CN104532484A - 一种无纺布的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无纺布的制备装置，包括设置在水平面上的成网装置，设置在成网装置输出端、且通向卷绕装置的加固球体，自下向上竖直配合设置在所述成网装置顶部入口上方的牵伸装置和纺丝箱，自右向左依次设置在纺丝箱左端入口侧的计量泵和螺杆挤出机，以及设置在螺杆挤出机上端入口处的料斗。本发明所述无纺布的制备装置，可以克服现有技术中牢固性差、制备工艺复杂和人工劳动量大等缺陷，以实现牢固性好、制备工艺简单和人工劳动量小的优点。

Description

一种无纺布的制备装置

技术领域

本发明涉及织造技术领域，具体地，涉及一种无纺布的制备装置。

背景技术

汽车工业的高速发展，带动了一大批相关工业的快速发展，其中包括非织造工业。为了适应我国汽车工业发展的需求，非织造布行业发挥了积极的作用，尤其是纺粘非织造布在汽车工业的用途约来越多，其应用量也越来越大。

纺粘非织造布作为一种新型的汽车工业用产品，虽然时间不是很长，但是其用途和应用量已经非常可观。纺粘非织造布在汽车工业中的广泛应用，完全是由它的结构特点和基本性能所决定的。

纺粘非织造布是利用化纤纺丝原理，在聚合物纺丝过程中使连续长丝铺置成网，长丝纤网经过针刺法、水刺法、化学粘合法、热轧粘合法或热风粘合法加固而形成非织造布。纺粘法生产技术能够适应不同种类的高聚物，工艺流程短，且灵活多样，技术成熟，科技含量高，自动化程度高，而且纺丝速度成倍增长，单纤维强度大大提高，纤维越来越细，成网速度越来越快，成网均匀性也越来越好。其产量已占世界非织造布总产量的60% -70%，应用范围也越来越广。纺粘非织造布其纤网是由连续长丝组成，所以具有良好的拉伸强度；组成非织造布的长丝线密度可大可小，可变化范围较宽；纤网可采用多种方法加固，从而赋予产品以良好的应用性能，增强了竞争性。由于纺粘非织造布由连续长丝铺置成网后直接成布，纤维利用系数高，单位面积覆盖率大，包覆性能好，所以可加工成低面密度的非织造布，这是其他各种非织造布所无法比拟的。总体说来，纺粘非织造布综合强度水平高，表面光滑脱绒性小，手感柔软，耐折耐磨，遮光透气性能好，具有良好的吸水亲油性，同时耐热、耐酸、耐碱，防霉防蛀，尺寸稳定性好，易于加工，便于回收利用。

正是由于纺粘非织造布生产工艺简单，工艺流程短，产品成本低，结构独特，技术性能优越，所以被广泛地应用于汽车工业中，其使用量按面积计远远大于其他各种非织造布。纺粘非织造布不仅可以作为汽车的各种内装饰材料，而且可以作为汽车的密封防水材料，也可以作为汽车的增强骨架材料，还可以作为汽车的各种包装防护材料，同时还是理想的汽车工业用过滤材料。

在聚丙烯纺粘法非织造布生产过程中，断丝经常严重影响生产的正常进行。主要表现为：漏滴、牵伸断丝。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在牢固性差、制备工艺复杂和人工劳动量大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种无纺布的制备装置，以实现牢固性好、制备工艺简单和人工劳动量小的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无纺布的制备装置，包括设置在水平面上的成网装置，设置在成网装置输出端、且通向卷绕装置的加固球体，自下向上竖直配合设置在所述成网装置顶部入口上方的牵伸装置和纺丝箱，自右向左依次设置在纺丝箱左端入口侧的计量泵和螺杆挤出机，以及设置在螺杆挤出机上端入口处的料斗；

将PP原料切片烘干后送入螺杆挤出机，经熔融挤压、过滤、计量后再经模头均匀分配从喷丝孔喷出形成初生纤维；初生纤维经气流冷却牵伸后，通过扩散风道均匀铺放在成网机网帘上，形成的长丝纤网，经热轧、卷绕，分切后成为无纺布。

