技术领域
[0001] 本
发明涉及工业丝技术领域，特别是涉及一种
石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法。
背景技术
[0002] 涤纶工业丝是指高强、粗旦的涤纶工业用长丝，其
纤度不小于550dtex，被广泛应用于
汽车安全带、吊装带、轮胎帘子布等领域。随着工业现代化
进程的加快，涤纶工业丝的应用领域愈发广泛，对于涤纶工业丝的要求也越来越多，因此，涤纶工业丝的功能化改性具有重要的现实意义，是本领域生产企业的首要任务。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述
现有技术的不足，提供一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，制得了一种具有强度高、
稳定性好、可纺性佳且具有抗菌性能的涤纶工业丝，并实现了该涤纶工业丝的高效率、均匀稳定生产。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，包括以下步骤：
[0006] (a)将石墨烯粉体与大有光低粘聚酯切片通过双螺杆
挤出机混练
造粒，制成石墨烯母粒，石墨烯母粒中石墨烯的
质量分数为1-10％；
[0007] (b)将石墨烯母粒与高粘聚酯切片混合并投入干燥塔中干燥，得到预混物，其中石墨烯母粒与高粘聚酯切片的混合比例为1:0.8-1.3；
[0008] (c)将预混物通过小
螺杆挤出机熔融后注入至熔体管道的主熔体中，通过纺丝螺杆
挤压机挤压熔融形成纺丝熔体后输送至纺丝
箱体进行纺丝，经后加热、侧吹
风冷却、牵伸定型、卷绕成型获得涤纶工业丝，纺丝熔体中石墨烯的质量分数为0.2-1‰。
[0009] 所述纺丝箱体包括体积可变的纺丝组件，所述纺丝组件包括组件壳体、过滤层、分配板、
喷丝板、分别密封连接在组件壳体两侧的保护套以及通过保护套进行
隔热保护的调节件，所述过滤层、分配板和喷丝板由上而下安装在组件壳体的下部，所述调节件包括可伸缩调节的伸缩部、连接在伸缩部一端的阻隔部和连接在伸缩部另一端并带动伸缩部运动的推拉部，所述伸缩部被包覆在保护套内，所述阻隔部穿入保护套一端且阻隔部与保护套一起通过
紧固件与组件壳体固定连接，所述推拉部穿过保护套另一端并与保护套另一端滑动连接，所述推拉部通过
气缸驱动运动。
[0010] 所述保护套、阻隔部和推拉部均采用
氧化
铝气凝胶材料制成，氧化铝气凝胶不仅热导率低，而且高温稳定性好(长期使用
温度高达950℃)，因此能够满足在325℃条件下使用的要求，保护套、阻隔部和推拉部的配合设置将高温热量阻隔在外，使得伸缩部维持其使用性能。所述伸缩部采用
橡胶制成，所述保护套与组件壳体间、保护套与推拉部间均通过柔性石墨盘根密封，所述紧固件将组件壳体端部、保护套内侧端部、阻隔部、保护套外侧端部由内而外依次
串联，所述紧固件与组件壳体端部间通过柔性石墨盘根密封。柔性石墨盘根具有耐高温、润滑性能好、化学稳定性佳的特点，其使用温度为-200℃-600℃，最大使用压
力达20MPa，因此能够在325℃与135.3bar的条件下实现密封功能。
[0011] 石墨烯粉体的直径≤2μm，厚度＜10nm，大有光低粘聚酯切片为PET且其特性
粘度为0.68-0.75dl/g。
[0012] 步骤(a)中，
双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆转速为200-400r/min，熔融温度为280-320℃。
[0013] 步骤(b)中，干燥温度为120-140℃，干燥时间为1-4h。
[0014] 步骤(b)中的高粘聚酯切片与步骤(c)中的主熔体为相同特性粘度的PET材料，特性粘度为0.95dl/g-1.25dl/g。
