循环再利用有色聚酯纤维

与原生纤维有色化不同的是，循环再生纤维原料中带有基础颜色，可以直接制备有色纤维，也可以与白色原料、蓝色瓶片以及其他颜色原料相互调配，制得不同色度、不同白度的有色纤维，在此基础上，可以采用色母粒添加方法调配纤维的颜色。

（一）纺丝工艺

色母粒添加型是目前生产有色纤维最常用的办法，主要采用色母粒喂料机向螺杆挤出机中添加母粒的方法（图7-1）。二者比例混合控制方法有体积计量式与重量计量式（连续失重式），前者计量不够精确，主要生产要求较低的产品；后者计量准确，主要生产高档产品。

图7-1　色母粒法循环再利用有色聚酯纤维制备工艺

（二）喂料机原理与结构

色母粒添加需要用到喂料机，通常也称作注射机。常用的喂料机有三种形式：小螺杆计量型、多孔圆盘计量型、连续失重计量型。前二者为体积计量式，后者为重量计量式。

1.小螺杆计量型喂料器

（1）工作原理。小螺杆喂料器是利用体积计量原理，根据给料量范围提供不同螺距的螺杆，采用PLC控制，变频调速，通过改变小螺杆的转速调节母粒注入量。

（2）使用特点。

①结构简单，安装方便，设有比例转换键，停纺方便；

②当色母粒品种或比例改变时，需重新标定螺杆转速；色母粒堆积密度改变时会出现色差；

③螺杆计量准确性差，对于纺制含量在1.5%以上品种或深色丝尚可，纺低含量或浅色丝时，色差严重；

④自身不带混合装置，需在挤出机及输送管道中进行混合，易产生混合不匀。

由于以上特点，此类喂料机在再生聚酯生产功能纤维或色丝上使用最多。

2.多孔圆盘计量型喂料器

（1）工作原理。多孔圆盘计量喂料器利用体积计量法，其计量盘是多孔圆盘，每孔的容积为一次脉冲所添加的量，计量盘恒速转动时，小孔中的料粒靠自重落入混合器中。混合器中带搅拌装置，下端与挤出机加料口连接。计量喂料由PLC控制计数或开停，主料与母粒各通过一个计量盘进入混合器，PLC控制单位时间内各计量盘转数，并以此来控制各种物料进入混合器的比例。在正式运转前，必须将各物料和对应的计量盘进行标定，将标定值和工艺配比在PLC上设定。

（2）使用特点。

①应用体积计量，母粒加入比例可直接在PLC上设定，不需要计算加入重量，操作简单；

②用PLC控制计量盘转数，计量较精确，配合混料器搅拌混合，可弥补体积计量的不足，色母粒配比最小可到0.3%，纺浅色丝亦可；

③安装方便，工作稳定；

④进入挤出机前已经完成物料按比例混合，所以不会因纺丝设备故障影响纤维组成比例；

⑤物料的堆积密度影响计量结果，所以物料改变时，必须重新标定计量盘，纺色丝时，运行中堆积密度发生变化，将产生色差；

⑥每台喂料机可配2～4个计量台，能同时添加1～3种母粒或添加剂，因此，可以满足拼色或其他附加功能。

3.连续失重式型喂料机

（1）工作原理。连续失重式喂料机利用失重原理对原料的流量进行连续的监视和校准，计量精度可达0.1%～0.25%。喂料斗后接螺杆喂料器，下部装有电子秤，喂料斗的失重量即为母粒添加量，电子秤称量信号反馈到PLC上与设定值比较后，自动调小螺杆转数，从而控制母粒单位时间注入量。喂料机可配自动补料装置，可实现连续稳定生产。

随着再利用聚酯原料品质不断提高，及对再利用纤维品质要求不断提高，此型注射机应用趋于广泛。图7-2为连续失重式喂料机示意图。

图7-2　连续失重式喂料机示意图

1—补料仓　2—软连接　3—补料阀　4—失重式计量混合装置　5—混合料仓　6—挤出机

（2）使用特点。

①工艺设定值按纺丝总泵供量和母粒比例计算并控制母粒的添加重量；

②通过二次喂料、电子秤称量、偏差反馈、PLC处理、小螺杆调速喂入，形成闭环控制，计量准确，纺色丝时几乎无色差；

③当停位时，喂料器的PLC需重新计算母粒重量，反馈时间较长，会产生一定色差；(www.xing528.com)

④每条生产线可配置1～4个小螺杆计量，可同时添加1～3种母粒或添加剂。

再利用聚酯纺色丝或功能纤维时，一般纺深色丝或添加量大的品种时常用小螺杆式注射机；纺浅色丝或少量添加及多功能复合时用圆盘式或失重式注射机；直接加添加剂时，用失重式注射机。

除此之外，对母粒干燥系统、母粒熔体输送温度可控管道、动态混合器、计量泵的底板和泵座设计以及母粒熔体管道停留时间、动态混合器以及静态混合效果分析研究，装置系统如图7-3所示。聚酯熔体和母粒熔体经过静态混合器初步混合后进入球穴型高效搅拌混合，混合头表面上开有多排沿圆周均匀分布的凹穴槽，混合套上相对应的有多个重叠且均匀分布的凹穴，混合头的芯轴和混合套内圈上的凹穴槽采用相互错开排列方式。聚酯熔体和母粒熔体在沿凹槽轴向流动时，将产生沿半径方向的切向流动，由于混合头芯轴的转动产生轴向作用力，当聚酯熔体和母粒熔体从一个凹槽中流出的瞬间，立即被剥离到另一个凹槽中。在混合头和混合套上相对应的球穴之间，总是处于不断地开合状态，其相互接通的面积也是不断变化的。通过高频率分流、剪切、剥离等作用，使得母粒熔体和聚酯熔体可发生高效剪切，并充分匀化混合。

