一种高耐磨POY涤纶丝及其制备方法与流程

一种高耐磨poy涤纶丝及其制备方法
技术领域
1.本技术涉及涤纶纤维的技术领域，更具体地说，它涉及一种高耐磨poy涤纶丝及其制备方法。


背景技术：

2.poy为预取向丝，是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)为原料，经高速纺丝获得的取向度在未取向丝和拉伸丝之间的未完全拉伸的化纤长丝。poy具有一定程度的取向，稳定性好，一般用来拉伸假捻变形丝(dty)。
3.由于poy在加工至dty的过程中，需要在200
‑
220℃的高温下拉伸变形，同时要受到假捻摩擦盘的高速剪切作用，会受到很大的摩擦作用。所以poy的耐磨性会直接影响到加工dty是否能顺利进行。相关技术中，会在poy表面涂覆油剂，油剂中包含平滑剂和抗静电剂，减小摩擦系数，从而减少丝条磨损，起到耐磨作用；但由于其效果不太理想。


技术实现要素：

4.为了提高poy预取向丝的耐磨性，本技术提供一种高耐磨poy涤纶丝及其制备方法。
5.第一方面，本技术提供了如下技术方案：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，包括以下步骤：s1：原料准备；s2：熔融挤出：将原料熔融挤出，并过滤；s3：纺丝：得到poy原丝；s4：冷却集束上油：将poy原丝进行冷却，集束，并用油剂上油；s5：卷绕成型；所述原料包括以下重量份数的组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯100份；自干型有机硅树脂2
‑
9份；所述油剂包括以下重量份数的组分：平滑剂40
‑
60份；乳化剂20
‑
40份；抗静电剂3
‑
7份；集束剂0.5
‑
2份。
6.通过采用上述技术方案，原料中除了聚对苯二甲酸乙二醇酯，还包含自干型有机硅树脂，聚对苯二甲酸乙二醇酯熔融后与自干型有机硅树脂混合均匀再进行纺丝。有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，具有优异的热氧化稳定性、电绝缘性能、耐候性、防水、防盐雾、防霉菌、生物相容性等。而自干型有机硅树脂具有自固化作用，无需进行特殊固化步骤，利于工业批量生产。有机硅树脂具有很好的光滑性，可以提高纺丝后得到的
poy原丝的表面平滑性和光滑度；配合油剂的使用，可以降低poy的摩擦系数。
7.进一步地，所述原料包括以下重量份数的组分：聚对苯二甲酸乙二醇酯100份；自干型有机硅树脂4
‑
5.5份。
8.通过采用上述技术方案，由试验可知，可进一步减小摩擦系数。
9.进一步地，所述油剂还包括3
‑
8份的助剂，所述助剂为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的至少一种；所述油剂由助剂各原料加热至165
‑
180℃混合均匀并保温得到。
10.通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺是一种线型水溶性高分子聚合物，玻璃化转变温度为165℃，酰胺基易形成氢键。聚乙烯醇也是一种水溶性高分子聚合物，具有成膜性和粘黏性，玻璃化转变温度为99℃。由试验可知，添加助剂后可进一步降低摩擦系数，从而提高耐磨性。
11.进一步地，所述助剂中聚丙烯酰胺和聚乙烯醇的重量比为1：(0.2
‑
0.28)。
12.通过采用上述技术方案，由试验可知，可进一步降低摩擦系数，从而提高耐磨性。
13.进一步地，所述油剂还包括水，聚丙烯酰胺和水的重量比为1：(7
‑
9)；所述油剂由以下步骤制备得到：将聚丙烯酰胺溶解于水中，加入抗静电剂混合均匀，得到混合物a；将聚乙烯醇、平滑剂、乳化剂和集束剂加入混合物a，加热至165
‑
180℃，混合均匀，得到油剂。
14.通过采用上述技术方案，由试验可知，可进一步降低摩擦系数。
15.进一步地，所述油剂由以下步骤制备得到：z1：将聚丙烯酰胺溶解于水中，加入抗静电剂混合均匀，得到混合物a；z2：将聚乙烯醇加入混合物a，并加热至90
‑
110℃，混合均匀，得到混合物b；z3：在混合物b中加入平滑剂、乳化剂和集束剂，加热至165
‑
180℃，混合均匀，得到油剂。
16.通过采用上述技术方案，由试验可知，可提高摩擦系数的均匀性。
17.进一步地，所述油剂的上油率为0.45
‑
0.5％。
18.通过采用上述技术方案，由试验可知，可在合理的上油率基础上稳定摩擦系数。
19.第二方面，本技术提供了如下技术方案：一种高耐磨poy涤纶丝，采用如权利要求1
