CN113774504A - 一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝及其制备方法，属于化学纤维材料技术领域，其单丝横截面为三叶异形膨化长丝，采用聚丙烯切片、抗氯母粒和抗UV母粒混合纺丝，其单根丝的线密度为40～45dtex，复丝线密度为3000～3600dtex，纤维直径为100微米以上。其抗氯母粒是耐氯抗氧双效剂与聚丙烯粉末按1:1比例，进行混合熔融切粒制成母粒，其抗UV母粒是抗老化剂为15.0～17.0％，UV粉为15.0～17.0％，聚丙烯粉末为66.0～70.0％，进行混合熔融切粒制成母粒，本发明的优点在于：本发明直径大，蓬松高，回弹好，具有成本低廉，比表面积大，过滤阻力小，提高了过滤效力和截污能力，增加了抗氯氧化性能和抗UV老化性能，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及化学纤维材料技术领域，具体涉及一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝及其制备方法。
背景技术
纤维束过滤器是一种结构先进、性能优良的压力式纤维过滤设备，被广泛应用于环境工程、水处理设备和环保设备上。在现有技术中，专利文件CN200710038014.2只是要求粗纤维丝的直径为100～1000微米，没有考虑粗纤维丝的截面形状，而且粗纤维丝的直径很难达到100微米，这就造成纤维回弹性不高，导致纤维过滤器使用时间不长就被堵塞。在过滤含氯物质食盐、自来水、漂白粉、消毒液、农药、油漆等会造成纤维氧化，以及紫外线照射会造成纤维老化，导致纤维过滤器使用寿命缩短。
发明内容
本发明的目的在于，基于现有技术中的这些缺点，本发明旨在提供一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，增强纤维束过滤器的过滤效率与使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，包括如下组分与质量比：聚丙烯切片95.0～96.0％、抗氯母粒2.0～2.5％、抗UV母粒2.0～2.5％，；所有组分混合纺丝而成，其单丝横截面为三叶异形。
过滤是实验研究及工业生产最常见的步骤之一，但传统短纤维不论材质还是纤维截面形状，都不能适用纤维束，只能用做传统滤布。而丙纶相对于锦纶和涤纶，具有价格低廉的优势，更适合做为过滤耗材进行大规模生产和使用。
现有市售丙纶膨体长丝一般用做地毯纤维，对其过滤作用方面的研究尚属空白。经过研究发现，将聚丙烯切片95.0～96.0％、抗氯母粒2.0～2.5％、抗UV母粒2.0～2.5％混合纺丝，并使其横截面形成三叶异形，形状凹凸，更吸纳污渍，提高了过滤效力和截污能力，并有效延长了使用寿命。
优选的，所述三叶异形横截面的叶宽与叶长比为1:3。
优选的，所述三叶异形横截面的叶宽为0.25mm，叶长为0.75mm。
通过设计三叶异形横截面的叶宽与叶长比为1:3，特别是叶宽为0.25mm，叶长为0.75mm，获得的丙纶膨体长丝既具有高蓬松，又具有高回弹的性能，而且直径大，刚性好。
优选的，所述抗氯母粒包括耐氯抗氧双效剂与聚丙烯粉末按质量比1:1，进行混合熔融切粒制成母粒。
耐氯抗氧双效剂，如聚合硫酸铁(SPFS)絮凝剂等，能有效提高所制得的丙纶膨体长丝的耐腐蚀性能，有利于将其应用在腐蚀环境(如工业酸水等)中进行过滤。
优选的，所述抗UV母粒包括如下组分与质量分数：抗老化剂为15.0～17.0％，UV粉为15.0～17.0％，聚丙烯粉末为66.0～70.0％，进行混合熔融切粒制成母粒。
UV粉可以吸收一定波长的紫外光，减少纤维本身受到紫外光损害，再辅抗老化剂以防止纤维老化其强度减小，延长纤维使用寿命。
优选的，所述丙纶膨体长丝的单根丝的线密度为40～45dtex；所述丙纶膨体长丝的线密度为3000～3600dtex，纤维直径为100微米以上。
通常丙纶膨体长丝的单根丝的线密度为10～25dtex；所述丙纶膨体长丝的线密度为1000～2800dtex，纤维直径为50微米左右。
本发明通过设计喷丝微孔尺寸和改革工艺，使单根丝的线密度为40～45dtex；所述丙纶膨体长丝的线密度为3000～3600dtex，纤维直径为100微米以上，并具有三叶异形横截面，获得了高强度及高强度和高截污能力的丙纶膨体长丝。
