CN105714391B - 聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺 - Google Patents

Abstract

聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，包括以下步骤：（1）、对较低分子量的丙交酯熔体进行混合搅拌；对较高分子量的聚乳酸切片进行干燥；（2）、丙交酯熔体混合物进行初聚和终聚；干燥后的聚乳酸切片落入到纺丝螺杆挤出机内制成高分子量聚乳酸熔体；（3）、低分子聚乳酸熔体进入第一纺丝计量泵内；高分子聚乳酸熔体进入第二纺丝计量泵内；（5）、双喷孔并列型纺丝组件生产出聚乳酸复合纤维。本发明确保预聚合管内的熔体在恒定速度状态下向下流动，并使预聚合管内熔体温度也基本一致，本发明直接在第一熔体管道上设置若干组混料单元即可，省去了在输送管道上安装混料系统，节约了成本，达到均匀混料之目的，输送及混料效率大大提高。

Description

聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺

技术领域

本发明属于聚乳酸纺丝生产技术领域，尤其涉及一种聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺。

背景技术

聚乳酸（PLA）纤维是一种可降解的生物纤维，其生产方法类似聚酯纤维，但是、聚乳酸纤维的生产过程极易发生降解，尤其是干燥工序，根据生产经验，要达到纺丝工艺要求的干燥度，聚乳酸干切片（PLA）含水率必须在30PPm以下，根据实验；烘干原料的热空气温度一般需要100～110℃，干燥时间6～8小时。

根据对干燥前后的聚乳酸切片进行化验发现；聚乳酸干燥前到干燥后的粘度降达三分之一以上。这说明经过干燥的聚乳酸切片虽然可以避免因含水量过高引起的水解降解反应，但是干燥过程也明显造成了聚乳酸切片的降解。严重影响纤维的强力。

聚乳酸双组份复合纤维的生产需要两组不同分子量（熔体粘度）的熔体，即；一种为较高聚合度的熔体，另一种为较低聚合度的熔体。

若用传统的间接纺丝方法进行熔融纺丝，则会遇到低分子聚乳酸切片因切片干燥造成的降解的难题。由于干燥温度与聚乳酸切片的分子量成正相关关系，分子量越高，则可以有较高的干燥温度，分子量较低则不能使用较高的干燥温度，由于在常压下水分的气化温度是100℃，若使用100℃以下的热空气进行干燥处理，则很难达到干燥效果。因此、较低分子量的切片，很难进行干燥处理。

另外，聚乳酸聚合工序包括预聚和终聚。需要聚合的熔体首先要经过预聚，预聚的设备是一个立式圆柱体形状的罐体，罐体顶部沿垂直方向设有预聚合管。需要预聚合的熔体从预聚合管的上端定量进入预聚合管内，靠自身重力并从上向下平稳向下流动到罐体内。由于熔体与预聚合管管壁的摩擦因数，预聚合管中心的熔体向下流动速度比预聚合管管壁处的熔体向下的流动速度要快，而且预聚合管管壁处的温度与预聚合管中心的温度也有差别。而理想的状况是；1、熔体在恒定速度状态下向下流动；2、预聚合管内熔体向下流动时每个层面的管壁与预聚合管中心的溶体温度最好也是一样的；3、由于终聚后用于输送聚乳酸的输送管道较长，靠近管壁的高聚物熔体粘稠度特别大，聚乳酸熔体在输送过程中因熔体流速不均匀造成的高聚物分子量分布较宽（不均匀）问题，杂质不能有效地过滤掉，从而影响到纺丝品质。为达到此目的，预聚合管内需要装配数组混料预热器，以满足聚合工艺的要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能将预聚合管内壁与中心处的熔体保持基本等速向下流动、并能把预聚合管内壁与中心处的熔体进行交换混合保持温度一致、在终聚后熔体输送过程中混合均匀的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，所述纺丝工艺所采用的纺丝设备包括聚合框架、干燥塔、料仓、纺丝螺杆挤出机和纺丝箱体，聚合框架上自上而下依次设有搅拌罐、初聚罐和终聚罐，搅拌罐底部通过第一输料管与初聚罐顶部连接，第一输料管上设有聚乳酸预聚混料装置、第一自动控制阀和第一计量泵，初聚罐底部通过第二输料管与终聚罐顶部连接，第二输料管上设有第二自动控制阀和第二计量泵；

纺丝箱体内设有第一纺丝计量泵、第二纺丝计量泵和双喷孔并列型纺丝组件,第一纺丝计量泵和第二纺丝计量泵的出料口分别与双喷孔并列型纺丝组件的进料口连接；

终聚罐底部通过第一熔体管道与第一纺丝计量泵的进料口连接；

干燥塔的出口与料仓的进口连接，料仓的出口通过下料管与纺丝螺杆挤出机的进口连接，下料管上设有计量器，纺丝螺杆挤出机的出料口通过第二熔体管道与第二纺丝计量泵的进料口连接；