‑
7任一项所述的一种改性聚酯poy纤维的制备方法制得。
20.通过采用上述技术方案，获得该耐磨的poy涤纶丝，减少poy在制备dty过程中出现的丝条磨损现象。
21.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术中优选采用聚对苯二甲酸乙二醇酯和自干型有机硅树脂作为纺丝原料，可以提高纺丝后得到的poy原丝的表面平滑性和光滑度；配合油剂的使用，可以降低poy的摩擦系数。
22.2、本技术中优选以聚丙烯酰胺、聚乙烯醇为助剂并作为油剂的一部分，可进一步降低摩擦系数。
23.3、本技术中优选采用将水和聚丙烯酰胺混合均匀，再与聚乙烯醇、平滑剂、乳化剂和集束剂混合，进一步降低摩擦系数。
24.4、本技术中优选采用将水、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇混合均匀，再与平滑剂、乳化剂
和集束剂混合，起到稳定混合状态的作用，提高摩擦系数的均匀性。
具体实施方式
实施例
25.实施例1：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，包括的组分及对应的质量如表1所示，且由以下步骤制备：s1：原料准备：称取100kg聚对苯二甲酸乙二醇酯和2kg自干型有机硅树脂；将聚对苯二甲酸乙二醇酯送入烘箱，在140℃保温8h烘干；将聚对苯二甲酸乙二醇酯和自干型有机硅树脂投入搅拌器，在25℃，100r/min的搅拌条件下搅拌10min；s2：熔融挤出：将干燥过的聚对苯二甲酸乙二醇酯和自干型有机硅树脂放入双螺杆挤出机熔融挤出，双螺杆挤出机的各段温度控制在268
‑
285℃，将挤出后的物料放入熔体过滤器中过滤，过滤器的精度为150目，过滤器的前压10mpa，后压为5mpa；s3：纺丝：挤出过滤后的物料进入纺丝箱体内，采用纺丝速度为3000m/min的高速纺丝工艺进行纺丝，纺丝温度为290℃，得到75d/72f的poy原丝；s4：冷却集束上油：将poy原丝进行环吹，环吹温度控制在23
±
1℃，风速为0.5m/s；再经过集束装置集束，再经油嘴用油剂上油；上油率为0.4％；油剂组分、组成和对应质量见表1.1。
26.s5：卷绕成型：得到poy涤纶丝。
27.自干型有机硅树脂采购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司的mes100。
28.实施例2：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例1的区别在于，原料以及油剂不同。原料由100kg聚对苯二甲酸乙二醇酯和6.5kg自干型有机硅树脂组成。油剂组分、组成和对应质量见表1.1。
29.实施例3：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例1的区别在于，原料以及油剂不同。原料由100kg聚对苯二甲酸乙二醇酯和9kg自干型有机硅树脂组成。油剂组分、组成和对应质量见表1.1。
30.实施例4：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例2的区别在于，自干型有机硅树脂用量为4kg。
31.实施例5：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例2的区别在于，自干型有机硅树脂用量为5.5kg。
32.实施例6：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例5的区别在于，油剂组分、组成和对应质量见表1.2。油剂由以下制备方法得到：将平滑剂、乳化剂、抗静电剂、集束剂和助剂投入搅拌器，在180℃，1000r/min的搅拌条件下搅拌5min，得到油剂。
33.实施例7：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例5的区别在于，油剂组分、组成和对应质量见表1.2。油剂由以下制备方法得到：将平滑剂、乳化剂、抗静电剂、集束剂和助剂投入搅拌器，在170℃，1000r/min的搅拌条件下搅拌5min，得到油剂。
34.实施例8：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例5的区别在于，油剂组分、组成和对应质量见表1.2。油剂由以下制备方法得到：将平滑剂、乳化剂、抗静电剂、集束剂和助剂投入搅拌器，在165℃，1000r/min的搅拌条件下搅拌5min，得到油剂。
