CN111575906A - 可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法 - Google Patents

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赵刚
潘志刚
徐敬文
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Abstract

本发明涉及无纺布加工方法的技术领域，是一种可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其包括棉杆纤维制备、打包、混合纤维制备、梳理、交叉铺网、针刺成型、烘箱焙烘、轧光定型八个加工步骤，本发明以农业废弃物棉花秸秆的整体为原料，来生产天然纤维，即棉杆纤维，然后用低熔点聚乳酸纤维（PLA）与棉杆纤维进行混合加工，低熔点聚乳酸纤维（PLA）在加工过程中熔化并与棉杆纤维固结在一起，最终得到柔韧的棉杆纤维无纺布成品，是一种价格低廉、用途广泛的天然无纺布，节约了资源、降低了环境污染、变废为宝，具有巨大的经济效益和社会效益。

Description

可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法
技术领域
本发明涉及无纺布加工方法的技术领域，是一种可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法。
背景技术
随着国家经济的发展、社会的进步、国民环保意识的增强，国家也越来越提倡企业与个人发展优质的生态产品，鼓励发展绿色生产工艺、推广使用环保产品。棉花秸秆是棉副产品中最多的一种东西，一般作为无用物而废弃，为了充分利用农业废弃资源以减少环境污染，也是为了弥补我国天然纤维资源的短缺，本发明的申请人经过多年研究，开发出一种利用棉花秸秆产出棉杆纤维，再以棉杆纤维为主料生产无纺布的方法，最后以此种新型无纺布为基础开发相关系列下游延伸产品，目前利用棉花秸秆生产纤维，再以此生产无纺布的方法，大多数仍处在探索阶段，加工技术还不成熟、环境污染大、生产成本高，最终的无纺布产品不能全降解、不环保。
发明内容
本发明提供了一种可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有技术无法利用农业废弃物棉花秸秆进行无纺布生产，进而造成资源浪费、环境污染的问题，并且还能有效解决现有以棉花秸秆生产无纺布的技术不成熟、污染大、无纺布产品不能全降解的问题。
本申请的目的是这样实现的：可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法包括以下步骤：
（1）棉杆纤维制备：
将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机内揉搓，使棉花秸秆成丝状纤维，然后将丝状纤维依次输送到风选机与振动筛中以去除轻重杂质，揉搓与除杂作业重复往返多次，将最后一次除杂作业后的丝状纤维输送到秸秆膨化机内进行多次膨化，最后经烘干后，得到柔韧易曲折、直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维成品备用；
（2）打包：
将步骤1中制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包；
（3）混合纤维制备：
将步骤2中的纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，得到蓬松、混合均匀且易梳理的混合纤维备用，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的65-85wt％；
（4）梳理：
利用梳理机将步骤3中经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；
（5）交叉铺网：
利用交叉铺网机将步骤4中的薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；
（6）针刺成型：
将步骤5中的新纤网通过预针刺机预刺,制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行至少两道的主刺,植针密度逐步加大，得到网层；
（7）烘箱焙烘：
将步骤6中的网层输送到烘箱里焙烘，以使低熔点聚乳酸纤维（PLA）熔化并与棉杆纤维粘结在一起，形成棉杆纤维无纺布半成品；
（8）轧光定型：
将步骤7中的棉杆纤维无纺布半成品趁热输送到辊压机上进行滚压、成型，使熔化了的低熔点聚乳酸纤维（PLA）与棉杆纤维之间得以进一步压实、固结在一起，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：进一步的，步骤6中预针刺机的植针密度为60-100刺/m²，主针刺机进行两道主刺，第一道主刺的植针密度为150-200刺/m²，第二道主刺的植针密度为300-400刺/m²。
进一步的，步骤6中预针刺机与主针刺机采用的都是倒刺三角针。
进一步的，步骤7中烘箱的焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在5-15min。
进一步的，步骤8中的棉杆纤维无纺布半成品在进入辊压机时，温度控制在160-240℃，辊压机上压辊的的压力控制在2-6kg/cm²，出布速度控制在1-2m/min。
本发明以易生物降解、吸湿性好、强度高的棉杆纤维作为棉杆纤维无纺布中的基体纤维，以可以全生物降解的低熔点聚乳酸纤维（PLA）作为增强棉杆纤维的骨架纤维，采用针刺与热粘合的复合加固技术，使棉杆纤维与低熔点聚乳酸纤维（PLA）相互交叉、缠结或包覆，形成网状的加固结构，最终的棉杆纤维无纺布成品是一种柔韧性好、价格低廉、用途广泛的天然无纺布，充分利用了棉花秸秆资源，变废为宝、降低了环境污染，具有巨大的经济效益和社会效益。本发明的生产工艺简单、可控、容易实现，生产过程中无废水、废气产生，环境污染小，在棉杆纤维无纺布产品废弃后，可以完全降解，绿色安全、对环境无污染，因此具有很强的实用性。
附图说明
本申请的具体结构由以下的附图和实施例给出：
附图1是可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
本申请不受下述实施例的限制，可根据本申请的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
本发明是可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，如附图1所示，制备流程为：棉杆纤维制备→打包→混合纤维制备→梳理→交叉铺网→针刺成型→烘箱焙烘→轧光定型，其具体的加工过程如下：