第一熔体管道上沿熔体流动方向依次设有第一过滤器、第三计量泵和第一动静一体管道式混料装置，第二熔体管道上沿熔体流动方向依次设有第二过滤器和第二动静一体管道式混料装置，第一动静一体管道式混料装置和第二动静一体管道式混料装置的构造相同；

所述纺丝工艺具体包括以下步骤：

（1）、将参与聚合的催化剂、稳定剂融合成为悬浮液，将悬浮液注入到搅拌罐内，同时向搅拌罐内注入较低分子量的丙交酯熔体，开启搅拌罐工作，搅拌熔体20～40min，直到混合均匀后停止搅拌；同时，将较高分子量的聚乳酸切片送入到干燥塔内进行干燥，干燥后的聚乳酸切片储存到料仓内；

（2）、打开搅拌罐底部的第一自动控制阀，通过第一计量泵将丙交酯熔体混合物经第一输料管落入到初聚罐内进行初步聚合作业，在丙交酯熔体混合物自身重力的作用下，丙交酯熔体混合物通过聚乳酸预聚混料装置的过程中进行预热混合后进入初聚罐内，在初聚罐内进行初步聚合作业为温度为100～150℃，初步聚合作业的时间为1～2h，压力为0.2MPa，初步聚合作业后，丙交酯、二氧化钛和溶剂的混合物被聚合成为粘稠的聚乳酸熔体；同时，料仓内的聚乳酸切片通过下料管先进行计量，计量后落入到纺丝螺杆挤出机内；

（3）、打开初聚罐底部的第二自动控制阀，通过第二计量泵将低分子量聚乳酸熔体经第二输料管落入到终聚罐内进行最终聚合作业，最终聚合作业为温度为150～280℃，最终聚合作业的时间为1～6h，压力为0.3MPa；纺丝螺杆挤出机将聚乳酸干切片加热到200-300℃制成高分子量聚乳酸熔体；

（4）、打开终聚罐底部的第三自动控制阀，终聚罐内的低分子聚乳酸熔体经第一熔体管道排出，第一熔体管道上的第三计量泵为低分子聚乳酸熔体提供计量和输送的动力，并通过第一过滤器的过滤，第一动静一体管道式混料装置对低分子聚乳酸熔体进行混合，然后低分子聚乳酸熔体进入到纺丝箱体内的第一纺丝计量泵内；同时，在纺丝螺杆挤出机的作用下，高分子聚乳酸熔体由第二熔体管道进入，经第二过滤器的过滤，第二动静一体管道式混料装置对高分子聚乳酸熔体进行混合后进入到纺丝箱体内的第二纺丝计量泵内；

（5）、第一纺丝计量泵将较低分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，同时第二纺丝计量泵将较高分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，较低分子量的聚乳酸熔体和较高分子量的聚乳酸熔体在双喷孔并列型纺丝组件内混合均匀，最后通过双喷孔并列型纺丝组件的喷丝板喷出，生产出聚乳酸复合纤维。

聚乳酸预聚混料装置包括沿垂直方向设置的预聚合管，预聚合管内自上而下至少设有两个混料预热器，所有的混料预热器均结构相同；

每个混料预热器均包括具有同一条中心线的第一上锥形导流筒、第二上锥形导流筒、第一下锥形导流筒、第二下锥形导流筒、上分流锥筒和下分流锥筒；

第一上锥形导流筒和第一下锥形导流筒均为上粗下细且上下通透结构，第一上锥形导流筒下端内径大于第二上锥形导流筒下端内径，第二上锥形导流筒和第二下锥形导流筒均为上细下粗且上下通透结构，第一上锥形导流筒下端内径与第二上锥形导流筒上端内径相等，第一下锥形导流筒下端内径与第二下锥形导流筒上端内径相等，第一上锥形导流筒上端外沿、第二上锥形导流筒下端外沿、第一下锥形导流筒上端边沿和第二下锥形导流筒下端边沿均固定连接在预聚合管内壁，第一上锥形导流筒下端边沿与第二上锥形导流筒上端边沿固定连接，第一上锥形导流筒下端边沿与第二上锥形导流筒上端边沿固定连接，第一下锥形导流筒下端边沿与第二下锥形导流筒上端边沿固定连接；

上分流锥筒为顶部尖锐封堵、底部敞口的结构，下分流锥筒为底部尖锐封堵、顶部敞口的结构，上分流锥筒下端内径等于下分流锥筒上端内径，上分流锥筒下端内径小于预聚合管内径，上分流锥筒下端边沿与下分流锥筒上端边沿固定连接；上分流锥筒和下分流锥筒外壁通过热媒导管与预聚合管内壁固定连接；

