CN112323146A - 一种高效竹原精纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效竹原精纤维的制备方法，包括预处理、揉撕处理、二次处理、普梳、软化分散、联合分梳等多个工艺，获得的竹原纤维不仅能够使纤维长度损伤以及纤维强度损伤均控制在5%以内，取纤分丝率能够达到100%，同时有效提高后续加工过程中的梳纤效率和梳纤得纤率，使用的添加剂也更节能环保，具备良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及竹纤维制备技术领域，尤其涉及一种高效竹原精纤维的制备方法。
背景技术
竹纤维，是从自然生长的竹子中提取出的纤维素纤维。
竹原纤维的分子结构呈空隙毛细管状，会瞬间吸收和蒸发大量水分。被誉为“会呼吸的纤维”，具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能，近年来，竹原纤维逐渐代替棉、麻、毛、棕、木等纤维，成为现代工业、工程、民用等应用广泛的新型原材料。
现有技术中，通常采用煮炼、压碎分解、蒸煮、生物酶脱胶等步骤获取竹子中的竹原纤维，在煮炼过程中过量使用化学添加物，不仅对环境造成污染，而且对操作者也具备一定的危险性。
同时，在传统的取纤维过程中，压碎分解时容易造成纤维折裂、损伤，分散细化差，在该过程中，纤维长度损伤率高达50％，而纤维强度损伤率在40％左右，使最终的取纤率仅能达到60％，提取效率不高，而制成的纤维木质素含量高，纤维细度、强力及韧性达不到纺织纱线的要求，且无法形成规模化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种取纤率高、节能环保，而且能够同时满足纤维细度、强力及韧性要求的竹原精纤维的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案得以解决：一种高效竹原精纤维的制备方法，包括以下步骤：
预处理：将竹毛坯经过前处理后，沿竹纤维的方向分劈成规定尺寸的竹片，并软化干燥处理，控制竹片厚度为1～3mm，这样使用少量软化液，就可以将溶液进入深处。经加热加压，马上能把竹中的木质素、果胶等分解出来。省去沤制耗时，大大提高效益；
揉撕处理：将预处理完毕的竹片经揉撕取纤设备中揉撕处理，获得竹原粗纤维；二次处理：将竹原粗纤维经漂洗、中和以及理化除杂质后烘干处理；
普梳：将二次处理后的竹原粗纤维输送至梳理机梳理，去除粗纤维中夹带的硬杆、杂渣，获得竹原细纤维；
软化分散：梳净后的竹原细纤维送入密闭环境中，并将发酵液均匀喷洒在竹原细纤维上，发酵使其软化蓬松易分散，控制发酵温度40～50℃，发酵时间为12～ 16H；
联合分梳：经脱胶分散后的竹原细纤维送入联合分梳机，获得要求的竹原精纤维。上述技术方案中，所述预处理步骤中，软化干燥处理包括将分劈后的竹片成捆后浸泡至具有蒸煮液的软化设备中，并恒温恒压处理后，进入清洗槽清洗沥干，控制软化设备内的压力为0.12～0.15Mpa，温度100～120℃，软化时间35～45min。上述技术方案中，所述揉撕处理包括多级揉撕，具体为：
首道压入：预处理完毕的竹片首先送入齿槽垂直于竹片加工方向0～3度设置，上下两个揉撕齿辊之间设置有1.5～1.8mm间隙的首道揉压齿辊组中；
斜齿揉撕：经过首道揉压齿辊后，竹片依次进入齿辊表面的齿槽于竹片加工方向-8度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+8度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.8～1.2mm间隙的揉撕齿辊组中；齿辊表面的齿槽于竹片加工方向 -14度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+14度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.48～0.6mm间隙的揉撕齿辊组中；齿槽于竹片加工方向-20以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+20度设置，竖直方向的上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.2～0.3mm间隙的揉撕齿辊组中。
