CN112281228A - 一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈十字型；所述芯层位于十字中心，所述皮层位于十字边缘或皮层结构位于十字的四个端部。还公开了该丝束的制备方法。本发明十字型皮芯结构聚乳酸丝束具有复合十字型皮芯结构，无需添加成核剂，保证粘结性能的情况下提高了芯层的结晶度，解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。

Description

一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束及其制备方法
技术领域
本发明属于香烟过滤嘴材料及其制备技术领域，具体涉及一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束，还涉及一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法。
背景技术
根据文献报道，国内外在聚乳酸烟用丝束方面取得了一定的研究成果，如廖镜华.聚乳酸纤维[J].化纤与纺织技术,2003,4:34.徐超武.聚乳酸纤维的加工和结构性能分析[J].江苏纺织,2005,(11):37，但是聚乳酸材料自身结晶速率非常慢，常规的纺丝方法制备得到的聚乳酸纤维由于结晶程度较低，放置温度较高时，极易出现丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。为了解决缩头的问题，目前常用的方法是向聚乳酸原料中添加成核剂来提高聚乳酸的结晶速率及结晶度。但高结晶的聚乳酸表面结构致密化，常用的粘接剂三醋酸甘油酯无法渗透进入聚乳酸丝束内部，从而无法溶胀、粘接丝束。因此，如何平衡热稳定性和粘接性是聚乳酸目前面临的最大问题。
发明内容
基于此，本发明第一目的在于提供一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束。
本发明第二目的在于提供上述十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法。
本发明的第一目的是通过以下技术方案来实现的：
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈十字型；所述芯层位于十字中心，所述皮层位于十字边缘或皮层结构位于十字的四个端部。
本发明十字型皮芯结构聚乳酸丝束采用了十字型皮芯结构，减小了皮层结构的占比，增加了芯层结构与空气的接触面，利于芯层散热及结晶程度提高，无需添加成核剂，即可保证粘结性能的前提下提高芯层结构的结晶度。
进一步地，所述芯层的聚乳酸树脂结晶温度在150～200℃。
进一步地，所述皮层的聚乳酸树脂结晶温度在100～140℃。
本发明中，芯层的聚乳酸树脂和皮层的聚乳酸树脂可以选择单一结晶温度的聚乳酸树脂，也可以选择由不同结晶温度的聚乳酸树脂组成的混合物。
进一步地，所述十字型横向的皮层与芯层的长丝的质量比为1:2-10:1。
进一步地，所述十字型纵向的皮层与芯层的长丝的质量比1:2-10:1。
进一步地，所述十字型的横向和纵向的质量比为1:2-2:1。
进一步地，所述丝束的总旦数为密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
本发明的第二目的是通过以下技术方案来实现的：
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
S1)分别将皮层和芯层进行干燥处理；
S2)分别将干燥处理后的皮层和芯层送入两套纺丝系统纺丝及过滤；
S3)过滤后，经计量泵定量输入复合纺丝组件；经喷丝形成十字型皮芯结构的复合纤维；
S4)对所得丝束卷绕；
S5)在热水浴中对丝束进行牵伸；
S6)干燥定型。
进一步地，所述S1的干燥处理为：将皮层在40-60℃的干燥环境中烘干2-4h，将芯层在80-100℃的干燥环境中烘干6-10h。皮层的聚乳酸树脂结晶温度低，软化点也较低，烘干温度较高的情况下，会出现黏粘的情况。而芯层树脂结晶温度较高，同时作为芯层使用时，需要较高的结晶度，所以首要条件是去除水分的影响，较高温度及较长时间的烘干有利于水分的去除。
进一步地，S2的纺丝系统中，用于纺制皮层的螺杆区温度为160-200℃，过滤器温度为200-210℃，纺制芯层的螺杆区温度为205℃-250℃，过滤器温度设置为250-260℃。
进一步地，所述喷丝时使用十字型孔的喷丝板，喷丝板的直径为
Figure BDA0002675225930000031
100-400mm，喷丝板为孔数400～2500中的一种或多种。
进一步地，所述卷绕速率控制在200～1200m/min；牵引辊为20-40HZ，喂入辊为19-41HZ。
进一步地，所述牵伸过程为：第一道水浴为55～85℃，第二道水浴温度为50-80℃，第一道牵伸速率为40-60rpm，第二道牵伸速率为70-200rpm，第三道70-200rpm；牵伸倍率为1.2～5倍。
进一步地，所述S6干燥温度为50-80℃，定型时间10-20min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明十字型皮芯结构聚乳酸丝束具有复合十字型皮芯结构，无需添加成核剂，保证粘结性能的情况下提高了芯层的结晶度，解决丝束缩头及成型后的滤棒塌陷变形等问题。
(2)本发明十字型皮芯结构聚乳酸丝束，芯层为具有高结晶度聚乳酸材料来解决热收缩问题，皮芯结构为非结晶度聚乳酸材料，丝束通过复合纺丝技术获得，具有更好的热稳定性。
附图说明
图1是本发明一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束；
图2是本发明一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束；
图3是本发明一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束；
图4是普通十字型皮芯结构聚乳酸丝束；
图中附图标记如下：1-皮层结构，2-芯层结构。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
实施例1
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用2kg结晶温度为150℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥6h，4kg结晶温度为140℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入60℃烘箱干燥4h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度按梯度设定为205-215-235-245-250℃，过滤温度255℃。皮层双螺杆温度按梯度设定为160-170-180-190-200℃，过滤温度205℃。喷丝板直径为300mm，喷丝孔为十字型，孔数400。横向的皮层与芯层的长丝的质量比为1:2，纵向长丝的质量比为1:2，横纵向质量比为1:2，经200m/min卷曲后水浴牵伸，水浴温度分别为55℃和50℃，第一道牵伸速率为60rpm，第二道和第三道为72rpm。最后定型，定型温度按梯度设定为60-58-55℃，得到十字型皮芯结构聚乳酸丝束，如图1所示。所得丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
实施例2
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用4kg结晶温度为200℃的聚乳酸树脂为芯层树脂100℃烘箱干燥10h，2kg结晶温度为100℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入40℃烘箱干燥2h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度设定为225-235-245-245-250℃，过滤温度260℃。皮层双螺杆160-170-175-180-190℃，过滤温度200℃。喷丝板直径为200mm，喷丝孔为十字型，孔数为2000。横向的皮层与芯层的长丝的质量比为10:1，纵向长丝的质量比为10:1，横纵向质量比为2:1经1200m/min卷曲后再经水浴牵伸，水浴温度分别为85℃和80℃，第一道牵伸速率为50rpm，第二道和第三道为150rpm。最后定型，定型温度为80-75-70℃，得到十字型皮芯结构聚乳酸丝束，如图2所示。所得丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
实施例3
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用3kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥8h，3kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入50℃烘箱干燥3h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度设定为215-230-240-245-250℃，过滤温度255℃。皮层双螺杆165-170-180-190-200℃，过滤温度205℃。喷丝板直径为250mm，喷丝孔为十字型，孔数为1200。横向的皮层与芯层的长丝的质量比为4:1，纵向长丝的质量比为4:1，横纵向质量比为1:1经800m/min卷曲后再经水浴牵伸，水浴温度分别为70℃和65℃，第一道牵伸速率为60rpm，第二道和第三道为120rpm。最后定型，定型温度为70-68-65℃，得到十字型皮芯结构聚乳酸丝束，如图3所示。所得丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
对比例1
一种聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
将3kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂和3kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂烘干混合造粒后，加热融熔后放入纺丝系统，经由常规纺丝、牵伸、卷曲、烘干得到聚乳酸丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
对比例2
一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，包括以下步骤：
选用3kg结晶温度为180℃的聚乳酸树脂为芯层树脂放入80℃烘箱干燥8h，3kg结晶温度为120℃的聚乳酸树脂为皮层树脂放入50℃烘箱干燥3h。然后分别添料加入不同双螺杆挤出机。芯层双螺杆温度设定为215-230-240-245-250℃，过滤温度255℃。皮层双螺杆165-170-180-190-200℃，过滤温度205℃。喷丝板喷丝孔为普通十字型，孔数为1200。经800m/min卷曲后再经水浴牵伸，水浴温度分别为70℃和65℃，第一道牵伸速率为60rpm，第二道和第三道为120rpm。最后定型，定型温度为70-68-65℃，得到十字型皮芯结构聚乳酸丝束，如图4所示。所得丝束与0.2kg三醋酸甘油酯通过滤棒成型机经过成型工艺进行成型，得到滤棒。
性能测试
耐热性测试：将丝束样品完全开松后截取一定长度L1(10mm或25mm)样品，放置于指定环境温度中30min后再次量取长度L2，收缩率L计算如下：
Figure BDA0002675225930000061
收缩率L越小说明耐热性越高。
粘接性能测试：邵氏硬度A采用标准GB/T 22838.6-2009卷烟和滤棒物理性能的测定第6部分：硬度
表1不同工艺得到的聚乳酸丝束的性能测试结果
Figure BDA0002675225930000071
以上实施实例对本发明不同的实施过程进行了详细的阐述，但是本发明的实施方式并不仅限于此，所属技术领域的普通技术人员依据本发明中公开的内容，均可实现本发明的目的，任何基于本发明构思基础上做出的改进和变形均落入本发明的保护范围之内，具体保护范围以权利要求书记载的为准。