（1）棉杆纤维制备：
事先调整好秸秆揉丝机上锤片的数量，以控制出机丝状纤维的长度与揉搓效果，将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机内进行揉搓，以破坏了棉花秸秆表面的硬质茎节并对棉花秸秆进行压扁、纵切、挤丝、揉碎，使棉花秸秆成丝状纤维，然后将丝状纤维依次输送到风选机与振动筛中以去除轻重杂质，揉搓与除杂作业重复往返多次，将最后一次除杂作业后的丝状纤维输送到秸秆膨化机内进行多次膨化（加湿、高温高压、释压膨化），以破坏棉花秸秆表面蜡质膜，使棉花秸秆细胞壁断裂，促进纤维素、半纤维素、木质素等复杂结构的崩解，最后经烘干后，得到柔韧易曲折、直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维成品备用；
（2）打包：
将步骤1中制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包，以方便运输与存储；
（3）混合纤维制备：
将步骤2中的纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，得到蓬松、混合均匀且易梳理的混合纤维备用，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的65-85wt％；
（4）梳理：
利用梳理机将步骤3中经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；
（5）交叉铺网：
利用交叉铺网机将步骤4中的薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；
（6）针刺成型：
将步骤5中的新纤网通过预针刺机预刺, 预针刺机的植针密度为60-100刺/m²，制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行至少两道的主刺,植针密度逐步加大，第一道主刺的植针密度为150-200刺/m²，第二道主刺的植针密度为300-400刺/m²，得到厚度为2-15cm、重量为100-3000g/m²的网层，预针刺机与主针刺机采用的都是倒刺三角针；
（7）烘箱焙烘：
将步骤6中的网层送到烘箱里焙烘，焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在5-15min，以使低熔点聚乳酸纤维（PLA）熔化并与棉杆纤维黏结在一起，形成棉杆纤维无纺布半成品；
（8）轧光定型：
将步骤7中的棉杆纤维无纺布半成品温度控制在160-240℃，然后输送到辊压机上进行滚压、成型，辊压机上压辊的的压力控制在2-6kg/cm²，出布速度控制在1-2m/min，使熔化了的低熔点聚乳酸纤维（PLA）与棉杆纤维之间得以进一步压实、固结在一起，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品。
本发明最终的棉杆纤维无纺布成品，主要用于毡类、保温铺垫类、包裹类布，从它的用途也可看出，这类布无需精织细造，只要能满足使用需求，粗糙一点也没关系，因此加工过程中的某些技术指标控制在一定范围内即可，如棉杆纤维成品的直径与长度分别控制在25-85μm、2-8cm，低熔点聚乳酸纤维（PLA）控制在线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm即可，无需控制的特别精确。开清棉联合机为现有公知的技术，它能对打包后的纤维进行开松、除杂，还能与其它纤维混合均匀。
本发明与现有技术相比，区别在于：（1）本发明的生产过程完全是以一种绿色、环保的方式进行，保持了天然棉杆纤维所具有的透气、吸湿、抗紫外线、抗静电、抗菌等优点，生产过程中无废水、废气产生，对环境无污染，更符合现代社会发展的趋势；（2）本发明最终的棉杆纤维无纺布是以棉杆纤维与低熔点聚乳酸纤维（PLA）为原料，采用非织造工艺加工制作而成的可全降解无纺布，未使用不可降解的尼龙网布和其它不环保材料（其它不可降解化纤、胶粘剂等）；（3）原材料不同，现有技术中利用的是棉杆皮制作纤维，而本发明采用的是连杆带皮的整棵棉花秸秆来制作纤维；（4）生产原理完全不同，本发明是在棉杆纤维中混入低熔点聚乳酸纤维（PLA）作为骨架纤维，通过梳理、交叉铺网工序，使棉杆纤维与低熔点聚乳酸纤维（PLA）均匀地相互交叉成网，再经过针刺成型、烘箱焙烘、轧光定型的复合加固技术，使熔化后的低熔点聚乳酸纤维（PLA）与棉杆纤维粘结在一起并最终成型出高强度的棉杆类非织造材料，其牢度好，不容易散落、冒丝。
实施例1：
如附图1所示，本发明是可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机、风选机、振动筛、秸秆膨化机内进行相应处理，经烘干后，最终得到直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维备用；将制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包；将纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的65wt％；利用梳理机将经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；利用交叉铺网机将薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；将新纤网通过预针刺机预刺, 预针刺机的植针密度为60刺/m²，制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行两道的主刺,第一道主刺的植针密度为150刺/m²，第二道主刺的植针密度为300刺/m²，得到厚度为2cm、重量为100g/m²的网层；将网层送到烘箱里焙烘，焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在5min，形成棉杆纤维无纺布半成品；将棉杆纤维无纺布半成品趁热输送到辊压机上进行滚压、成型，棉杆纤维无纺布半成品在进入辊压机时，温度控制在160-240℃，辊压机上压辊的的压力控制在2kg/cm²，出布速度控制在1m/min，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品，该成品棉杆纤维无纺布的性能如下：断裂强力为2.4KPa，平均撕裂强力为4.6N。
实施例2：