一种如上所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝的制备方法，包括如下步骤：
A：按比例加入所述聚丙烯切片、所述抗氯母粒、所述抗UV母粒，经过原辅料精准计量后投入到挤压机中熔化；
B：将熔融纤维通过三叶异形喷丝板喷丝，所述三叶异形喷丝板上设置三叶喷丝微孔，通过所述三叶喷丝微孔形成所述三叶异形横截面，并通过侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：在所述初生纤维双面添加纺丝油剂，之后进行拉伸；
D：之后放入变形箱中进行膨化变形，并在冷却盘冷却；
E：冷却完成后，经过网络器打网络节，以及卷绕机卷绕成筒，获得所述丙纶膨体长丝。
步骤B中，通过设计三叶形喷丝板上的三叶喷丝微孔来喷丝，但传统工艺过程纤维丝的结晶度较低，如果结晶度过低则不能形成良好的三叶异形，降低了异形度，并且不利于拉伸，难以正常生产。本发明通过优选低温高速的侧吹风工艺，提高结晶度，从而达到三叶异形纤维。
优选的，步骤A中，所述挤压机各区温度为210～220℃，并采用由高到低的加热模式；步骤B中，侧吹风风温15～18℃、风湿65.0～70.0％、风速1.0～1.2m/s；步骤C中，所述初生纤维双面上油率0.8～1.0％；步骤D中，所述变形箱的热压缩空气温度为145～150℃，压缩空气压力7.0～7.5bar，所述冷却盘转速为40～42rpm；步骤E中，所述网络器的气压为5.5～6.0bar，所述卷绕机的卷绕速度为1300～1320/min。
优选的，步骤C中，使用二级热辊进行拉伸，拉伸比3.0倍；以50～55℃喂入热辊，速度为500～510m/min；预拉伸热辊速度为530～540m/min，加热温度110～115℃；主拉伸热对辊速度为1500～1550m/min，加热温度120～125℃。
一种如上所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝的应用，用作环保纤维束过滤器的过滤纤维。
与现有技术相比较，实施本发明，具有如下有益效果：
本发明直径大，蓬松高，回弹好，具有成本低廉。由于采用了三叶异形的横截面，比表面积大，过滤阻力小，提高了过滤效力和截污能力，并且增加了抗氯氧化性能和抗UV老化性能，延长其使用寿命。
附图说明
图1是本发明生产工艺流程图；
其中：1—聚丙烯切片，2—抗氯母粒，3—抗UV母粒，4—原辅料精准计量，5—挤压机熔化，6—三叶异形喷丝板喷丝，7—侧吹风冷却，8—双面添加纺丝油剂，9—二级热辊拉伸，10—变形箱膨化变形，11—冷却盘冷却，12—网络器打网络节，13—卷绕机卷绕成筒。
图2为三叶异形截面示意图；
其中：a-叶宽，b-叶长。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，采用单根丝的线密度为40dtex，复丝线密度为3000dtex，纤维级聚丙烯切片添加比例为96.0％，抗氯母粒添加比例为2.0％，抗UV母粒添加比例为2.0％。
如图1所示，包括如下步骤：
A：按比例加入1聚丙烯切片、2抗氯母粒、3抗UV母粒，经过4原辅料精准计量后投入到挤压机中熔化，各区温度采用由高到低的加热模式，五个加热温度分别为210℃、208℃、206℃、204℃和202℃。
B：将熔融纤维通过5三叶异形喷丝板喷丝，5三叶异形喷丝板上设置三叶喷丝微孔，通过三叶喷丝微孔形成三叶异形横截面，并通过6侧吹风冷却，风温15℃、风湿65.0％、风速1.0m/s，获得初生纤维。
C：在所述初生纤维经过7双面添加纺丝油剂，双面上油率0.8％；之后进行8二级热辊进行拉伸，拉伸比3.0倍；喂入热辊速度为500m/min；预拉伸热辊速度为530m/min，加热温度110℃；主拉伸热对辊速度为1500m/min，加热温度120℃。
D：之后放入9变形箱中进行膨化变形，热压缩空气温度为145℃，压缩空气压力7.0bar，并在冷却盘冷却，转速为40rpm。
E：冷却完成后，经过网络器打网络节，气压为5.5bar，以及卷绕机卷绕成筒，卷绕速度为1300/min，获得所述丙纶膨体长丝，其单丝横截面如图2所示，为三叶异形，叶宽a为0.25mm，叶长b为0.75mm。
本实施例环保纤维与市售丙纶膨体长丝纤维性能对比表1:
表1
| 项目 | 单位 | 市售产品 | 实施例1 |
