一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维、其制备方法和装置系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维、其制备方法和装置系统。所述制备方法包括：将聚乳酸切片依次进行干燥、单螺杆挤出机挤压熔融、纺丝箱体纺丝、冷却成型和上油；其中，所述单螺杆挤出机的螺杆的长径比＞27，螺槽深度为11.2

【技术实现步骤摘要】
一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维、其制备方法和装置系统


[0001]本专利技术属于聚乳酸纺丝
，具体涉及一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维、其制备方法和装置系统。

技术介绍

[0002]绿色纺织品、可生物降解材料已成为目前全世界所关注的热点。聚乳酸(PLA)作为一种可生物降解的高分子聚合物，广泛应用于医疗、医学、农业、包装、服装业等领域，以替代传统材料。聚乳酸还是一种低能耗产品，比以替代石油产品为原料生产的聚合物低30
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50％的能耗。在不可再生的石油资源枯竭期到来之前，石油及其衍生物市场价格暴涨，可再生的产品必将成为全球范围的紧张消费品。
[0003]聚乳酸纤维融合了天然纤维和合成纤维的优异性能，是新型的生态性纤维。聚乳酸可以通过溶液纺丝和熔融纺丝制成纤维。目前，溶液纺丝常用的溶剂有二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯，但由于溶剂有毒，纺丝环境恶劣，工艺较为复杂，溶剂回收困难，限制了其工业化生产。聚乳酸也能使用熔纺设备进行熔融纺丝，因此，熔融纺丝更具有前途并成为工业化生产的主流。国外对聚乳酸纺丝的研究较早，相比之下，国内聚乳酸的生产技术仍属起步阶段。目前国内生产聚乳酸纤维的生产线基本都是在原聚酯纤维生产线的基础上通过对关键工序设备和流程进行改造和完善。但是，聚乳酸切片与聚酯切片的特性有显著差异，这决定了聚乳酸和聚酯的熔融纺丝工艺会有明显的不同，因此适合于聚乳酸的短纤维生产工艺仍有待于开发。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维、其制备方法和装置系统。本专利技术提供的装置系统和方法有效提高了聚乳酸的可纺性，可连续生产中空三维卷曲聚乳酸短纤维，且纤维定型效果良好，三维卷曲成型效果良好。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种用于制备中空三维卷曲聚乳酸短纤维的装置系统，其包括使聚乳酸依次通过的：切片干燥系统、单螺杆挤出机、纺丝箱体、高效急速环吹风装置、甬道、上油机、六辊牵引机、喂入机、横动往复机、集束架、下架导丝器、八辊导丝机、浸油槽、第一牵伸机、油浴牵伸槽、第二牵伸机、蒸汽水浴箱、第三牵伸机、紧张热定型辊、冷却喷淋装置、三辊导丝机、叠丝机、蒸汽预热箱、三维卷曲机、硅油喷洒装置、曳引张力机、切断机、铺丝机和松弛热定型装置；
[0007]其中，所述单螺杆挤出机的螺杆的长径比＞27(例如可以是28、30、35、40、45、50等)，螺槽深度为11.2
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35.5mm(例如可以是11.2mm、11.5mm、12mm、13mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm或35.5mm等)。
[0008]在本专利技术一些实施方式中，所述装置系统在松弛热定型装置之后还可以包括使聚乳酸依次通过的匀丝机、风送系统和打包机。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维的制备方法，包括前纺步骤和后纺步骤；
[0010]所述前纺步骤包括：将聚乳酸切片依次进行干燥、单螺杆挤出机挤压熔融、纺丝箱体纺丝、冷却成型形成初生纤维和上油；
[0011]所述后纺步骤包括：将所述前纺步骤得到的上油的初生纤维依次进行集束、浸油、油浴牵伸、蒸汽水浴牵伸、紧张热定型、冷却喷淋、叠丝、蒸汽预热、三维卷曲、硅油喷洒、曳引切断和松弛热定型，得到中空三维卷曲聚乳酸短纤维。
[0012]本专利技术中，上述各设备的作用如下：
[0013]切片干燥系统：将湿的聚乳酸切片去除水分，得到满足纺丝工艺要求的含水率。
[0014]优选地，所述切片干燥系统包括使聚乳酸依次通过的转鼓干燥机和热风干燥塔，所述干燥的方法为：先用转鼓干燥机干燥，再用热风干燥塔连续干燥。
[0015]优选地，所述转鼓干燥机采用阶梯式干燥方式，先在95
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100℃下干燥3h，然后在100
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105℃下干燥3h，最后在105
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110℃下干燥3h。
[0016]优选地，所述热风干燥塔的干燥温度为100
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105℃，干燥时间为8
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10h。
[0017]单螺杆挤出机：固态聚乳酸切片进入挤出机内，通过螺杆旋转将固态切片向前推进，切片在推进的过程中受热不断增高，直至熔化，在挤出头处以液态熔体的方式挤出。
