CN116356464A - 一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法，其特征在于，所述蒸汽变形的介质为蒸汽，采用蒸汽填塞膨化变形，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂10～20ppm，酮肟除氧剂30～40ppm，包括如下步骤：A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，获得初生纤维；C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，获得设计线密度的纤维丝；D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，制得膨化纤维丝；本发明纤维直径大、卷曲度高和回弹性能保持长久，用于水净化纤维束过滤器，比表面积大，过滤阻力小，磨损减小，过滤速度增大，清洁周期长，使用寿命延长。

Description

一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法
技术领域
本发明涉及化学纤维材料技术领域，具体涉及一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法。
背景技术
水净化纤维是近年开发的新型过滤层，具有过滤比表面积大，过滤阻力小，过滤速度快，容易清洁，使用寿命长等优势，在现有技术中，常常采用圆形纤维截面形状，而且纤维直径很难达到100微米以上，这就造成纤维卷曲性能不高，而且不够持久，造成纤维过滤层使用一段时间就会被堵塞，导致纤维束过滤器清洗周期和使用寿命缩短。
现有技术的变形介质是热压缩空气，就是设有一个加热器把压缩空气加热后，通过变形箱喷嘴，把复丝填塞到带有金属叶片的变形室里，实现填塞膨化变形，当采用不给湿变形时，单丝之间的摩擦阻力较大，这会阻碍单丝之间纵向位移，因此变形效果不良，卷曲低，还不长久。现有卷曲长久纤维技术，存在纤维直径和卷曲性能不够大和不够长久的问题，只是用于其它领域，不能满足水净化纤维束。例如：
专利号为ZL201910507873.4的发明专利，公开了一种永久卷曲欧根纱及其制备方法，所述欧根纱的纤维截面为复合纤维结构，所述复合纤维包括聚合物组分A和聚合物组分B，所述聚合物组分A与聚合物组分B中聚合物类型相同。所述制备方法为将经过干燥处理的聚合物组分A和聚合物组分B混合进行熔融，然后通过一步法复合纺丝，得到具有复合结构的欧根纱单丝，并依次通过水浴和牵伸辊进行冷却和牵伸，经过热定型处理，最后卷绕得到永久卷曲欧根纱。本发明采用一步法纺丝，集中控制纺丝工序，在一套设备上就能直接生产出复合欧根纱，降低设备成本，同时调整聚合物组分A和聚合物组分B的种类和物理性能，提高两相之间的界面粘附性能，从而得到能够永久卷曲的欧根纱，其只能织造布面料，不能适应于水净化纤维。
专利号为ZL202111051364.9的发明专利，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。本发明优点只是增加了纤维的抗氯氧化性能和抗UV老化性能，还存在纤维直径和卷曲性能不够大和不够长久的问题。
专利号为ZL202210214789.5的发明专利，公开了一种亲水憎油水净化改性纤维及其制备方法，属于化学纤维材料技术领域，包括如下组分与质量比：改性聚丙烯切片96.0～97.0％，亲水憎油母粒3.0～4.0％，按其组分混合纺丝而成，其单丝横截面为三叶异形；所述改性聚丙烯切片中包含阳离子型聚丙烯酰胺助剂。本发明的优点在于：除了具有水净化纤维填料过滤精度高，过滤速度快，截污面积大，吨水造价低，使用周期长，反清洗容易等特点外，还具有吸水、吸附大分子有机物及胶体，截留油渍的特性，对含有油渍污水的过滤、循环、旁滤和回收都起到精细净化的作用。但同样存在纤维直径和卷曲性能不够大和不够长久的问题，仍然不能满足水净化纤维束的过滤要求。
发明内容
本发明的目的在于，基于现有技术中的这些缺点及本申请人前期专利文件存在的问题，本发明旨在用蒸汽作为变形介质的方法，提供一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法，其特征在于，所述蒸汽变形的介质为蒸汽，采用蒸汽填塞膨化变形，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂10～20ppm，酮肟除氧剂30～40ppm，包括如下步骤：
A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，均匀混合得到熔体；
B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，并通过侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，然后进行热拉伸辊拉伸，获得设计线密度的纤维丝；
D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，并喷吐在冷却盘冷却加蓬，制得膨化纤维丝；
E：将膨化纤维丝冷却后，再经过网络器打出一定数量的网络节，再通过卷绕机卷装成圆柱形纱筒，即获得蒸汽变形制备水净化纤维。
所述水净化纤维材质采用聚丙烯，是相对于聚酰胺和聚酯，具有价格低廉的优势，更适合做为过滤纤维填料进行大规模生产和使用。
所述三叶异形喷丝板横截面的叶宽与叶长比为1:6，叶顶端宽度小于叶根部度，叶顶端宽为0.20mm，叶根部宽为0.30mm，叶长为1.20mm，两叶边夹角为11°，叶与叶之间为圆弧过渡连接，叶根连接圆半径为0.50mm～2 mm，三叶异形喷丝板微孔数为50个。
