系到纤维品质指标。中国专利CN102206879A中针对以上的问题在纤维成形过程中设计负压纺丝条件(0.01～0.001MPa)，通过降低空气摩擦阻力的方式提升纤维的纺速，但是对于熔体所受的流变阻力缺乏必要考虑，而流变阻力对于纤维纺速与品质的提升是关键因素之一，纺丝组件中喷丝板的结构对熔体所受流变阻力具有直接影响，进而调控纤维成型过程。中国专利CN103952782A公开了一种长丝侧吹风装置及其吹风工艺。这种装置具有纺丝箱、上油装置和卷绕装置，纺丝箱底端设有喷丝板，喷丝板下方设有侧吹风装置，所述侧吹风装置包括冷风机，冷风机连接有送风管和整流风道，在送风管和整流风道之间设有过滤器和风量调节阀。侧吹风冷却的风速均匀，能够提高纺丝质量；设有侧吹风挡板，将侧吹风机的风向拦截且进行分解，使风的方向与丝束运动方向大体一致，减少了侧吹风机对丝束的干扰。中国专利CN102199796B公开了一种可调式环吹风冷却系统，在环吹风装置的负压仓和风筒仓均装备高精度压力传感器，进风管处加装自动控制阀，整条生产线只由一台电脑控制，就能实现自动连锁调节风压，并设计环吹头可调节式环吹风装置，随时保证风筒仓风压和风量的稳定，最大的保证了产品质量。然而，不管是侧吹风或是环吹风冷却方式都无法避免纤维气流形成的扰乱导致在冷却过程中发生冷却不充分、均匀。虽环吹风相比较侧吹风可以在一定程度上保证纤维的冷却效果，在超细旦、细旦纤维开发上品质指标得到提升，但对纤维冷却过程中纤维与空气边界层缺乏系统设计。综上所述，在现有技术的基础上进一步提升熔融纺丝技术，对于克服熔融纺丝过程中由于流变阻力和空气摩擦阻力造成的纺丝速度较慢的问题，以及避免冷却过程中由于吹风方式不当造成纤维冷却不均匀导致的纤维制品的品质降低具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有熔融纺丝成形技术的不足，利用流变阻力的机理，通过对喷丝板表面喷丝微孔进行低表面能处理，降低熔体在喷丝板处的流变阻力，大大提升纺速，同时采用负压冷却替代传统的侧吹冷却和环吹冷却，实现初生纤维在恒温恒压恒湿封闭环境中充分、均匀冷却，制备出品质优良的聚酰胺纤维。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，聚酰胺熔体从低阻尼喷丝微孔挤出后首先经过缓冷形成初生纤维，然后初生纤维依次进行负压冷却和自然冷却；所述低阻尼喷丝微孔是经过聚硅氧烷处理液表面处理的低表面能的喷丝微孔，喷丝微孔表面能En≤35mJ/cm2，表面粗糙度Ra≤0.2μm，表面静态接触角WCA≥85°；所述负压冷却是指在负压环境中冷却，所述负压环境是指压力为0.001～0.01MPa、温度为5～105℃、相对湿度为30～50％的恒温恒压恒湿封闭环境，所述恒温恒压恒湿封闭环境内为空气气氛；纺丝过程中的纺丝速度为12000～20000m/min，集束点纤维的速度为6000～12000m/min，卷绕速度为12000～20000m/min。作为优选的技术方案：如上所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，所述低阻尼喷丝微孔的制备方法为：以喷丝板为固定床，以聚硅氧烷处理液为流动液，在70～85℃条件下，使流动液从喷丝板的喷丝微孔流出，然后在95～120℃条件下进行初步固化，再在200～230℃进行再次固化，最后在260～280℃进行终固化，冷却后得到低阻尼喷丝微孔；所述聚硅氧烷处理液按重量份计，各组分为：所述聚硅氧烷处理液的制备方法为：按比例加入硅溶胶和铝溶胶，然后用催化剂调节pH值，使体系的pH值维持在2～4.5，然后再加入溶剂和硅氧烷，再在常温下进行水解15～20min，然后再把体系放入45～80℃进行高温缩合，反应维持30～75min，反应结束后再加入助剂，进行搅拌5～10min后，待体系冷却到室温，得到所需的聚硅氧烷处理液。如上所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，所述硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷和苯基三乙氧基硅烷中的一种以上；所述硅溶胶为碱性硅溶胶，其pH值为10.3±0.2，硅溶胶的固含量为30～45wt％，平均粒径为30～50nm；所述铝溶胶为碱性铝溶胶，其pH值为9.6±0.2，铝溶胶的固含量为20～35wt％，平均粒径为45～65nm；所述溶剂为醇与水的混合溶剂，醇为一元醇或者二元醇；且一元醇与水的体积比为1.25～1.60:1，二元醇与水的体积比为0.75～1.0:1；其中一元醇为乙醇、异丙醇或丁醇，二元醇为乙二醇或1,3-丙二醇；所述催化剂为甲酸、乙酸、盐酸、磷酸或硝酸中的一种或两种的混合物；所述助剂为流平剂BYK310、消泡剂BYK025和表面增硬耐磨剂T801的混合物；其中流平剂、消泡剂与表面增硬耐磨剂的质量比为1:1～5:0.25～0.5。