上分流锥筒的上端高于第一上锥形导流筒上端边沿，下分流锥筒的下端与第二下锥形导流筒上端边沿齐平；

上分流锥筒外表面与第二上锥形导流筒外表面之间形成管壁熔体下流通道，下分流锥筒外表面与第一下锥形导流筒外表面之间形成混合熔体下流通道；

上分流锥筒外表面设有中心熔体分流结构，中心熔体分流结构的下端与管壁熔体下流通道下端交汇。

第一动静一体管道式混料装置包括固定管道和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道和动态混料管道，动态混料管道的左端与静态混料管道的右端法兰连接，动态混料管道内设有动态螺旋隔板，动态螺旋隔板将动态混料管道内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道，动态螺旋隔板与动态混料管道内壁间隙配合；静态混料管道内设有静态螺旋隔板，静态螺旋隔板将静态混料管道内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道，静态螺旋隔板与静态混料管道内壁固定连接；

动态螺旋隔板和静态螺旋隔板的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道的中心轴线，动态螺旋隔板右端部中心设有动态锥形槽，动态螺旋隔板左端部中心设有动态顶尖，静态螺旋隔板右端部中心设有静态锥形槽，静态螺旋隔板左端部中心设有静态顶尖，动态顶尖左端顶在静态锥形槽内；

固定管道左端与动态混料管道右端法兰连接，固定管道内设有支架，支架上设有固定顶尖，固定顶尖左端顶在动态锥形槽内。

混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽内，固定管道与最右端的一组混料单元连接。

静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度。

中心熔体分流结构包括一个分流筒和若干个分流管，分流筒和分流管均设在上分流锥筒上，分流筒顶部敞口，分流筒上端边沿水平，分流管上宽下窄，所有分流管沿上分流锥筒圆周方向均匀布置，分流管上端与分流筒下端连通，分流管下端口位于管壁熔体下流通道下端与混合熔体下流通道上端交汇处的外侧。

上分流锥筒与下分流锥筒的内部形成上预热腔，第一下锥形导流筒与第二下锥形导流筒的内部形成下预热腔，上预热腔和下预热腔内均通入有热循环流体介质；热媒导管内端与上预热腔连通，热媒导管外端伸出预聚合管外部。

所述步骤（2）中丙交酯熔体混合物通过聚乳酸预聚混料装置进行预热混合的具体过程为：丙交酯熔体混合物在预聚合管中向下流动；设定沿预聚合管中心向下流动的丙交酯熔体混合物为熔体A，沿预聚合管管壁向下流动的丙交酯熔体混合物为熔体B；熔体A沿上分流锥筒表面进入到分流筒，熔体A再通过分流管自动流到管壁熔体下流通道下端与混合熔体下流通道上端的交汇处的外侧，与此同时，靠近预聚合管管壁的熔体B经过第一上锥形导流筒进入到管壁熔体下流通道内，流到管壁熔体下流通道下端后位于熔体A的上部，即熔体A和熔体B进入混合熔体下流通道后，熔体A位于下层，熔体B位于上层，等到熔体A和熔体B流到混合熔体下流通道下端出口时，熔体B位于熔体A中间，即熔体A由中心转换到顺着管壁继续向下流动，熔体B由紧邻管壁转换到中心继续向下流动，在换位过程中，熔体A和熔体B也进行了一定比例的混合。

所述步骤（4）中第一动静一体管道式混料装置对低分子聚乳酸熔体进行混合的具体过程为：在第三计量泵的作用下，聚合后的较低分子量的聚乳酸熔体由固定管道进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道的时候，动态螺旋隔板在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道中间的较稀的熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道内的第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道内进行混合，混合后再进入到动态混料管道内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体内的第一纺丝计量泵。

采用上述技术方案，

在熔体混合换位过程中，在上预热腔和下预热腔内均通入热循环流体介质，热循环流体介质可以根据工艺要求加入热媒介质如；联苯醚、导热油等，对熔体进行预热，以方便控制预聚工艺。本发明在各个部件的连接处均采取了无死角设计。一根预聚合管内从上到下可以安装多组混料预热器。

本发明中较小分子量聚乳酸原料采用聚合后直接纺丝的工艺，免去了对较小分子量聚乳酸切片进行干燥后间接纺丝的缺陷。

本发明中较大分子量聚乳酸原料采用聚乳酸切片间接纺丝工艺，由于干燥温度与聚乳酸切片的分子量成正相关关系，分子量越高，则可以有较高的干燥温度，这样就提高干燥效率和效果。先对聚乳酸切片进行干燥，干燥后的聚乳酸切片存储到料仓内，并通过计量器的计量进入到纺丝螺杆挤出机内；

第一纺丝计量泵将较低分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，同时第二纺丝计量泵将较高分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，较低分子量的聚乳酸熔体和较高分子量的聚乳酸熔体在双喷孔并列型纺丝组件内混合均匀，最后通过双喷孔并列型纺丝组件的喷丝板喷出，生产出聚乳酸复合纤维（单根复合纤维的横截面一半为较低分子量的聚乳酸熔体，另一半为较高分子量的聚乳酸熔体）。