35.实施例9
‑
10：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例7的区别在于，油剂组
分、组成和对应质量见表1.2。
36.实施例11：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例10的区别在于，油剂还包括39.375kg的水，油剂由以下制备方法得到：将聚丙烯酰胺和水投入搅拌器中，在40℃，100r/min的搅拌条件下搅拌10min，再加入抗静电剂，在500r/min的搅拌速度下搅拌10min，得到混合物a；将聚乙烯醇、平滑剂、乳化剂和集束剂投入搅拌器，加热至180℃，调节搅拌速度为800r/min，搅拌20min，搅拌过程中将水蒸气排出，得到油剂。
37.实施例12：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例10的区别在于，油剂还包括50.625kg的水，油剂由以下制备方法得到：将聚丙烯酰胺和水投入搅拌器中，在40℃，100r/min的搅拌条件下搅拌10min，再加入抗静电剂，在500r/min的搅拌速度下搅拌10min，得到混合物a；将聚乙烯醇、平滑剂、乳化剂和集束剂投入搅拌器，加热至165℃，调节搅拌速度为800r/min，搅拌20min，搅拌过程中将水蒸气排出，得到油剂。
38.实施例13：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例11的区别在于，油剂由以下制备方法得到：z1：将聚丙烯酰胺和水投入搅拌器中，在40℃，100r/min的搅拌条件下搅拌10min，再加入抗静电剂，在500r/min的搅拌速度下搅拌10min，得到混合物a；z2：将聚乙烯醇投入搅拌器，搅拌器加热至90℃，在200r/min的搅拌速度下搅拌20min，得到混合物b；z3：将平滑剂、乳化剂和集束剂投入搅拌器，加热至180℃，调节搅拌速度为800r/min，搅拌20min，搅拌过程中将水蒸气排出，得到油剂。
39.实施例14：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例13的区别在于，步骤z2中，聚乙烯醇投入搅拌器后，搅拌器加热至110℃。
40.实施例15：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例13的区别在于，油剂的上油率为0.45％。
41.实施例16：一种高耐磨poy涤纶丝的制备方法，与实施例13的区别在于，油剂的上油率为0.5％。
42.表1.1实施例1
‑
3油剂组分、组成和对应的质量(kg)
表1.2实施例6
‑
10油剂组分、组成和对应的质量(kg)上述实施例中，白油采购自南京荣基化工有限公司，型号7#。三羟甲基丙烷油酸酯采购自武汉康琼生物医药科技有限公司。
43.脂肪醇聚氧乙烯醚采购自济南睦宸环保科技有限公司，型号aeo
‑
9；蓖麻油聚氧乙烯醚采购自济南汇锦川化工有限公司，型号el
‑
80；月桂醇聚氧乙烯醚采购自山东开普勒生物科技有限公司，型号l
‑
23。
44.月桂基磷酸酯钾盐采购自江苏省海安石油化工厂，型号ma24pk
‑
50；十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐采购自江苏省海安石油化工厂，型号为sn。
45.聚乙烯醇采购自山东力昂新材料科技有限公司，牌号为1799；聚丙烯酰胺采购自
巩义市新奇聚合物有限公司，型号为非离子型，分子量200
‑
300w。
46.对比例对比例1：一种poy涤纶丝的制备方法，与实施例1的区别在于，原料中的自干型有机硅树脂用等量的聚对苯二甲酸乙二醇酯替换。
47.对比例2：一种poy涤纶丝的制备方法，与实施例1的区别在于，原料中的自干型有机硅树脂用等量的无溶剂型有机硅树脂替换，无溶剂型有机硅树脂采购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司的sh
‑
3021。
48.表征试验：1、耐磨性试验试验对象：按照实施例1
‑
16和对比例1
‑
2对应得到的涤纶丝，分别记为实施样1
‑
16和对比样1
‑
2，一共18组试验样品。
49.试验方法：测试纤维与金属之间的动摩擦系数。设备：y151型纤维摩擦系数测定仪，南通三思机电科技有限公司；恒温恒湿试验箱(桌上型)wbe
‑
sdj，威邦仪器有限公司。