末道压出：最后经齿槽垂直于竹片加工方向0～3度设置，上下两个揉压齿辊之间设置有0.15～0.18mm间隙的末道揉压齿辊组中输出竹原粗纤维。
上述技术方案中，所述揉撕齿辊组中轮齿的端面为圆角，齿槽深为8～25mm。
上述技术方案中，所述二次处理包括将竹原粗纤维经理化处理使竹原粗纤维中存在的包括胶份、糖份、木质素的杂质分离，漂洗后在浸泡液体中加入中和剂调节浸泡液PH值为6～8，并烘干处理，控制理化处理水温为50～60℃，控制烘干温度为120～140℃，控制含水率为15～25％。
上述技术方案中，所述中和剂包括按质量份比计的1份水以及0.01～0.03份盐酸。
上述技术方案中，所述发酵液中包括质量份比计的1份木质素酶、1份果胶酶、 2份半纤维素酶，且控制混合酶在发酵液中的含量为10～20mg/ml。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过采用揉撕处理代替传统工艺中的压碎分解工艺，在揉压齿辊旋转力的作用下，将进入齿轮之间的竹片压紧并输送到后道揉撕齿辊，利用圆角深槽即增加竹片与斜齿辊附着接触面的揉撕力，又避开凹凸槽锐角对竹片纤维的折断的损伤。在弹簧力的作用下，竹片附在齿轮表面，沿着上下相向旋转齿轮的旋转力向前滚动，且后端斜齿的设计，使竹片在纵向碾压的同时，自然将竹片中的纤维横向揉撕扩展，成为竹纤维束，并通过多道揉撕齿辊，将竹原纤维揉撕成更细更软的纤维丝输出。不仅能够使纤维长度损伤以及纤维强度损伤均控制在5％以内，同时，取纤分丝率能够达到100％，同时有效提高后续加工过程中的梳纤效率和梳纤得纤率，使用的添加剂也更节能环保，具备良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明中工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种高效竹原精纤维的制备方法，包括以下步骤：
预处理：选用1～3年竹龄的直杆竹子，去根、竹枝稍后，破切为长1.2m～ 1.5m，宽度20m～40mm的竹块，并去除竹节、竹青、竹黄后，加工为厚度1mm～ 3mm的竹片，随后将竹片捆扎并均匀装入蒸煮框内，每捆竹片质量控制为30kg～ 40kg。
按每筐净竹片重量的4～5倍调制蒸煮液。即采用水和烧碱的比例为1：0.02 的比例配置，搅拌均匀后将液体注入锅炉内，再将竹片筐吊进锅炉内盖紧。加热升温到100～120度，气压0.12～0.15Mpa时，恒温恒压35～45分钟后放气降温，吊出蒸煮框，并进入清洗槽内清洗杂质，并吊槽上沥干水分。
揉撕处理：将预处理完毕的竹片经揉撕取纤设备中揉撕处理，获得竹原粗纤维，具体包括如下步骤：
首道压入：预处理完毕的竹片首先送入齿槽垂直于竹片加工方向0度设置，竖直方向上，上下两个揉压齿辊之间设置有1.5～1.8mm间隙的首道揉压齿辊组中，即该组揉压齿辊组采用直齿齿辊，齿槽深度控制在8～11mm，轮齿为圆角，且齿辊表面轮齿的设置方向与竹片的进给方向垂直，通过竖直方向相对设置的两个轮齿横向的齿辊，在齿辊旋转力的作用下，一方面将进入的竹片施压使其松散，一方面使其传输送到一下道齿辊中；