第一动静一体管道式混料装置和第二动静一体管道式混料装置由于第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道较长且均在轴向方向上为螺旋方向设置，这样就会在高压熔体通过时，驱动动态螺旋隔板旋转；动态螺旋隔板的旋转材料顶尖与锥形槽顶压配合的形式，不仅易于制造和装配，而且在旋转过程中摩擦力更小，从而提高动态螺旋隔板刮料的效率。静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度，这样可使整个输送聚乳酸的管道的大部分长度都会将管壁上附着的粘稠度特别大的聚乳酸刮掉，充分提高混合的均匀度。

综上所述，本发明原理科学、设计合理、结构简单，确保预聚合管内的熔体在恒定速度状态下向下流动，并使预聚合管内熔体向下流动时每个层面的管壁与预聚合管中心的溶体温度也基本一致，从而满足聚合工艺的要求。直接在第一熔体管道上设置若干组混料单元即可，省去了在输送管道上安装混料系统，节约了成本，达到均匀混料之目的，输送及混料效率大大提高。本发明将高分子量聚乳酸切片干燥后进行熔融、过滤、混合后并输送到双喷孔并列型纺丝组件进行纺丝，同时将低分子量聚乳酸原料聚合、过滤、混合后输送到双喷孔并列型纺丝组件内，该双喷孔并列型纺丝组件为专利申请号为CN201510042184.2的发明所公开的技术方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中具有一组混料单元的本发明的结构示意图；

图3是图2中动态螺旋隔板的立体结构示意图；

图4是图2中静态螺旋隔板的立体结构示意图；

图5是图1中聚乳酸预聚混料装置的结构示意图；

图6是图5中的中心熔体分流结构的俯视图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明的聚乳酸双组份复合纤维纺丝设备，包括聚合框架16、干燥塔18、料仓30、纺丝螺杆挤出机32和纺丝箱体17，聚合框架16上自上而下依次设有搅拌罐19、初聚罐20和终聚罐21，搅拌罐19底部通过第一输料管22与初聚罐20顶部连接，第一输料管22上设有聚乳酸预聚混料装置40、第一自动控制阀23和第一计量泵24，初聚罐20底部通过第二输料管25与终聚罐21顶部连接，第二输料管25上设有第二自动控制阀26和第二计量泵27。

纺丝箱体17内设有第一纺丝计量泵33、第二纺丝计量泵34和双喷孔并列型纺丝组件35,第一纺丝计量泵33和第二纺丝计量泵34的出料口分别与双喷孔并列型纺丝组件35的进料口连接；

终聚罐21底部通过第一熔体管道28与第一纺丝计量泵33的进料口连接；

干燥塔18的出口与料仓30的进口连接，料仓30的出口通过下料管36与纺丝螺杆挤出机32的进口连接，下料管36上设有计量器37，纺丝螺杆挤出机32的出料口通过第二熔体管道38与第二纺丝计量泵34的进料口连接；

第一熔体管道28上沿熔体流动方向依次设有第一过滤器39、第三计量泵29和第一动静一体管道式混料装置31，第二熔体管道38上沿熔体流动方向依次设有第二过滤器60和第二动静一体管道式混料装置61，第一动静一体管道式混料装置31和第二动静一体管道式混料装置61的构造相同。

第一动静一体管道式混料装置31包括固定管道1和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道2和动态混料管道3，动态混料管道3的左端与静态混料管道2的右端法兰连接，动态混料管道3内设有动态螺旋隔板4，动态螺旋隔板4将动态混料管道3内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道5和第二半圆螺旋通道6，动态螺旋隔板4与动态混料管道3内壁间隙配合；静态混料管道2内设有静态螺旋隔板7，静态螺旋隔板7将静态混料管道2内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道8和第四半圆螺旋通道9，静态螺旋隔板7与静态混料管道2内壁固定连接。

动态螺旋隔板4和静态螺旋隔板7的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道3的中心轴线，动态螺旋隔板4右端部中心设有动态锥形槽10，动态螺旋隔板4左端部中心设有动态顶尖11，静态螺旋隔板7右端部中心设有静态锥形槽12，静态螺旋隔板7左端部中心设有静态顶尖13，动态顶尖11左端顶在静态锥形槽12内。

固定管道1左端与动态混料管道3右端法兰连接，固定管道1内设有支架14，支架14上设有固定顶尖15，固定顶尖15左端顶在动态锥形槽10内。

混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖13左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽10内，固定管道1与最右端的一组混料单元连接。静态混料管道2的长度小于动态混料管道3的长度。

聚乳酸预聚混料装置40包括沿垂直方向设置的预聚合管41，预聚合管41两端固定连接在第一输料管22上，或者可以把第一输料管22作为预聚合管41，预聚合管41内自上而下至少设有两个混料预热器，所有的混料预热器均结构相同；本发明中预聚合管41可以使用第一输料管22代替；

