1.本发明涉及化学纤维材料技术领域，具体涉及一种高强高收缩丙纶长丝及其制备方法。
背景技术：2.丙纶土工布广泛应用于水电、公路、铁路、港口、机场、运动场馆、隧道、沿海滩涂、围垦、环保等领域，起到隔离、过滤、排水、防护等作用。土工布在公路工程中应用可有效减少车辙变形，防止、抑制反射裂缝，延缓道路的疲劳破坏。在高等级公路建设中，使用土工布可降低碎石垫层的厚度，并使公路的边坡变陡，降低施工土方量，少占用土地；在海防工程中、建筑水坝时采用土工布作护坡反滤网，筑起坚固的堤坝，防止水患造成的经济损失。
3.丙纶土工布在护堤工程中起到了其它材料难以达到的良好效果。丙纶土工布具有良好的导水性能，它可以土体内部形成排水通道，将土体结构内多余液体和气体外排。利用丙纶土工布良好的透气性和透水性，使水流通过，从而有效的截留砂土流失。利用土工布增强土体的抗拉强度和抗变形能力，增强建筑结构的稳定性，以改善土体质量，有效的将集中应力扩散、传递或分解，防止土体受外力作用而破坏。
4.丙纶土工布一般由丙纶长丝制备而成，由于丙纶土工布要求具备良好的透气性和透水性，这就需要用于制备丙纶土工布要有高强度高收缩性能，才能进一步提高透气性和透水性。但目前，丙纶长丝配方上存在改进的空间，且一般由立式一步纺生产，干热收缩率一般只有5～10％，无法完全满足市场对于高强、高收缩性能的丙纶长丝的需求，制约了丙纶土工布的发展。干热收缩率作为丙纶长丝的重要质量标准，需要进一步的技术发展，来满足市场的需求，人们一直渴望获得一种高强高收缩丙纶长丝。
技术实现要素：5.本发明的目的在于，克服现有丙纶长丝收缩率低以及存在生产工艺的缺点，提供一种纺速高、耗能低，断裂强度达到7.0
±
0.2cn/dtex，断裂伸长率35
±
5％，干热收缩率达到12～18％的高强高收缩丙纶长丝及其生产方法。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.一种高强高收缩丙纶长丝，包括如下组分与质量比：等规聚丙烯90～95wt％，无规聚丙烯4.5～9.5wt％，茂金属聚丙烯均聚物0.5～1％。
8.与现有丙纶长丝相比，本发明丙纶长丝最大的特点在于省略了凝结核，完全由聚丙烯构成。凝结核主要是作用在于增加晶核，使聚丙烯在生产过程中增加晶核，提高结晶度，但这样会导致断裂伸长率和热收缩率的降低。本发明创造性地在制备过程中不加入凝结核，减少晶核形成，结晶体数量变少，同时配合配方的调整增强强度、增加断裂伸长率和热收缩率，成功制备出高强高收缩丙纶丝，获得市场迫切需求的产品。
9.本发明丙纶长丝同时具有高强度高收缩性能，从而具有一定的弹性和伸缩性，透气性、透水性更好。
10.优选的，包括如下组分与质量比：所述规聚丙烯93wt％，所述无规聚丙烯 6wt％，所述茂金属聚丙烯均聚物1％。
11.优选的，所述等规聚丙烯的熔融指数为8～20g/10min，所述无规聚丙烯的平均分子量在10000左右，所述茂金属聚丙烯均聚物的熔融指数为20～30g/10min。
12.采用了低熔融指数的聚丙烯原料，保证了纤维能在低温(80～140℃)下被很好地拉伸，确保了丙纶长丝的高强度和高收缩率。
13.优选的，所述高强高收缩丙纶长丝的断裂强度为7.0
±
0.2cn/dtex，断裂伸长率为35
±
5％，干热收缩率为12～18％。
14.一种如上所述高强高收缩丙纶长丝的制备方法，包括如下步骤：
15.a：按比例加入所述规聚丙烯、所述无规聚丙烯、所述茂金属聚丙烯均聚物，经过原辅料精准计量后，共混均匀后烘干，投入到挤出机中；
16.b：在所述挤出机中熔化，经过预过滤器过滤，再经喷丝板挤出纺丝，所述喷丝板下方加装保温层；
17.c：采用侧吹风工艺冷却，之后进行牵拉，获得所述高强高收缩丙纶长丝。
18.优选的，包括如下步骤：
19.a：按比例加入所述规聚丙烯、所述无规聚丙烯、所述茂金属聚丙烯均聚物，经过原辅料精准计量后，共混均匀后烘干，烘干工艺温度60～80℃，烘干时间 1～2小时，再投入到螺杆挤出机中；
