CN118147815A - 一种连续长丝非织造布的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续长丝非织造布的制备方法，包括：(1)纺丝液经喷丝板挤出，经气隙层，进入凝固浴装置的加速狭缝中，经加速流体的固化牵伸得到纤维素长丝束；(2)所述纤维素长丝束在铺网装置上形成丝束间相互交叠的纤网；(3)所述纤网经过后处理工序制备连续长丝非织造布。本发明通过在凝固浴装置中增设加速狭缝，使纺丝液经加速流体的固化牵伸，制备力学性能好、纤度均匀性高的纤维长丝束；同时，通过加速狭缝的出口宽度和纺丝速度的关系调整纺丝速度，进一步提高纺丝效果；再通过铺网装置形成均匀一致的纤网，后处理采用水刺水洗一体化的工艺，使得制备方法的流程短，能源消耗低。

Description

一种连续长丝非织造布的制备方法

技术领域

本发明属于非织造材料制备领域，具体地说，涉及一种连续长丝非织造布的制备方法。

背景技术

非织造布是一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。

非织造布突破了传统的纺织原理，具有流程短，生产速度快，产量高，用途广等特点。随着社会的发展和人们生活的提高，非织造布的需求量越来越大，整个非织造布行业的发展异常迅猛，应用也越来越广泛，如何制备出丝束成型效果好，品质优良的非织造布是现在需要解决的问题。

现有的制备莱赛尔长丝非织造布大多采用气流牵伸加汽雾凝固的方法，此方法制备出的产品的力学性能较差，导致断头数量较多，掉屑率高，并且在纤维长度方向上的均匀性较差，且工艺流程复杂，能耗较高。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种连续长丝非织造布的制备方法，通过改变凝固浴装置的内部结构，在凝固浴装置中增设加速狭缝，使纺丝液经加速流体的固化牵伸，制备牵伸效果好、纤度均匀性高的纤维长丝束；同时，通过加速狭缝的出口宽度和纺丝速度的关系调整纺丝速度，进一步提高纺丝效果；再通过铺网装置形成均匀一致的纤网，再通过后处理工序制备得到结合紧密、整体均匀性好的连续长丝非织造布。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种连续长丝非织造布的制备方法，包括：

(1)纺丝液经喷丝板挤出，经气隙层，进入凝固浴装置的加速狭缝中，经加速流体的固化牵伸得到纤维素长丝束；

(2)所述纤维素长丝束在铺网装置上形成丝束间相互交叠的纤网；

(3)所述纤网经过后处理工序制备连续长丝非织造布；

所述加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝a×D²-b×D+c；

其中，5≤a≤60，30≤b≤400，20≤c≤600，4ac-b²>0。

优选的，10≤a≤50，30≤b≤200，20≤c≤300；

更优选的，15≤a≤50，30≤b≤100，20≤c≤200。

以上方案中，连续长丝非织造布的制备方法采用干喷湿法纺丝技术，主要用来制备莱赛尔连续长丝非织造布。

通过凝固浴装置中加速狭缝的宽度来调节丝束的纺丝速度，进一步提高纺丝效果，其中，加速狭缝D的单位为mm，纺丝速度的单位为m/min。

步骤(1)的过程中，丝束的成形完全依靠凝固浴，凝固浴可以同时起到凝固和牵伸的作用，经过凝固浴后丝束内部结构不再发生变化。

凝固浴对丝束的牵伸不依靠机械外力来实现，成形过程简单，能源消耗低。

进一步的，所述加速狭缝的入口宽度H和加速狭缝的出口宽度D的比值H/D为1～8；

优选的，H/D为1～6。

进一步的，所述加速狭缝的出口处的压力为0.1MPa～3MPa；

优选的，所述加速狭缝的出口处的压力为0.5MPa～2MPa。

以上方案中，当加速狭缝的入口宽度与加速狭缝的出口宽度的比值，以及加速狭缝的出口处的压力在上述限定范围内时，能够有效提高纺丝效果。

进一步的，凝固浴的流速和纺丝速度的比值为1～10；

优选的，凝固浴的流速和纺丝速度的比值为1～6。

以上方案中，当凝固浴的流速和纺丝速度的比值在上述限定范围内时，能够有效提高丝束成形效果。

需要说明的是，凝固浴装置中因增设加速狭缝产生凝固浴加速区，加速区中加速流体的流速为凝固浴的流速，纺丝速度为纤维落在铺网机上的速度，对纺丝速度的影响主要包括以下几个方面：