每个混料预热器均包括具有同一条中心线的第一上锥形导流筒42、第二上锥形导流筒43、第一下锥形导流筒44、第二下锥形导流筒45、上分流锥筒46和下分流锥筒47；

第一上锥形导流筒42和第一下锥形导流筒44均为上粗下细且上下通透结构，第一上锥形导流筒42下端内径大于第二上锥形导流筒43下端内径，第二上锥形导流筒43和第二下锥形导流筒45均为上细下粗且上下通透结构，第一上锥形导流筒42下端内径与第二上锥形导流筒43上端内径相等，第一下锥形导流筒44下端内径与第二下锥形导流筒45上端内径相等，第一上锥形导流筒42上端外沿、第二上锥形导流筒43下端外沿、第一下锥形导流筒44上端边沿和第二下锥形导流筒45下端边沿均固定连接在预聚合管41内壁，第一上锥形导流筒42下端边沿与第二上锥形导流筒43上端边沿固定连接，第一上锥形导流筒42下端边沿与第二上锥形导流筒43上端边沿固定连接，第一下锥形导流筒44下端边沿与第二下锥形导流筒45上端边沿固定连接；

上分流锥筒46为顶部尖锐封堵、底部敞口的结构，下分流锥筒47为底部尖锐封堵、顶部敞口的结构，上分流锥筒46下端内径等于下分流锥筒47上端内径，上分流锥筒46下端内径小于预聚合管41内径，上分流锥筒46下端边沿与下分流锥筒47上端边沿固定连接；上分流锥筒46和下分流锥筒47外壁通过热媒导管与预聚合管41内壁固定连接；

上分流锥筒46的上端高于第一上锥形导流筒42上端边沿，下分流锥筒47的下端与第二下锥形导流筒45上端边沿齐平；

上分流锥筒46外表面与第二上锥形导流筒43外表面之间形成管壁熔体下流通道48，下分流锥筒47外表面与第一下锥形导流筒44外表面之间形成混合熔体下流通道49；

上分流锥筒46外表面设有中心熔体分流结构50，中心熔体分流结构50的下端与管壁熔体下流通道48下端交汇。

中心熔体分流结构50包括一个分流筒51和若干个分流管52，分流筒51和分流管52均设在上分流锥筒46上，分流筒51顶部敞口，分流筒51上端边沿水平，分流管52上宽下窄，所有分流管52沿上分流锥筒46圆周方向均匀布置，分流管52上端与分流筒51下端连通，分流管52下端口位于管壁熔体下流通道48下端与混合熔体下流通道49上端交汇处的外侧。

上分流锥筒46与下分流锥筒47的内部形成上预热腔53，第一下锥形导流筒44与第二下锥形导流筒45的内部形成下预热腔54，上预热腔53和下预热腔54内均通入有热循环流体介质。热媒导管内端与上预热腔53连通，热媒导管外端伸出预聚合管外部。热媒导管对上预热腔53内的热循环流体介质进行循环导流，并起到支撑定位上分流锥筒46和下分流锥筒47的作用。其中热媒导管在图中未示意出来。

在第一输料管上设置聚乳酸预聚混料装置40进行混料预热过程为：熔体在预聚合管41中向下流动，预聚合管41中心处的熔体A沿上分流锥筒46表面进入到分流筒51，熔体A再通过分流管52自动流到管壁熔体下流通道48下端与混合熔体下流通道49上端的交汇处的外侧，与此同时，靠近预聚合管41管壁的熔体B经过第一上锥形导流筒42进入到管壁熔体下流通道48内，流到管壁熔体下流通道48下端后位于熔体A的上部，即熔体A和熔体B进入混合熔体下流通道49后，熔体A位于下层，熔体B位于上层，等到熔体A和熔体B流到混合熔体下流通道49下端出口时，熔体B位于熔体A中间，即熔体A由中心转换到顺着管壁继续向下流动，熔体B由紧邻管壁转换到中心继续向下流动，在换位过程中，熔体A和熔体B也进行了一定地混合。图5中空心箭头的指向为熔体A的流向，实心箭头的指向为熔体B的流向。

在熔体混合换位过程中，在上预热腔53和下预热腔54内均通入热循环流体介质，热循环流体介质可以根据工艺要求加入热媒介质如；联苯醚、导热油等，对熔体进行预热，以方便控制预聚工艺。本发明在各个部件的连接处均采取了无死角设计。一根预聚合管41内从上到下可以安装多组混料预热器。

本发明中较小分子量聚乳酸原料采用聚合后直接纺丝的工艺，免去了对较小分子量聚乳酸切片进行干燥后间接纺丝的缺陷。第一熔体管道28上设置第一动静一体管道式混料装置31，具有以下有益效果：在第三计量泵29的作用下，聚合后的聚乳酸由固定管道1进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道3的时候，动态螺旋隔板4在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道3的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板4刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道3中间的较稀的熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道2内的第三半圆螺旋通道8和第四半圆螺旋通道9内进行混合，混合后再进入到动态混料管道3内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体17内的第一纺丝计量泵33；

