CN115012118A - 一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法。方法使用如下具有多重高频剪切作用的挤压机，挤压机包括筒体和设置在筒体内相互啮合的三个螺杆，呈并列型或三角形排列，螺杆分为多个功能区，沿其轴向依次为一个进料段、一个熔融段、一个混炼段和一个均化段，筒体外每个功能区对应一个温控组件，筒体对应进料段设有进料口；将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板、成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布。熔融过程采用具有多重高频剪切作用的挤压机提供的强啮合力，提高低熔指聚丙烯在常规加工温度下的熔体流动性，增强聚丙烯熔体的可纺性，实现了低熔指聚丙烯树脂的直接制备熔喷超细纤维。

Description

一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法
技术领域
本发明涉及非织造材料技术领域，尤其涉及一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法。
背景技术
聚丙烯纤维(丙纶)具有成本低、吸湿性小，干态和湿态条件下力学性能相同、化学稳定性好、并耐酸碱、微生物等优点。丙纶用途广泛，比如无纺布、绳索、过滤材料、增强基材等。目前，制备常规聚丙烯熔喷布，要求聚丙烯的熔融指数在800g/10min以上，工业上通常使用过氧化物离线化学降粘制备高熔指聚丙烯后，再使用常规的熔喷设置中进行熔喷非织布生产，此方法工艺流程长、耗能高且涉及到高熔指聚丙烯的二次储运。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出利用具有多重高频剪切作用的挤压机直接制备低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的方法。
本发明的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，使用如下挤压机，所述挤压机包括筒体和设置在所述筒体内相互啮合的三个螺杆，呈并列型或三角形排列，所述螺杆分为多个功能区，沿其轴向依次为一个进料段、一个熔融段、一个混炼段和一个均化段，所述筒体外每个功能区对应一个温控组件，所述筒体对应所述进料段设有进料口；
制备方法包括如下步骤：
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布。
进一步的，进料段190～220℃，熔融段200～230℃，混炼段210～235℃，均化段210～240℃，箱体温度200～265℃，牵伸热风温度220～290℃，挤压机转速为80～600r/min，热风风压为0.15～0.6MPa。
进一步的，网帘与喷丝板的距离为25～80cm，网帘速率为1～30m/min。
进一步的，所述的低熔指聚丙烯熔融指数为小于100g/10min。
进一步的，其特征是，所制备的低熔指聚丙烯熔喷纤维直径分布范围为0.1～10微米。
进一步的，所述螺杆的长度和外径比L/D＝22～26。
进一步的，所述进料段长度为5～7D，进料段由3～4个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为1.25～1.8D。
进一步的，所述熔融段长度为4～6D，熔融段由5～8个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为0.5D～1D。
进一步的，所述混炼段长度为5D，由4个正向捏合块元件和1个正向齿形元件组成；正向捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为30°、60°、60°、90°；正向齿形元件导程1D，螺旋角17.7°，螺旋的螺槽深度为0.16D，螺棱厚度为0.15D，螺棱上锯齿形，齿间距为0.1D。
进一步的，所述均化段为7D，所述均化段由7个正向螺旋元件和2个正向捏合块元件组成，沿熔体输送方向导程分别为1D、1D、0.75D、0.75D、0.5D、0.5D、0.5D，其中捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为45°、60°。
进一步的，所述温控组件包括加热块和缠绕在所述筒体外的冷却水通道和温控传感器。
本发明提供了一种利用具有多重高频剪切作用的挤压机直接制备低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的方法，熔融过程采用具有多重高频剪切作用的挤压机提供的强啮合力，提高低熔指聚丙烯在常规加工温度下的熔体流动性，增强聚丙烯熔体的可纺性，实现了低熔指聚丙烯树脂的直接熔喷，为高强聚丙烯纤维的工业化生产提供了一种高效的方法；本发明提供的制备方法，不仅能够直接制备低熔指聚丙烯纤维，而且避免使用过氧化物，减少了化学降粘等工艺流程，具有降本节能等优点。
附图说明
图1为本发明的挤压机的筒体内部结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本实施例1的制备的低熔指聚丙烯熔喷纤维的SEM图。
1、筒体；2、螺杆；3、进料段；4、熔融段；5、混炼段；6、均化段；7、温控组件；8、进料口；9、加热块；10、冷却水通道。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，使用如下挤压机，如图1和2所示，挤压机包括筒体1和设置在筒体1内相互啮合的三个螺杆2，呈并列型或三角形排列，螺杆2分为多个功能区，沿其轴向依次为一个进料段3、一个熔融段4、一个混炼段5和一个均化段6，筒体1外每个功能区对应一个温控组件7，筒体1对应进料段3设有进料口8；
