CN110359129B - 一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，具体包括以下步骤：S1、在聚乙烯中加入成孔剂，按质量比30:70~70:30与聚对苯二甲酸乙二醇酯分别通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的双组分不同通道；S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板中喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束汇合得到集束；S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲等形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维。

Description

一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法
技术领域
本发明属于纺丝技术领域，具体涉及一种多微孔皮芯结构双组份复合纤维的制备方法。
背景技术
目前，全球化纤产业仍处深入调整期，在新一轮技术革命和新消费理念的快速推动下，功能化、绿色化、差异化、柔性化已经成为化纤工业发展新趋势。 PE/PET(聚乙烯/聚对苯二甲酸类塑料)、PE/PP(聚乙烯/聚丙烯)等双组分复合纤维由于皮层具有低熔点，利用热粘合形成非织造布，这种工业上应用的热粘合非织造布采用皮芯型纤维,其皮层材料熔点较芯层的低，常规熔点的组分作芯层、低熔点组分作皮层，可以使生产工艺简化，成本降低，同时避免了化学胶粘剂的使用，从而在纸尿裤、卫生巾等卫生材料得到广泛应用。双组分纤维有多种复合方式，如皮芯和偏皮芯、并列和中空并列及偏中空并列、带中心橘瓣和无中心橘瓣、条纹和海岛及导电、三叶和异型及混合型等，也可以应客户要求进行专门设计，生产更多不同横截面纤维，一般而言，每种类型的双组分纤维有不同的用途。
随着生活水平的提高，人们对于利用双组分复合纤维制成的卫生材料提出了更多的功能性要求，希望卫生材料具备抗菌、亲水、消臭等性能。由于双组分复合纤维属于疏水性纤维，吸湿透气性能差，为增加纤维的吸湿透气性，常规的手段是通过在纤维表面涂覆特殊油剂或在芯层中添加功能母粒来实现双组分纤维的功能化。但是，作为卫生材料使用的双组分纤维需要跟皮肤接触，在使用时又需要接触汗液、尿液、经液等生理液体，如采用纤维表面涂覆特殊油剂，易被生理液体冲稀后造成功效降低，但同时为了防止皮肤过敏，油剂浓度不能太高。而通过添加功能母粒，由于未能与外界空气、液体进行有效接触，不能发挥出功能母粒的实际功效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多微孔皮芯结构双组份复合纤维的制备方法，在纤维皮层形成多微孔结构，由于在表面形成毛细效应，改善了双组分纤维的亲水性，提高了双组分纤维的亲肤性，同时利用形成的多微孔打通了芯层与外界的气液交流，从而发挥出在芯层中添加母粒的实际功效。
一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、在聚乙烯中加入成孔剂，按质量比30:70～70:30与结晶干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯分别通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；
S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的皮层纺丝通道和芯层纺丝通道；
S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板中喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束揉合得到集束；
S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲、干燥和切断形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维，最终形成的微孔的孔径在0.2～2μm。
优选的，所述成孔剂的添加量为聚乙烯质量的1～10％。
优选的，所述步骤S3中加入的成孔剂为高温下可分解产生气体的物质、溶性物质和沸点在100～250℃的可挥发性物质中的一种。
优选的，所述遇热可分解产生气体的物质为碳酸氢钠、氯化铵、碳酸铵中的一种或多种混合物。
优选的，所述溶性物质为甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇、水溶性改性纤维素、水溶性改性聚酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种混合物；所述溶性物质需在牵伸工艺中通过浸渍在温水槽中去掉其水溶性成分。
优选的，所述沸点在100～250℃的可挥发性物质为醇类、醇醚类或酸类物质中的一种。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的干燥温度为150～160℃。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为200～260℃；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为260～310℃。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为240～260℃。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为300～310℃。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明在形成双组分复合纤维的过程中，在皮层材料中加入成孔剂，成孔剂的添加量为聚乙烯醇质量的1～10％，让皮层形成直径为0.2～2微米的微孔，微孔数量大于105孔/cm3，帮助在皮芯结构的复合双组分纤维皮层中形成多微孔结构，多微孔相当于毛细管插入纤维皮层，在皮层中形成毛细效应，改善了双组分复合纤维的亲水性，提高了双组分复合纤维的亲肤性，将双组分复合纤维作为卫生材料时能够降低纤维表面亲水性油剂的使用。
