CN105316869B - 基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用湿法纺丝制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，包括如下步骤：纺丝工艺(1)、采用常规湿法纺丝；无纺布成型工艺；(2)、铺网：将烘干处理后的初生壳聚糖纤维丝束均匀分散并铺放在成网机网帘上，形成交叉堆叠的长丝纤网；(3)、水刺加固；(4)、烘干；(5)、收卷。设备由湿法纺丝装置及无纺布成型装置组成。该工艺打破了过去无法采用纯壳聚糖纤维生产无纺布的理念，连续的壳聚糖纤维长丝铺网形成的长丝纤网能够通过水刺步骤而不至于被冲散，既能够得到无纺布产品，又能够保证产品薄、透、高吸湿性，在传统湿法纺丝工艺的步骤中省略相关步骤，有效节约了生产成本，降低了工艺过程中对环境的污染，提高了生产效率。

Description

基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及 设备

技术领域

本发明属于技术领域，特别涉及一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及设备。

背景技术

无纺布目前可以采用干法及湿法纺丝得到的各种纤维来制备，比如说涤纶、丙纶、锦纶、氨纶，以及壳聚糖、晴纶、壳聚糖、海藻等纤维，通过热熔及水刺等方式生产。壳聚糖具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性，用壳聚糖纤维得到织物及无纺布的产品，已广泛应用于医疗领域。用壳聚糖纤维制成不同规格的内衣、内裤和袜子。经医院临床应用，证实它们具有良好的抑菌性能。纯纺者抑菌率达99％以上，对照纤维抑菌率＜5％，菌率达75％左右，具有良好的保健功能。这是由于壳聚糖分子结构上有独特的活性基团，对大肠杆菌、金色葡萄球菌、白念珠菌等具有抑止作用，因此具有抗菌、防霉、去臭、吸湿、保湿、柔软、染色性好等优点。

目前，制壳聚糖纤维均是通过湿法纺丝制备，甲壳质或壳聚糖在熔融之前就分解，因此无法进行熔融纺丝，而只能进行溶液纺丝，一般采用湿法纺丝。其纺丝工艺流程为：溶解→过滤→脱泡→纺丝→拉伸→水洗→上油→集束→干燥→切断。采用湿法纺丝得到的壳聚糖纤维由于其强力低，纯壳聚糖纤维连续长丝采用针织法容易断裂，纯壳聚糖短纤维采用水刺法易冲散，无法成型，因而目前在纺织领域里，对壳聚糖纤维的应用只能通过与其他纤维梳理成网后水刺加固来制备无纺布，或者通过与其他纤维混纺通过针织或机织方式得到含有壳聚糖纤维的织物，而纯壳聚糖纤维无论无纺布还是针织布在纺织领域均无法做到，并且目前纺织领域并没有任何人想到采用纯壳聚糖纤维连续长丝做无纺布的方法。

如今研究发现壳聚糖纤维还具有如下优点：(1)广谱抗菌性、(2)螯合重金属、(3)保湿性、(4)抑制螨虫、(5)生物相容性和可降解性、(6)安全性。是作为面膜的重要材料，但是现有的面膜或医用敷料难以全部采用壳聚糖纤维来制备无纺布，因为壳聚糖纤维特有的结构造成了其强力非常低，单纯使用壳聚糖纤维做面膜或医用敷料需要增加厚度来实现，相比效果，虽然能够做到全部使用壳聚糖纤维，但是成本较高，得不偿失，而面膜目前的趋势是要求薄、透、吸水性强，作为壳聚糖面膜目前的做法是混合其他纤维增加强力后水刺加固，在保证较薄机制下，做到一定抑菌及吸湿效果。

由于纯壳聚糖纤维的高抑菌性、柔软性、透气性及吸湿性非常好，因此如何制备低成本、高性能的纯壳聚糖纤维连续长丝无纺布成为纺织领域技术人员亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种成本低廉、操作简便，节能降耗，一步成型有效节约纺丝工艺步骤，大大降低污染程度、提高无纺布使用性能及生产效率，利用壳聚糖纤维的连续长丝制备无纺布，有效提高无纺布的高抑菌性、柔软性、透气性及吸湿性的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及设备。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，包括如下步骤：

