Система для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала

Изобретение относится к системе для промышленного производства сложнополиэфирной пряжи в целях использования в промышленном производстве полотна, в котором используются в смеси полиэтиленнафталатный (PEN) материал и жидкокристаллический полимерный материал, и таким образом улучшаются прочность на разрыв, модуль упругости и устойчивость размеров получаемого материала. 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к системе для промышленного производства сложнополиэфирной пряжи, в которой посредством добавки улучшаются механические свойства пряжи (прочность на разрыв, модуль упругости, устойчивость размеров) в целях использования в промышленном производстве полотна.

Уровень техники

Ткань полотняного переплетения (чефер) конвейерной ленты, а также материалы для мембран и покрытий должны иметь улучшенные механические свойства и прочную структуру. Для таких вариантов осуществления требуется усовершенствование процессов без значительного повышения расходов, и получаемое в результате волокно должно иметь высокий модуль упругости и улучшенную устойчивость размеров по сравнению со стандартным волокном. По этой причине были проведены исследования в целях изготовления самоупрочняющейся композиционной пряжи на основе полиэтиленнафталата (PEN).

Жидкокристаллические полимеры (LCP), которые могут использоваться в качестве упрочняющей фазы в различных полимерных материалах, представляют собой полимеры, имеющие высокие эксплуатационные характеристики и уникальную структуру, которую составляют длинные жесткие стержнеобразные молекулы, имеющие высокую степень ориентации. Эти стержнеобразные молекулы ориентируются в направлении потока в процессе инжекционного или экструзионного формования.

Содержащие LCP формованные изделия проявляют очень высокую устойчивость размеров, даже если они нагреваются до температуры, составляющей от 200 до 250°C. Температура плавления LCP некоторых классов может составлять вплоть до 300°C. Как правило, LCP могут использоваться в качестве добавки во многих областях в зависимости от своих свойств. В качестве примеров таких областей можно привести компоненты электронных и электрических устройств, а также непроницаемые для топлива и газа конструкции и датчики.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему для промышленного производства сложнополиэфирной пряжи, в которую добавляется жидкокристаллический полимер.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему для промышленного производства пряжи, в которой в качестве полимера используется полиэтиленнафталат.

Следующая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему для промышленного производства пряжи, имеющей улучшенную прочность при растяжении и модуль упругости.

Подробное описание изобретения

В целях выполнения задач настоящего изобретения для промышленного производства полиэтиленнафталатной пряжи, в которую добавляется LCP, была разработана система, которая проиллюстрирована на фиг. 1, где схематически изображается система для производства пряжи согласно настоящему изобретению.

Каждый из компонентов, которые проиллюстрированы на фиг. 1, обозначается условным номером следующим образом:

1. Система для промышленного производства пряжи

2. Производящий исходную смесь блок

21. Загружающий исходные частицы блок

22. Экструдер исходного расплава

23. Охлаждающий исходный расплав блок

3. Производящий первичную смесь блок

31. Загружающий частицы и разбавляющий блок

32. Экструдер первичного расплава

33. Охлаждающий первичный расплав блок

4. Загружающий первичные частицы блок

5. Экструдер

6. Охлаждающий блок

7. Валик

71. Первичный валик

72. Вторичный валик

73. Третичный валик

74. Четвертичный валик

8. Горячая камера

81. Первая горячая камера

82. Вторая горячая камера

9. Намоточный блок

Согласно настоящему изобретению предлагается система для промышленного производства композиционной полиэтиленнафталатной пряжи, причем система (1), в основном, включает:

- по меньшей мере один производящий исходную смесь блок (2), в котором изготавливаются исходные полимерные частицы,

- по меньшей мере один производящий первичную смесь блок (3), в котором первичная полимерная смесь производится посредством разбавления исходной полимерной смеси основным полимером,

- по меньшей мере один загружающий первичные частицы блок (4), в котором полимерные частицы, образующие первичную смесь, наполняются и нагреваются,

- по меньшей мере один экструдер (5), в котором первичная полимерная смесь, получаемая в загружающем первичные частицы блоке (4), плавится и в процессе прядения превращается в волокна с помощью фильеры, расположенной на выпуске,

- по меньшей мере один охлаждающий блок (6), в котором охлаждается материал, поступающий из экструдера (5),

- по меньшей мере один валик (7), на котором материал растягивается и ориентируется,

- по меньшей мере одну горячую камеру (8), в которой материал подвергается отжигу,

- по меньшей мере, один намоточный блок (9), в котором материал растягивается с помощью валиков (7) в процессе охлаждения и нагревания и наматывается в форме пряжи.