如附图1所示，本发明是可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机、风选机、振动筛、秸秆膨化机内进行相应处理，经烘干后，最终得到直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维备用；将制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包；将纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的75wt％；利用梳理机将经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；利用交叉铺网机将薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；将新纤网通过预针刺机预刺, 预针刺机的植针密度为80刺/m²，制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行两道的主刺,第一道主刺的植针密度为175刺/m²，第二道主刺的植针密度为350刺/m²，得到厚度为8cm、重量为1500g/m²的网层；将网层送到烘箱里焙烘，焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在10min，形成棉杆纤维无纺布半成品；将棉杆纤维无纺布半成品趁热输送到辊压机上进行滚压、成型，棉杆纤维无纺布半成品在进入辊压机时，温度控制在160-240℃，辊压机上压辊的的压力控制在4kg/cm²，出布速度控制在1.5m/min，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品，该成品棉杆纤维无纺布的性能如下：断裂强力为3.4KPa，平均撕裂强力为10N。
实施例3：
如附图1所示，本发明是可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机、风选机、振动筛、秸秆膨化机内进行相应处理，经烘干后，最终得到直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维备用；将制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包；将纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的85wt％；利用梳理机将经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；利用交叉铺网机将薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；将新纤网通过预针刺机预刺, 预针刺机的植针密度为100刺/m²，制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行两道的主刺,第一道主刺的植针密度为200刺/m²，第二道主刺的植针密度为400刺/m²，得到厚度为15cm、重量为3000g/m²的网层；将网层送到烘箱里焙烘，焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在15min，形成棉杆纤维无纺布半成品；将棉杆纤维无纺布半成品趁热输送到辊压机上进行滚压、成型，棉杆纤维无纺布半成品在进入辊压机时，温度控制在160-240℃，辊压机上压辊的的压力控制在6kg/cm²，出布速度控制在2m/min，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品，该成品棉杆纤维无纺布的性能如下：断裂强力为4.2KPa，平均撕裂强力为24N。
上述说明仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。凡是属于本申请的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）棉杆纤维制备：
将收集来的棉花秸秆整体送入到秸秆揉丝机内揉搓，使棉花秸秆成丝状纤维，然后将丝状纤维依次输送到风选机与振动筛中以去除轻重杂质，揉搓与除杂作业重复往返多次，将最后一次除杂作业后的丝状纤维输送到秸秆膨化机内进行多次膨化，最后经烘干后，得到柔韧易曲折、直径为25-85μm、长度为2-8cm的棉杆纤维成品备用；
（2）打包：
将步骤1中制备好的棉杆纤维成品打包成定重的纤维包；
（3）混合纤维制备：
将步骤2中的纤维包与线密度为1.8-2.2D、长度为2-8cm的低熔点聚乳酸纤维（PLA）输送到开清棉联合机内进行处理，得到蓬松、混合均匀且易梳理的混合纤维备用，其中棉杆纤维占混合纤维总质量的65-85wt％；
（4）梳理：
利用梳理机将步骤3中经开清棉联合机处理后的混合纤维梳理成薄纤维网；
（5）交叉铺网：
利用交叉铺网机将步骤4中的薄纤维网交叉往复铺叠成厚的新纤网；
（6）针刺成型：
将步骤5中的新纤网通过预针刺机预刺，制成结构蓬松的絮片，然后再利用主针刺机将絮片进行至少两道的主刺，植针密度逐步加大，得到网层；
（7）烘箱焙烘：
将步骤6中的网层输送到烘箱里焙烘，以使低熔点聚乳酸纤维（PLA）熔化并与棉杆纤维粘结在一起，形成棉杆纤维无纺布半成品；
（8）轧光定型：
将步骤7中的棉杆纤维无纺布半成品趁热输送到辊压机上进行滚压、成型，使熔化了的低熔点聚乳酸纤维（PLA）与棉杆纤维之间得以进一步压实、固结在一起，形成表面光滑、可供后续分切卷收的棉杆纤维无纺布成品。
2.根据权利要求1所述的可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其特征在于步骤6中预针刺机的植针密度为60-100刺/m²，主针刺机进行两道主刺，第一道主刺的植针密度为150-200刺/m²，第二道主刺的植针密度为300-400刺/m²。
3.根据权利要求1所述的可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其特征在于步骤6中预针刺机与主针刺机采用的都是倒刺三角针。
4.根据权利要求1所述的可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其特征在于步骤7中烘箱的焙烘温度控制在180-240℃，焙烘时间控制在5-15min。
5.根据权利要求1所述的可生物降解的棉杆纤维无纺布制备方法，其特征在于步骤8中的棉杆纤维无纺布半成品在进入辊压机时，温度控制在160-240℃，辊压机上压辊的的压力控制在2-6kg/cm²，出布速度控制在1-2m/min。
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