纺丝工艺

(1)采用常规湿法纺丝，经溶解、过滤、脱泡、纺丝、凝固浴、水洗，得到连续的壳聚糖初生纤维；

(2)、对连续的壳聚糖初生纤维进行牵伸处理，以提高纤维的力学性能；

无纺布成型工艺

(3)、铺网：将壳聚糖纤维连续丝束均匀分散并铺放在成网机网帘上，形成彼此交叉堆叠的长丝纤网；

(4)、水刺加固：对交叉堆叠的长丝纤网水刺加固，使得纤维间相互缠结加固的同时对纤维及长丝纤网进行水洗处理，形成壳聚糖纤维无纺布；

(5)、烘干：对水刺加固及水洗后的壳聚糖纤维无纺布进行烘干处理；

(6)、收卷：烘干后的壳聚糖纤维无纺布收卷打包。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，所述壳聚糖纤维丝束在成网机网帘上方垂直于成网机网帘的运动方向往复摆动堆叠，成网机网帘在壳聚糖纤维丝束往复摆动堆叠的同时匀速直线运动，将壳聚糖纤维均匀分散交叉堆叠。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，所述壳聚糖纤维丝束的摆动频率为10-160次/min，成网机网帘的直线运动速度为5-80m/min。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，所述纺丝工艺步骤中，为提高成品无纺布的整体强度，可以增加对水洗后的初生纤维进行牵伸处理的步骤，也可以在水刺成布后增加纵、横向拉伸。还可以既对水洗后的初生纤维进行牵伸处理，又在水刺成布后进行纵、横向拉伸。

一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，由湿法纺丝装置及成型装置组成，所述湿法纺丝装置由具有凝固浴液的凝固浴容器、具有纺丝原液进口的过滤器、连接过滤器并伸入凝固浴容器内的具有喷丝头的进液管、用于连接喷丝头喷丝处的导丝辊以及水洗装置，所述成型装置包括一作用于壳聚糖纤维丝束上的烘干装置，一用于将烘干后的壳聚糖纤维丝束集中及分散的集束分束装置，一与所述集束分束装置连接的用于将分束后的壳聚糖纤维丝束均匀分散并铺放，形成彼此交叉堆叠的长丝纤网的纤维堆叠装置，一设于纤维堆叠装置下方的用于与纤维堆叠装置相配合，将壳聚糖纤维丝束交叉堆叠于其上的成网机网帘，在成网机网帘至少一面设置有用于将交叉堆叠的长丝纤网进行水刺加固的水刺设备，所述成网机网帘的输出端连接有干燥机构。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，所述集束分束装置包括一对彼此啮合的一侧形成集束端，另一侧形成分束端的集束分束辊轮，在两集束分束辊轮上均开设有用于将收集的壳聚糖纤维丝束梳理均匀的分束槽。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，所述纤维堆叠装置包括一沿垂直于成网机网帘运动方向设置的摆动体，在摆动体上开设有多个允许纤维通过的导丝孔，所述摆动体连接一滑座，在滑座上设置有用于导向摆动体沿垂直于所述成网机网帘运动方向往复摆动的滑槽，所述摆动体上设置有与滑槽配合的滑轨。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，所述摆动体上连接有一用于驱动其沿滑槽往复滑动的液压机构，液压机构包括连接液压油箱的液压缸及与液压缸伸缩连接的液压杆，所述液压杆与摆动体连接。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，所述成网机网帘经干燥机构与收卷机构相连。

上述的基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，所述导丝辊与集束分束装置之间设置有用于提高壳聚糖纤维丝束强力的牵伸辊，所述牵伸辊由主牵伸辊及副牵伸辊组成。