Производящий исходную смесь блок (1), который присутствует в системе согласно настоящему изобретению (1), включает:

- по меньшей мере, один загружающий исходные частицы блок (21), в котором смешиваются полиэтиленнафталат (PEN) и жидкокристаллический полимер (LCP),

- по меньшей мере один экструдер исходного расплава (22), в котором экструдируется исходная расплавленная смесь,

- по меньшей мере один охлаждающий исходный расплав блок (23), в котором охлаждается материал, поступающий из экструдера исходного расплава (22).

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в системе (1) массовое соотношение PEN:LCP в смеси, изготовленной в загружающем исходные частицы блоке (21), составляет 60:40. Исходный материал, который изготавливается при таком соотношении, затвердевает в охлаждающем блоке (23), плавится и перемешивается в двухшнековом экструдере (22), превращается в частицы.

Производящий первичную смесь блок (3) включает:

- по меньшей мере один загружающий частицы и разбавляющий блок (31), в котором полимерные частицы, поступающие из производящего исходную смесь блока (2), плавятся и разбавляются путем добавления PEN,

- по меньшей мере один экструдер первичного расплава (32), в котором экструдируется первичная исходная расплавленная смесь,

- по меньшей мере один охлаждающий первичный расплав блок (33), в котором охлаждается материал, который поступает из экструдера основного расплава (32).

Частицы исходной смеси, изготовленной в производящем исходную смесь блоке (2), направляются в производящий первичный расплав блок (3), и в него вводятся полимерные частицы, разбавленные путем добавления чистого PEN. Исходная смесь PEN:LCP смешивается с PEN до тех пор, пока в загружающем частицы и разбавляющем блоке (31) относительное содержание LCP не будет составлять от 1 до 3 мас.%. Когда осуществляется вышеупомянутый процесс, температура предпочтительно составляет от 260 до 300°C.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения молекулярная масса получаемых смешанных полимерных частиц увеличивается на выпуске производящего первичную смесь блока (3) и их характеристическая вязкость (IV) увеличивается и превышает 1 дл/г при температуре, составляющей от 240 до 250°C, в процессе твердофазной полимеризации, который занимает от 12 до 24 ч. Здесь цель заключается в том, чтобы молекулярная масса увеличивалась и получался подходящий полимер для растяжения пряжи посредством уменьшения разрушения и движения цепи в процессе экструзии. В результате твердофазной полимеризации процентная степень кристалличности составляет более чем 100%.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, частицы, получаемые в производящем первичную смесь блоке (3) и приобретающие повышенную характеристическую вязкость посредством твердофазной полимеризации, высушиваются в вакуумной печи в течение по меньшей мере 24 ч при температуре, составляющей от 120 до 140°C и помещаются в загружающий первичные частицы блок (4) в атмосфере азота при 120°C. В целях предотвращения гидролитического разложения влагосодержание смешанных и подвергнутых твердофазной полимеризации частиц должно составлять менее чем 60 частей на миллион перед помещением в экструдер (32).

Первичная полимерная смесь, которая поступает из производящего первичную смесь блока (3), перемещается в загружающий первичные частицы блок (4) и высушивается в нем при температуре, составляющей от 100 до 120°C, и направляется в экструдер (5), в котором она нагревается до температуры, составляющей от 290 до 320°C. Полимерная смесь PEN-LCP, содержащая от 1 до 3 мас.% LCP, превращается в волокна посредством фильеры, расположенной на выпуске экструдера (5). Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения соотношение длины и диаметра фильеры, которая используется на выпуске экструдера (5), составляет от 2 до 5, и диаметр отверстия составляет 1 мм. Скорость потока струи материала из экструдера (5) составляет от 6 до 7 м/мин, продолжительность пребывания материала в экструдере составляет от 11 до 12 мин. Здесь пропускная способность устанавливается на уровне, составляющем от 6 до 7 г/мин.