2、在双组分复合纤维的皮层形成的多微孔同时打通了芯层与外界的气液交流，当利用双组分复合纤维来制成卫生材料时能够发挥出夹在芯层中的功能母粒的实际功效，能够通过微孔使空气与功能母粒接触促进其发挥出更强的消臭杀菌功能；利用本发明制成卫生材料时，无需在纤维表面涂覆特殊油剂，对皮肤具有亲和性，能够获得生物安全性极高的功能性卫生材料。
3、本发明的聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯经熔融挤出后，注塑形成皮芯结构的PE/PET双组分复合纤维，皮层的聚乙烯紧密包覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面，不易发生纤维脱皮分离现象，同时皮层聚乙烯熔点低，可进行低温粘合，芯层聚对苯二甲酸乙二醇酯熔点较高，在低温粘合时不会熔融，可起到支撑作用。
4、本发明制得的多微孔双组分复合纤维的回潮率达到0.5～3.0％，相较于普通的PE/PET双组分纤维，回潮率大致在0.5％，有了较大的提升，适合作为卫生材料的原材料。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图；
图2为本发明的复合喷丝板的结构示意图。
附图中的标记表示为：
1、皮层纺丝通道；2、芯层纺丝通道；3、双组分复合丝束通道。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1和图2，图1为本发明的复合纤维制备的整体流程，图2为本发明使用的复合喷丝板的结构示意图，图2中实线箭头方向为聚乙烯(PE)的流动放线，虚线箭头放线为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的流动方向，实线形成的孔道为PE皮层纺丝通道1，虚线形成的孔道为PET芯层纺丝通道2.
实施例1
一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、取质量比为30:70的聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，对聚对苯二甲酸乙二醇酯进行结晶干燥，结晶干燥温度为150℃，干燥时间为60min，在聚乙烯中加入成孔剂混合均匀，辅助在皮层纺丝过程中形成微孔，成孔剂为在270℃可完全分解的碳酸氢钠，添加量为聚乙烯质量的10％，分别将聚对苯二甲酸乙二醇酯和加入成孔剂的聚乙烯通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体，分别将聚对苯二甲酸乙二醇酯和加入成孔剂的聚乙烯通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；
S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的皮层纺丝通道1和芯层纺丝通道2；
S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板中的双组分复合丝束通道3喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束汇合得到集束；冷却采用侧吹风，生产中侧吹风速度值设定为1.3～1.5m/s，侧吹风冷却速度会影响复合纤维卷绕丝和拉伸丝的影响，随着侧吹风速度提高，复合纤维卷绕丝和拉伸丝的断裂强度增加，断裂伸长率下降，这是由于风速的增加使得纤维传热快，冷却长度缩短，轴向张力增大，因此纤维的取向度也随着侧吹风速度的增大而增大，但风速过高，易引起丝束抖动，致使丝条在刚一离开喷丝板后摇晃不定，产生并丝现象。因此，适当提高风速以保证风能均匀吹到所有丝条上为准；
S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲、干燥和切断形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维，最终在皮层形成的微孔孔径在0.2～2μm；其中，牵伸使用牵伸辊，牵伸辊温度设置在70～75℃，卷曲利用卷曲机进行。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为200～260℃；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为260～310℃。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为240℃。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为300℃。
实施例2
一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、取质量比为70:40的聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，对聚对苯二甲酸乙二醇酯进行结晶干燥，聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶干燥温度为160℃，干燥时间为60min，在聚乙烯中加入成孔剂混合均匀，辅助在皮层纺丝过程中形成微孔，成孔剂为可水溶的聚乙烯吡咯烷酮，添加量为聚乙烯质量的1％，分别将聚对苯二甲酸乙二醇酯和加入成孔剂的聚乙烯通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；
S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的皮层纺丝通道1和芯层纺丝通道2；
S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板的双组分复合丝束通道3中喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束汇合得到集束，采用侧吹风进行丝束冷却；
S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲、干燥和切断形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维，最终在皮层形成的微孔孔径在0.2～2μm；其中，牵伸使用牵伸辊，牵伸辊温度设置在70～75℃，卷曲利用卷曲机进行。