Claims (10)

1.一种十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，丝束中的单根纤维包括皮层和芯层，所述皮层和所述芯层的树脂材料为聚乳酸，单根纤维的截面呈十字型；所述芯层位于十字中心，所述皮层位于十字边缘或皮层结构位于十字的四个端部。
2.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述芯层的聚乳酸树脂结晶温度在150～200℃。
3.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述皮层的聚乳酸树脂结晶温度在100～140℃。
4.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述十字型横向的皮层与芯层的长丝的质量比为1:2-10:1。
5.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述十字型纵向的皮层与芯层的长丝的质量比1:2-10:1。
6.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述十字型丝束横向和纵向的质量比为1:2-2:1。
7.根据权利要求1所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束，其特征在于，所述丝束的总旦数为密度为12～60ktex，单丝线密度为2～30dtex。
8.一种权利要求1～7所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)分别将皮层和芯层进行干燥处理；
S2)分别将干燥处理后的皮层和芯层送入两套纺丝系统纺丝及过滤；
S3)过滤后，经计量泵定量输入复合纺丝组件；经喷丝形成十字型皮芯结构的复合纤维；
S4)对所得丝束卷绕；
S5)在热水浴中对丝束进行牵伸；
S6)干燥定型。
9.根据权利要求8所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，所述S1的干燥处理为：将皮层在40-60℃的干燥环境中烘干2-4h，将芯层在80-100℃的干燥环境中烘干6-10h。
10.根据权利要求8所述十字型皮芯结构聚乳酸丝束的制备方法，其特征在于，S2的纺丝系统中，用于纺制皮层的螺杆区温度为160-200℃，过滤器温度为200-210℃，纺制芯层的螺杆区温度为205℃-250℃，过滤器温度设置为250-260℃。
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