凝固浴装置中加速流体的加速牵伸的影响；凝固浴装置与铺网机具有高度差，此高度差中纤维由于重力原因产生的加速度的影响；以及喷丝板挤压纺丝液时，挤压力使纺丝液产生一定流速等；由于喷丝板、凝固浴装置与铺网机之间的高度差不变，因此，对纺丝速度的影响主要由凝固浴装置中加速狭缝的结构引起。

进一步的，所述连续长丝非织造布的纺丝位至少为1个，优选为2～4个。

进一步的，相邻纺丝位之间的间距为500mm～3000mm，优选为1000mm～2000mm。

进一步的，所述连续长丝非织造布的非织造材料的克重为5g/m²～60g/m²；

优选的，非织造材料的克重为20g/m²～40g/m²。

以上方案中，连续长丝非织造布可以是单层的，也可以是多层的，且层与层之间有自粘合性。

进一步的，所述纤网的后处理工序包括至少一道水刺工艺，所述水刺工艺采用的是对纤网进行正反面的双面成型加工方式。

以上方案中，连续长丝非织造布是通过水刺工艺对长丝进行缠结和加固，并且采用正反面水刺工艺加固，可以保证双面的布面均匀一致性。

进一步的，所述水刺工艺中的水刺头的数量为3～7个。

以上方案中，水刺工艺中的设备采用的是辊筒式排布方式，或者平台、辊筒结合的方式。

进一步的，所述水刺工艺中采用的是水刺水洗一体化工艺，在最后一次水刺时采用的是低压水刺水洗的加工方式。

以上方案中，采用的水刺水洗一体化工艺，充分利用水刺水流速度大，交换效率高的特点，在确保丝束形成的纤网在即使不需要粘合剂粘合的情况下，也能在水刺条件下，结合稳固，形成力学性能优异的连续长丝非织造布，且在水刺阶段进行逐级水洗，在最后阶段利用清水进行低压水刺水洗的方式。

与传统中短纤非织造布的长丝束先经过水洗切断，再进行铺网水刺，以及熔喷工艺需要专门水洗的技术相比，本发明中采用的是水刺水洗一体化工艺，即边水刺边水洗，不仅能够缩短工艺流程，而且设备简单、能源消耗低、成本低。

区别于之前单一的水刺清水储罐，该水刺工艺中采用多个液体储罐的方式，依据水刺头的水量，凝固浴浓度从高到低逐一排列，并且相邻液体储罐都通过循环水泵连接，实现水刺水或水洗水的高效利用，降低了能源消耗。

进一步的，喷丝板的孔径、孔数等可以相同也可以不同，可根据实际工艺需要进行调整。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明提供一种连续长丝非织造布的制备方法，通过改变凝固浴装置的内部结构，在凝固浴装置中增设加速狭缝，使纺丝液经加速流体的固化牵伸，制备牵伸效果好、纤度均匀性高的纤维长丝束。

通过加速狭缝的出口宽度和纺丝速度的关系调整纺丝速度，进一步提高纺丝效果。

再通过铺网装置形成均匀一致的纤网，后处理采用的是水刺水洗一体化工艺，所述工艺流程短，设备简单，能源消耗低，占地面积小。

本发明制备的连续长丝非织造布具有绿色环保、易自然降解、布面均匀性好、力学性能好、断头少、不掉屑、适用范围更广的优点。

本发明提供的一种连续长丝非织造布的制备方法，具有方法简单、操作简便、对设备的要求低、成本低、应用前景广阔的特点。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明中凝固浴装置中加速狭缝的结构示意图；

图2是本发明中干喷湿法纺丝制备莱赛尔连续长丝非织造布的工艺流程图；

图中，1、上漏斗；2、下漏斗；3、垫片；4、加速狭缝；其中，H为加速狭缝的入口，D为加速狭缝的出口。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员可以了解到的是，下列实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本申请按照特定顺序描述了本发明的方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。

本发明中，凝固浴装置中加速狭缝4的结构如图1所示，凝固浴装置中的轴向方向为丝束牵伸方向，凝固浴装置包括上下设置的上漏斗1和下漏斗2，上漏斗1的下部伸入下漏斗2的内部，如此，上漏斗1的外侧面与下漏斗2的内侧面之间形成加速狭缝4，加速狭缝4的宽度自入口至出口的方向逐渐缩小。

凝固浴装置的下方设有垫片3，所述垫片3的厚度可调；当上漏斗1位置固定时，可以通过改变垫片3的厚度，完成对加速狭缝4的宽度的调节，进而影响纺丝速度。

本发明中，凝固浴装置的工作原理如下：部分凝固浴液体从上漏斗1和下漏斗2之间的加速狭缝4中快速流出，带动上漏斗1和下漏斗2相交区域的空气一起向下流动，从而在相交区域形成了一个真空地带，真空吸引上漏斗1上方的凝固浴液体逐渐加速向下流动，实现整个凝固浴的快速向下流动，也即所说的加速区。