20.b：在所述螺杆挤出机中熔化，工艺温度230～280℃，经过预过滤器过滤，再经所述喷丝板挤出纺丝，所述喷丝板下方100～200mm处加装保温层，所述喷丝板的牵伸倍数为80～200倍；
21.c：采用侧吹风工艺冷却，侧吹风的温度设定为20～25℃，侧吹风的速度设定为0.5～1.0m/min，之后在牵伸机设备上进行牵拉，牵伸倍数为5～10倍，获得所述高强高收缩丙纶长丝。
22.本发明，影响其高强度的主要因素是非晶区的取向因子和晶区的取向因子，通过添加无规聚丙烯和增加喷丝头牵伸倍数来提高非晶区的预取向因子，通过增加牵伸倍数来增加非晶区的取向因子和晶区的取向因子，从而增加其强度。
23.本发明，影响其高收缩率(干热收缩率)的主要因素是结晶温度、晶区大小、非晶区数目和结晶度。等规聚丙烯是属于结晶性高聚物，有良好的结晶性能，通过添加茂金属聚丙烯均聚物和无规聚丙烯，其相对分子量分布小，结晶速度慢且晶粒小，形成具有较多的高取向非晶区，及部分结晶度低、晶体尺寸小的结晶区，从而增加其干热收缩率。在热处理过程中，高取向的非晶区发生大量的解取向，同时伴随着结晶晶型从不稳定的近晶型向α晶型转变，晶粒尺寸成倍增加，结晶度大幅度提高，高取向非晶区发生解取向，促使大分子链发生有规则折叠排列而产生取向提高其性能，从而提高长丝的弹性和改变收缩性能。
24.在喷丝板下方100～200mm处加装保温层，有利于喷丝头拉伸取向充分，增加强度。通过螺杆挤出机，工艺温度230～280℃，增加组件压力，以提高纺丝力，提高纺丝性能，从而提高长丝的弹性和收缩性能。冷却过程中的风温风速稳定，所产生的不确定性变化更小。通过控制侧吹风温度和侧吹风速度来改善非结晶区结构，侧吹风的温度为20～25℃，侧吹风速度为0.5～1.0m/min。通过提高喷丝头(喷丝板)的牵伸倍数，以提高喷丝头的非晶区和晶
区的预取向因子，形成具有较多的高取向非晶区以及部分结晶度低、晶体尺寸小的结晶区，喷丝头的牵伸倍数为80～200倍。
25.优选的，步骤c中，所述牵伸机设备中，牵伸热辊和热箱的温度为80～140℃。
26.优选的，所述牵伸机设备中，第一道热辊温度为80～100℃，牵伸圈数3～5 圈；第二道拉伸热辊温度为100～140℃，牵伸圈数5～8圈；之后通过热箱高温定型，热箱的温度设定为120～150℃；再送入第三道热辊，温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈；第四道热辊，温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈。在最后冷辊上通冷风来冷却丝，降低丝的温度，性能稳定。
27.优选的，步骤b中，所述喷丝板的孔径0.7～0.9mm，长径比为8～10。
28.喷丝板采用较大的孔径(0.7～0.9mm)，较长的长径比(8～10)，提高喷丝的拉伸倍数，取向因子提高。
29.一种如上所述高强高收缩丙纶长丝的应用，用于制备成的丙纶土工布。
30.高强高收缩丙纶长丝制成的丙纶土工布，网孔不易堵塞，因不定型纤维组织形成的网状结构有应变性和运动性，防止上下层砂石、土体及混凝土之间混杂，施工方法简单且使用寿命耐久，更适合市场需求。由于丙纶长丝原料本身同时具备高强度和高收缩性能，具有一定的弹性和伸缩性，使制备获得的丙纶土工布具有更良好透气性和透水性。
31.与现有技术相比较，实施本发明，具有如下有益效果：
32.本发明具有纺速高、耗能低等特点，且改善了丙纶长丝的物理性能，形成成果：断裂强度可达7.0
±
0.2cn/dtex，断裂伸长率30
±
5％，干热收缩率达 12～18％的高强高收缩丙纶长丝，能进一步制备获得具有更良好透气性和透水性的丙纶土工布。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
34.实施例1
35.一种高强高收缩丙纶长丝，在立式一步纺设备上生产，其制备的工艺包括：
36.配料：纤维级等规聚丙烯93％，无规聚丙烯6％，茂金属聚丙烯均聚物1％，共混均匀后烘干，烘干工艺温度70℃，烘干时间1.5小时；