[0018]在整个挤出过程中，螺杆完成以下三个操作：切片的供给、切片的熔融和熔体的计量挤出，同时使物料起到混匀和塑化作用。按物料在挤出机中状态，可将螺杆挤出机分成三个区域：固体区、融化区和熔体区。在固化区和熔体区是单相的，在融化区是两相并存。这和螺杆的几何分段：进料段、压缩段和计量段在一定程度上相一致。螺杆的直径通常指螺杆的外经。从流量计算公式可知它对挤出机有决定性影响。顺流产量与直径的平方(D2)成正比。然而直径太大会有其他方面的困难，如导致单位加热面积所需加热的物料增加，传热变差，功率消耗也与直径的平方成正比。长径比是指螺杆工作长度(不包括鱼雷头及附件)与外经之比。螺杆的加热面积和物料停留时间都与长度成正比。长径比大，有利于物料的混合塑化、提高熔体压力和减少逆流以及漏流损失。螺杆与套筒的间隙是螺杆挤出机的一个重要结构参数，特别在计量段，对产量影响很大，漏流流量与间隙的三次方成正比，当间隙＝0.15D，漏流流量可达总量的三分之一之多。故在保证螺杆与套筒不产生刮磨的条件下，间隙应尽可能取小。但间隙越小，加工越困难，剪切生热也大。安装和运转时弯曲形成螺杆与套筒偏心也会使间隙难于控制，特别是在长螺杆的计量端，偏心后使间隙不匀，影响流量。一般螺杆间隙应小于0.003D。因此，螺杆挤出机的长径比有不断增大的趋势。目前，常规涤纶纺丝一般采用L/D＝20
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27的螺杆，但是因聚乳酸材料比普通聚酯切片特性粘度高，熔体流动性差，所以用常规螺杆挤出机会导致机头压力高，熔体停留时间长，高速率剪切应力会增加聚乳酸的降解。因此，本专利技术中选择长径比较大(L/D＞27)、螺槽较浅(11.2
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35.5mm)的螺杆挤出机。
[0019]单螺杆挤出机不同区段的温度有所不同，本专利技术中，挤压熔融的温度优选在210
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240℃范围内。
[0020]纺丝箱体：从螺杆挤出机挤出的熔体经过“S”型熔体输送管进入纺丝箱体。纺丝箱体是一个矩形载热体加热箱，箱体内装有熔体分配管、计量泵和纺丝组件，箱体外包绝热材料，对熔体起保温作用。熔体在纺丝箱体内的流程为：进口法兰
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分配头
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分配管
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冷冻阀
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泵
座(计量泵)
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小分配管
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组件座(纺丝组件)。纺丝组件内由多层过滤网、海砂和喷丝板组成，过滤网和海砂用于过滤熔体内的杂质和稳定熔体流动速度，熔体先经过过滤网和海砂后，最后会从下方的喷丝板孔中挤出，本专利技术选用圆弧狭缝式“C”型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备中空三维卷曲聚乳酸短纤维的装置系统，其特征在于，包括使聚乳酸依次通过的：切片干燥系统、单螺杆挤出机、纺丝箱体、高效急速环吹风装置、甬道、上油机、六辊牵引机、喂入机、横动往复机、集束架、下架导丝器、八辊导丝机、浸油槽、第一牵伸机、油浴牵伸槽、第二牵伸机、蒸汽水浴箱、第三牵伸机、紧张热定型辊、冷却喷淋装置、三辊导丝机、叠丝机、蒸汽预热箱、三维卷曲机、硅油喷洒装置、曳引张力机、切断机、铺丝机和松弛热定型装置；其中，所述单螺杆挤出机的螺杆的长径比＞27，螺槽深度为11.2
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35.5mm。2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述切片干燥系统包括使聚乳酸依次通过的转鼓干燥机和热风干燥塔；优选地，所述纺丝箱体内的每个熔体分配管的管程相等，为40
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60cm；优选地，所述纺丝箱体内的计量泵的底座部无过滤装置；优选地，所述单螺杆挤出机和纺丝箱体之间的熔体输送管，以及所述纺丝箱体内的熔体分配管的内壁的粗糙度为0.8μm以下。3.一种中空三维卷曲聚乳酸短纤维的制备方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的装置系统进行，所述制备方法包括前纺步骤和后纺步骤；所述前纺步骤包括：将聚乳酸切片依次进行干燥、挤压熔融、纺丝、冷却成型形成初生纤维和上油；所述后纺步骤包括：将所述前纺步骤得到的上油的初生纤维依次进行集束、浸油、油浴牵伸、蒸汽水浴牵伸、紧张热定型、冷却喷淋、叠丝、蒸汽预热、三维卷曲、硅油喷洒、曳引切断和松弛热定型，得到中空三维卷曲聚乳酸短纤维。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的方法为：先用转鼓干燥机干燥，再用热风干燥塔连续干燥；优选地，所述转鼓干燥机采用阶梯式干燥方式，先在95
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100℃下干燥3h，然后在100
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105℃下干燥3h，最后在105
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110℃下干燥3h；优选地，所述热风干燥塔的干燥温度为100
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10...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈中碧，杨阳，操乐发，朱厚续，范亚庆，何玉春，
申请(专利权)人：安徽丰原生物纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：