一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型制备方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型制备方法及设备。本发明专利技术设备包括依次连接的盐液调配装置系统、聚合反应装置系统、纺丝牵定装置系统和集束切断装置系统；其中，纺丝牵定装置系统中的牵伸装置包括依次连接的第一牵伸机、第二牵伸机和第三牵伸机，牵伸机上均设有控温装置，第三牵伸机后连接紧张热定型装置、冷却上油装置。本发明专利技术聚酰胺纤维聚纺牵定一体化成型工艺采用先牵伸定型后集束，并且在牵伸过程加入常温牵伸、低温牵伸步骤，使成型丝束快速冷却，有助于改善纤维产品性能。本发明专利技术一步连续制备生物基聚酰胺纤维，有效节约了生产成本，提高了生产效率，并且得到性能稳定的生物基聚酰胺短纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型制备方法及设备
本专利技术涉及一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体成型制备方法及设备，属于纤维材料制备领域。
技术介绍
聚酰胺纤维又称尼龙、锦纶是世界上最早发展并实现工业化生产的一大类合成纤维。迄今已有80多年的发展历史，是现代工业重要的聚合物材料之一。聚酰胺(PA)的重复单元(单体)具有酰胺基团作为特征性特征，由于其断裂强度高、耐磨、耐疲劳、轻质柔软、透气吸湿、弹性好等特点，在军工产品、橡胶骨架材料、绳、网、索类、篷布、工业滤布以及在高档缝纫线用丝、T恤衫用丝、雨伞面料、运动纺织品等领域拥有良好的市场前景。目前市场占有量最大的聚酰胺6和聚酰胺66的生产原料主要来源于石油化工产品，面对世界化石资源的日益匮乏、全球环境的不断恶化，寻找清洁能源以替代石油化工产品，已是各国工业发展的重点关注方向。生物基聚酰胺是利用微生物发酵淀粉制备出戊二胺，进而与己二酸聚合纺丝制备了生物基聚酰胺纤维，具有绿色、环境友好、原料可再生以及可生物降解的特性，有助于解决当前全球经济社会发展所面临的严重的资源和能源短缺，以及环境污染等问题，是当今世界各国纺织纤维发展竞争的热点。传统直接纺丝法是将聚合后的聚合物熔体直接送至纺丝机进行纺丝，然后经过集束、牵伸、定型等工序制备纤维，虽然工序短，成本低，但是直到现在，聚酰类纤维直接纺丝技术尚未成熟，产品性能不稳定，而随着生物基材料的兴起，生物基聚酰胺纤维逐渐成为焦点，我国急需开发产品质量好、生产成本低的适用于生物基类聚酰胺纤维的直接纺丝方法。r>
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型的制备方法及设备。本专利技术提供的一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型的设备，包括依次连接的盐液调配装置系统、聚合反应装置系统、纺丝牵定装置系统和集束切断装置系统；所述盐液调配装置系统包括依次连接的精盐储罐、盐液调配罐、盐液中间罐；所述聚合反应装置系统包括依次连接的浓缩槽、U型反应器、闪蒸器、前聚合器和后聚合器；所述盐液中间罐与所述浓缩槽的入口相连接；所述纺丝牵定装置系统包括依次连接的纺丝箱、上油装置、卷绕装置、牵伸装置、紧张热定型装置、冷却上油装置；其中，所述纺丝箱的纺丝甬道旁设有对其内流经的所述纺丝箱产出的熔体细流进行冷却的吹风装置；所述牵伸装置包括依次连接的第一牵伸机、第二牵伸机和第三牵伸机，所述第一牵伸机、所述第二牵伸机和所述第三牵伸机上均设有控温装置，所述第三牵伸机后连接紧张热定型装置、冷却上油装置；所述集束切断装置系统包括依次连接的集束装置、叠丝装置、卷曲装置、松弛热定型装置、烘干装置、切断装置和打包装置。本专利技术中，所述牵伸装置具体根据制备产品性能要求不同拆分组合，所述第一牵伸机进行常温牵伸、所述第二牵伸机进行低温牵伸、所述第三牵伸机进行热牵伸；如根据牵伸为一级牵伸、二级牵伸或多级牵伸，具体如第一牵伸机、第二牵伸机和第三牵伸机可均为至少1台牵伸机依次连接；更具体如第三牵伸机数量为3台牵伸机连接，以进行三级牵伸；所述控温装置的控温方式具体可为水浴控温、热板控温和蒸汽控温中的至少一种。