斜齿揉撕：经过首道揉压齿辊后，竹片呈松散状态，进入揉撕齿辊组中，揉撕齿辊组中的轮齿为圆角，槽深为15～30mm，利用圆角深槽即增加竹片与斜齿辊附着接触面的揉撕力，又避开凹凸槽锐角对竹片纤维的折断的损伤。在旋转力作用下，竹片依次进入齿辊表面的齿槽于竹片加工方向-8度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+8度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.8～1.2mm 间隙的揉撕齿辊组中，在弹簧力的作用下，竹片附在斜齿辊表面，沿着上下相向旋转斜齿辊的旋转力向前滚动，在竹片纵向倾斜8度角横向旋力作用下，使竹片在纵向碾压的同时，自然将竹片中的纤维横向揉撕扩展，成为竹纤维束，再次进入齿辊表面的齿槽于竹片加工方向-14度以及斜齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+14度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.48～0.6mm间隙的揉撕齿辊组中，同理，再进入斜齿槽于竹片加工方向-20度以及齿辊表面的斜齿槽于竹片加工方向+20度设置，竖直方向的上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.2～ 0.3mm间隙的揉撕齿辊组中获得更细更软的纤维丝，中间段的斜齿揉撕辊组的设置数量，可根据最终竹纤维要求增加或减少，一个揉撕齿辊组包括沿竖直方向上设置的第一上揉撕齿辊、第一下揉撕齿辊，以及沿水平方向上设置且与第一上揉撕齿辊齿槽斜度方向相反的第二上揉撕齿辊以及与第一下揉撕齿辊齿槽斜度方向相反的第一下揉撕齿辊，即一组揉撕齿辊组包括四个揉撕齿辊。
末道压出：最后经齿槽垂直于竹片加工方向0度设置，上下两个揉压齿辊之间设置有0.15～0.18mm间隙的末道揉压齿辊组中输出竹原粗纤维，齿槽深度控制在8～11mm，轮齿为圆角，且齿辊表面轮齿的设置方向与竹片的进给方向垂直，通过竖直方向相对设置的两个轮齿横向齿辊，在齿辊旋转力的作用下，一边施压一边输出柔软松散的竹原粗纤维。
二次处理：通过揉撕处理后获得的竹原粗纤维因胶质、糖份以及木质素，容易影响竹原纤维的力学性能以及再次分散性，因此，需要将竹原粗纤维送入已加热至50～60℃的热水中进行汽泡漂洗，将竹子内经过理化处理残余的胶份、糖份、木质素等杂质清理，再加入中和剂将溶液中和至PH值为6～8，中和剂包括按质量份比计的1份水以及0.01～0.03份盐酸；随后将强风吹干的纤维送入隧道式多层烘箱，箱内干气进湿气出，控制温度为120～140℃度，控制含水率为 15～25％。
普梳：将二次处理后的竹原粗纤维输送至C121型经改装进出装置的梳理机进行梳理，再去除粗纤维中夹带的硬杆、杂渣的同时，在分散获得竹原细纤维；
软化分散：梳净后的竹原细纤维送入密闭环境中，可以采用养生仓和发酵室，将发酵液均匀喷洒在竹原细纤维上，使其软化蓬松易分散，控制发酵温度40～ 50℃，发酵时间为12～16H，发酵液中包括质量份比计的1份木质素酶、1份果胶酶、2份半纤维素酶，且控制混合酶在发酵液中的含量为10～20mg/ml。
联合分梳：经养生发酵蓬松后的竹原细纤维送入联合分梳机，获得要求的精纤维，可将纤维分梳成-10支～10支，应用于无纺布产品中；也可以将纤维分梳成21～30支，应用于可纺(混纺)布产品，还可将纤维分梳成45支以上，应用于亲肤面膜产品。
因竹原纤维直径非正圆、有毛羽、不十分均匀等故按单位长度与重量测粗细度，一般采用支数计量。-10支至10支约为300～150微米左右，21支～30支为60～80左右微米，45支以上约35微米以下。
基于上述技术方案，本申请与传统工艺获得的竹原纤维技术参数对比如下：
由此可知，竹子正常竹壁厚度在10-20毫米，特厚在30毫米左右。通常拿它直接加工，即要用很多碱、酸类化工用品浸泡，又需用数十天时间沤制，方可将竹子软化到可取纤维。而本专利用标准化设备先预将竹块沿竹纤维纵向劈成 1-3毫米厚的薄片加工，这样可大大减少竹子的软化用料和省去泡沤时间，增加效率，同时减少使用化工原料，降低环境污染。
在竹原纤维提取上，将用运特制的软化配方和独有的软化设备，使竹子在不同与其它专利需要浸泡沤制的情况下，直接采用加温加压分解软化。一次可让上吨的鲜竹在二小时内制成竹原纤维的高效率和大功率。
