CN104328516A - 一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其步骤依次包括：对选用的聚乳酸切片干燥；送入螺杆挤压机熔融压缩；将得到的聚乳酸熔体经过挤出头送入纺丝箱体，通过纺丝箱体内的纺丝组件喷出细流熔体；细流熔体在丝束冷却装置中冷却成丝束；冷却成型后的丝束在侧吹风窗上油；上油后的丝束经过纺丝甬道后，未拉伸的丝束进入第一纺丝辊组加热到玻璃化并进行拉伸；拉伸后的丝束进入第二纺丝辊组结晶与定型；丝束经分丝器进入网络喷嘴进行网络处理；自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置，卷绕成丝饼得到聚乳酸长丝。本发明提供的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，可连续生产且生产效率高。

Description

一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法
技术领域
本发明涉及聚乳酸纤维生产技术领域，特别涉及一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法。
背景技术
聚乳酸是一种可生物降解的高分子聚合物，其具有良好的加工性能、优良的生物相容性和合适的力学性能，因此用途很广泛。目前，聚乳酸纤维的生产在我国仍处于起步阶段，已建的生产线很少，且规模较小，主要停留在学校实验室和旧设备改造实验上，存在生产方法不连续，生产设备不先进，生产产量小和生产工艺跟不上最新技术等问题，因此需要大规模的连续式的聚乳酸纤维生产的工艺方法。由于聚乳酸是热塑性聚合物，可采用熔体纺丝，聚乳酸熔体纺丝的生产工艺与PET类似，可以采用熔体纺丝—热拉伸二步法和熔体高速一步法。由于现在聚乳酸原料的提纯技术仍不够完善，聚乳酸原料的纯度参差不齐，导致聚乳酸纤维的质量很大程度上取决于原料的质量，而现有的生产中，对原料的要求不严，因此有必要对纺丝原料进行筛选。另外，聚乳酸熔纺现有的主流生产是二步法，存在生产工艺复杂、流程长，产品成本高的问题，而一步法的开发极大的提高生产效率，降低成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可连续生产且生产效率高的熔纺聚乳酸长丝的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法，包括以下步骤：
选用分子量为20-30万、熔点为170-180℃的聚乳酸切片；
将所述聚乳酸切片干燥，使所述聚乳酸切片干燥后的含水率在30ppm以下；
将干燥后的聚乳酸切片送入螺杆挤压机，在220℃-235℃的温度下熔融压缩，得到的聚乳酸熔体经过挤出头进入纺丝箱体，通过所述纺丝箱体内的纺丝组件喷出细流熔体；
所述细流熔体进入丝束冷却装置在19℃-25℃的吹风温度下冷却；
冷却成型后的丝束在侧吹风窗上油，上油剂为竹本油剂；
上油后丝束经过纺丝甬道后，未拉伸的丝束进入第一纺丝辊组，在75℃-85℃的温度下加热到玻璃化，同时将丝束以2.5-3.0的牵伸倍数进行拉伸；拉伸后的丝束再进入第二纺丝辊组在115℃-125℃的温度进行结晶与定型；
经过第一纺丝辊组和第二纺丝辊组的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；
自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置，卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。
进一步地，所述聚乳酸切片选用的是美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片。
进一步地，所述挤出头为带控制的电加热系统，可单独控制管道熔体温度。
进一步地，所述纺丝箱体内的纺丝组件的喷丝板孔径设定为与PET的孔径比等于1:(1.15-1.4)，所述喷丝板长径比设定为2.5-3。
进一步地，所述聚乳酸熔体在螺杆挤压机中的螺杆温度设定为高于聚乳酸熔点温度40-55℃。
进一步地，所述的纺丝箱体内加热保温聚乳酸熔体的热媒循环介质为低温联苯。
进一步地，所述纺丝箱体内的热媒系统采用汽液分离、并联、单流向和自补偿方式。
本发明提供的一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法，采用连续式干燥，具有生产连续，批间差异小等优点；并且本方法采用高速纺丝，能够提高聚乳酸生产的产量；并且与两步法生产方法相比，可使生产效率提高一倍，能耗降低30％以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的熔纺聚乳酸长丝的生产方法的工艺流程图。
图2为本发明实施例提供的熔纺聚乳酸长丝的生产方法中纺丝装置结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法，包括以下步骤：
选用分子量为20-30万、熔点为170-180℃的聚乳酸切片；
对聚乳酸切片进行干燥，使聚乳酸切片干燥后的含水率在30ppm以下，以达到纺丝要求；
将干燥后的聚乳酸切片送入螺杆挤压机，在220℃-235℃的温度下熔融压缩；