本发明基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺及设备的优点是：在传统湿法纺丝工艺的步骤中省略拉伸、上油、集束、切断等相关步骤，直接采用半成品的壳聚糖纤维长丝进行无纺布的生产，该工艺打破了过去无法采用纯壳聚糖纤维生产无纺布的理念，连续的壳聚糖纤维长丝铺网形成的长丝纤网能够通过水刺步骤而不至于被冲散，既能够得到无纺布产品，又能够保证产品薄、透、高吸湿性，是本发明的一个创新点，并且有效节约了生产成本，降低了工艺过程中对环境的污染，提高了生产效率。传统壳聚糖纤维成型后需要进行后处理，制得成品壳聚糖纤维。本发明在制备无纺布的步骤中通过水刺既能增加纤维间的缠结，使其更加牢固，又起到了水洗的目的，省去了上油及切断的步骤，可谓一举两得，是本发明的第二个创新点。水刺加固的同时又具有水洗作用，高压水刺的水洗效果远远大于传统湿法纺丝后处理中的水洗，因此效果更佳，并且省去了传统壳聚糖纤维使用前需要去油的步骤。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。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明设备的结构示意图；

图3为集束分束装置的侧视结构放大示意图；

图4为集束分束辊轮的结构放大示意图；

图5为纤维堆叠装置与液压机构相连接的结构示意图；

图6为图5中A部分的局部结构放大图；

图7为本发明实施例3的设备结构示意图；

图8为本发明实施例4的设备结构示意图；

图9为本发明喷丝头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图1所示，一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的工艺，包括如下步骤：

(1)、采用常规湿法纺丝，经溶解、过滤、脱泡、纺丝、凝固浴、水洗，得到连续的壳聚糖初生纤维；

(2)、对连续的壳聚糖初生纤维进行牵伸处理，以提高纤维的力学性能；

无纺布成型工艺

(3)、铺网：将壳聚糖纤维连续丝束均匀分散并铺放在成网机网帘上，形成彼此交叉堆叠的长丝纤网；

(4)、水刺加固：对交叉堆叠的长丝纤网水刺加固，使得纤维间相互缠结加固的同时对纤维及长丝纤网进行水洗处理，形成壳聚糖纤维无纺布；

(5)、烘干：对水刺加固及水洗后的壳聚糖纤维无纺布进行烘干处理；

(6)、收卷：烘干后的壳聚糖纤维无纺布收卷打包。

为提高成品无纺布的整体强度，在纺丝工艺步骤中，可以增加对水洗后的初生纤维进行牵伸处理的步骤。本发明所述常规湿法纺丝工艺可以采用“壳聚糖纤维的生产现状及展望，青岛大学纺织服装学院，李达、马建伟，《现代纺织技术》2009年第17卷第3期，66-68页，72页”所公开的论文。

实施例1：

如图2、3、4、5、6所示，一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，由湿法纺丝装置1及成型装置2组成，所述湿法纺丝装置1由具有凝固浴液3的凝固浴容器4、具有纺丝原液进口5的过滤器6，纺丝原液经纺丝原液进口5处进入过滤器6内，连接过滤器6并伸入凝固浴容器4内的具有喷丝头7的进液管8、用于连接喷丝头7喷丝处的导丝辊9以及水洗装置10，水洗装置10可以采用本领域常用的超声波清洗或者纯净水喷淋清洗，成型装置2包括一用于将壳聚糖纤维丝束11集中及分散的集束分束装置13，集束分束装置13包括一对彼此啮合的一侧形成集束端14，另一侧形成分束端15的集束分束辊轮16，在两集束分束辊轮16上均开设有用于将收集的壳聚糖纤维丝束11梳理均匀的分束槽17，分束槽17沿集束分束辊轮16的轴向依次间隔开设多个，单个集束分束辊轮16上相邻两分束槽之间形成用于收集壳聚糖纤维丝束11的集束区18，在两集束分束辊轮16相啮合时，相对两分束槽17之间形成瞬间闭合的分束腔19，用来将集束区18内的壳聚糖纤维丝束11均匀分散。