本发明各实施例的无纺布的制备装置，由于包括设置在水平面上的成网装置，设置在成网装置输出端、且通向卷绕装置的加固球体，自下向上竖直配合设置在所述成网装置顶部入口上方的牵伸装置和纺丝箱，自右向左依次设置在纺丝箱左端入口侧的计量泵和螺杆挤出机，以及设置在螺杆挤出机上端入口处的料斗；从而可以克服现有技术中牢固性差、制备工艺复杂和人工劳动量大的缺陷，以实现牢固性好、制备工艺简单和人工劳动量小的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中纺粘无纺布的生产原理示意图；

图2为本发明中真空转鼓干燥设备的结构示意图；

图3为本发明中螺杆挤出过程的原理示意图；

图4为本发明中螺杆挤出机的结构示意图；

图5为本发明中螺杆的螺杆直径结构示意图；

图6为本发明中螺杆的螺杆长径比结构示意图；

图7为本发明中螺杆的螺距结构示意图；

图8为本发明中螺杆的螺槽深度结构示意图；

图9为本发明中螺杆的压缩比结构示意图；

图10为本发明中螺杆与套筒的装配结构示意图；

图11为本发明中喷丝板的结构示意图；

图12为本发明中喷丝孔的结构示意图；

图13为本发明中入口导角α的结构示意图；

图14为本发明中加固件与成品的装配结构照片；

图15为本发明中成品的照片。

结合附图1，本发明实施例中附图标记如下：

1-料斗；2-计量泵；3-纺丝箱；4-螺杆挤出机；5-冷却风；6-牵伸装置；7-加固球体；8-分丝；9-成网装置。

结合附图2，本发明实施例中附图标记如下：

1-真空抽吸件；2-切片进出口；3-回转接头；4-通入蒸汽或导热油的夹层；5-检修进出口。

结合附图4，本发明实施例中附图标记如下：

1-法兰；2-螺杆；3-套筒；4-电热元件；5-铸铝加热套；6-冷却水管；7-进料管；8-密封部分；9-传动及变速机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据本发明实施例，如图1-图15所示，提供了一种无纺布的制备装置。

本发明的技术方案主要以解决聚丙烯纺粘法非织造布生产过程中出现漏滴、牵伸断丝的技术问题为研究目的。通过改进生产工艺，解决漏滴、牵伸断丝技术问题，提高生产效率与产品质量。项目的实施，配合汽车座套生产线，将为柳州汽车工业带来20万套高质量汽车座套/年。

本发明技术方案的总体目标、主要内容和考核指标

总体目标

解决聚丙烯纺粘法非织造布生产过程中出现的漏滴、牵伸断丝技术问题，保障聚丙烯纺粘非织造布生产线正常运行，并提高生产效率与产品质量，使单条1.6M丙纶纺粘非织造布生产线年产量达到1500吨无纺布，实现两条生产线年产共计3000吨无纺布；配合企业汽车座套生产线，形成年产汽车座套20万套的生产能力，实现产值3600万元。

主要内容

PP切片(原料)送入螺杆挤出机，经熔融挤压、过滤、计量后再经模头均匀分配从喷丝孔喷出形成初生纤维；初生纤维经气流冷却牵伸后，通过扩散风道均匀铺放在成网机网帘上，由此形成的长丝纤网，经热轧、卷绕，分切后成为无纺布。

纺粘无纺布工艺流程：聚合物（ 聚丙烯+回料）——大螺秆高温熔融挤出——过滤器——计量泵（定量输送）——纺丝（纺丝入口上下拉伸抽吸）——冷却——气流牵引——网帘成网——上下压辊（加固）——轧机热轧（加固）——卷绕——倒布分切——称重包装——成品入库。参见图1。

在图1中，包括料斗1、计量泵2、纺丝箱3、螺杆挤出机4、冷却风5、牵伸装置6、加固球体7、分丝8和成网装置9。

1、切片烘干：

目的：去除水分

含水切片，尤其PET熔融时会水解，使分子量下降，影响成丝质量。水在高温下汽化，易造成纺丝断头或毛丝。提高结晶度和软化点，含水PET切片是无定形结构，软化点低，在螺杆的加料段易造成粘结阻料现象，影响正常生产。无定形结构切片在一定温度下会结晶，软化温度提高。