将得到的聚乳酸熔体经过挤出头送入纺丝箱体，通过纺丝箱体内的纺丝组件喷出细流熔体；
细流熔体进入丝束冷却装置在19℃-25℃的吹风温度下冷却成丝束；
冷却成型后的丝束在侧吹风窗上油，上油剂为竹本油剂；
上油后的丝束经过纺丝甬道后，未拉伸的丝束进入第一纺丝辊组，在75℃-85℃的温度下加热到玻璃化，同时将丝束以2.5-3.0的牵伸倍数进行拉伸；拉伸后的丝束再进入第二纺丝辊组在115℃-125℃的温度进行结晶与定型；
经过第一纺丝辊组和第二纺丝辊组的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；
自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置，卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。
其中，聚乳酸切片选用的是美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片，这种聚乳酸切片的消旋度低，即纯度高，且相对分子量高，大于20万，具有较好的纺丝性能。
其中，挤出头为带控制的电加热系统，可单独控制管道熔体温度。
其中，由于聚乳酸纺丝具有温度低和物料特性粘度高的特点，故其理想剪切速率比涤纶大，涤纶的γC＝104s-1,而聚乳酸纺丝的γC＝(1.5-3)×104s-1，且聚乳酸纺丝与涤纶的密度也相近，涤纶的ρ＝1.39g/cm3，聚乳酸纺丝的ρ＝1.25g/cm3),因此喷丝板的孔径适当降低，将纺丝箱体内的纺丝组件的喷丝板孔径设定为与PET的孔径比等于1:(1.15-1.4)，并将喷丝板长径比设定为2.5-3。
其中，由于聚乳酸熔体的纺丝温度范围窄，故将聚乳酸熔体在螺杆挤压机中的螺杆温度设定为高于聚乳酸熔点温度40-55℃。
其中，纺丝箱体内加热保温聚乳酸熔体的热媒循环介质为低温联苯。
其中，纺丝箱体内的热媒系统采用汽液分离、并联、单流向和自补偿方式。
下面通过具体实施例进一步说明本发明提供的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，但是实施例仅用于说明，并不限制本发明的范围。
实施例1
制备100dtex/36f圆形截面聚乳酸长丝。选用美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片，这种聚乳酸切片的消旋度低即纯度高，且相对分子量高，大于20万，具有较好的纺丝性能，聚乳酸切片的[η]＝4.45，熔点为170℃，切片含水≤0.05％。参见图2，先在干燥塔1中对聚乳酸切片进行连续式干燥，使干燥后的聚乳酸切片含水≤30PPM；然后将聚乳酸切片送入螺杆挤压机2进行熔融压缩，螺杆挤压机2采用Φ90螺杆，长径比为2.5，槽深4.5mm，压缩比2.92，分四区加热，螺杆温度为220℃；再将熔融压缩得到的聚乳酸熔体经过挤出头3送入纺丝箱体4，通过纺丝箱体4内圆孔的喷丝板纺丝组件5喷出细流熔体，其中挤出头3的温度为220℃，纺丝箱体4的温度220℃，喷丝板纺丝组件5规格为Φ75，微孔0.25×0.75mm；细流熔体进入丝束冷却装置6冷却，丝束冷却装置6的风温为19℃，风速为0.50m/s；冷却成型后的丝束在侧吹风窗上使用竹本特殊油剂进行上油，上油后丝束经过纺丝甬道7，未拉伸的初生纤维进入第一纺丝辊组8，将丝束加热到玻璃化温度，第一纺丝辊组8的温度为75℃，速度为1600m/min，同时将丝束拉伸，牵伸倍数2.5，使丝束处于高取向、高张力、低结晶的状态；牵伸后的丝束在第二纺丝辊组9进行热定型，将第二纺丝辊组9的温度设定为115℃，速度设为4200m/min，使丝束能够充分结晶和定型；经过第一纺丝辊组8和第二纺丝辊组9的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；最后自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置10，以4200m/min的卷绕速度卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。纺制的聚乳酸长丝断裂强度4.1cN/dtex，断裂伸长35％。
实施例2
制备50dtex/24f圆形截面聚乳酸长丝。选用美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片，这种聚乳酸切片的消旋度低即纯度高，且相对分子量高，大于20万，具有较好的纺丝性能，聚乳酸切片的[η]＝4.45，熔点为175℃，切片含水≤0.05％。