成型装置2还包括一与所述集束分束装置13连接的用于将分束后的壳聚糖纤维丝束11均匀分散并铺放，形成彼此交叉堆叠的长丝纤网20的纤维堆叠装置21，一设于纤维堆叠装置21下方的用于与纤维堆叠装置21相配合，将壳聚糖纤维丝束11交叉堆叠于其上的成网机网帘22，成网机网帘22在伺服电机的驱动下匀速直线运动，在成网机网帘22至少一面设置有用于将交叉堆叠的长丝纤网20进行水刺加固的水刺设备23，根据具体长丝纤网20交叉堆叠的厚度及实际无纺布的应用领域，水刺设备23可以选择单面或者双面，水刺设备23可以采用目前无纺布水刺加固的传统设备，该设备为现有技术，在此不多赘述，当然，水刺头的数量可以根据具体成网机网帘22的宽度尺寸合理选择，成网机网帘22可以采用输送辊驱动，通过减速电机提供动力源，水刺加固完成后，在成网机网帘22的输出端连接有干燥机构24。纤维堆叠装置21包括一沿垂直于成网机网帘22运动方向设置的摆动体25，摆动体25的尺寸可以根据实际成网机网帘22的尺寸确定，在摆动体25上，沿成网机网帘22的运动方向开设有多个允许纤维通过的导丝孔26，所述摆动体25的底部连接有一滑座27，在滑座27上设置有用于导向摆动体25沿垂直于所述成网机网帘22运动方向往复摆动的滑槽28，在摆动体25上设置有与滑槽28配合的滑轨29，该滑动配合结构并不是唯一的，由于在该工艺中，滑动配合要求不需要严格，本领域技术人员可以采用气悬浮、气动等多种方式实现滑动。摆动体25可以通过液压驱动，也可以通过伺服电机或减速电机驱动，本实施例中，在摆动体25上连接有一用于驱动摆动体25沿滑槽28往复滑动的液压机构29，液压机构29包括连接液压油箱的液压缸30及与液压缸30伸缩连接的液压杆31，所述液压杆31与摆动体25连接，液压杆31在往复运动的同时带动摆动体25在成网机网帘22上方往复摆动，液压油箱可以根据实际设备选择安放，在附图中并未列出。壳聚糖纤维丝束的摆动频率为10-160次/min，成网机网帘的直线运动速度为5-80m/min。

实施例2：

为符合实际生产需要，在成网机网帘22的输出端可以设置收卷机构32，成网机网帘22上的长丝纤网20经干燥机构24的干燥处理后，经收卷机构32直接卷绕打包。在导丝辊9与集束分束装置13之间也可选择设置有用于提高壳聚糖纤维丝束11强力的牵伸辊，所述牵伸辊由主牵伸辊33及副牵伸辊34组成。

实施例3：

本实施例与其他实施例相同部分不再赘述，其不同之处在于，提供第二种成型装置，如图7所示，所述成型装置包括一用于将湿纤维丝束35进行铺展输送的输送辊36，一与输送辊36相连的用于输送铺展后的湿纤维丝束35的输送网帘37，在所述输送辊36与输送网帘37之间设置有用于牵伸湿纤维丝束35的牵伸辊38。

在输送网帘37的输出端39连接有一用于将湿纤维丝束35往复堆叠成湿纤维丝束网40的摆动网帘41，所述摆动网帘41的输出端42设置有一用于将往复堆叠的湿纤维丝束网40彼此层层交叉的成网机网帘43，在成网机网帘43至少一面设置有用于将交叉堆叠的湿纤维丝束网40进行水刺加固的水刺设备44，所述成网机网帘43的输出端连接有干燥机构45。摆动网帘41包括平行设置的具有传动帘46的两输送带，在两传动帘46之间形成具有输送湿纤维丝束35的输送腔，所述两输送带上设置有驱动其沿垂直于成网机网帘43运动方向往复摆动的转动部件，转动部件可以选择减速电机或者伺服电机与齿轮齿条配合结构，并通过控制器控制往复运动。该技术为现有技术，本领域技术人员可根据实际需要选择适当方式实施。