本发明中较大分子量聚乳酸原料采用聚乳酸切片间接纺丝工艺，由于干燥温度与聚乳酸切片的分子量成正相关关系，分子量越高，则可以有较高的干燥温度，这样就提高干燥效率和效果。先对聚乳酸切片进行干燥，干燥后的聚乳酸切片存储到料仓30内，并通过计量器37的计量进入到纺丝螺杆挤出机32内；

第二熔体管道38上设有第二动静一体管道式混料装置61，具有以下有益效果：在纺丝螺杆挤出机32的作用下，较高分子量的聚乳酸熔体由第二熔体管道38进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道3的时候，动态螺旋隔板4在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道3的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板4刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道3中间的较稀的熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道2内的第三半圆螺旋通道8和第四半圆螺旋通道9内进行混合，混合后再进入到动态混料管道3内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体17内的第二纺丝计量泵34；

第一纺丝计量泵33将较低分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件35，同时第二纺丝计量泵34将较高分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件35，较低分子量的聚乳酸熔体和较高分子量的聚乳酸熔体在双喷孔并列型纺丝组件35内混合均匀，最后通过双喷孔并列型纺丝组件35的喷丝板喷出，生产出聚乳酸复合纤维（单根复合纤维的横截面一半为较低分子量的聚乳酸熔体，另一半为较高分子量的聚乳酸熔体）。

由于第一半圆螺旋通道5和第二半圆螺旋通6道较长且均在轴向方向上为螺旋方向设置，这样就会在高压熔体通过时，驱动动态螺旋隔板4旋转；动态螺旋隔板4的旋转材料顶尖与锥形槽顶压配合的形式，不仅易于制造和装配，而且在旋转过程中摩擦力更小，从而提高动态螺旋隔板4刮料的效率。静态混料管道2的长度小于动态混料管道3的长度，这样可使整个第一熔体管道28（由静态混料管道2和动态混料管道3组成）的大部分长度都会将管壁上附着的粘稠度特别大的聚乳酸刮掉，充分提高混合的均匀度。

本发明的复合纤维纺丝工艺具体步骤如下：

（1）、将参与聚合的催化剂、稳定剂等溶剂融合成为悬浮液，将悬浮液注入到搅拌罐19内，同时向搅拌罐19内注入较低分子量的丙交酯熔体，开启搅拌罐工作，搅拌熔体20～40min，直到混合均匀后停止搅拌；同时，将较高分子量的聚乳酸切片送入到干燥塔18内进行干燥，干燥后的聚乳酸切片储存到料仓30内；

（2）、打开搅拌罐19底部的第一自动控制阀23，通过第一计量泵24将丙交酯熔体混合物经第一输料管22落入到初聚罐20内进行初步聚合作业，在丙交酯熔体混合物自身重力的作用下，丙交酯熔体混合物通过聚乳酸预聚混料装置的过程中进行预热混合后进入初聚罐内，在初聚罐内进行初步聚合作业为温度为100～150℃，初步聚合作业的时间为1～2h，压力为0.2MPa，初步聚合作业后，丙交酯、二氧化钛和溶剂的混合物被聚合成为粘稠的聚乳酸熔体；同时，料仓30内的聚乳酸切片通过下料管36先进行计量，计量后落入到纺丝螺杆挤出机32内；

（3）、打开初聚罐20底部的第二自动控制阀26，通过第二计量泵27将低分子量聚乳酸熔体经第二输料管25落入到终聚罐21内进行最终聚合作业，最终聚合作业为温度为150～280℃，最终聚合作业的时间为1～6h，压力为0.3MPa；纺丝螺杆挤出机32聚乳酸干切片加热到200-300℃制成高分子量聚乳酸熔体；

（4）、打开终聚罐21底部的第三自动控制阀，终聚罐21内的低分子聚乳酸熔体经第一熔体管道28排出，第一熔体管道28上的第三计量泵29为低分子聚乳酸熔体提供计量和输送的动力，并通过第一过滤器39的过滤，第一动静一体管道式混料装置31对低分子聚乳酸熔体进行混合，然后低分子聚乳酸熔体进入到纺丝箱体17内的第一纺丝计量泵33内；同时，在纺丝螺杆挤出机32的作用下，高分子聚乳酸熔体由第二熔体管道38进入，经第二过滤器60的过滤，第二动静一体管道式混料装置61对高分子聚乳酸熔体进行混合后进入到纺丝箱体17内的第二纺丝计量泵34内；