参见图2，先在干燥塔1中对聚乳酸切片进行连续式干燥，使干燥后的聚乳酸切片含水≤30PPM；然后将聚乳酸切片送入螺杆挤压机2进行熔融压缩，螺杆挤压机2采用Φ90螺杆，长径比为3.0，槽深4.5mm，压缩比2.92，分四区加热，螺杆温度为230℃；再将熔融压缩得到的聚乳酸熔体经过挤出头3送入纺丝箱体4，通过纺丝箱体4内圆孔的喷丝板纺丝组件5喷出细流熔体，其中挤出头3的温度为230℃，纺丝箱体4的温度230℃，喷丝板纺丝组件5规格为Φ75,微孔0.23×0.70mm；细流熔体进入丝束冷却装置6冷却，丝束冷却装置6的风温为20℃，风速为0.50m/s；冷却成型后的丝束在侧吹风窗上使用竹本特殊油剂进行上油，上油后丝束经过纺丝甬道7，未拉伸的初生纤维进入第一纺丝辊组8，将丝束加热到玻璃化温度，第一纺丝辊组8的温度为80℃，速度为1600m/min，同时将丝束拉伸，牵伸倍数3.0，使丝束处于高取向、高张力、低结晶的状态；牵伸后的丝束在第二纺丝辊组9进行热定型，将第二纺丝辊组9的温度设定为120℃，速度设为4200m/min，使丝束能够充分结晶和定型；经过第一纺丝辊组8和第二纺丝辊组9的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；最后自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置10，以4200m/min的卷绕速度卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。纺制的聚乳酸长丝断裂强度4.2cN/dtex，断裂伸长33％。
实施例3
制备75dtex/36f圆形截面聚乳酸长丝。选用美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片，这种聚乳酸切片的消旋度低即纯度高，且相对分子量高，大于20万，具有较好的纺丝性能，聚乳酸切片的[η]＝4.45，熔点为180℃，切片含水≤0.05％。参见图2，先在干燥塔1中对聚乳酸切片进行连续式干燥，使干燥后的聚乳酸切片含水≤30PPM；然后将聚乳酸切片送入螺杆挤压机2进行熔融压缩，螺杆挤压机2采用Φ90螺杆，长径比为3.0，槽深4.5mm，压缩比2.92，分四区加热，螺杆温度为235℃；再将熔融压缩得到的聚乳酸熔体经过挤出头3送入纺丝箱体4，通过纺丝箱体4内圆孔的喷丝板纺丝组件5喷出细流熔体，其中挤出头3的温度为235℃，纺丝箱体4的温度235℃，喷丝板纺丝组件5规格为Φ75,微孔0.25×0.75mm；细流熔体进入丝束冷却装置6冷却，丝束冷却装置6的风温为25℃，风速为0.50m/s；冷却成型后的丝束在侧吹风窗上使用竹本特殊油剂进行上油，上油后丝束经过纺丝甬道7，未拉伸的初生纤维进入第一纺丝辊组8，将丝束加热到玻璃化温度，第一纺丝辊组8的温度为85℃，速度为1600m/min，同时将丝束拉伸，牵伸倍数2.5，使丝束处于高取向、高张力、低结晶的状态；牵伸后的丝束在第二纺丝辊组9进行热定型，将第二纺丝辊组9的温度设定为125℃，速度设为4200m/min，使丝束能够充分结晶和定型；经过第一纺丝辊组8和第二纺丝辊组9的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；最后自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置10，以4200m/min的卷绕速度卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。纺制的聚乳酸长丝断裂强度4.3cN/dtex，断裂伸长37％。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
选用分子量为20-30万、熔点为170-180℃的聚乳酸切片；
对所述聚乳酸切片进行干燥，使所述聚乳酸切片干燥后的含水率在30ppm以下；
将干燥后的聚乳酸切片送入螺杆挤压机，在220℃-235℃的温度下熔融压缩；
将得到的聚乳酸熔体经过挤出头送入纺丝箱体，通过所述纺丝箱体内的纺丝组件喷出细流熔体；
所述细流熔体进入丝束冷却装置在19℃-25℃的吹风温度下冷却成丝束；
冷却成型后的丝束在侧吹风窗上油，上油剂为竹本油剂；
上油后的丝束经过纺丝甬道后，未拉伸的丝束进入第一纺丝辊组，在75℃-85℃的温度下加热到玻璃化，同时将丝束以2.5-3.0的牵伸倍数进行拉伸；拉伸后的丝束再进入第二纺丝辊组在115℃-125℃的温度进行结晶与定型；
经过第一纺丝辊组和第二纺丝辊组的丝束经分丝器，进入网络喷嘴，进行网络处理；
自网络喷嘴出来的丝束进入卷绕装置，卷绕成丝饼，得到聚乳酸长丝。
2.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述聚乳酸切片选用的是美国Nature Works纺丝级聚乳酸切片。
3.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述挤出头为带控制的电加热系统，可单独控制管道熔体温度。
4.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述纺丝箱体内的纺丝组件的喷丝板孔径设定为与PET的孔径比等于1:(1.15-1.4)，所述喷丝板长径比设定为2.5-3。
5.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述聚乳酸熔体在螺杆挤压机中的螺杆温度设定为高于聚乳酸熔点温度40-55℃。
6.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述的纺丝箱体内加热保温聚乳酸熔体的热媒循环介质为低温联苯。
7.根据权利要求1所述的熔纺聚乳酸长丝的生产方法，其特征在于：所述纺丝箱体内的热媒系统采用汽液分离、并联、单流向和自补偿方式。
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