本专利技术中，采用上述的设备进行纤维成型加工过程如下：所述纺丝箱产出熔体细流；所述熔体细流流经所述纺丝甬道；所述吹风装置对流经所述纺丝甬道的熔体细流进行冷却吹风，使其冷却凝固成为丝条；丝条经过上油装置上油，卷绕装置卷绕后，经过牵伸装置牵伸、紧张热定型装置定型；然后依次经所述冷却上油装置、集束装置、叠丝装置、卷曲装置、松弛热定型装置、烘干装置、切断装置、打包装置进行冷却上油、集束、叠丝、卷曲、松弛热定型、烘干、切断、打包步骤完成生物基聚酰胺短纤的制备。本专利技术还提供了一种利用上述设备一体化成型制备生物基聚酰胺短纤维的方法，包括如下步骤：1)盐液配制过程：将所述精盐储罐中的聚酰胺干盐注入所述盐液调配罐配制成聚酰胺盐水溶液，并将其存储于所述盐液中间罐；2)聚合过程：所述盐液中间罐中聚酰胺盐水溶液经所述浓缩槽浓缩后进入所述U型反应器中进行预聚反应，预聚反应后在所述闪蒸器中进行快速解压，再依次进入所述前聚合器和所述后聚合器中，分别进行前聚合反应和后聚合反应，得到聚酰胺聚合物；3)纺丝牵定过程：将所述聚酰胺聚合物熔体经所述纺丝箱的喷丝板喷出熔体细流，熔体细流流经所述纺丝甬道，经所述吹风装置冷却凝固成为丝条，所述丝条经所述上油装置上油、卷绕装置卷绕、牵伸装置牵伸，紧张热定型装置定型，冷却上油装置冷却上油后得到牵伸丝束；4)集束切断过程：所述牵伸丝束依次经所述集束装置集束、所述叠丝装置叠丝、所述卷曲装置卷曲、所述松弛热定型装置松弛热定型、所述烘干装置烘干，最后经所述切断装置和打包装置依次切断、打包，即得到所述生物基聚酰胺短纤维。上述的方法中，步骤1)所述聚酰胺盐水溶液的质量百分含量可为20％～80％，pH值7.25～7.95。上述的方法中，步骤1)中还包括通过所述盐液调配罐添加助剂对所述聚酰胺进行改性的步骤。上述的方法中，所述助剂包括分子量调节剂、阻燃剂、抗静电剂、抗菌整理剂、抗紫外线整理剂、消光剂中的至少一种；所述助剂加入量为所述聚酰胺56干盐质量的0.10％～5.50％。上述的方法中，步骤2)所述浓缩槽控制压力：25～35kPa；物料出口温度105～130℃。上述的方法中，步骤2)所述U型反应器采用三段加热中进行预聚反应的条件如下：R1段入口物料温度：150～220℃，R2段出口物料温度：170～260℃，R3段出口物料温度：170～260℃，控制反应器压力稳定在1.70～1.80MPa。上述的方法中，步骤2)所述闪蒸器中释放反应器内的压力，所述闪蒸器出口物料温度升至180～290℃。上述的方法中，步骤2)所述前聚合反应的条件如下：液位稳定在30～50％，物料出口温度为220℃～285℃，时间为20～120min。上述的方法中，步骤2)所述后聚合反应的条件如下：液位稳定在30～50％，真空度：50～80kPa，物料出口温度为220℃～290℃，时间为10～60min，增压泵压力：10～15MPa。上述的方法中，步骤3)中所述聚酰胺聚合物熔体经喷丝板喷出得到熔体细流的过程如下：所述纺丝箱温度为：纺丝箱体一区温度270～290℃，二区温度270～290℃，三区温度270～290℃，计量泵温度270～290℃，纺丝组件温度为270～290℃；计量泵转速12～18rpm/min在纺丝箱体内，所述聚酰胺聚合物熔体通过管路分配，以相等的停留时间和压力降输送到每一个喷丝口，喷丝头孔数500～5000根；纺丝速率可为1000～3000m/min，具体可为2000m/min、1000～2000m/min、2000～3000m/min或1500～2500m/min。