37.通过螺杆挤出机，工艺温度230～280℃，首先经过预过滤器过滤，再经喷丝头挤出纺丝；
38.通过控制侧吹风的温度和侧吹风的速度，以改善非结晶区结构，侧吹风的温度设定为20℃，侧吹风的速度设定为0.8m/min；
39.通过提高喷丝头的牵伸倍数，以提高喷丝头的非晶区和晶区的预取向因子，形成具有较多的高取向非晶区以及部分结晶度低、晶体尺寸小的结晶区，喷丝头的牵伸倍数为80倍；
40.牵伸机设备上牵伸倍数为8倍；牵伸热辊的温度为80～140℃。其中:第一道热辊温度为80～100℃，牵伸圈数3～5圈；第二道拉伸热辊温度为100～140℃，牵伸圈数5～8圈；热箱的温度设定为125℃，经过第二道热辊全拉伸后的丙纶丝，通过热箱高温定型，决定其收缩率，再送入降低温度的第三道和第四道热辊；第三道和第四道热辊的温度为100～130℃，
牵伸圈数为5～8圈。
41.由本发明生产所得的高强高收缩性能丙纶长丝，经检测，其主要的技术指标：
①
断裂强度为7.08cn/dtex，断裂伸长率35.59％；
②
干热收缩率为18.06％。
42.本发明，所述生产设备立式一步纺生产，市场上有通用的设备。
43.实施例2
44.一种高强高收缩丙纶长丝，在立式一步纺设备上生产，其制备的工艺包括：
45.配料：纤维级等规聚丙烯95％，无规聚丙烯4.5％，茂金属聚丙烯均聚物0.5％，共混均匀后烘干，烘干工艺温度80℃，烘干时间1小时；
46.通过螺杆挤出机，工艺温度230～280℃，首先经过预过滤器过滤，再经喷丝头挤出纺丝；
47.通过控制侧吹风的温度和侧吹风的速度，以改善非结晶区结构，侧吹风的温度设定为25℃，侧吹风的速度设定为0.5m/min；
48.通过提高喷丝头的牵伸倍数，以提高喷丝头的非晶区和晶区的预取向因子，形成具有较多的高取向非晶区以及部分结晶度低、晶体尺寸小的结晶区，喷丝头的牵伸倍数为200倍；
49.牵伸机设备上牵伸倍数为10倍；牵伸热辊的温度为80～140℃。其中:第一道热辊温度为80～100℃，牵伸圈数3～5圈；第二道拉伸热辊温度为100～140℃，牵伸圈数5～8圈；热箱的温度设定为150℃，经过第二道热辊全拉伸后的丙纶丝，通过热箱高温定型，决定其收缩率，再送入降低温度的第三道和第四道热辊；第三道和第四道热辊的温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈。
50.由本发明生产所得的高强高收缩性能丙纶长丝，经检测，其主要的技术指标：
①
断裂强度为7.01cn/dtex，断裂伸长率30.69％；
②
干热收缩率为15.06％。
51.本发明，所述生产设备立式一步纺生产，市场上有通用的设备。
52.实施例3
53.一种高强高收缩丙纶长丝，在立式一步纺设备上生产，其制备的工艺包括：
54.配料：纤维级等规聚丙烯90％，无规聚丙烯9.5％，茂金属聚丙烯均聚物0.5％，共混均匀后烘干，烘干工艺温度60℃，烘干时间2小时；
55.通过螺杆挤出机，工艺温度230～280℃，首先经过预过滤器过滤，再经喷丝头挤出纺丝；
56.通过控制侧吹风的温度和侧吹风的速度，以改善非结晶区结构，侧吹风的温度设定为20℃，侧吹风的速度设定为1.0m/min；
57.通过提高喷丝头的牵伸倍数，以提高喷丝头的非晶区和晶区的预取向因子，形成具有较多的高取向非晶区以及部分结晶度低、晶体尺寸小的结晶区，喷丝头的牵伸倍数为100倍；
58.牵伸机设备上牵伸倍数为5倍；牵伸热辊的温度为80～140℃。其中:第一道热辊温度为80～100℃，牵伸圈数3～5圈；第二道拉伸热辊温度为100～140℃，牵伸圈数5～8圈；热箱的温度设定为120℃，经过第二道热辊全拉伸后的丙纶丝，通过热箱高温定型，决定其收缩率，再送入降低温度的第三道和第四道热辊；第三道和第四道热辊的温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈。
59.由本发明生产所得的高强高收缩性能丙纶长丝，经检测，其主要的技术指标：