本发明中，所述纺丝液进入凝固浴中后即开始固化，同时受凝固浴向下加速流动的液体夹带作用进行牵伸，以提高纤维的结晶度和取向度。

实施例1

使用一个纺丝位进行纺丝，莱赛尔纺丝液从喷丝板挤出后，经过吹风冷却，进入凝固浴装置，加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝15×D²-30×D+29.6(式Ⅰ)；

喷丝孔排数为15排，喷丝板孔径均为0.1mm，加速狭缝入口宽度为0.4mm，加速狭缝出口宽度为0.4mm，狭缝压力为0.1MPa，凝固浴的流速为80m/min，丝束纺丝速度为20m/min，丝束从凝浴出来后落在铺网机网帘上形成单层纤网。采用5个头的水刺设备，对纤网进行正反面水刺水洗加工，然后再经过烘干、卷绕形成连续长丝非织造布，样品的克重为38g/m²。

实施例2

使用两个纺丝位进行纺丝，纺丝位间的距离为1500mm，喷丝孔排数为20排，喷丝板孔径均为0.09mm，莱赛尔纺丝液从喷丝板挤出后，经过吹风冷却，进入凝固浴装置，加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝30×D²-83×D+72(式Ⅱ)；

V＝30×D²-83×D+67(式Ⅲ)；

式Ⅱ和式Ⅲ对应的凝固浴装置的加速狭缝入口宽度分别为1.1mm和2.5mm，加速狭缝出口宽度分别为0.5mm和0.6mm，狭缝压力分别为0.7MPa和0.4MPa，凝固浴的流速分别为120m/min和110m/min，丝束纺丝速度分别为38m/min和33m/min，莱赛尔长丝束在铺网机上形成双层纤网。采用6个头的水刺设备，对纤网进行正反面水刺加工，然后再经过烘干、卷绕形成连续长丝非织造布，样品的克重为38g/m²。

实施例3

使用三个纺丝位进行纺丝，相邻纺丝位间的距离为1200mm，喷丝孔排数为25排，喷丝板孔径分别为1.0mm、0.09mm、0.08mm，莱赛尔纺丝液从喷丝板挤出后，经过吹风冷却，进入凝固浴装置，加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝25×D²-40×D+51.75(式Ⅳ)；

V＝25×D²-40×D+45.75(式Ⅴ)；

V＝25×D²-40×D+41.75(式Ⅵ)；

式Ⅳ、式Ⅴ和式Ⅵ对应的凝固浴装置的加速狭缝入口宽度均为3.0mm，加速狭缝出口宽度均为0.5mm，狭缝压力分别为1.5MPa、1.2MPa和1.4MPa，凝固浴的流速分别为160m/min、130m/min和110m/min，丝束纺丝速度分别为38m/min、32m/min和28m/min，莱赛尔长丝束在铺网机上形成三层纤网。采用7个头的水刺设备，对纤网进行正反面水刺加工，然后再经过烘干、卷绕形成连续长丝非织造布，样品的克重为38g/m²。

实施例4

使用一个纺丝位进行纺丝，喷丝孔排数为25排，喷丝板孔径为0.08mm，莱赛尔纺丝液从喷丝板挤出后，经过吹风冷却，进入凝固浴装置，加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝20×D²-30×D+53.8(式Ⅶ)；

凝固浴装置的加速狭缝入口宽度为2.4mm，改变加速狭缝的出口宽度为0.4mm，狭缝压力为1.57MPa，凝固浴的流速为215m/min，丝束纺丝速度为45m/min，莱赛尔长丝束在铺网机上形成单层纤网，采用4个头的水刺设备，对纤网进行正反面水刺加工，然后再经过烘干、卷绕形成连续长丝非织造布，样品的克重为37g/m²。

对比例1

采用传统的湿法纺丝技术制备铜氨长丝非织造布。

将棉短绒溶解在铜氨溶液中，制得铜氨纺丝液，采用湿法纺丝的方式进行纺丝，纺丝液从凝固浴出来后形成长丝束，落在铺网机上形成纤网，再经过后处理制备出铜氨长丝无纺布。

实验例1

本实验例对实施例1、实施例2、实施例3和对比例1制备的样品进行测试，测试结果如表1所示：

表1

如表1所示，样品在相同克重下，实施例1、实施例2和实施例3按照本发明中的干喷湿法纺丝技术制备的连续长丝非织造布的横向强度和纵向强度明显高于对比例1中按照传统的湿法纺丝技术制备的铜氨长丝非织造布，这只因为采用本发明中的干喷湿法纺丝技术制备的连续长丝非织造布的纤维结晶度高，纤维强度高，因此连续长丝非织造布的强度也高。