实施例4：

本实施例与其他实施例相同部分不再赘述，其不同之处在于，提供第三种成型装置，如图8所示，

所述成型装置包括用于将湿纤维丝束47进行铺展输送的输送辊48，一对彼此相接触并同向传动的由传输输送带49及铺网输送带50组成的输送系统，在传输输送带49与铺网输送带50相接触处形成用于夹持湿纤维丝束47运动的夹持区51，所述传输输送带49包括通过传输输送轮52驱动运转的输送网帘53，铺网输送带50包括通过铺网输送轮54驱动运转的铺网网帘55，所述输送网帘53与铺网网帘55的接触处分别设置有一对用于往复移动堆叠湿纤维丝束47的铺网辊56，以及当铺网辊56往复移动时引导湿纤维丝束47并随铺网辊56同向移动的涨紧辊57，采用双层平面夹持带方式夹持湿纤维丝束47，可防止在高速运转时由于气流干扰所导致的纤网飘移和意外伸长。夹持带由聚酯长丝经纬交织而成，厚0.7～1mm，表面涂合成橡胶，涂层中混有少量碳粉，以减少帘子对纤维的静电吸附，并在传输输送带49及铺网输送带50上设置防水层，所述铺网辊56的输出端设置有一用于将往复堆叠的湿纤维丝束网57彼此层层交叉的成网机网帘58，在成网机网帘58至少一面设置有用于将交叉堆叠的湿纤维丝束网57进行水刺加固的水刺设备59，所述成网机网帘58的输出端连接有干燥机构60。为提高纤维的使用性能，在输送辊48与输送系统之间设置有用于牵伸湿纤维丝束47的牵伸辊61。

本发明各实施例中，对于喷丝头的结构，可以选择如图9所示的结构，所述喷丝头7包括一与进液管8相连的本体62，沿所述本体62的长度方向在本体62一侧面开设有多个贯通本体的喷液孔63，所述喷液孔63沿本体62的长度方向依次设置多个，沿本体62的高度方向依次设置多排。通过该喷丝头7与导丝辊9的配合，可以将纺出的丝束64直接铺叠成平行的纤维丝网，类似于瀑布形式，更加便于后期的交叉堆叠，提高了水刺加固效果，提高了无纺布的生产效率。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于湿法纺丝技术制备纯壳聚糖纤维长丝无纺布的设备，包括一湿法纺丝装置，所述湿法纺丝装置由具有凝固剂的凝固浴容器、具有纺丝原液进口的过滤器、连接过滤器并伸入凝固浴容器内的具有喷丝头的进液管、用于连接喷丝头喷丝处的导丝辊以及水洗装置，其特征在于：还包括一用于将水洗后的湿纯壳聚糖纤维丝束堆叠铺网后加固成长丝无纺布的成型装置，所述成型装置包括一用于将湿纯壳聚糖纤维丝束集中及分散的集束分束装置，一与所述集束分束装置连接的用于将分束后的纯壳聚糖纤维丝束均匀分散并铺放，形成彼此交叉堆叠的长丝纤网的纤维堆叠装置，一设于纤维堆叠装置下方的用于与纤维堆叠装置相配合，将纯壳聚糖纤维丝束交叉堆叠于其上的成网机网帘，在成网机网帘至少一面设置有用于将交叉堆叠的长丝纤网进行水刺加固的水刺设备，所述成网机网帘的输出端连接有干燥机构，所述集束分束装置包括一对彼此啮合的一侧形成集束端，另一侧形成分束端的集束分束辊轮，在两集束分束辊轮上均开设有用于将收集的纯壳聚糖纤维丝束梳理均匀的分束槽，所述纤维堆叠装置包括一沿垂直于成网机网帘运动方向设置的摆动体，在摆动体上开设有多个允许纤维通过的导丝孔，所述摆动体连接一滑座，在滑座上设置有用于导向摆动体沿垂直于所述成网机网帘运动方向往复摆动的滑槽，所述摆动体上设置有与滑槽配合的滑轨，所述摆动体上连接有一用于驱动其沿滑槽往复滑动的液压机构，液压机构包括连接液压油箱的液压缸及与液压缸伸缩连接的液压杆，所述液压杆与摆动体连接，所述成网机网帘经干燥机构与收卷机构相连。