一种二维塑料纺织纤维熔融纺丝制备方法与流程

本产品涉及聚丙烯纤维熔融纺丝，公开了一种二维塑料纺织纤维熔融纺丝制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯长丝通常采用单组分熔融纺丝路线：颗粒在螺杆挤出机中塑化，经计量泵和圆形或异形喷丝孔挤出，随后由横吹风或环吹风冷却固化，再经热牵伸、卷绕或切断得到丙纶。为获得扁平截面，现有方法多将喷丝孔改为矩形狭缝，并通过提高孔长宽比、降低单孔吐出量或调整吹风速度控制截面；也有路线利用延迟冷却、单侧不对称冷却或多区吹风改变初生丝固化过程。这些措施能够形成非圆截面，但喷丝孔几何、熔体胀大、表面张力和牵伸应力之间仍相互制约，孔形并不能稳定等比例复制到成品纤维。

2、矩形熔体细流离开喷丝孔后，两个窄边曲率较大，表面张力驱动其向低比表面积形态回缩；若全周同时冷却，外层在截面回圆过程中连续固化，后续牵伸主要缩小整体尺寸，难以恢复已损失的宽厚比。若单侧强吹，迎风面与背风面的温度、黏度和结晶进程失衡，丝条易发生弯曲、扭转或潜在卷曲；若仅延长无风区，低黏熔体又会在重力、胀大恢复和轴向拉伸共同作用下产生边缘收缩及厚度波动。冷却过早会锁定回圆截面，冷却过迟则削弱纺丝稳定性，普通参数调整往往只能在外形保持与均匀牵伸之间取舍。

3、因此，本领域需要解决的核心矛盾并非单纯提高冷却强度或喷丝孔长宽比，而是在矩形初生丝仍能连续牵伸时，先限制两个宽面之间的厚度回弹和截面整体回圆，同时保留窄边与芯层的可延伸性，使轴向变形不会因外层完全冻结而转化为局部应力集中。该过程还应保持两宽面受热历程对称，避免以单侧温差换取扁平度，并能在后续全周固化、热牵伸和松弛定形中延续截面稳定。为适应普通聚丙烯粒子直接纺丝，所需状态关系还应由空间冷却与步骤时序形成，而不依赖第二聚合物、无机填料、化学改性或二次造粒。

技术实现思路

1、针对现有技术中矩形喷丝孔挤出的聚丙烯熔体细流易在全周固化前回圆、单侧冷却又会造成两宽面热历程失衡的问题，本发明提供了一种二维塑料纺织纤维熔融纺丝制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了以等规聚丙烯均聚物颗粒直接熔融，经矩形狭缝孔挤出后，对初生扁平丝的两个宽面实施对称优先冷却、以挡板削弱两个窄边的换热，并在第一冷却区内实施轴向熔体牵伸，继而全周冷却、热牵伸和松弛定形的制备方法。

3、具体实施中，矩形熔体细流离开喷丝孔后，曲率较大的窄边具有向内回缩并带动截面回圆的趋势。先在两个宽面形成彼此对称的高黏连续表层，可限制厚度方向回弹；挡板削弱窄边换热，使窄边和芯层仍能向轴向变形区供料。第一牵伸与该空间温度场重叠后，全周第二冷却再闭合固化边界，从而以同一冷却—牵伸关系协调截面保持与连续成形。

4、进一步地，在上述技术方案中，所述等规聚丙烯均聚物颗粒为市售纺丝级单组分颗粒，熔体质量流动速率为15-35 g/10 min，制备过程中不加入第二聚合物、无机填料或成核母粒，也不进行共混造粒。

5、具体实施中，限定单组分市售颗粒，使熔体细流只由聚丙烯连续相形成，排除分散相迁移和相界面变形对截面演化的干扰。熔体质量流动速率偏低时，狭缝孔压降和线应力上升，不利于连续吐出；偏高时，熔体细流抗回缩能力下降，宽面高黏表层建立以前更易发生窄边内收，因此需在可纺性与形状保持之间选取窗口。

6、进一步地，在上述技术方案中，所述等规聚丙烯均聚物颗粒在75-85 ℃下表面干燥1-2 h后送入挤出机，于220-235 ℃下熔融，所述矩形狭缝喷丝孔的孔宽为0.80-1.20mm、孔宽与孔厚之比为8-12、孔道长度为0.6-1.2 mm，单孔计量流量为0.50-0.80 g/min。

7、具体实施中，表面干燥仅去除储运附着水分而不改变聚丙烯组成；熔融温度、孔道几何和单孔流量共同确定出口黏度、剪切历史和单位长度热容量。温度或流量偏低时表层可能在稳定牵伸前过快增黏，温度或流量偏高时自由液态时间延长并加剧回圆。孔宽厚比提供二维几何起点，但成品形状仍由出孔后的热量与应力路径决定。

8、进一步地，在上述技术方案中，所述第一冷却区的起点与喷丝板下表面相距50-200 mm，第一冷却区的长度为100-300 mm，第一冷却气流的温度为18-22 ℃、流速为0.50-1.50 m/s。

9、具体实施中，第一冷却区之前的距离用于衰减出口弯月面扰动，又不能长到使窄边已明显回缩；第一冷却区长度与风速共同决定宽面降温历程。起点过近或风速过大时，气流扰动会反馈到喷丝孔并诱发线密度波动；起点过远或冷却不足时，双宽面约束建立前的回圆时间延长。通过距离、长度、温度和速度组合调节可获得连续而不过厚的宽面高黏层。