如上所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，所述硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和三甲基氯硅烷的混合物，且相应的体积比为1:0.05～0.25:0.05～0.1；流动液从喷丝板的喷丝微孔流出的流速为0.01～10L/min，时间为0.5～5min；初步固化时间为15～20min；再次固化时间为20～25min；终固化时间为5～10min；冷却采用自然冷却。如上所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，所述聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010或聚酰胺56；所述低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，其特征是：聚酰胺熔体从低阻尼喷丝微孔挤出后首先经过缓冷形成初生纤维，然后初生纤维依次进行负压冷却和自然冷却；所述低阻尼喷丝微孔是经过聚硅氧烷处理液表面处理的低表面能的喷丝微孔，喷丝微孔表面能En≤35mJ/cm2，表面粗糙度Ra≤0.2μm，表面静态接触角WCA≥85°；所述负压冷却是指在负压环境中冷却，所述负压环境是指压力为0.001～0.01MPa、温度为5～105℃、相对湿度为30～50％的恒温恒压恒湿封闭环境，所述恒温恒压恒湿封闭环境内为空气气氛；纺丝过程中的纺丝速度为12000～20000m/min，集束点纤维的速度为6000～12000m/min，卷绕速度为12000～20000m/min。

【技术特征摘要】
1.一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，其特征是：聚酰胺熔体从低阻尼喷丝微孔挤出后首先经过缓冷形成初生纤维，然后初生纤维依次进行负压冷却和自然冷却；所述低阻尼喷丝微孔是经过聚硅氧烷处理液表面处理的低表面能的喷丝微孔，喷丝微孔表面能En≤35mJ/cm2，表面粗糙度Ra≤0.2μm，表面静态接触角WCA≥85°；所述负压冷却是指在负压环境中冷却，所述负压环境是指压力为0.001～0.01MPa、温度为5～105℃、相对湿度为30～50％的恒温恒压恒湿封闭环境，所述恒温恒压恒湿封闭环境内为空气气氛；纺丝过程中的纺丝速度为12000～20000m/min，集束点纤维的速度为6000～12000m/min，卷绕速度为12000～20000m/min。2.根据权利要求1所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，其特征在于，所述低阻尼喷丝微孔的制备方法为：以喷丝板为固定床，以聚硅氧烷处理液为流动液，在70～85℃条件下，使流动液从喷丝板的喷丝微孔流出，然后在95～120℃条件下进行初步固化，再在200～230℃进行再次固化，最后在260～280℃进行终固化，冷却后得到低阻尼喷丝微孔；所述聚硅氧烷处理液按重量份计，各组分为：所述聚硅氧烷处理液的制备方法为：按比例加入硅溶胶和铝溶胶，然后用催化剂调节pH值，使体系的pH值维持在2～4.5，然后再加入溶剂和硅氧烷，再在常温下进行水解15～20min，然后再把体系放入45～80℃进行高温缩合，反应维持30～75min，反应结束后再加入助剂，进行搅拌5～10min后，待体系冷却到室温，得到所需的聚硅氧烷处理液。3.根据权利要求2所述的一种低阻尼聚酰胺负压熔融纺丝成形方法，其特征在于，所述硅氧烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、三甲基氯硅烷和苯基三乙氧基硅烷中的一种以上；所述硅溶胶为碱性硅溶胶，其pH值为10.3±0.2，硅溶胶的固含量为30～45wt％，平均粒径为30～50nm；所述铝溶胶为碱性铝溶胶，其pH值为9.6±0.2，铝溶胶的固含量为20～35wt％，平均粒径为45～65nm；所述溶剂为醇与水的混合溶剂，醇为一元醇或者二元醇；且一元醇与水的体积比为1.25～1.60:1，二元醇与水的体积比为0.75～1.0:1；其中一元醇为乙醇、异丙醇或丁醇，二元醇为乙二醇或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华平，吉鹏，王朝生，李建武，汤廉，沈明威，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31