通过增大三叶异形喷丝板横截面的异形度，即可得到高的卷曲度，又具有高回弹的性能，而且直径大，纤维的刚性也增加。
所述膨化纤维丝单根丝的线密度为60～70dtex；所述膨化纤维丝的线密度为3000～3500dtex，膨化纤维丝直径为150微米以上，并通过三叶异形喷丝板的处理，获得的水净化纤维直径大，卷曲高，回弹性能保持时间长久。
优选的，步骤A中，所述挤压机各区加热温度为200～220℃；步骤B中，侧吹风风温16～18℃、湿度70.0～75.0%、风速1.3～1.5m/s；步骤C中，所述初生纤维双面上油率0.8～1.0%；使用两级热辊进行拉伸，拉伸比3.3～3.5倍；以喂入热辊速度为600～620m/min，加热温度60～65℃；预拉伸热辊速度为630～650m/min，加热温度100～110℃；主拉伸热对辊速度为2000～2200m/min，加热温度110～120℃；步骤E中，所述网络器打出的网络度为10～15个/米，所述卷绕机的卷绕速度为1700～1900m/min。
优选的，步骤D中，所述变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形温度为140～150℃，蒸汽压力为5.0～6.0bar，所述冷却盘转速为45～50rpm。
所述非离子蓬松柔软剂，采用东莞太洋纺织用品有限公司生产的TY-L5153蓬松柔软剂，能够使复丝更加蓬松、卷曲和柔软，卷曲长久。
所述酮肟除氧剂，采用廊坊清汶化工人限公司生产的丁酮肟除氧剂，能够去除蒸汽对金属变形叶片的氧化腐蚀，起到保护延长变形叶片使用寿命的作用。
与现有技术相比较，实施本发明，具有如下有益效果：
本发明通过对变形介质的蒸汽混合处理，实现液态蒸汽填塞膨化变形，蒸汽可加热加湿，单丝之间摩擦作用减小，使纤维易产生纵向较大的位移，充分填塞各金属变形叶片里，形成三维空间的立体卷曲，卷曲模量大，卷曲牢度高，卷曲保持时间长久。
本发明纤维直径大、卷曲度高和回弹性能保持长久，用于水净化纤维束过滤器，比表面积大，过滤阻力小，磨损减小，过滤速度增大，清洁周期长，使用寿命延长。
附图说明
图1是本发明原理示意图；
图2是本发明三叶异形喷丝板结构示意图；其中：
1、叶顶端宽，2、两叶边夹角，3、叶长，4、叶根部宽，5、叶根连接圆半径。
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1和附图2对本发明作进一步地详细描述。
实施例
所述蒸汽变形制备水净化纤维的方法，所述膨化纤维丝单根丝的线密度为60dtex；所述膨化纤维丝的线密度为3000dtex，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂10ppm，酮肟除氧剂30ppm，如图1所示，包括如下步骤：
A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，均匀混合得到熔体；挤压机五个区的加热温度分别为200℃、205℃、210℃、212℃和215℃。
B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，经过风温18℃、湿度70.0%、风速1.3m/s的侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，上油率为0.8%；之后进行两级热拉伸辊进行拉伸，拉伸比3.3倍；喂入热辊速度为600m/min，加热为60℃；预拉伸热辊速度为630m/min，加热温度100℃；主拉伸热对辊速度为2000m/min，加热温度110℃，获得设计线密度的纤维丝；
D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，蒸汽温度为140℃，蒸汽压力5.0bar；并喷吐在冷却盘冷却加蓬，冷却盘转速为45rpm，制得膨化纤维丝；
E：将膨化纤维丝冷却后，再经过网络器打出10个/米的网络节，再通过卷绕机以卷绕速度为1700m/min卷装成圆柱形纱筒，即获得蒸汽变形制备水净化纤维。
实施例
所述蒸汽变形制备水净化纤维的方法，所述膨化纤维丝单根丝的线密度为65dtex；所述膨化纤维丝的线密度为3250dtex，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂15ppm，酮肟除氧剂35ppm，如图1所示，包括如下步骤：
A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，均匀混合得到熔体；挤压机五个区的加热温度分别为200℃、205℃、210℃、214℃和218℃。
B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，经过风温17℃、湿度73.0%、风速1.4m/s的侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，上油率为0.9%；之后进行两级热拉伸辊进行拉伸，拉伸比3.4倍；喂入热辊速度为610m/min，加热为63℃；预拉伸热辊速度为640m/min，加热温度105℃；主拉伸热对辊速度为2080m/min，加热温度115℃，获得设计线密度的纤维丝；
D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，蒸汽温度为145℃，蒸汽压力5.5bar；并喷吐在冷却盘冷却加蓬，冷却盘转速为48rpm，制得膨化纤维丝；