实验例2

本实验例在实施例4的基础上，不改变凝固浴装置的加速狭缝入口宽度，改变加速狭缝的出口宽度，得到对比例2至对比例9，并对制备的相同克重的样品进行测试，测试结果如表2所示：

表2

从表2中可以看出，按照本申请中的制备方法，样品在相同克重下，当加速狭缝入口宽度H和加速狭缝出口宽度D的比值满足本申请的限定范围H/D为1～8，且加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足要求时，如对比例3至对比例7和实施例4，随着加速狭缝的增大，纤维纺速降低，连续长丝非织造布的纵横向强度也降低，这说明加速狭缝越窄，对凝固浴的加速效果越明显，凝固浴对纤维的牵伸力越大，纤维纺速越快，纤维结晶和取向越高，连续长丝非织造布的强度越高。

但是，当加速狭缝入口宽度H和加速狭缝出口宽度D的比值超出本申请的限定范围，如对比例2和对比例9，样品的横向强度和纵向强度明显降低，说明加速狭缝太窄时不利于纺丝液的流出，影响纺丝效果；加速狭缝太大时，加速效果不明显，也会影响纺丝效果，最终使连续长丝非织造布的性能变差，尤其是对比例2中加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系不满足要求时，纤维性能更差。

而对比例8中虽然加速狭缝入口宽度H和加速狭缝出口宽度D的比值满足本申请的限定范围H/D为1～8，但是，由于加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系式不满足4ac-b²>0的要求，因此，纤维性能较差。

实验例3

分别使用1个、2个、3个、4个、5个纺丝位制备相同克重的连续长丝非织造布，喷丝孔径均为0.075mm，相邻纺丝位间的距离为1500mm，喷丝孔排数为25排，调节凝固浴装置的加速狭缝入口宽度为0.8mm，加速狭缝出口宽度均为0.7mm，狭缝压力均为0.9MPa，凝固浴的流速均为135m/min，丝束纺丝速度均为35m/min，采用6个头的水刺设备，对纤网进行正反面水刺加工，然后再经过烘干、卷绕形成非织造布，样品的克重为40g/m²。

本实验例在其他条件相同的情况下，改变纺丝位个数，制备相同克重的连续长丝非织造布，实验结果如表3所示：

表3

从表3中的数据可以看出，随着纺丝位的增多，连续长丝非织造布的克重不匀率降低。

对于相同克重的连续长丝非织造布，纺丝位越多，连续长丝非织造布的层数越多，整体均匀性越好，但纺丝位越多，设备投资和能源消耗也越多，同时层数越多，单层克重越低，对于抽吸网帘和抽吸压力的配合要求较高，因此优先选择2～4个纺丝位。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，包括：

(1)纺丝液经喷丝板挤出，经气隙层，进入凝固浴装置的加速狭缝中，经加速流体的固化牵伸得到纤维素长丝束；

(2)所述纤维素长丝束在铺网装置上形成丝束间相互交叠的纤网；

(3)所述纤网经过后处理工序制备连续长丝非织造布；

所述加速狭缝的出口宽度D和纺丝速度V的关系满足：

V＝a×D²-b×D+c；

其中，5≤a≤60，30≤b≤400，20≤c≤600，4ac-b²>0。

2.根据权利要求1所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，其中，10≤a≤50，30≤b≤200，20≤c≤300；

优选的，15≤a≤50，30≤b≤100，20≤c≤200。

3.根据权利要求1所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述加速狭缝的入口宽度H和加速狭缝的出口宽度D的比值H/D为1～8，优选为1～6。

4.根据权利要求3所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述加速狭缝的出口处的压力为0.1MPa～3MPa，优选为0.5MPa～2MPa。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，凝固浴的流速和纺丝速度的比值为1～10，优选为1～6。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述连续长丝非织造布的纺丝位至少为1个，优选为2～4个。

7.根据权利要求6所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，相邻纺丝位之间的间距为500mm～3000mm，优选为1000mm～2000mm。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述连续长丝非织造布的非织造材料的克重为5g/m²～60g/m²，优选为20g/m²～40g/m²。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述纤网的后处理工序包括至少一道水刺工艺，所述水刺工艺采用的是对纤网进行正反面的双面成型加工方式；

优选的，所述水刺工艺中采用的是水刺水洗一体化工艺，在最后一次水刺时采用的是低压水刺水洗的加工方式。

10.根据权利要求9所述的一种连续长丝非织造布的制备方法，其特征在于，所述水刺工艺中的水刺头的数量为3～7个。