10、进一步地，在上述技术方案中，所述两股第一冷却气流的喷口分别与初生扁平丝的两个宽面相对，两喷口至对应宽面的距离差为0-2 mm，两股第一冷却气流的流速差为0-0.08 m/s。

11、具体实施中，对称喷口使两宽面的热通量和黏度增长接近，两个宽面因此对轴向张力提供方向相反而数值接近的横向约束。若喷口距离或流速差增大，一个宽面会先形成较高承载层，另一个宽面仍易伸长，轴向牵伸产生的弯曲力矩随之增加，表现为偏转、扭转和潜在卷曲。机械位置与风速同时限定，比仅使用同一设定温度更能维持热历程对称。

12、进一步地，在上述技术方案中，所述遮蔽挡板分别沿两个窄边的外侧布置，遮蔽挡板与对应窄边的距离为5-15 mm，遮蔽挡板沿第一冷却区轴向长度的覆盖比例为90-100%。

13、具体实施中，挡板截断宽面气流向窄边的绕流，使第一冷却阶段的高换热区域主要落在两个宽面，而窄边及邻近芯层保持较低横向黏性阻力。挡板距离过大时，绕流仍会使窄边提前增黏并形成闭合边界；距离过小时，狭窄通道可能积聚回流并使丝条摆动。轴向覆盖与第一冷却区基本重合，可避免软边条件在主要变形段中途消失。

14、进一步地，在上述技术方案中，所述轴向熔体牵伸由设置在第一冷却区入口和出口的牵引构件形成，出口牵引速度与入口牵引速度之比为1.20-2.00。

15、具体实施中，第一牵伸倍率决定空间温度梯度存在时的轴向应变。倍率偏低时，窄边和芯层的可延伸性未被充分利用，宽面表层虽能限制厚度回弹，但轴向取向与截面铺展不足；倍率偏高时，宽面高黏层承受的拉伸应力过快增加，易在边缘连接处出现颈缩或破裂。入口与出口牵引构件把主要变形限定在第一冷却区内，便于与挡板覆盖位置对应。

16、进一步地，在上述技术方案中，所述轴向熔体牵伸的主要变形段位于第一冷却区内，主要变形段出口处两个宽面的表面温度为105-130 ℃，两个窄边的表面温度为135-155℃，宽面与窄边的表面温差为15-35 ℃。

17、具体实施中，该温度关系表示两个宽面已进入显著增黏和结晶发展的区间，而窄边仍保有较高可变形性。宽面温度偏高或温差偏小时，宽面约束不足，表面张力仍可带动整体回圆；宽面温度偏低或温差过大时，连续表层可能在牵伸中开裂。温度条件与第一牵伸倍率共同限定主要变形窗口，不能由单独提高冷却强度替代。

18、进一步地，在上述技术方案中，所述全周第二冷却区的气流温度为18-25 ℃、流速为0.60-1.20 m/s、轴向长度为250-500 mm，丝条离开全周第二冷却区时的温度为35-60℃。

19、具体实施中，全周第二冷却在第一牵伸完成后同时带走窄边和芯层热量，使原先未贯通的固化边界闭合并固定宽面约束下形成的截面。该步骤开始过早会取消窄边可变形区，开始过晚则使已铺展截面继续松弛；出口温度过高会把截面变化带入固态热牵伸段，过低则增加设备长度而不再改变必要的成形状态。

20、进一步地，在上述技术方案中，所述热牵伸的温度为120-140 ℃、牵伸倍率为2.50-4.00，所述低张力松弛定形的温度为130-145 ℃、超喂率为2-6%，所得纤维的线密度为18-25 dtex。

21、具体实施中，热牵伸在截面已经全周固化后提高分子链轴向取向，使承载能力的形成与初生丝形状固定分处两个阶段；温度或倍率过低时取向不足，过高时易出现局部颈缩。随后的低张力松弛释放部分冻结应力，降低加热时的长度回缩和宽厚比变化，同时避免完全张紧定形造成脆化，也避免过度松弛使形状与取向同步损失。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、1、提高了普通聚丙烯粒子直接纺丝的适用性，减少了共混造粒、改性母粒和第二聚合物带来的配料波动，使投料、熔融、过滤及计量过程更为简洁。改善了矩形狭缝孔的截面复制稳定性，降低了初生扁平丝离开喷丝板后的回圆、边缘收缩、厚度起伏和丝条摆动，增强了不同单孔吐出量及连续生产阶段的外形一致性。提高了两宽面之间的对称程度，降低了单侧冷却造成的弯曲、扭转及潜在卷曲，使扁平截面沿纤维长度方向保持连续，并改善了后续牵伸加工的可控性。

24、2、提高了熔体牵伸与冷却固化之间的协调性，减少了牵伸过早引起的截面漂移和牵伸过晚引起的局部应力集中，扩大了连续稳定成形的操作余量。增强了后续热牵伸的均匀性，改善了纤维断裂强度与断裂伸长率之间的平衡，降低了断丝和毛丝倾向。松弛定形后，纤维的扁平截面保持能力、热处理后宽厚比保持率和尺寸稳定性得到提高，热空气收缩趋势得到降低；所得丙纶更适合用于要求二维铺展、覆盖性、触感调控或光泽调控的长丝、短纤维及其纺织制品。