本专利采用φ1800毫米锅炉加工，每筐能装煮1200-1300㎏鲜竹片，蒸煮 40-50分钟后即可完毕吊出复煮。下道工艺配用800毫米宽的揉撕取纤维机、隧道式多层烘箱和改制后的C121梳理机等。使单条生产线每小时可生产干竹原纤维达300-400㎏，具备节能增效规模化生产的先进性。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
预处理：将竹毛坯经过前处理后，沿竹纤维的方向分劈成规定尺寸的竹片，并软化干燥处理，控制竹片厚度为1～3mm；
揉撕处理：将预处理完毕的竹片经揉撕取纤设备中揉撕处理，获得竹原粗纤维；
二次处理：将竹原粗纤维经漂洗、中和以及理化除杂质后烘干处理；
普梳：将二次处理后的竹原粗纤维输送至梳理机梳理，去除粗纤维中夹带的硬杆、杂渣，获得竹原细纤维；
软化分散：梳净后的竹原细纤维送入密闭环境中，并将发酵液均匀喷洒在竹原细纤维上，发酵使其软化蓬松易分散，控制发酵温度40～50℃，发酵时间为12～16H；
联合分梳：经脱胶分散后的竹原细纤维送入联合分梳机，获得要求的竹原精纤维。
2.根据权利要求1所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述预处理步骤中，软化干燥处理包括将分劈后的竹片成捆后浸泡至具有蒸煮液的软化设备中，并恒温恒压处理后，进入清洗槽清洗沥干，控制软化设备内的压力为0.12～0.15Mpa，温度100～120℃，软化时间35～45min。
3.根据权利要求1所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述揉撕处理包括多级揉撕，具体为：
首道压入：预处理完毕的竹片首先送入齿槽垂直于竹片加工方向0～3度设置，上下两个揉撕齿辊之间设置有1.5～1.8mm间隙的首道揉压齿辊组中；
斜齿揉撕：经过首道揉压齿辊后，竹片依次进入齿辊表面的齿槽于竹片加工方向-8度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+8度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.8～1.2mm间隙的揉撕齿辊组中；齿辊表面的齿槽于竹片加工方向-14度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+14度设置，上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.48～0.6mm间隙的揉撕齿辊组中；齿槽于竹片加工方向-20度以及齿辊表面的齿槽于竹片加工方向+20度设置，竖直方向的上揉撕齿辊与下揉撕齿辊之间设置有0.2～0.3mm间隙的揉撕齿辊组中；
末道压出：最后经齿槽垂直于竹片加工方向0～3度设置，上下两个揉压齿辊之间设置有0.15～0.18mm间隙的末道揉压齿辊组中输出竹原粗纤维。
4.根据权利要求3所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述揉撕齿辊组中轮齿的端面为圆角，齿槽深为8～25mm。
5.根据权利要求1所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述二次处理包括将竹原粗纤维经理化处理使竹原粗纤维中存在的包括胶份、糖份、木质素的杂质分离，漂洗后在浸泡液体中加入中和剂调节浸泡液PH值为6～8，并烘干处理，控制理化处理水温为50～60℃，控制烘干温度为120～140℃，控制含水率为15～25%。
6.根据权利要求5所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述中和剂包括按质量份比计的1份水以及0.01～0.03份盐酸。
7.根据权利要求1所述的一种高效竹原精纤维的制备方法，其特征在于，所述发酵液中包括质量份比计的1份木质素酶、1份果胶酶、2份半纤维素酶，且控制混合酶在发酵液中的含量为10～20mg/ml。
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