| 纤维直径 | μm | 30 | 110 |
| 回弹刚性 | 手感 | 好 | 一般 |
| 热卷曲率 | ％ | 15 | 32 |
| 抗老化强力保持率 | ％ | 72.0 | 88.5 |
| 耐氯断裂强力保持率 | ％ | 81.0 | 93.5 |
实施例2
一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，采用单根丝的线密度为43dtex，复丝线密度为3300dtex，纤维级聚丙烯切片添加比例为95.5％，抗氯母粒添加比例为2.0％，抗UV母粒添加比例为2.5％。
如图1所示，包括如下步骤：
A：按比例加入1聚丙烯切片、2抗氯母粒、3抗UV母粒，经过4原辅料精准计量后投入到挤压机中熔化，各区温度采用由高到低的加热模式，五个加热温度分别为215℃、213℃、210℃、208℃和206℃。
B：将熔融纤维通过5三叶异形喷丝板喷丝，5三叶异形喷丝板上设置三叶喷丝微孔，通过三叶喷丝微孔形成三叶异形横截面，并通过6侧吹风冷却，风温16℃、风湿67.0％、风速1.1m/s，获得初生纤维。
C：在所述初生纤维经过7双面添加纺丝油剂，双面上油率0.9％；之后进行8二级热辊进行拉伸，拉伸比3.1倍；喂入热辊速度为505m/min,；预拉伸热辊速度为535m/min,加热温度112℃；主拉伸热对辊速度为1520m/min，加热温度122℃。
D：之后放入9变形箱中进行膨化变形，热压缩空气温度为148℃，压缩空气压力7.5bar，并在冷却盘冷却，转速为41rpm。
E：冷却完成后，经过网络器打网络节，气压为5.8bar，以及卷绕机卷绕成筒，卷绕速度为1310/min，获得所述丙纶膨体长丝，其单丝横截面如图2所示，为三叶异形，叶宽a为0.25mm，叶长b为0.75mm。
本实施例环保纤维与市售丙纶膨体长丝纤维性能对比表2:
表2
| 项目 | 单位 | 市售产品 | 实施例2 |
| 纤维直径 | μm | 30 | 113 |
| 回弹刚性 | 手感 | 好 | 一般 |
| 热卷曲率 | ％ | 15 | 33 |
| 抗老化强力保持率 | ％ | 72.0 | 90.5 |
| 耐氯断裂强力保持率 | ％ | 81.0 | 95.5 |
实施例3
一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，采用单根丝的线密度为45dtex，复丝线密度为3600dtex，纤维级聚丙烯切片添加比例为95.0％，抗氯母粒添加比例为2.5％，抗UV母粒添加比例为2.5％。
如图1所示，包括如下步骤：
A：按比例加入1聚丙烯切片、2抗氯母粒、3抗UV母粒，经过4原辅料精准计量后投入到挤压机中熔化，各区温度采用由高到低的加热模式，五个加热温度分别为220℃、218℃、216℃、214℃和212℃。
B：将熔融纤维通过5三叶异形喷丝板喷丝，5三叶异形喷丝板上设置三叶喷丝微孔，通过三叶喷丝微孔形成三叶异形横截面，并通过6侧吹风冷却，风温17℃、风湿70.0％、风速1.2m/s，获得初生纤维。
C：在所述初生纤维经过7双面添加纺丝油剂，双面上油率1.0％；之后进行8二级热辊进行拉伸，拉伸比3.2倍；喂入热辊速度为510m/min,；预拉伸热辊速度为540m/min,加热温度115℃；主拉伸热对辊速度为1550m/min，加热温度125℃。
D：之后放入9变形箱中进行膨化变形，热压缩空气温度为150℃，压缩空气压力7.2bar，并在冷却盘冷却，转速为42rpm。
E：冷却完成后，经过网络器打网络节，气压为6.0bar，以及卷绕机卷绕成筒，卷绕速度为1320/min，获得所述丙纶膨体长丝，其单丝横截面如图2所示，为三叶异形，叶宽a为0.25mm，叶长b为0.75mm。
本实施例环保纤维与市售丙纶膨体长丝纤维性能对比表3:
表3
| 项目 | 单位 | 市售产品 | 实施例3 |
| 纤维直径 | μm | 30 | 113 |
| 回弹刚性 | 手感 | 好 | 一般 |
| 热卷曲率 | ％ | 15 | 34 |
| 抗老化强力保持率 | ％ | 72.0 | 92.0 |
| 耐氯断裂强力保持率 | ％ | 81.0 | 96.8 |
效果例1