上述的方法中，所述熔体细流经吹风装置冷却成型，所述吹风装置可为侧吹风装置或环吹风装置，其条件如下：风速可为0.30～0.50m/min；风温可为20～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型的设备，其特征在于：该设备包括依次连接的盐液调配装置系统、聚合反应装置系统、纺丝牵定装置系统和集束切断装置系统；/n所述盐液调配装置系统包括依次连接的精盐储罐、盐液调配罐、盐液中间罐；/n所述聚合反应装置系统包括依次连接的浓缩槽、U型反应器、闪蒸器、前聚合器和后聚合器；所述盐液中间罐与所述浓缩槽的入口相连接；/n所述纺丝牵定装置系统包括依次连接的纺丝箱、上油装置、卷绕装置、牵伸装置；其中，所述纺丝箱的纺丝甬道旁设有对其内流经的所述纺丝箱产出的熔体细流进行冷却的吹风装置；所述牵伸装置包括依次连接的第一牵伸机、第二牵伸机和第三牵伸机，所述第一牵伸机、所述第二牵伸机和第三牵伸机上均设有控温装置，所述第三牵伸机后连接紧张热定型装置、冷却上油装置；/n所述集束切断装置系统包括依次连接的集束装置、叠丝装置、卷曲装置、松弛热定型装置、烘干装置、切断装置和打包装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物基聚酰胺短纤维聚纺牵定一体化成型的设备，其特征在于：该设备包括依次连接的盐液调配装置系统、聚合反应装置系统、纺丝牵定装置系统和集束切断装置系统；
所述盐液调配装置系统包括依次连接的精盐储罐、盐液调配罐、盐液中间罐；
所述聚合反应装置系统包括依次连接的浓缩槽、U型反应器、闪蒸器、前聚合器和后聚合器；所述盐液中间罐与所述浓缩槽的入口相连接；
所述纺丝牵定装置系统包括依次连接的纺丝箱、上油装置、卷绕装置、牵伸装置；其中，所述纺丝箱的纺丝甬道旁设有对其内流经的所述纺丝箱产出的熔体细流进行冷却的吹风装置；所述牵伸装置包括依次连接的第一牵伸机、第二牵伸机和第三牵伸机，所述第一牵伸机、所述第二牵伸机和第三牵伸机上均设有控温装置，所述第三牵伸机后连接紧张热定型装置、冷却上油装置；
所述集束切断装置系统包括依次连接的集束装置、叠丝装置、卷曲装置、松弛热定型装置、烘干装置、切断装置和打包装置。


2.一种利用权利要求1所述设备一体化成型制备生物基聚酰胺短纤维的方法，包括如下步骤：
1)盐液调配过程：将所述精盐储罐中的聚酰胺干盐注入所述盐液调配罐配制成聚酰胺盐水溶液，并将其存储于所述盐液中间罐；
2)聚合过程：所述盐液中间罐中聚酰胺盐水溶液经所述浓缩槽浓缩后进入所述U型反应器中进行预聚反应，预聚反应后在所述闪蒸器中进行快速解压，再依次进入所述前聚合器和所述后聚合器中，分别进行前聚合反应和后聚合反应，得到聚酰胺聚合物；
3)纺丝牵定过程：将所述生物基聚酰胺聚合物熔体经所述纺丝箱的喷丝板喷出熔体细流，熔体细流流经所述纺丝甬道，并经所述吹风装置冷却凝固成为丝条，所述丝条经所述上油装置上油、卷绕装置卷绕、牵伸装置牵伸、紧张热定型装置定型、冷却上油装置冷却上油后得到牵伸丝束；
4)集束切断过程：所述牵伸丝束依次经所述集束装置集束、所述叠丝装置叠丝、然后经所述卷曲装置卷曲、所述松弛热定型装置松弛热定型、所述烘干装置烘干，最后经所述切断装置和打包装置依次切断、打包，即得到所述生物基聚酰胺短纤维。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述聚酰胺盐水溶液的质量百分含量为20％～80％，盐液pH值7.25～7.95；
所述浓缩槽控制压力：25～35kPa；物料出口温度105～130℃；和/或
步骤1)中还包括通过所述盐液调配罐添加助剂对所述聚酰胺进行改性的步骤。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述助剂包括分子量调节剂、阻燃剂、抗静电剂、抗菌整理剂、抗紫外线整理剂、消光剂中的至少一种；
所述助剂加入量为所述聚酰胺56干盐质量的0.10％～5.50％。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述U型反应器采用三段加热进行预聚反应的条件如下：R1段入口物料温度：150～220℃，R2段出口物料温度：170～260℃，R3段出口物料温度：170～260℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝新敏，郭亚飞，梁高勇，闫金龙，乔荣荣，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11