E：将膨化纤维丝冷却后，再经过网络器打出12个/米的网络节，再通过卷绕机以卷绕速度为1780m/min卷装成圆柱形纱筒，即获得蒸汽变形制备水净化纤维。
实施例
所述蒸汽变形制备水净化纤维的方法，所述膨化纤维丝单根丝的线密度为70dtex；所述膨化纤维丝的线密度为3500dtex，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂2ppm，酮肟除氧剂40ppm，如图1所示，包括如下步骤：
A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，均匀混合得到熔体；挤压机五个区的加热温度分别为200℃、205℃、210℃、215℃和220℃。
B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，经过风温16℃、湿度75.0%、风速1.5m/s的侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，上油率为0.9%；之后进行两级热拉伸辊进行拉伸，拉伸比3.5倍；喂入热辊速度为620m/min，加热为65℃；预拉伸热辊速度为650m/min，加热温度11℃；主拉伸热对辊速度为2200m/min，加热温度12℃，获得设计线密度的纤维丝；
D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，蒸汽温度为150℃，蒸汽压力6.0bar；并喷吐在冷却盘冷却加蓬，冷却盘转速为50rpm，制得膨化纤维丝；
E：将膨化纤维丝冷却后，再经过网络器打出15个/米的网络节，再通过卷绕机以卷绕速度为1900m/min卷装成圆柱形纱筒，即获得蒸汽变形制备水净化纤维。
效果分析：
将实施例1～3样品与市售常规水净化纤维进行测试比较，根据《FZ/T54001-2012丙纶膨体长丝（BCF）》行业标准进行测试热卷曲伸长率来代表卷曲度，用显微镜观察纤维直径，并测试纤维过滤速度和卷曲保持率，结果见下表1：
表1
从表1可以看出，本发明实施例获得的大直径高卷曲水净化纤维，对比市售常规水净化纤维，纤维直径达到160微米以上，增大了50%，热卷曲伸长率提高了进半，过滤速度提高了30%，卷曲保持率长久，能很好地用作水净化纤维束纤维。
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 (8)

1.一种蒸汽变形制备水净化纤维的方法，其特征在于，所述蒸汽变形的介质为蒸汽，采用蒸汽填塞膨化变形，所述蒸汽中混合有非离子蓬松柔软剂10～20ppm，酮肟除氧剂30～40ppm，包括如下步骤：
A：将聚丙烯切片投入到挤压机中加热充分熔化，均匀混合得到熔体；
B：将步骤A熔化混合均匀的熔体通过三叶异形喷丝板喷丝，并通过侧吹风冷却，获得初生纤维；
C：将步骤B得到的初生纤维利用双面油嘴添加纺丝油剂，然后进行热拉伸辊拉伸，获得设计线密度的纤维丝；
D：将步骤B制得的纤维丝放入变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形，并喷吐在冷却盘冷却加蓬，制得膨化纤维丝；
E：将膨化纤维丝冷却后，再经过网络器打出一定数量的网络节，再通过卷绕机卷装成圆柱形纱筒，即获得蒸汽变形制备长久高卷曲水净化纤维。
2.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述三叶异形喷丝板横截面的叶宽与叶长比为1:6，叶顶端宽度小于叶根部度，叶顶端宽为0.20mm，叶根部宽为0.30mm，叶长为1.20mm，两叶边夹角为11°，叶与叶之间为圆弧过渡连接，叶根连接圆半径为0.50mm～2 mm，三叶异形喷丝板微孔数为50个。
3.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述膨化纤维丝单根丝的线密度为60～70dtex；所述膨化纤维丝的线密度为3000～3500dtex，膨化纤维丝直径为至少150微米，并通过三叶异形喷丝板的处理，获得的水净化纤维直径大，卷曲高，回弹性能保持时间长久。
4.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述步骤A中，所述挤压机各区加热温度为200～220。
5.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述步骤B中，侧吹风风温16～18℃、湿度70.0～75.0%、风速1.3～1.5m/s。
6.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述步骤C中，初生纤维双面上油率0.8～1.0%；使用两级热辊进行拉伸，拉伸比3.3～3.5倍；以喂入热辊速度为600～620m/min，加热温度60～65℃；预拉伸热辊速度为630～650m/min，加热温度100～110℃；主拉伸热对辊速度为2000～2200m/min，加热温度110～120℃。
7.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述步骤D中，变形箱中进行蒸汽填塞膨化变形温度为140～150℃，蒸汽压力为5.0～6.0bar，所述冷却盘转速为45～50rpm。
8.根据权利要求1所术的水净化纤维的方法，其特征在于，所述步骤E中，网络器打出的网络度为10～15个/米，所述卷绕机的卷绕速度为1700～1900m/min。
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