优选的，所述溶性物质需在牵伸工艺中通过浸渍在温水槽中去掉其水溶性成分。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为200～260℃；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为260～310℃。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为260℃。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为310℃。
实施例3
一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、取质量比为60:50的聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，对聚对苯二甲酸乙二醇酯进行结晶干燥，聚对苯二甲酸乙二醇酯的结晶干燥温度为155℃，干燥时间为50min，在聚乙烯中加入成孔剂混合均匀，辅助在皮层纺丝过程中形成微孔，成孔剂为沸点为197℃的乙二醇，其添加量为聚乙烯质量的6％，分别将聚对苯二甲酸乙二醇酯和加入成孔剂的聚乙烯通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；
S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的皮层纺丝通道1和芯层纺丝通道2；
S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板的双组分复合丝束通道3中喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束揉合得到集束，采用侧吹风进行丝束冷却；
S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲、干燥和切断形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维，最终在皮层形成的微孔孔径在0.2～2μm；其中，牵伸使用牵伸辊，牵伸辊温度设置在70～75℃，卷曲利用卷曲机进行。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为200～260℃；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端，温度区间为260～310℃。
优选的，所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为250℃。
优选的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端温度递增，温度为310℃。
依据实施例1-3制得的多微孔皮芯结构双组分复合纤维的性能测试
Figure BDA0002095251190000081
Figure BDA0002095251190000091
经实验测得本发明制得多微孔皮芯结构双组分复合纤维的纤度为 1.5～3.3dtex；强度为2.0～3.0cN/dtex；断裂伸长小于90％；卷曲数为11～19个 /25mm；卷曲度为15～25％；回潮率为0.5～3.0％。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、在聚乙烯中加入成孔剂，所述成孔剂的添加量为聚乙烯质量的1~10%；按质量比30:70~70:30与结晶干燥后的聚对苯二甲酸乙二醇酯分别通过熔融螺杆挤压设备得到聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体后送入复合纺丝箱体；
S2、进入复合纺丝箱体的聚乙烯纺丝熔体和聚对苯二甲酸乙二醇酯纺丝熔体分别注入复合纺丝箱中的皮层纺丝通道（1）和芯层纺丝通道（2）；
S3、经过复合纺丝箱复合后的双组分熔体从复合喷丝板中的双组分复合丝束通道（3）喷出后经冷却卷绕形成双组分复合丝束，将丝束经喂入轮落入丝条桶，再将多个丝条桶内的丝束汇合得到集束；
S4、经过步骤S3得到的集束再经过牵伸、卷曲、干燥和切断形成多微孔皮芯结构双组分复合纤维，最终形成微孔的孔径在0.2~2μm;
其中，所述成孔剂为遇热可分解产生气体的物质、溶性物质和沸点在100~250℃的可挥发性物质中的一种；所述遇热可分解产生气体的物质为碳酸氢钠、氯化铵、碳酸铵中的一种或多种混合物；所述溶性物质为甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇、水溶性改性纤维素、水溶性改性聚酯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种混合物；所述溶性物质需在牵伸工艺中通过浸渍在温水槽中去掉其水溶性成分。
2.如权利要求1所述的一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于：所述沸点在100~250℃的可挥发性物质为醇类、醇醚类或酸类物质中的一种。
3.如权利要求1所述的一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于：所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的干燥温度为150~160℃。
4.如权利要求1所述的一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为200~260℃；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的温度从机头进入端至机尾挤出端温度递增，温度区间为260~310℃。
5.如权利要求1所述的一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为240~260℃。
6.如权利要求1所述的一种多微孔皮芯结构双组分复合纤维的制备方法，其特征在于：所述聚对苯二甲酸乙二醇酯进入熔融螺杆挤压设备发生熔融，其熔融螺杆挤压设备的机尾挤出端，温度为300~310℃。
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