[0015] 步骤(c)中，小螺杆挤出机的工艺参数为：一至五区的熔融温度分别为275℃、285℃、265℃、258℃、255℃，输出功率为40％，计量
泵控制流量为11.2rpm，纺丝螺杆挤压机一至六区的熔融温度分别为288℃、300℃、298℃、296℃、295℃、295℃。
[0016] 纺丝箱体的工艺参数为：箱体温度为300.5℃，测量头温度为302℃，压力为175bar，喷丝板长径比2:1，纺丝组件温度为325℃，纺丝组件压力135.3bar。
[0017] 步骤(c)中，后加热的工艺参数为：高度300mm，温度315℃，侧吹风冷却时的工艺参数为：风速0.2m/s，风温20℃，湿度80％，牵伸定型的工艺参数为：
拉伸比为5.2-5.5倍，第一对热辊的速度为510m/min，第二对热辊至第五对热辊的温度分别为98℃、128℃、229℃、130℃，第一对热辊至第五对热辊的绕丝圈数分别为3圈、7圈、7圈、8圈、6.5圈，卷绕成型的工艺参数为：卷绕速度为2700m/s。
[0018] 石墨烯是一种二维蜂窝状
碳材料，由碳
原子按照六边形进行排布而组成，碳碳原子之间由sp2杂化结合而成。由于
单层石墨烯层间的范德华力很大，外来物质和外来力很难打开，石墨烯难以分散在
聚合物中；另外，石墨烯大的
比表面积往往使其团聚在一起，将影响石墨烯自身优异性能的发挥，从而会影响石墨烯
复合材料性能的改进，因此，石墨烯在基体中的均匀分散问题一直是研究的难点。本发明中通过三次混合来提升最终石墨烯在工业丝
纤维中的分散均匀性，即石墨烯粉体与大有光低粘聚酯切片制成石墨烯含量较低的石墨烯母粒为第一次混合，石墨烯母粒与高粘聚酯切片共混后通过小螺杆挤出机熔融为第二次混合，之后再注入主熔体中经纺丝组件过滤混合为第三次混合。
[0019] 为了能稳定的纺丝，纺丝组件一般应具有以下功能：一是利用纺丝组件中的过滤层将熔体过滤，去除熔体中可能存留的机械杂质和形成的凝胶粒子，防止堵塞喷丝板的喷丝孔；二是熔体能进一步充分混合，使熔体的温度及粘度一致；三是能建立稳定的纺丝压力，有利于把熔体均匀地分配到喷丝板上的所有喷丝孔中去，使得熔体从喷丝板流出后能形成稳定的细流。但是随着纺丝的进行，过滤层内的杂质会逐渐增多，使得纺丝组件内的压力升高，造成丝条的速度梯度等会发生变化，进而导致丝条外表形状不规则，内部结构也不均匀，影响丝条结构和性能稳定性。由于常规的纺丝组件内空腔体积不会发生变化，目前通常是通过更换纺丝组件来解决上述问题，但是频繁更换纺丝组件，既增加了纺丝组件的清洗工作量，又增加了过滤层材料的使用量，导致生产成本增加。本发明中设计了体积可变的纺丝组件，当因过滤层内杂质积攒使得组件压力上升时，通过逐步增大纺丝组件的内腔体积，使得纺丝组件压力减小，直至纺丝组件内的压力恢复至原来的值，实现了组件压力的稳定调节。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] (1)通过石墨烯改性涤纶工业丝制得具有强度高、强度稳定性好、纺况稳定并具有抗菌功能的涤纶工业丝，拓宽了涤纶工业丝的使用范围，满足了更高的使用需求；
[0022] (2)通过体积可变的纺丝组件的设计，实现了纺丝组件压力的稳定调节，有利于提高工业丝结构及性能的稳定性，同时延长了纺丝组件的使用寿命，降低了清洗工作量及生产成本；
[0023] (3)通过三次合理配比的混合方式进行组分混合，使得石墨烯不易团聚，分散均匀，以更好地发挥其优良性能。
附图说明
[0024] 图1为本发明的纺丝组件的结构示意图；
[0025] 图2为图1中A处的放大图。
[0026] 图中：纺丝箱体1、组件壳体2、紧固件21、过滤层3、分配板4、喷丝板5、保护套6、调节件7、伸缩部71、阻隔部72、推拉部73、气缸8、柔性石墨盘根9。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