50.按照gb/t 6502
‑
2008《化学纤维长丝取样方法》的规定抽取试验样品，放置在恒温恒湿试验箱内，在25℃，湿度为60％的条件下平衡8h后取出试验。每个试验样品取间隔至少10m的三段作为平行试样记为
①②③
。
51.纤维与金属间摩擦系数所用测试辊为直径8mm的钢制辊，测试时将测试辊固定y151型纤维摩擦系数测定仪主机内，测试纤维与金属辊之间的动摩擦系数。抽取一根待测纤维，在纤维两端挂上0.064cn/dtex(f)的预张力夹，保证限位处于伸直而不伸长的状态。将限位垂直悬挂于测试辊上，调节测试辊的位置，使纤维一端自由垂下，另一端骑跨在测力装置(扭力天平)的秤钩上，保证纤维与测试辊之间夹角为180
°
。调节纤维测试辊速，开动马达，使扭力天平指针偏向左边，缓慢转动扭力天平手柄，直至指针回到中央并在平衡点等幅左右摆动，读取天平读数m，按下列公式计算动摩擦系数。每根挂丝重复测试2
‑
3次，记录平均值；并计算记录每个试验样品中三段平行样品最大值与最小值的差值。
52.μ＝[lnf
‑
ln(f
‑
m)]/θ＝[lgf
‑
lg(f
‑
m)]/1.364。
[0053]
试验结果：耐磨性试验结果记录如表2所示。
[0054]
表2耐磨性试验结果记录数据分析：动摩擦系数约小，则表现为耐磨性越好。由表2数据可知，耐磨性由好至差依次为实施样11
‑
16、实施样9
‑
10、实施样6
‑
8、实施样4
‑
5、实施样1
‑
3，对比样1
‑
2。
[0055]
与实施样1相比，对比样1的纺丝原料中未采用自干型有机硅树脂，对比样2中将自
干型有机硅树脂替换为等量的无溶剂型有机硅树脂。由数据来看，对比样1
‑
2的耐磨性均较差，说明自干型有机硅树脂的加入可以有效提高poy的耐磨性。原因可能是：虽然有机硅树脂的耐磨性一般，但是在与pet混合后，一方面增加了poy原丝的平滑性；另一方面，poy原丝上油剂后，由于硅氧键具有更大的空间位阻，可以促进油剂的渗透，提高油剂对poy起到的效果。达到减小摩擦系数的效果。
[0056]
实施样4
‑
5在实施样2的基础上进一步限定了自干型有机硅树脂的用量，间接限定了pet和自干型有机硅树脂的用量比，进一步提高了耐磨性。说明在限定范围内的pet和自干型有机硅树脂的用量可以进一步促进耐磨性的提高。
[0057]
实施样6
‑
8在实施样5的基础上进一步增加了油剂中助剂的使用，同时限定助剂为聚乙烯醇和聚丙烯酰胺中的至少一种，进一步提高了耐磨性。原因可能是：油剂附着于poy原丝外表面后获得干燥后的poy，在制备dty的拉伸过程中，聚丙烯酰胺和聚乙烯醇呈高弹态，在poy拉伸时聚丙烯酰胺和聚乙烯醇可以随着poy一起形变，减少在拉伸时和拉伸后poy表面未被油剂包覆的可能性；受到摩擦时，油剂在外表面起到保护、平滑和耐磨的作用；高弹态的聚丙烯酰胺和聚乙烯醇在poy表面起到填充和连接油剂的作用，而一旦降温，聚丙烯酰胺和聚乙烯醇就会在poy表面成膜，保护poy表面，从而起到减低摩擦损耗的作用，起到耐磨的效果。实施样9
‑
10则在实施样7的基础上进一步限定了聚丙烯酰胺和聚乙烯醇共同使用，且限定了两者使用的重量比，进一步提高了耐磨性；说明聚丙烯酰胺和聚乙烯醇共同使用时可以带来更好的耐磨效果。
[0058]
实施样11
‑
12在实施样10的基础上限定了油剂的制备方法，进一步提高了耐磨性。原因可能是：聚丙烯酰胺溶解于水后会形成凝胶，而抗静电剂一般为盐类物质电解质，聚丙烯酰胺水溶液对电解质有很好的相容性，所以聚丙烯酰胺水溶液包含均匀的抗静电剂，部分抗静电剂溶解于水中。加热至165
‑
180℃后大部分水蒸发，获得的油剂中，抗静电剂部分混合于聚丙烯酰胺中，剩余的混合于平滑剂、乳化剂中。由于抗静电剂具有一定程度的耐磨性，在poy拉伸过程中聚丙烯酰胺的变形可以使抗静电剂均匀的分布，从而提高poy表面整体的抗静电剂分布均匀度，提高耐磨性，降低摩擦系数。
[0059]
而实施样13
‑
14在实施样11的基础上进一步调整了聚乙烯醇的加入时机，差值明显控制于0.01，提高了同一个试验样品中摩擦系数的均匀性。原因可能是：步骤z3中加热后，大部分水分蒸发，聚乙烯醇呈现粘黏性，提高聚丙烯酰胺和抗静电剂之间的连接性，减少在步骤z3的搅拌过程中抗静电剂从聚丙烯酰胺中脱离的可能性，起到稳定混合状态的作用。
[0060]
实施样15
‑
16在实施样13的基础上限定了上油率，在合理的上油率范围内稳定了摩擦系数。
[0061]
本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。