制备方法包括如下步骤：
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维，进料段3：190～220℃，熔融段4：200～230℃，混炼段5：210～235℃，均化段6：210～240℃，箱体温度200～265℃，牵伸热风温度220～290℃，挤压机转速为80～600r/min，热风风压为0.15～0.6MPa；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布，网帘与喷丝板的距离为25～80cm，网帘速率为1～30m/min。
本发明提供了一种利用具有多重高频剪切作用的挤压机直接制备低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的方法，熔融过程采用具有多重高频剪切作用的挤压机提供的强啮合力，提高低熔指聚丙烯在常规加工温度下的熔体流动性，增强聚丙烯熔体的可纺性，实现了低熔指聚丙烯树脂的直接熔喷，为高强聚丙烯纤维的工业化生产提供了一种高效的方法；本发明提供的制备方法，不仅能够直接制备低熔指聚丙烯纤维，而且避免使用过氧化物，减少了化学降粘等工艺流程，具有降本节能等优点。
低熔指聚丙烯熔融指数为小于100g/10min。
所制备的低熔指聚丙烯熔喷纤维直径分布范围为0.1～10微米。
螺杆2的长度和外径比可以为L/D＝22～26，在一种可实施的方式中，L/D＝23.3。
进料段长度可以为5～7D，进料段由3～4个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为1.25～1.8D，在一种可实施的方式中，进料段3长度可以为5.5D，进料段3由4个沿螺杆2组件长度方向的正向螺旋元件组成，沿熔体输送方向导程分别为1.5D、1.5D、1.25D、1.25D，其中导程为1.5D元件，螺旋角25.5°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.25D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为1.25D元件，螺旋角21.7°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.18D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm。进料口8大导程元件使物料快速输送至熔融段4。
熔融段长度可以为4～6D，熔融段由5～8个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为0.5D～1D，在一种可实施的方式中，熔融段4长度可以为4.8D，熔融段4由6个沿螺杆2长度方向的正向螺旋元件组成，沿熔体输送方向导程分别为1D、0.9D、0.9D、0.75D、0.75D、0.5D，其中导程为1D元件，螺旋角17.7°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.15D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为0.9D元件，螺旋角16.0°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.12D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为0.75D元件，螺旋角16.0°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.1D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为0.5D元件，螺旋角9.1°，螺旋的螺槽深度为0.08D，螺棱厚度为0.08D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为0.8mm。通过导程逐步缩小的元件，使物料逐渐熔融的同时压力增加，尽量减少混入熔体中的气体。
混炼段5长度可以为5D，由4个正向捏合块元件和1个正向齿形元件组成；正向捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为30°、60°、60°、90°，捏合片和筒体1内壁间隙可以为0.5mm；正向齿形元件导程1D，螺旋角17.7°，螺旋的螺槽深度为0.16D，螺棱厚度为0.15D，螺棱上锯齿形，齿间距为0.1D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm。通过高频剪切，使熔体粘度大大降低，满足熔喷工艺对物料的低粘度要求。
均化段6可以为7D，均化段6由7个正向螺旋元件和2个正向捏合块元件组成，沿熔体输送方向导程分别为1D、1D、0.75D、0.75D、0.5D、0.5D、0.5D，其中导程为1D元件，螺旋角17.7°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.15D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为0.75D元件，螺旋角16.0°，螺旋的螺槽深度为0.14D，螺棱厚度为0.1D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为1mm；导程为0.5D元件，螺旋角9.1°，螺旋的螺槽深度为0.08D，螺棱厚度为0.08D，螺棱和筒体1内壁间隙可以为0.8mm；捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为45°、60°，捏合片和筒体1内壁间隙可以为0.5mm。