①
断裂强度为6.93cn/dtex，断裂伸长率29.96％；
②
干热收缩率为12.36％。
60.本发明，所述生产设备立式一步纺生产，市场上有通用的设备。
61.以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
技术特征：1.一种高强高收缩丙纶长丝，其特征在于，包括如下组分与质量比：等规聚丙烯90～95wt％，无规聚丙烯4.5～9.5wt％，茂金属聚丙烯均聚物0.5～1％。2.如权利要求1所述高强高收缩丙纶长丝，其特征在于，包括如下组分与质量比：所述规聚丙烯93wt％，所述无规聚丙烯6wt％，所述茂金属聚丙烯均聚物1％。3.如权利要求1所述高强高收缩丙纶长丝，其特征在于，所述等规聚丙烯的熔融指数为8～20g/10min，所述无规聚丙烯的平均分子量在10000左右，所述茂金属聚丙烯均聚物的熔融指数为20～30g/10min。4.如权利要求1所述高强高收缩丙纶长丝，其特征在于，所述高强高收缩丙纶长丝的断裂强度为7.0
±
0.2cn/dtex，断裂伸长率为35
±
5％，干热收缩率为12～18％。5.一种如权利要求1所述高强高收缩丙纶长丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a：按比例加入所述规聚丙烯、所述无规聚丙烯、所述茂金属聚丙烯均聚物，经过原辅料精准计量后，共混均匀后烘干，投入到挤出机中；b：在所述挤出机中熔化，经过预过滤器过滤，再经喷丝板挤出纺丝，所述喷丝板下方加装保温层；c：采用侧吹风工艺冷却，之后进行牵拉，获得所述高强高收缩丙纶长丝。6.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a：按比例加入所述规聚丙烯、所述无规聚丙烯、所述茂金属聚丙烯均聚物，经过原辅料精准计量后，共混均匀后烘干，烘干工艺温度60～80℃，烘干时间1～2小时，再投入到螺杆挤出机中；b：在所述螺杆挤出机中熔化，工艺温度230～280℃，经过预过滤器过滤，再经所述喷丝板挤出纺丝，所述喷丝板下方100～200mm处加装保温层，所述喷丝板的牵伸倍数为80～200倍；c：采用侧吹风工艺冷却，侧吹风的温度设定为20～25℃，侧吹风的速度设定为0.5～1.0m/min，之后在牵伸机设备上进行牵拉，牵伸倍数为5～10倍，获得所述高强高收缩丙纶长丝。7.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤c中，所述牵伸机设备中，牵伸热辊和热箱的温度为80～140℃。8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述牵伸机设备中，第一道热辊温度为80～100℃，牵伸圈数3～5圈；第二道拉伸热辊温度为100～140℃，牵伸圈数5～8圈；之后通过热箱高温定型，热箱的温度设定为120～150℃；再送入第三道热辊，温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈；第四道热辊，温度为100～130℃，牵伸圈数为5～8圈。9.如权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤b中，所述喷丝板的孔径0.7～0.9mm，长径比为8～10。10.一种如权利要求1所述高强高收缩丙纶长丝的应用，其特征在于，用于制备成的丙纶土工布。
技术总结本发明公开了一种高强高收缩丙纶长丝及其制备方法，属于化学纤维材料技术领域，包括如下组分与质量比：等规聚丙烯90～95wt％，无规聚丙烯4.5～9.5wt％，茂金属聚丙烯均聚物0.5～1％。本发明具有纺速高、耗能低等特点，且改善了丙纶长丝的物理性能，形成成果：断裂强度可达7.0
技术研发人员：郭清海 陈光明 江建平 郭人琦 邓佶 柯伟斌
受保护的技术使用者：广东蒙泰高新纤维股份有限公司
技术研发日：2022.06.24
技术公布日：2022/11/1
