CN116288765A - 复合多元功能纤维制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于包括步骤一：将功能材料分别注入不同的挤出机内形成功能母料，通过计量泵控制功能母料供给量；之后通过各自的联苯加热炉，精确控制每一种材料的熔融温度和适合压力并通过单管单控温进行输送；步骤二:熔融的功能母料被泵入联苯纺丝箱，通过箱中复合模具后形成复合纤维丝；本发明中多台挤出机出料口均采用套管引流，并采用单管单控温控技术，每一种材料各自使用自己单独的温控装置，精确控制材料熔融温度，并且在加工模具喷丝板及管路上采用联苯加热的循环方法，以保证熔融物在模具中各种材料熔融温度合适、均匀，提高产品的兼容性及生产效率。

Description

复合多元功能纤维制备工艺

技术领域

本发明涉及复合纤维制备技术领域，尤其涉及复合多元功能纤维制备工艺。

背景技术

现阶段功能性纤维发展迅速，其中比较典型的复合功能性纤维结构有皮芯型、并列型、米字型等，复合结构的纤维丝随之会附带一些功能，例如，抗菌纤维、涤锦复合纤维是目前复合纤维制备成的产品，它是由两种化学结构和性能不同的聚合物构成的一种复合纤维，通过复合的结构，实现抗菌，驱蚊虫，微导电等功能性的单丝。

但是目前皮芯型，并列型及米字型结构一般只能同时具备一到两种功能，功能相对较少，同时受到比表面积、表面能和表面活性的影响，使其应用效果大打折扣，难以产生高附加值产品，而且所形成的产品功能因受材料及结构本身的影响，其功效远远低于应用效果，并使其产品本身的寿命大大减小。

此外在目前的纤维制造工程中，还存在多种材料之间熔融温度不理想，输送温度不稳定，造成材料融合效果差，以及单丝冷却不均匀，品质较差，单丝强度不足，易断裂等问题。

发明内容

根据以上技术问题，本发明提供一种能够生产带有多种功能纤维丝的复合多元功能纤维制备工艺。

本发明提供复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：首先将主料及功能辅料分别进行烘干等预处理，然后将各种材料分别注入不同的挤出机，通过计量泵控制功能母料的供给量；之后通过各自的联苯加热炉，精确控制每一种材料的熔融温度并通过单管单控用合适的温度和压力进行输送；

步骤二:熔融的主料和功能辅料分别泵入齿型复合模具，流经复合模具加工后形成复合纤维单丝；

步骤三：使用静电纺控工艺，在模具出丝孔处添加静电场，通过电场的作用，使单丝稳定运行，避免堵塞出丝孔；

步骤四：将步骤三得到的复合纤维丝经干湿冷却技术冷却处理，首先采用环吹风风冷进行预冷却，之后采用冷却液降温冷却并保证其表面光滑；之后通过风冷机进行进一步冷却并达到风干效果；

步骤五：将步骤四得到的复合纤维丝采用高温低冷去应力的方法，经过多道定型工艺，使之拉丝定型；

步骤六：将步骤五得到的复合纤维丝经单锭盘花收锭机卷绕制成成品落桶打包。

进一步地，所述步骤一中的主料为PET，所述主料烘干预处理的具体步骤为：将所述主料经2次烘干干燥，第一次烘干温度为110℃，持续2小时，所述主料形成预结晶，防止粘料，后调节温度至160℃，持续4小时，去除水分，使含水率小于100PPM；之后进行预升温，温度为200℃；

进一步地，所述步骤一中的功能辅料包括基材和功能母料，所述基材为PE，所述功能母料根据所需功能向基材内添加混合，添加功能母料成分为基材的30-50％，可使复合单丝的表面功能提高20-40％；且熔融性比较好，能增强材料的粘合力；

进一步地，所述功能辅料进行预烘干处理的具体步骤为：将所述功能辅料经1次烘干，烘干温度110℃，持续4小时，可使含水率小于100PPM；之后进行预升温，温度为200℃。

进一步地，所述步骤一中的输送主料的挤出机的加热温度设置在260-290℃，所述步骤一中的输送主料的计量泵的压力＜35兆帕，所述步骤一中输送主料的单管单控的输送温度为270℃，输入熔浆量的质量比为1.00-1.15g/ml；所述步骤一中输送功能辅料的挤压机温度为160-220℃，所述步骤一中输送辅料的计量泵压力＜10兆帕，所述步骤一中输送辅料的单管单控输送温度为230℃，输入熔浆量的质量比为0.86-0.96g/ml。