干燥过程：

第一阶段为预结晶阶段，热空气温度120-150℃；第二阶段为干燥阶段，热空气温度160-180℃。

烘燥设备：

真空转鼓干燥设备及时排除鼓内空气和水分，可防止切片热氧化降解，干燥质量高。参见图2。

在图2中，包括真空抽吸件1、切片进出口2、回转接头3、通入蒸汽或导热油的夹层4和检修进出口5。

2、熔融挤压：主要设备为螺杆挤压机。

作用

输送：螺杆的转动将固体和熔体向前推进

熔融：套筒外的加热元件将切片熔化

混合、均化：温度、组成分布均匀

螺杆分三段：进料段、压缩段（熔融段）、计量段。

切片进入螺杆后，首先在螺杆进料段被输送和预热，继而经螺杆压缩段压实、排气并逐渐熔化，然后在螺杆计量段中进一步混和塑化，并达到一定的温度，以一定的压力输送至后道工序。

螺杆挤出过程，参见图3。

螺杆挤出机的特征主要反映在螺杆结构上，有等距不等深螺杆、等深不等距螺杆和不等深不等距螺杆。实际生产中主要应用等距不等深螺杆，其又有四种形式：长区渐变型螺杆、短区渐变型螺杆、突变型螺杆和计量型螺杆。螺杆的结构特征如螺杆直径、长径比、螺杆分段与分段长度、压缩比、螺距与螺槽深度等，决定了螺杆挤出机的使用特性。参见图4。

在图4中，包括法兰1、螺杆2、套筒3、电热元件4、铸铝加热套5、冷却水管6、进料管7、密封部分8和传动及变速机构9。

螺杆的基本参数：

1）、螺杆直径

通常指螺杆的外径，对挤出机有决定性的影响，直径加大，挤出机产量增加，但加热和驱动能耗均增加。参见图5。

2）、螺杆长径比L/D

L/D：工作长度（不包括鱼雷头及附件）与外径之比。

L/D↑：熔化时间增加，螺杆转速和生产能力可提高。

L/D过大，热敏性聚合物会过分降解；螺杆自重增加，悬臂度大，驱动功率大。

聚丙烯纺粘法L/D≥30:1，聚酰胺和聚酯L/D≥24:1。参见图6。

3）、螺距S

螺杆直径一定时，螺距（S）决定螺杆的螺旋角，影响螺纹的推进力。参见图7。

4）、螺槽深度H

对于常规三段螺杆：

加料段    螺槽深，H不变；

压缩段    螺槽容积渐小，一般为等螺距，H渐小；

计量段    也称均化段，螺槽浅，H不变。

   螺槽深，产量大；螺槽浅，产量小，但塑化作用好，挤出量稳定。参见图8。

5）、压缩比

指进料口处最后一个螺槽容积与计量段第一个螺槽容积之比。

压缩比与物料的物理压缩比（松散的固态体积与熔融后的体积比）要相适应。ε越大，聚合物受到的挤压作用越大，通常ε在2.5-3.5。参见图9。

6)、螺杆与套筒间的间隙

漏流量与间隙的三次方成正比，在保证螺杆与套筒不产生刮磨的条件下，应尽可能采用较小的间隙。参见图10。双螺杆挤出机可节约能源并提高产品的质量。

3、纺丝

切片置于料斗，螺杆挤压熔化后进入纺丝泵，然后从喷丝板挤出冷却成丝。如要生产有色产品或功能性产品（如抗静电、阻燃等）可在料斗中同时添加合适的母粒。

重要纺丝部件:

1)计量泵

精确计量聚合物，连续输送熔体，确保熔体能从喷丝头挤出。计量泵为外齿轮啮合齿轮泵。

齿轮脱开处为进料区，熔体在齿轮的带动下沿“8”字型孔的内壁转一周输出，即齿轮啮合处为出料区。

2)纺丝头组件

由过滤板、分配板和喷丝板等组成。除去熔体中的杂质并把熔体均匀分散到喷丝孔的每个小孔中去形成熔体细流。

过滤板：过滤杂质，防止堵塞喷丝孔。

喷丝板：钢板上打数个孔，是核心部件。

① 喷丝板的喷丝孔结构

喷丝孔主要由导孔和微孔组成。

导孔：引导熔体连续平稳地进入微孔，避免在入口处产生死角和出现漩涡状的熔体。

微孔：孔径根据熔体流量、粘度和丝的细度等确定。参见图11。

② 喷丝孔的孔数

根据聚合物种类和长丝线密度确定。骤冷困难的如PP，喷丝孔应少些；长丝线密度大，孔少。

纺粘法的平均喷丝孔数须大于1000孔/m，孔数增加，有利于成网均匀和产量提高。

熔体从喷丝孔挤出，经历入流、微孔流动、出流、变形和稳定的流变过程。参见图12。

入流:熔体从直径较大的空间挤入较小的孔隙，流动速度急剧增大，动能增加，并贮存一定的弹性变形能，称为“入口效应”。存储的形变超过一定限度时，将影响熔体的稳定流动。入口导角α越小，熔体的流动越稳定。参见图13。

微孔流动:靠近孔壁流速小，孔中心速度大，存在径向速度梯度。径向速度梯度使高弹形变增加，孔径小速度梯度大。微孔大一些纺丝比较稳定。纺PP时微孔直径一般0.3-0.5mm。

出流：熔体从微孔挤出后产生“膨化胀大”现象，其原因是高弹形变的迅速恢复。膨胀严重时熔体破裂。增大微孔的长径比（L/d在1.5～10）、升高纺丝温度，可减小膨化现象。

变形与稳定：熔体离开出口区时，具有流动性，受拉变形；空气冷却作用，熔体粘度增加，细流逐渐固化成纤。冷却条件对纤维的细度、伸长及均匀性有决定性的影响。

拉伸

目的：使大分子沿纤维轴向排列，即提高取向度，从而提高纤维的拉伸性能、耐磨性，达到所需的细度。

牵伸装置：气流牵伸－－利用高速气流对丝条的摩擦进行牵伸。采用正压牵伸：气流从上方喷吹形成拉伸气流，形式上有喷嘴牵伸和窄缝牵伸，气流速度达3000-4000m/min或更高。

分丝

为防止成网时纤维间互相粘连或缠结，丝束需分散开，牵伸时丝束经过高压静电场或摩擦带电，丝因带同种电荷相互排斥，达到分丝的目的。

铺网

借助拉伸气流在拉伸通道出口处形成的紊流，使长丝像面纱一样落到凝网帘上。

吸网

将高速下落的长丝均匀吸附在网帘上，防止长丝和一部分气流撞击到网帘后反弹，破坏纤网的均匀度。

7）加固

热轧粘合：利用一对热的钢辊（一根花辊，一根光辊）对纤网进行加热加压，导致纤网中部分纤维熔融而产生粘结成为非织造布。粘合点处纤维融化将周围纤维粘合，未粘合处保持纤维原有的形态和性能。因此，产品为点纹状，有很好的柔软性、透气性和弹性。参见图14和图15。

4、拟解决关键技术问题

影响狭缝式气流牵伸的因素及效果

从喷丝孔挤出后成形的初生纤维强力低，伸长大，结构极不稳定。气流牵伸的目的是让构成纤维的分子长链以及结晶性高聚物的片晶沿纤维轴向取向，提高纤维的拉伸性能、耐磨性及所需的纤维细度。气流牵伸主要是在喷丝板和狭缝之间完成，丝条的抽长拉细主要发生在喷丝板出丝面和固化点之间，因此大分子的取向也主要是在喷丝板出丝面和固化点之间的拉伸过程中形成。根据纺丝取向理论，纺丝张力是纤维取向的关键，下列因素会影响其牵伸作用力和取向的大小:

4.1气流速度

提高冷风机速度，气流速度增加，丝条在摩擦力的作用下速度也会增加，丝条张力相应增大；当冷风机速度不变，减小狭缝宽度也会提高气流的速度，从而提高牵伸效果；反之则可降低牵伸效果。另外，在狭缝宽度和风机压头不变的条件下增大抽吸风量将会较大地提高牵伸气流的速度，牵伸效果得到改善。但要注意的是补风量的大小将直接影响风道内牵伸气流的压力和流量，因此应和抽吸风量配合调节。

 4.2牵伸气流的密度

在我们早期的工艺中采用了负压牵伸，牵伸气流密度较低，也是造成其牵伸作用不充分的一个因素。在正压牵伸方式中，风道中气流的密度与侧吹风箱的风压相关，要改善牵伸效果，提高纤维的强力就必须提高冷风机的性能，选择与之配套风量和压头的风机是达到气流牵伸效果的关键。我公司改进型设备中已将冷风机压力由原来的5000Pa提高到9000Pa，布面质量有了显著提高，因此可见，采用正压牵伸，将有利于提高牵伸效果，改善纤维的强力和伸长特性。

4.3纤维的比表面积

提高纤维的比表面积，也有利于提高牵伸效能。由于考虑成本的因素，一般生产线上所用的喷丝孔都为圆形，若采用异形喷丝孔，如星形或Y形等，在相同旦数下可大大提高丝条的比表面积，改善牵伸效能。采用异形喷丝孔还可改善纤维的弹性、光泽、抗起球性、耐磨性等。所以在纺粘法工艺中采用异形喷丝孔无疑是改善纤维和非织造布性能的有效途径。

除提高纺丝张力外，熔体挤出速度和冷却速率也会影响丝条中取向的形成，对纤维的最终性能也有重要影响。在侧吹风冷风风量和冷风压力一定时，挤出速度提高，会降低丝条牵伸作用；而过快地冷却，同样也会降低对丝条的牵伸作用，所以牵伸气流速度与狭缝宽度的选择应与熔体挤出速度和冷却风温度相配合，才能取得较好的牵伸效果。既保证不产生过多的断丝，又保证丝条得到充分牵伸，取得较高的取向度，从而提高丝条和无纺布的产品质量。

4.4 生产中漏滴会造成如下危害

漏滴导致铺网局部不匀、铺网帘被堵塞、非织造布面有洞或严重不匀；导致抽吸风不匀，从而导致丝条线密度不匀以及网面不匀；对热轧机有影响，会损坏花辊上的花纹。

5、创新点

（1）采用消失模铸造工艺铸造纺丝喷丝板，可使喷丝板表精度高、面光洁、内部缺陷大大减少、铸件组织致密，提高了喷丝孔的质量，减少出现喷丝孔堵塞出现漏滴现象。

（2）采用异形喷丝孔，如星形或Y形等，在相同旦数下可大大提高丝条的比表面积，改善牵伸效能。采用异形喷丝孔还可改善纤维的弹性、光泽、抗起球性、耐磨性等。

（3）改变废料的喂入方式，减少气体的进入以及通过增大主螺杆的转速，排出螺杆挤压机内熔体中气体的方法来改善断丝现象。

（4）在PP切片中混入2.4%左右抗静电母粒，可使无纺布具有良好的抗静电效果，会使纺粘非织造布强力下降，而断裂伸长先增大后减小。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无纺布的制备装置，其特征在于，包括设置在水平面上的成网装置，设置在成网装置输出端、且通向卷绕装置的加固球体，自下向上竖直配合设置在所述成网装置顶部入口上方的牵伸装置和纺丝箱，自右向左依次设置在纺丝箱左端入口侧的计量泵和螺杆挤出机，以及设置在螺杆挤出机上端入口处的料斗；

将PP原料切片烘干后送入螺杆挤出机，经熔融挤压、过滤、计量后再经模头均匀分配从喷丝孔喷出形成初生纤维；初生纤维经气流冷却牵伸后，通过扩散风道均匀铺放在成网机网帘上，形成的长丝纤网，经热轧、卷绕，分切后成为无纺布。