从表1～表3可以看出，本发明产品相比于市售产品，纤维直径有了显著提升，且热卷曲、抗老化强力保持率、耐氯断裂强力保持率均优于市售产品。虽然在手感上本发明产品略有下降，但本发明是应用作为环保纤维束过滤器的过滤纤维，手感的好坏并不影响环保纤维束过滤器的过滤效率和使用寿命。
效果例2
以实施例1～3制备的丙纶膨体长丝，将其用于环保纤维束过滤器，与市售产品进行对比，结果如表4所示：
表4
| 项目 | 单位 | 市售产品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 过滤速度 | m/h | 9 | 32 | 30 | 33 |
| 截污容量 | Kg/m<sup>3</sup> | 4 | 10 | 11 | 12 |
从表4可以看出，本发明制备的丙纶膨体长丝用于环保纤维束过滤器，相比于现有产品，过滤速度和截污容量得到了显著的提高。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，包括如下组分与质量比：聚丙烯切片95.0～96.0％、抗氯母粒2.0～2.5％、抗UV母粒2.0～2.5％，；所有组分混合纺丝而成，其单丝横截面为三叶异形。
2.如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，所述三叶异形横截面的叶宽与叶长比为1:3。
3.如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，所述三叶异形横截面的叶宽为0.25mm，叶长为0.75mm。
4.如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，所述抗氯母粒包括耐氯抗氧双效剂与聚丙烯粉末按质量比1:1，进行混合熔融切粒制成母粒。
5.如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，所述抗UV母粒包括如下组分与质量分数：抗老化剂为15.0～17.0％，UV粉为15.0～17.0％，聚丙烯粉末为66.0～70.0％，进行混合熔融切粒制成母粒。
6.如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝，其特征在于，所述丙纶膨体长丝的单根丝的线密度为40～45dtex；所述丙纶膨体长丝的线密度为3000～3600dtex，纤维直径为100微米以上。
7.一种如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：按比例加入所述聚丙烯切片、所述抗氯母粒、所述抗UV母粒，经过原辅料精准计量后投入到挤压机中熔化；
B：将熔融纤维通过三叶异形喷丝板喷丝，所述三叶异形喷丝板上设置三叶喷丝微孔，通过所述三叶喷丝微孔形成所述三叶异形横截面，并通过侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：在所述初生纤维双面添加纺丝油剂，之后进行拉伸；
D：之后放入变形箱中进行膨化变形，并在冷却盘冷却；
E：冷却完成后，经过网络器打网络节，以及卷绕机卷绕成筒，获得所述丙纶膨体长丝。
8.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤A中，所述挤压机各区温度为210～220℃，并采用由高到低的加热模式；步骤B中，侧吹风风温15～18℃、风湿65.0～70.0％、风速1.0～1.2m/s；步骤C中，所述初生纤维双面上油率0.8～1.0％；步骤D中，所述变形箱的热压缩空气温度为145～150℃，压缩空气压力7.0～7.5bar，所述冷却盘转速为40～42rpm；步骤E中，所述网络器的气压为5.5～6.0bar，所述卷绕机的卷绕速度为1300～1320/min。
9.如权利要求6所述制备方法，其特征在于，步骤C中，使用二级热辊进行拉伸，拉伸比3.0倍；以50～55℃喂入热辊，速度为500～510m/min；预拉伸热辊速度为530～540m/min，加热温度110～115℃；主拉伸热对辊速度为1500～1550m/min，加热温度120～125℃。
10.一种如权利要求1所述用于环保纤维束过滤器的丙纶膨体长丝的应用，其特征在于，用作环保纤维束过滤器的过滤纤维。
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