进一步地，所述步骤二中的复合模具由多个喷丝板组成，多个喷丝板之间相互连接，所述每个喷丝板均设置进料孔，所述每个喷丝板温度为260℃。

进一步地，所述步骤五中的多道定型工艺具体步骤为：

第一道牵伸：用蒸汽机加热83-88℃，进行第一次牵伸，牵引倍数为3-5倍；

第二道牵伸：用蒸汽机加热140℃，进行第二次牵伸，牵引倍数为0.8-1.2倍；

去应力牵伸：用蒸汽机加热160℃，进行第三次牵伸，牵引倍数为0.8-1.2倍。

本发明的有益效果为：本发明为复合多元功能纤维制备工艺，不同的材料由多台挤出机挤出，再经计量泵控制流量，之后由计量泵泵入复合模具中，其中，主料以PET为载体，流入复合模具中部，PET熔融体通过另申请专利中的复合模具内部齿型形成的细条夹缝，在夹缝中的熔体在较小的空间内与齿形内壁摩擦形成固定的嵌入结构，接着以杀菌母粒、抗菌母粒，导电母粒及驱蚊特性母粒等具有不同功能的辅料以PE为载体，置入其它的挤出机内再经计量泵控制流量，之后由温控装置恒温恒压泵入复合模具外圈，经由复合模具内的流平槽挤压流平，进而与主料加工成复合单丝，此复合单丝能够进一步被加工成不同功能性产品，如旅游经济、服装及其制品类、民用建筑类及特殊行业防尘、防护屏蔽等诸多功能化系列应用。

对于熔融纺丝而言，熔体温度的高低，直接影响熔体表面黏度的大小，如果黏度相差较大，使得纺丝剥离不均进而造成纤维的功能使用效果差，为了避免这个问题，本发明中多台挤出机出料口均采用套管引流，并采用单管单控温控技术，每一种材料各自使用自己单独的温控装置，精确控制材料熔融温度，并且在加工模具喷丝板及管路上采用联苯加热的循环方法，以保证熔融物在模具中各种材料熔融温度合适、均匀，提高产品的兼容性及生产效率；

现阶段纤维丝生产中，常用冷却方式大多为风式冷却，但是风式冷却会造成单丝降温不均，侧风也会影响单丝的均匀性，使熔体喷出之后得不到有效冷却，影响丝的品质，本发明采用干湿冷却技术，先使用环吹风风冷做预冷却降温，之后再采用冷却液降温，能够保证纤维丝表面光滑，解决风冷不均衡的问题；之后再通过冷风机进一步冷却到最佳温度，并进行风干。

在卷绕过程中，本发明采用高温蒸汽机，通过83-160度高温蒸气反复3道定型以达到去应力效果，取代了传统单丝工艺设备中的热水槽，实现高速稳定的拉丝工艺。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明主料和功能辅料分别注入复合模具的剖视示意图；

图3为本发明生产出的复合纤维截面图；

图4为本发明步骤一中单管单控流程示意图；

图5为本发明步骤四中干湿冷却的流程示意图；

图6为本发明步骤五中多道定型去应力流程示意图；

图7为本发明实施例4中添加亲导电材料的示意图。

附图标记：1-挤出机出料口；2-齿形复合模具；3-主料；4-功能辅料；5-亲导电材料。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整地描述。

实施例1

首先将烘干预处理后的PET做为主料，从连接于齿形复合模具中部的挤出机内注入，其中主料注入到中部的挤出机内，挤出机的挤出温度区间设置为260-290℃，同时将烘干预处理后的，以PE为基材并混合其它功能母料的辅料注入至其它挤出机内，挤出机的温度设置为160-220℃；而后主料和辅料各自经对应的计量泵以及单管单控装置被泵入至齿形复合模具内，其中主料对应的计量泵压力小于35MPa，单管单控输送的温度为270℃，辅料对应的计量泵压力小于10MPa，单管单控输送的温度为230℃；

熔融的功能材料被泵入齿型复合模具，流经齿形复合模具后形成复合纤维丝；齿形复合模具置于联苯加热箱中，并保持恒温，温度为260℃，其中齿形复合模具已另申专利，在此不做细部说明；