[0029] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，包括以下步骤：
[0030] (a)将直径≤2μm，厚度＜10nm的石墨烯粉体与特性粘度为0.68dl/g的PET大有光低粘聚酯切片通过双螺杆挤出机混练造粒，制成石墨烯母粒，石墨烯母粒中石墨烯的质量分数为10％，双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆转速为300r/min，熔融温度为320℃；
[0031] (b)将石墨烯母粒与特性粘度为0.95dl/g的高粘聚酯切片混合并投入干燥塔中干燥，得到预混物，其中石墨烯母粒与高粘聚酯切片的混合比例为1:0.8，干燥温度为120℃，干燥时间为3.5h；
[0032] (c)将预混物通过小螺杆挤出机熔融后注入至熔体管道的主熔体中，主熔体为与高粘聚酯切片特性粘度相同的PET材料，通过纺丝螺杆挤压机挤压熔融形成纺丝熔体后输送至纺丝箱体进行纺丝，经后加热、侧吹风冷却、牵伸定型、卷绕成型获得涤纶工业丝，纺丝熔体中石墨烯的质量分数为0.45‰；小螺杆挤出机的工艺参数为：一至五区的熔融温度分别为275℃、285℃、265℃、258℃、255℃，输出功率为40％，
计量泵控制流量为11.2rpm，纺丝螺杆挤压机一至六区的熔融温度分别为288℃、300℃、298℃、296℃、295℃、295℃；纺丝箱体的工艺参数为：箱体温度为300.5℃，测量头温度为302℃，压力为175bar，喷丝板长径比2:1，纺丝组件温度为325℃，纺丝组件压力135.3bar；后加热的工艺参数为：高度300mm，温度315℃，侧吹风冷却时的工艺参数为：风速0.2m/s，风温20℃，湿度80％，牵伸定型的工艺参数为：第一对热辊的速度为510m/min，拉伸比为5.2倍，第二对热辊至第五对热辊的温度分别为98℃、128℃、229℃、130℃，第一对热辊至第五对热辊的绕丝圈数分别为3圈、7圈、7圈、8圈、6.5圈，卷绕成型的工艺参数为：卷绕速度为2700m/s。
[0033] 所述纺丝箱体1包括体积可变的纺丝组件，所述纺丝组件包括组件壳体2、过滤层3、分配板4、喷丝板5、分别密封连接在组件壳体2两侧的保护套6以及通过保护套6进行隔热保护的调节件7，所述过滤层3、分配板4和喷丝板5由上而下安装在组件壳体2的下部，所述调节件7包括可伸缩调节的伸缩部71、连接在伸缩部71一端的阻隔部72和连接在伸缩部71另一端并带动伸缩部71运动的推拉部73，所述伸缩部71被包覆在保护套6内，所述阻隔部72穿入保护套6一端且阻隔部72与保护套6一起通过紧固件21与组件壳体2固定连接，所述推拉部73穿过保护套6另一端并与保护套6另一端滑动连接，保护套6为内外两层设置且内外两层之间形成容纳安装伸缩部71、阻隔部72、推拉部73的空间，所述推拉部73通过气缸8驱动运动。
[0034] 所述保护套6、阻隔部72和推拉部73均采用氧化铝气凝胶材料制成，所述伸缩部71采用橡胶制成，所述保护套6与组件壳体2间、保护套6与推拉部73间均通过柔性石墨盘根9密封，所述紧固件21将组件壳体2端部、保护套6内侧端部、阻隔部72、保护套6外侧端部由内而外依次串联，所述紧固件21与组件壳体2端部间通过柔性石墨盘根9密封。
[0035] 实施例2
[0036] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，基本与实施例1相同，不同之处在于牵伸定型时拉伸比为5.5倍。
[0037] 对比例1-2
[0038] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，基本与实施例1相同，不同之处在于牵伸定型时拉伸比分别为5.62倍、5.8倍。
[0039] 实施例3