（5）、第一纺丝计量泵33将较低分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件35，同时第二纺丝计量泵34将较高分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件35，较低分子量的聚乳酸熔体和较高分子量的聚乳酸熔体在双喷孔并列型纺丝组件35内混合均匀，最后通过双喷孔并列型纺丝组件35的喷丝板喷出，生产出聚乳酸复合纤维。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：所述纺丝工艺所采用的纺丝设备包括聚合框架、干燥塔、料仓、纺丝螺杆挤出机和纺丝箱体，聚合框架上自上而下依次设有搅拌罐、初聚罐和终聚罐，搅拌罐底部通过第一输料管与初聚罐顶部连接，第一输料管上设有聚乳酸预聚混料装置、第一自动控制阀和第一计量泵，初聚罐底部通过第二输料管与终聚罐顶部连接，第二输料管上设有第二自动控制阀和第二计量泵；

纺丝箱体内设有第一纺丝计量泵、第二纺丝计量泵和双喷孔并列型纺丝组件,第一纺丝计量泵和第二纺丝计量泵的出料口分别与双喷孔并列型纺丝组件的进料口连接；

终聚罐底部通过第一熔体管道与第一纺丝计量泵的进料口连接；

干燥塔的出口与料仓的进口连接，料仓的出口通过下料管与纺丝螺杆挤出机的进口连接，下料管上设有计量器，纺丝螺杆挤出机的出料口通过第二熔体管道与第二纺丝计量泵的进料口连接；

第一熔体管道上沿熔体流动方向依次设有第一过滤器、第三计量泵和第一动静一体管道式混料装置，第二熔体管道上沿熔体流动方向依次设有第二过滤器和第二动静一体管道式混料装置，第一动静一体管道式混料装置和第二动静一体管道式混料装置的构造相同；

所述纺丝工艺具体包括以下步骤：

（1）、将参与聚合的催化剂、稳定剂溶剂融合成为悬浮液，将悬浮液注入到搅拌罐内，同时向搅拌罐内注入较低分子量的丙交酯熔体，开启搅拌罐工作，搅拌熔体20～40min，直到混合均匀后停止搅拌；同时，将较高分子量的聚乳酸切片送入到干燥塔内进行干燥，干燥后的聚乳酸切片储存到料仓内；

（2）、打开搅拌罐底部的第一自动控制阀，通过第一计量泵将丙交酯熔体混合物经第一输料管落入到初聚罐内进行初步聚合作业，在丙交酯熔体混合物自身重力的作用下，丙交酯熔体混合物通过聚乳酸预聚混料装置的过程中进行预热混合后进入初聚罐内，在初聚罐内进行初步聚合作业为温度为100～150℃，初步聚合作业的时间为1～2h，压力为0.2MPa，初步聚合作业后，丙交酯、二氧化钛和溶剂的混合物被聚合成为粘稠的聚乳酸熔体；同时，料仓内的聚乳酸切片通过下料管先进行计量，计量后落入到纺丝螺杆挤出机内；

（3）、打开初聚罐底部的第二自动控制阀，通过第二计量泵将低分子量聚乳酸熔体经第二输料管落入到终聚罐内进行最终聚合作业，最终聚合作业为温度为150～280℃，最终聚合作业的时间为1～6h，压力为0.3MPa；纺丝螺杆挤出机将聚乳酸干切片加热到200-300℃制成高分子量聚乳酸熔体；

（4）、打开终聚罐底部的第三自动控制阀，终聚罐内的低分子聚乳酸熔体经第一熔体管道排出，第一熔体管道上的第三计量泵为低分子聚乳酸熔体提供计量和输送的动力，并通过第一过滤器的过滤，第一动静一体管道式混料装置对低分子聚乳酸熔体进行混合，然后低分子聚乳酸熔体进入到纺丝箱体内的第一纺丝计量泵内；同时，在纺丝螺杆挤出机的作用下，高分子聚乳酸熔体由第二熔体管道进入，经第二过滤器的过滤，第二动静一体管道式混料装置对高分子聚乳酸熔体进行混合后进入到纺丝箱体内的第二纺丝计量泵内；

（5）、第一纺丝计量泵将较低分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，同时第二纺丝计量泵将较高分子量的聚乳酸熔体增压送入到双喷孔并列型纺丝组件，较低分子量的聚乳酸熔体和较高分子量的聚乳酸熔体在双喷孔并列型纺丝组件内混合均匀，最后通过双喷孔并列型纺丝组件的喷丝板喷出，生产出聚乳酸复合纤维。

2.根据权利要求1所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：聚乳酸预聚混料装置包括沿垂直方向设置的预聚合管，预聚合管内自上而下至少设有两个混料预热器，所有的混料预热器均结构相同；

每个混料预热器均包括具有同一条中心线的第一上锥形导流筒、第二上锥形导流筒、第一下锥形导流筒、第二下锥形导流筒、上分流锥筒和下分流锥筒；

第一上锥形导流筒和第一下锥形导流筒均为上粗下细且上下通透结构，第一上锥形导流筒下端内径大于第二上锥形导流筒下端内径，第二上锥形导流筒和第二下锥形导流筒均为上细下粗且上下通透结构，第一上锥形导流筒下端内径与第二上锥形导流筒上端内径相等，第一下锥形导流筒下端内径与第二下锥形导流筒上端内径相等，第一上锥形导流筒上端外沿、第二上锥形导流筒下端外沿、第一下锥形导流筒上端边沿和第二下锥形导流筒下端边沿均固定连接在预聚合管内壁，第一上锥形导流筒下端边沿与第二上锥形导流筒上端边沿固定连接，第一上锥形导流筒下端边沿与第二上锥形导流筒上端边沿固定连接，第一下锥形导流筒下端边沿与第二下锥形导流筒上端边沿固定连接；