Волокно PEN-LCP, которое поступает из экструдера (5), перемещается в охлаждающий блок (6), предпочтительно охлаждаемый охлаждающей водой. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения длина охлаждающего блока составляет 70 см, и его температура составляет от 80 до 95°C. Согласно тому же варианту осуществления настоящего изобретения расстояние между экструдером (5) и охлаждающим блоком (6) устанавливается на уровне, составляющем максимально 10 см. Пряжа, которая выходит из охлаждающего блока (6), сначала поступает на первичный валик (71) и после этого направляется на вторичный валик (72). Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения температура первичного валика (71) составляет от 100 до 140°C, и температура вторичного валика (72) составляет от 140 до 160°C. Процесс растяжения пряжи в холодном состоянии осуществляется между этими валиками (7).

Пряжа, которая поступает с вторичного валика (72), перемещается в первую горячую камеру (81) и в ней нагревается горячим воздухом до температуры, составляющей от 200 до 250°C, а затем перемещается на третичный валик (73). Температура третичного валика (73) может составлять от 200 до 250°C. Таким образом, растяжение в горячем состоянии осуществляется между вторичным валиком (72) и третичным валиком (73).

Пряжа, которая поступает с третичного валика (73), направляется во вторую горячую камеру (82), в которой температура составляет от 120 до 180°C. Пряжа поступает на четвертичный валик (74), который представляет собой заключительный валик, не имеющий нагревания и находящийся при комнатной температуре; здесь осуществляется релаксация, степень которой составляет от 1 до 2%, а затем пряжа направляется в намоточный блок (9) в целях сматывания.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения соотношение скорости первичного валика (71) и скорости на выпуске из экструдера (5) составляет от 4 до 6. Соотношение скорости третичного валика (73) и скорости первичного валика (71) может составлять от 5 до 6,5.

Когда сравниваются значения прочности на разрыв и модуля упругости полиэтиленннафталатной пряжи, содержащей добавку PEN в количестве от 1 до 3% и получаемой с использованием системы согласно настоящему изобретению (1) и пряжи, изготовленной из чистого полиэтиленнафталатного материала, у которой полная кратность растяжения составляет 6, прочность на разрыв композиционной пряжи, изготовленной в системе согласно настоящему изобретению, оказывается выше на 40-45%, а ее модуль упругости оказывается больше на 5-10%. Когда полная кратность растяжения составляет более чем 6, увеличение прочности на разрыв составляет от 25 до 30%. Увеличение модуля упругости составляет от 2 до 5%. Когда рассматривается устойчивость размеров, в случае полиэтиленннафталатной пряжи, содержащей добавку PEN в количестве от 1 до 3%, устойчивость размеров оказывается на 15-25% выше, чем в случае чистой полиэтиленннафталатной пряжи, при кратности растяжения равной 6.

Коэффициент преобразования составляет от 80 до 90%, когда моноволоконная пряжа, которая изготавливается в системе согласно настоящему изобретению, скручивается в двухслойной форме посредством 50 скруток.

1. Система для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала, содержащая:

- по меньшей мере один производящий исходную смесь блок (2), в котором изготавливаются исходные полимерные частицы,

- по меньшей мере один производящий первичную смесь блок (3), в котором первичная полимерная смесь изготавливается и превращается в частицы посредством использования исходных полимерных частиц,

- по меньшей мере один загружающий первичные частицы блок (4), в котором полимерные частицы, образующие первичную смесь, наполняются и нагреваются,

- по меньшей мере один экструдер (5), в котором первичная полимерная смесь, получаемая в загружающем первичные частицы блоке (4), плавится и превращается в волокна с помощью фильеры, расположенной на выпуске,

- по меньшей мере один охлаждающий блок (6), в котором охлаждается материал, поступающий из экструдера (5),

- по меньшей мере один валик (7), на котором материал растягивается и ориентируется,

- по меньшей мере одну горячую камеру (8), в которой материал подвергается отжигу,

- по меньшей мере один намоточный блок (9), в котором материал растягивается с помощью валиков (7) в процессе охлаждения и нагревания и наматывается в форме пряжи,

отличающаяся тем, что в системе:

- полиэтиленнафталат (PEN) и жидкокристаллический полимер (LCP) смешивают в соотношении, составляющем 60:40 соответственно, в производящем исходную смесь блоке (2), при этом

- относительное содержание LCP в смеси уменьшается до 1-3 мас.% при разбавлении исходной смеси посредством добавления PEN в производящем первичную смесь блоке (3).

2. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит производящий исходную смесь блок (2), в котором находятся по меньшей мере один загружающий исходные частицы блок (21), в котором полиэтиленнафталат (PEN) и жидкокристаллический полимер (LCP) смешиваются посредством загрузки в массовом соотношении, составляющем 60:40 соответственно, по меньшей мере один экструдер исходного расплава (22), в котором исходная смесь плавится и экструдируется; по меньшей мере один охлаждающий исходный расплав блок (23), в котором охлаждается материал, поступающий из экструдера исходного расплава (22).

3. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит производящий первичную смесь блок (3), в котором находится по меньшей мере один загружающий частицы и разбавляющий блок (31), в котором полимерные частицы, поступающие из производящего исходную смесь блока (2), плавятся и разбавляются путем добавления PEN таким образом, что относительное содержание LCP составляет от 1 до 3 мас.%; по меньшей мере один экструдер первичного расплава (32), в котором первичный исходный расплавленный смесь экструдируется; по меньшей мере один охлаждающий первичный расплав блок (33), в котором охлаждается материал, поступающий из главного экструдера расплава (32).

4. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит загружающий частицы и разбавляющий блок (31), в который PEN добавляется до тех пор, пока относительное содержание LCP в смеси не составляет от 1 до 3 мас.%, и исходная смесь PEN и LCP экструдируется при температуре, составляющей от 260 до 300°C.

5. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит загружающий первичные частицы блок (4), в котором частицы, получаемые на выпуске производящего первичную смесь блока (3), загружаются в атмосфере азота при 120°C после высушивания в вакуумной печи в течение по меньшей мере 24 ч при температуре, составляющей от 120 до 140°C.

6. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит экструдер (5), в котором первичная полимерная смесь превращается в волокно, и который содержит фильеру, у которой соотношение длины и диаметра составляет от 2 до 5, и диаметр отверстия составляет 1 мм.

7. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит экструдер (5), в котором скорость потока струи полимерной смеси в форме волокна составляет от 6 до 7 м/мин.

8. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит экструдер (5), в котором пропускная способность полимерной смеси в форме волокна устанавливается на уровне от 6 до 7 г/мин.

9. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит охлаждающий блок (6), в котором волокно, поступающее из экструдера (5), охлаждается охлаждающей водой до температуры, составляющей от 80 до 95°C.

10. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит первичный валик (71), на который перемещается волокно, поступающее из охлаждающего блока (6), при температуре, составляющей от 100 до 140°C.

11. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит вторичный валик (72) при температуре, составляющей от 140 до 160°C, в которую перемещается волокно, поступающее с первичного валика (71), и в которой волокно подвергается растяжению в холодном состоянии.

12. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она снабжена первой горячей камерой (81), в которую перемещается волокно, поступающее с вторичного валика (72), и в которой используется горячий воздух при температуре, составляющей от 200 до 250°C.

13. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит третичный валик (73), у которого температура составляет от 200 до 250°C, на который перемещается волокно, поступающее из первой горячей камере (81), и в котором волокно подвергается растяжению в горячем состоянии.

14. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит вторую горячую камеру (82), в которой температура составляет от 120 до 180°C и в которую перемещается волокно, поступающее с третичного валика (73).

15. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит четвертичный валик (73), не имеющий нагревания, на который перемещается волокно, поступающее из второй горячей камеры (82), и на котором волокно подвергается растяжению в горячем состоянии.

16. Система (1) для промышленного производства пряжи из композиционного полиэтиленнафталатного материала по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит намоточный блок (9), в котором волокно, поступающее с третичного валика (74), наматывается в форме пряжи посредством релаксации, составляющей от 1 до 2%.