[0040] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，包括以下步骤：
[0041] (a)将直径≤2μm，厚度＜10nm的石墨烯粉体与特性粘度为0.68dl/g的PET大有光低粘聚酯切片通过双螺杆挤出机混练造粒，制成石墨烯母粒，石墨烯母粒中石墨烯的质量分数为5％,双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆转速为400r/min，熔融温度为320℃；
[0042] (b)将石墨烯母粒与特性粘度为0.95dl/g的高粘聚酯切片混合并投入干燥塔中干燥，得到预混物，其中石墨烯母粒与高粘聚酯切片的混合比例为1:1，干燥温度为140℃，干燥时间为4h；
[0043] (c)将预混物通过小螺杆挤出机熔融后注入至熔体管道的主熔体中，主熔体为与高粘聚酯切片特性粘度相同的PET材料，通过纺丝螺杆挤压机挤压熔融形成纺丝熔体后输送至纺丝箱体进行纺丝，经后加热、侧吹风冷却、牵伸定型、卷绕成型获得涤纶工业丝，纺丝熔体中石墨烯的质量分数为0.2‰；小螺杆挤出机的工艺参数为：一至五区的熔融温度分别为275℃、285℃、265℃、258℃、255℃，输出功率为40％，计量泵控制流量为11.2rpm，纺丝螺杆挤压机一至六区的熔融温度分别为288℃、300℃、298℃、296℃、295℃、295℃；纺丝箱体的工艺参数为：箱体温度为300.5℃，测量头温度为302℃，压力为175bar，喷丝板长径比2:1，纺丝组件温度为325℃，纺丝组件压力135.3bar；后加热的工艺参数为：高度300mm，温度
315℃，侧吹风冷却时的工艺参数为：风速0.2m/s，风温20℃，湿度80％，牵伸定型的工艺参数为：第一对热辊的速度为510m/min，拉伸比为5.5倍，第二对热辊至第五对热辊的温度分别为98℃、128℃、229℃、130℃，第一对热辊至第五对热辊的绕丝圈数分别为3圈、7圈、7圈、
8圈、6.5圈，卷绕成型的工艺参数为：卷绕速度为2700m/s。
[0044] 本实施例采用实施例1中所述的纺丝箱体进行纺丝。
[0045] 实施例4-6
[0046] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，基本与实施例3相同，不同之处在于步骤(c)纺丝熔体中石墨烯的质量分数分别为0.45‰、0.7‰及1‰。
[0047] 对比例3
[0048] 一种涤纶工业丝的生产方法，包括以下步骤：
[0049] (a)将特性粘度为0.68dl/g的PET大有光低粘聚酯切片与特性粘度为0.95dl/g的高粘聚酯切片混合并投入干燥塔中干燥，得到预混物，其中PET大有光低粘聚酯切片与高粘聚酯切片的混合比例为19:20，干燥温度为140℃，干燥时间为4h；
[0050] (b)将预混物通过小螺杆挤出机熔融后注入至熔体管道的主熔体中，主熔体为与高粘聚酯切片特性粘度相同的PET材料，通过纺丝螺杆挤压机挤压熔融形成纺丝熔体后输送至纺丝箱体进行纺丝，经后加热、侧吹风冷却、牵伸定型、卷绕成型获得涤纶工业丝；小螺杆挤出机的工艺参数为：一至五区的熔融温度分别为275℃、285℃、265℃、258℃、255℃，输出功率为40％，计量泵控制流量为11.2rpm，纺丝螺杆挤压机一至六区的熔融温度分别为288℃、300℃、298℃、296℃、295℃、295℃；纺丝箱体的工艺参数为：箱体温度为300.5℃，测量头温度为302℃，压力为175bar，喷丝板长径比2:1，纺丝组件温度为325℃，纺丝组件压力
135.3bar；后加热的工艺参数为：高度300mm，温度315℃，侧吹风冷却时的工艺参数为：风速
0.2m/s，风温20℃，湿度80％，牵伸定型的工艺参数为：第一对热辊的速度为510m/min，拉伸比为5.5倍，第二对热辊至第五对热辊的温度分别为98℃、128℃、229℃、130℃，第一对热辊至第五对热辊的绕丝圈数分别为3圈、7圈、7圈、8圈、6.5圈，卷绕成型的工艺参数为：卷绕速度为2700m/s。