上分流锥筒为顶部尖锐封堵、底部敞口的结构，下分流锥筒为底部尖锐封堵、顶部敞口的结构，上分流锥筒下端内径等于下分流锥筒上端内径，上分流锥筒下端内径小于预聚合管内径，上分流锥筒下端边沿与下分流锥筒上端边沿固定连接；上分流锥筒和下分流锥筒外壁通过热媒导管与预聚合管内壁固定连接；

上分流锥筒的上端高于第一上锥形导流筒上端边沿，下分流锥筒的下端与第二下锥形导流筒上端边沿齐平；

上分流锥筒外表面与第二上锥形导流筒外表面之间形成管壁熔体下流通道，下分流锥筒外表面与第一下锥形导流筒外表面之间形成混合熔体下流通道；

上分流锥筒外表面设有中心熔体分流结构，中心熔体分流结构的下端与管壁熔体下流通道下端交汇。

3.根据权利要求1所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：第一动静一体管道式混料装置包括固定管道和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道和动态混料管道，动态混料管道的左端与静态混料管道的右端法兰连接，动态混料管道内设有动态螺旋隔板，动态螺旋隔板将动态混料管道内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道，动态螺旋隔板与动态混料管道内壁间隙配合；静态混料管道内设有静态螺旋隔板，静态螺旋隔板将静态混料管道内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道，静态螺旋隔板与静态混料管道内壁固定连接；

动态螺旋隔板和静态螺旋隔板的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道的中心轴线，动态螺旋隔板右端部中心设有动态锥形槽，动态螺旋隔板左端部中心设有动态顶尖，静态螺旋隔板右端部中心设有静态锥形槽，静态螺旋隔板左端部中心设有静态顶尖，动态顶尖左端顶在静态锥形槽内；

固定管道左端与动态混料管道右端法兰连接，固定管道内设有支架，支架上设有固定顶尖，固定顶尖左端顶在动态锥形槽内。

4.根据权利要求3所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽内，固定管道与最右端的一组混料单元连接。

5.根据权利要求3或4所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度。

6.根据权利要求1所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：中心熔体分流结构包括一个分流筒和若干个分流管，分流筒和分流管均设在上分流锥筒上，分流筒顶部敞口，分流筒上端边沿水平，分流管上宽下窄，所有分流管沿上分流锥筒圆周方向均匀布置，分流管上端与分流筒下端连通，分流管下端口位于管壁熔体下流通道下端与混合熔体下流通道上端交汇处的外侧。

7.根据权利要求6所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：上分流锥筒与下分流锥筒的内部形成上预热腔，第一下锥形导流筒与第二下锥形导流筒的内部形成下预热腔，上预热腔和下预热腔内均通入有热循环流体介质；热媒导管内端与上预热腔连通，热媒导管外端伸出预聚合管外部。

8.根据权利要求7所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：所述步骤（2）中丙交酯熔体混合物通过聚乳酸预聚混料装置进行预热混合的具体过程为：丙交酯熔体混合物在预聚合管中向下流动；设定沿预聚合管中心向下流动的丙交酯熔体混合物为熔体A，沿预聚合管管壁向下流动的丙交酯熔体混合物为熔体B；熔体A沿上分流锥筒表面进入到分流筒，熔体A再通过分流管自动流到管壁熔体下流通道下端与混合熔体下流通道上端的交汇处的外侧，与此同时，靠近预聚合管管壁的熔体B经过第一上锥形导流筒进入到管壁熔体下流通道内，流到管壁熔体下流通道下端后位于熔体A的上部，即熔体A和熔体B进入混合熔体下流通道后，熔体A位于下层，熔体B位于上层，等到熔体A和熔体B流到混合熔体下流通道下端出口时，熔体B位于熔体A中间，即熔体A由中心转换到顺着管壁继续向下流动，熔体B由紧邻管壁转换到中心继续向下流动，在换位过程中，熔体A和熔体B也进行了一定比例的混合。

9.根据权利要求5所述的聚乳酸双组份复合纤维纺丝工艺，其特征在于：所述步骤（4）中第一动静一体管道式混料装置对低分子聚乳酸熔体进行混合的具体过程为：在第三计量泵的作用下，聚合后的较低分子量的聚乳酸熔体由固定管道进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道的时候，动态螺旋隔板在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道中间的较稀的熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道内的第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道内进行混合，混合后再进入到动态混料管道内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体内的第一纺丝计量泵。