图7-3　母粒在线添加熔体补色调色及改性系统

（三）循环再利用有色聚酯纤维应用制备

制备循环再利用有色聚酯纤维一般有三种生产工艺技术路线。其中总体工艺路线如图7-4所示。

图7-4　循环再利用有色聚酯纤维总体工艺路线

1.再生熔体的在线调配色及功能化

（1）色母粒三原色配色原理。再生熔体本身带有颜色，要想去除非常困难，且由于原料来源复杂，常规工艺下基本无法保证再生熔体颜色的批次统一。为保证产品的使用性能且兼顾生产成本，对熔体进行调配色是非常经济有效的解决方案。

纺丝用色母粒由着色剂、载体聚酯和添加剂构成，纤维着色取决于其中的着色剂，因此，对熔体配色和参考染色配色理论，基于颜色混合的减色原理。在体系中，红、黄、蓝为三种基本色（三原色或三基色），三原色中的两种色混合后，可得橙、绿、紫三种二次色（又称间色），三原色及其配得的二次色恰好组成一个封闭颜色环。用三原色和二次色混合后，得到三次色（又称复色），调整各色的混合比例，可得多种颜色的复色。同时基于Kubelka-Munk单常数理论可利用计算机实现较为精确的配色。

（2）动态高效混合色母粒在线添加技术。要实现高效均匀的配色，色母粒添加过程时系统中高黏流体剪切分配次数、初始共混状态和计量控制三个要点非常关键，开展了母粒干燥系统、母粒熔体输送温度可控管道、动态混合器、计量泵的底板和泵座设计以及母粒熔体管道停留时间、动态混合器以及静态混合效果分析研究。

母粒干燥系统：采用活性氧化铝（无热再生式）吸附干燥塔，干空气露点控制在-80℃以下、干燥风量可调，控制母粒在塔内停留时间为6～10h，干燥温度155～165℃，搅拌器转速稳定可控，母粒含水在30mg/kg以下，可满足纺丝需要。

聚酯熔体和母粒熔体经过静态混合器初步混合后进入球穴型高效搅拌混合，混合头表面上开着多排沿圆周均匀分布的凹穴槽，混合套上相对应的多个重叠且均匀分布凹穴，混合头的芯轴和混合套内圈上的凹穴槽采用相互错开排列方式。聚酯熔体和母粒熔体在沿凹槽轴向流动时，将产生沿半径方向的切向流动，由于混合头芯轴的转动产生轴向作用力，当聚酯熔体和母粒熔体从一个凹槽中流出的瞬间，立即被剥离到另一个凹槽中。在混合头和混合套上相对应的球穴之间，总是处于不断地开合状态，其相互接通的面积也是不断变化的。通过高频率分流、剪切、剥离等作用，使得色母粒熔体和聚酯熔体可发生高效剪切并且充分匀化的混合。实验中发现色母粒添加量在3%～4.5%、注入温度282～295℃时，配色效果均匀稳定，再生熔体黏度波动小，熔体配色可在2min以内完成；结合计算机配色系统计算，批次色差等级可达4～5级。

同时，由于调配色及熔体功能化改性过程都在真空脱挥状态下高温熔体中进行，原料中本身所含染料及补色染料能够更充分地发生作用，并与熔体形成部分化学结合，相比原生聚酯纤维采用高温高压染色或热熔染色等仅依范德华力与染料形成的键合具有更高的耐高温色牢度，色牢度等级可全部稳定在4～5级。同时在补色过程中，所添加的纳米碳黑、纳米二氧化钛还可显著改善聚酯纤维的抗老化性能、结晶性能等，有效延长纤维在户外条件下的使用寿命，使得再生聚酯制品在土工应用过程中的抗老化性能比原生料更加优异，实现废而更优，全面满足土工材料的应用。

（3）再生熔体的在线调配色及功能化工艺路线，如图7-5所示。

图7-5　再生熔体的在线调配色及功能化工艺

2.再生纺丝级熔体的制备

工艺路线如图7-6所示。

图7-6　再生纺丝级熔体的制备工艺

3.土工用有色粗旦纤维的制备

工艺路线如图7-7所示。

图7-7　土工用有色粗旦纤维的制备工艺流程

一般土工布纺丝旦数比较大，且泡料的黏度一般比较低，过高的纺丝温度易造成降解，生产过程中要比切片纺温度稍微低一点，但过低的纺丝温度时，聚合物流动性比较差，可纺性差，甚至不能正常纺丝和卷绕。因此，纺丝温度控制在283℃左右较为适宜。

结合纺丝动力学分析，对纺丝工作区间进行改进，通过在侧吹风和组件之间添加保温区，延迟丝条冷却。计算与实验结合，最终确定再生粗旦纤维侧吹风网工艺为：侧吹风压为700Pa，侧吹风湿为85%，侧吹风温为17℃，露点温度为17℃，风速为0.7m/s，该工艺条件下，可使丝条冷却更均匀，纤度更均匀。可以生产出稳定制备的粗旦再生纤维，纤维的强度高，性能较好。