[0051] 本实施例采用实施例1中所述的纺丝箱体进行纺丝。
[0052] 实施例7
[0053] 一种石墨烯掺杂改性涤纶工业丝的生产方法，包括以下步骤：
[0054] (a)将直径≤2μm，厚度＜10nm的石墨烯粉体与特性粘度为0.75dl/g的PET大有光低粘聚酯切片通过双螺杆挤出机混练造粒，制成石墨烯母粒，石墨烯母粒中石墨烯的质量分数为1％,双螺杆挤出机的工艺参数为：双螺杆转速为200r/min，熔融温度为280℃；
[0055] (b)将石墨烯母粒与特性粘度为1.25dl/g的高粘聚酯切片混合并投入干燥塔中干燥，得到预混物，其中石墨烯母粒与高粘聚酯切片的混合比例为1:1.3，干燥温度为140℃，干燥时间为1h；
[0056] (c)将预混物通过小螺杆挤出机熔融后注入至熔体管道的主熔体中，主熔体为与高粘聚酯切片特性粘度相同的PET材料，通过纺丝螺杆挤压机挤压熔融形成纺丝熔体后输送至纺丝箱体进行纺丝，经后加热、侧吹风冷却、牵伸定型、卷绕成型获得涤纶工业丝，纺丝熔体中石墨烯的质量分数为0.6‰；小螺杆挤出机的工艺参数为：一至五区的熔融温度分别为275℃、285℃、265℃、258℃、255℃，输出功率为40％，计量泵控制流量为11.2rpm，纺丝螺杆挤压机一至六区的熔融温度分别为288℃、300℃、298℃、296℃、295℃、295℃；纺丝箱体的工艺参数为：箱体温度为300.5℃，测量头温度为302℃，压力为175bar，喷丝板长径比2:1，纺丝组件温度为325℃，纺丝组件压力135.3bar；后加热的工艺参数为：高度300mm，温度
315℃，侧吹风冷却时的工艺参数为：风速0.2m/s，风温20℃，湿度80％，牵伸定型的工艺参数为：第一对热辊的速度为510m/min，拉伸比为5.5倍，第二对热辊至第五对热辊的温度分别为98℃、128℃、229℃、130℃，第一对热辊至第五对热辊的绕丝圈数分别为3圈、7圈、7圈、
8圈、6.5圈，卷绕成型的工艺参数为：卷绕速度为2700m/s。
[0057] 本实施例采用实施例1中所述的纺丝箱体进行纺丝。
[0058] 由表1可知，石墨烯改性涤纶工业丝的强度达到高强型涤纶工业丝的强度要求(高强型涤纶工业丝断裂强度大于等于7.4cN/dtex)，且在相同工艺条件下，石墨烯改性涤纶工业丝的强度明显高于普通涤纶工业丝的强度，同时，石墨烯的引入赋予了工业丝较强的抗菌性能，并且降低了涤纶工业丝的
电阻，使得纺丝时废丝率及AA率下降，提升了涤纶工业丝的可纺性。另外，由实施例1-2、对比例1-2的数据可以看出，在其他条件相同、拉伸比不同的条件下，当拉伸比为5.62时，改性涤纶工业丝的纺况及外观明显变差，出现满卷丝饼有长毛丝、毛丝团的现象，当拉伸比至5.8时，纺况更差，出现连续小卷断头，生头困难的问题，由此可见，合理控制拉伸比对于本发明的改性工业丝的物理性能及纺况具有重要的影响；由实施例3-6的数据可以看出，在其他条件相同、石墨烯添加量不同的条件下，石墨烯添加量在0.45‰时，改性涤纶工业丝的断裂强度最高且24小时单纺位废丝率最低。
[0059] 由表2可知，与普通涤纶工业丝相比，石墨烯改性涤纶工业丝的断裂强度稳定性更好，这是因为石墨烯具有极大的比表面积，使其与聚合物基体之间拥有更强的界面结合力，因此石墨烯的引入不仅使改性工业丝具有同样出色的物理性能，而且可以有效改善聚合物的力学性能。
[0060] 表1实施例1-7、对比例1-3的样品的物理性能、纺况、外观及抗菌性对比[0061]
[0062] 表2实施例1-7、对比例3的样品的断裂强度稳定性对比
[0063]
[0064]
[0065] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