使用静电纺控工艺，在模具出丝孔处添加静电场，通过电场的作用，使单丝稳定运行，避免堵塞喷丝孔；

后经干湿冷却技术，先使用环吹风风冷进行预冷却，之后采用冷却液降温冷却并保证其表面光滑；之后通过风冷机进行进一步冷却并达到风干效果，具体为先用环吹风风冷，目的是将刚出口的单丝的温度，从260℃降到150℃，风速：5m/s，然后进入冷却水水箱，水箱温度控制在40℃左右，之后再加一道风冷，风速：5m/s，降低湿度，使单丝干燥，湿度降到15％；

而后采用高温低冷去应力制备方法，经过多道定型工艺，使之拉丝定型；具体为第一道牵伸：用蒸汽机加热83-88℃，进行第一次牵伸，牵引倍数：3-5倍，例如：将单丝每分钟50米拉伸为150-250米，然后进入自然风风冷；

第二道牵伸：用蒸汽机加热140℃，进行第二次牵伸，牵引倍数：0.8-1.2倍，例如：将单丝每分钟50米拉伸为40-60米，然后进入自然风风冷；最后经去应力牵伸：用蒸汽机加热160℃，进行第三次牵伸，牵引倍数：0.8-1.2倍，例如：将单丝每分钟50米拉伸为40-60米，然后进入自然风风冷，实现高速稳定的拉丝工艺；

最后经经单锭盘花收锭机卷绕制成成品落桶打包。

由此得到的复合丝断裂强度>0.28cN/dtex，断裂强度变异系数2.03，断裂伸长率＜148％，断裂伸长变异系数3.25，线密度为249.3dtex，线密度变异系数0.21，抗菌效果达到SEK橙色标准。

其中水箱中水溶液的温度为40～80℃，喷丝板组件喷丝端与水箱水面的距离为20～40cm，水箱中的罗拉与水面的距离为40～160cm，水溶液为净水液体，不含助剂。

实施例2

将主料PET中混合带有亲导电特性的功能性材料，一并将其加热熔融，通过中间的挤出机挤出，经计量泵并通过单管单控输送至齿形复合纺丝模具中，通过模具进料口将混有亲导电材料的主料送入模具，并加工形成复合纤维的中心齿形基材，此时亲导电材料均匀的融入齿形基材中，之后再和各种功能材料融合形成功复合单丝，通过模具出丝孔，流出模具。

此时，在模具出丝孔处，使用了静电纺控技术，通过添加强电场于单丝周围，并在接收板添加另一极电场，引导复合单丝齿形基材中的亲导电材料平稳运行，防止堵塞出丝孔及造成单丝圆整度不足等问题，同时可保证单丝在自然风冷却状态时，保持圆整度及均匀性，之后单丝通过接收板接收，进入下一道工序。

亲导电母粒是由树脂基材和炭黑以及其他助剂混合加工而成，它可使主材料在固有的特性上增加导电或者防静电的效能，其添加量非常低，一般为PET主料的0.1％，添加电场一般为30000伏高压静电。此技术可有效提高单丝圆整度，防止堵塞出丝孔的现象发生，同时添加得功能材料较少，节约成本，也不用更改纺丝模具。此方法，无需使用纺丝液及纺丝锥，纺丝喷头等部件，大大简化了静电纺丝的工艺，同时提高了效果。

实施例3

在其中一种辅料PE中混合带有亲导电特性的功能性材料，将其加热熔融，通过旁边辅料的挤出机挤出，经计量泵并通过单管单控输送至齿形复合纺丝模具中，通过模具外圈进料口将混有亲导电材料的PE辅料送入模具，通过多层模具均匀缓冲，经过流平层均压挤出，每隔120°填充亲导电材料于齿型结构夹缝中，和主料基材融合，形成具有多种功能的复合单丝，通过模具出丝孔，流出模具。

在模具出丝孔处，使用了静电纺控技术，通过添加强电场于单丝周围，并在接收板添加另一极电场，引导复合单丝齿形基材中的亲导电材料平稳运行，防止堵塞出丝孔及造成单丝圆整度不足等问题，通过三点定位平面的方式，每隔120°均有亲导电材料维持结构稳定，保证单丝的均匀性和圆整度，并可保证单丝在自然风冷却状态时，不受横风的影响，保持了圆整度及均匀性，之后单丝通过接收板接收，进入下一道工序。