通过导程逐渐缩小的元件和末端重复元件建立稳定的熔体压力；同时增加混炼元件，保持熔体的低粘度。
温控组件7可以包括加热块9和设置在筒体1内的冷却水通道10和温控传感器(图中未示出)，通过温度传感器来实时监控筒体1内部的温度，通过加热块9和冷却水通道10内流动的冷却水来控制内部的温度。
实施例1
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入上述挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维，进料段3的温度190℃，熔融段4的温度200℃，混炼段5的温度210℃，均化段6的温度210℃，箱体温度200℃，牵伸热风温度220℃，挤压机转速为80r/min，热风风压为0.15MPa；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布，网帘与喷丝板的距离为25cm，网帘速率为1m/min。
如图3所示，本实施例所制备的低熔指聚丙烯熔喷纤维直径分布范围为0.1～10微米。
实施例2
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维，进料段3的温度220℃，熔融段4的温度230℃，混炼段5的温度235℃，均化段6的温度240℃，箱体温度265℃，牵伸热风温度290℃，挤压机转速为600r/min，热风风压为0.6MPa；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布，网帘与喷丝板的距离为80cm，网帘速率为30m/min。
实施例3
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维，进料段3的温度200℃，熔融段4的温度220℃，混炼段5的温度220℃，均化段6的温度220℃，箱体温度240℃，牵伸热风温度250℃，挤压机转速为300r/min，热风风压为0.3MPa；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布，网帘与喷丝板的距离为50cm，网帘速率为15m/min。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于，使用如下挤压机，所述挤压机包括筒体和设置在所述筒体内相互啮合的三个螺杆，呈并列型或三角形排列，所述螺杆分为多个功能区，沿其轴向依次为一个进料段、一个熔融段、一个混炼段和一个均化段，所述筒体外每个功能区对应一个温控组件，所述筒体对应所述进料段设有进料口；
制备方法包括如下步骤：
1)将低熔指聚丙烯树脂喂入挤压机中熔融并挤出，经喷丝板制得低熔指聚丙烯熔喷纤维；
2)经喷丝板喷出的低熔指聚丙烯熔喷纤维经负压吸附在成网网帘上、经卷绕收集，得到低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布。
2.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：进料段190～220℃，熔融段200～230℃，混炼段210～235℃，均化段210～240℃，箱体温度200～265℃，牵伸热风温度220～290℃，挤压机转速为80～600r/min，热风风压为0.15～0.6MPa。
3.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：网帘与喷丝板的距离为25～80cm，网帘速率为1～30m/min。
4.根据权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述的低熔指聚丙烯熔融指数为小于100g/10min。
5.根据权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所制备的低熔指聚丙烯熔喷纤维直径分布范围为0.1～10微米。
6.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述螺杆的长度和外径比L/D＝22～26。
7.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述进料段长度为5～7D，进料段由3～4个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为1.25～1.8D。
8.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述熔融段长度为4～6D，熔融段由5～8个沿螺杆组件长度方向的正向螺旋元件组成，导程范围为0.5D～1D。
9.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述混炼段长度为6D，由5个正向捏合块元件和1个正向齿形元件组成；正向捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为30°、45°、60°、60°、90°；正向齿形元件导程1D，螺旋角17.7°，螺旋的螺槽深度为0.16D，螺棱厚度为0.15D，螺棱上锯齿形，齿间距为0.1D。
10.如权利要求1所述的一种低熔指聚丙烯熔喷纤维无纺布的制备方法，其特征在于：所述均化段为7D，所述均化段由7个正向螺旋元件和2个正向捏合块元件组成，沿熔体输送方向导程分别为1D、1D、0.75D、2个捏合块元件、0.75D、0.5D、0.5D、0.5D，其中捏合块元件的长度为1D，捏合片厚度为0.2D，捏合片错列角沿熔体输送方向分别为45°、60°。
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