本纺丝模具通过在1+N多元齿型结构模具基础上，进行变形升级，将齿型结构变为3等分的倍数结构(3,6,9…)，通过在每隔120度夹角的齿轮间隙填充亲导电材料，形成特殊单丝结构，之后在通过静电纺控工艺时，在电场的作用下，以三点固定的方式保持单丝的均匀及圆整度不受影响，同时稳定运行不堵塞喷丝孔出口。

亲导电母粒是由树脂基材和炭黑以及其他助剂混合加工而成，它可使辅料在固有的特性上增加导电或者防静电的效能，其添加量非常低，一般为PE辅料的0.1％，添加电场一般为30000伏高压静电。所述纺丝喷头(出丝孔)朝向所述接收极棒，所述纺丝喷头与所述电源的正极电连接，所述接收极棒与所述电源的负极电连接或接地。此方法，无需使用纺丝液，也不需要纺丝锥，纺丝喷头等部件，大大简化了静电纺丝的工艺，同时提高了效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：首先将主料及功能辅料分别进行烘干等预处理，然后将各种材料分别注入不同的挤出机，通过计量泵控制功能母料的供给量；之后通过各自的联苯加热炉，精确控制每一种材料的熔融温度并通过单管单控用合适的温度和压力进行输送；

步骤二:熔融的主料和功能辅料分别泵入齿型复合模具，流经复合模具加工后形成复合纤维单丝；

步骤三：使用静电纺控工艺，在模具出丝孔处添加静电场，通过电场的作用，使单丝稳定运行，避免堵塞出丝孔；

步骤四：将步骤三得到的复合纤维经干湿冷却技术冷却处理，首先采用环吹风风冷进行预冷却，之后采用冷却液降温冷却并保证其表面光滑；之后通过风冷机进行进一步冷却并达到风干效果；

步骤五：将步骤四得到的复合纤维丝采用高温低冷去应力的方法，经过多道定型工艺，使之拉丝定型；

步骤六：将步骤五得到的复合纤维丝经单锭盘花收锭机卷绕制成成品落桶打包。

2.根据权利要求1所述的复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于所述步骤一中的主料为PET，所述主料烘干预处理的具体步骤为：将所述主料经2次烘干干燥，第一次烘干温度为110℃，持续2小时，所述主料形成预结晶，防止粘料，后调节温度至160℃，持续4小时，去除水分，使含水率小于100PPM；之后进行预升温，温度为200℃；

所述步骤一中的功能辅料包括基材和功能母料，所述基材为PE，所述功能母料根据所需功能向基材内添加混合，添加功能母料成分为基材的30-50％，可使复合单丝的表面功能提高20-40％；且熔融性比较好，能增强材料的粘合力；

所述功能辅料进行预烘干处理的具体步骤为：将所述功能辅料经1次烘干，烘干温度110℃，持续4小时，可使含水率小于100PPM；之后进行预升温，温度为200℃。

3.根据权利要求1所述的复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于所述步骤一中的输送主料的挤出机的加热温度设置在260-290℃，所述步骤一中的输送主料的计量泵的压力＜35兆帕，所述步骤一中输送主料的单管单控的输送温度为270℃，输入熔浆量的质量比为1.00-1.15g/ml；所述步骤一中输送功能辅料的挤压机温度为160-220℃，所述步骤一中输送辅料的计量泵压力＜10兆帕，所述步骤一中输送辅料的单管单控输送温度为230℃，输入熔浆量的质量比为0.86-0.96g/ml。

4.根据权利要求1所述的复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于所述步骤二中的复合模具由多个喷丝板组成，多个喷丝板之间相互连接，所述每个喷丝板均设置进料孔，所述每个喷丝板温度为260℃。

5.根据权利要求1所述的复合多元功能纤维制备工艺，其特征在于所述步骤五中的多道定型工艺具体步骤为：

第一道牵伸：用蒸汽机加热83-88℃，进行第一次牵伸，牵引倍数为3-5倍；

第二道牵伸：用蒸汽机加热140℃，进行第二次牵伸，牵引倍数为0.8-1.2倍；

去应力牵伸：用蒸汽机加热160℃，进行第三次牵伸，牵引倍数为0.8-1.2倍。

Images