CN1740412B - 添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品。一种添加型功能性粘胶纤维的制造方法，在粘胶纤维制造工艺的基础上，于纺丝工序前加入一种处理纤维素粘胶液能力为1000升/小时～50000升/小时，对应纺丝机的纤维生产能力为100公斤/小时～5000公斤/小时的纺前注入系统，所述的纺前注入系统是由一种功能性材料添加液和纤维素粘胶液的连续计量、添加和均匀混合系统组成，包括计量泵、一级混合器、二级混合器、压力平衡器；纤维素粘胶液和功能材料添加液经过过滤、脱泡后，经计量泵输送进入一级混合器，二种组份在此形成初混液；初混液进入二级混合器后进一步的混合，混合后的纺丝液进入压力平衡器，并由此输送到纺丝机进行纺丝。

Description

添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品

所属技术领域

本发明添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品，涉及粘胶纤维制造工艺、聚合物的共混改性等技术领域。

背景技术

在粘胶纤维的制造技术中，若要添加其它组份，须解决计量添加和均匀混合二个问题。现有技术有二种，一种是所谓的非连续式，一种是在线连续式，又称纺前注入。前者是对纤维素粘胶液和添加的组份分别进行计量，然后将二者在容器中进行搅拌和混合，待混合一段时间后再输送到下一道工序。典型的是在原液准备阶段实施这种技术，特别是在过滤和脱泡前进行添加组份的加入和混合，如溶解或混合工序，这种方法存在的问题是：首先，该技术不能保证均匀混合；其二，混合位置距离纺丝位置很远，管路太长，造成调整品种时的过渡批太长，并且管路清洁困难、停台时间长；第三，对某些类型的添加剂(如粉末)，为了适应对它的加工，必须对生产线的设备和工艺进行相应的调整，例如要调整过滤材料等；第四，某些类型的功能性添加剂，如果与纤维素粘胶液的混合后放置时间长会造成相分离，则不宜采用这种混合方法。

第二种技术即纺前注入技术可以克服这些问题，它是在尽量靠近纺丝位置增加一套动态连续计量添加、混合装置和压力平衡等辅助装置。国外有这类专门装置商品化销售，如德国布朗-卢比(Bran-LuebbeGmbH)公司的装置，它是采用该公司自行研究和开发的专用的动态混合器及其它计量和辅助单元等构成系统，该公司的产品已被应用在国内的粘胶长丝生产线上，但该公司的产品处理能力小，且价格昂贵，如每小时1500升的装置，只能供应一至二台长丝纺丝机的生产规模，且价格高昂。对大型粘胶纤维生产线则缺乏这样的商品化装置。国外少数粘胶纤维生产厂虽然配有这类装置，也都是自行研制、制造和使用，技术保密，更不转让。

国内也有少数厂家根据八、九十年代引进的小型纺前注入装置，进行改造，但往往是系统不完全，或者是关键的混合问题不能很好解决，也都不能应用到大型生产线上。如实用新型专利CN2488924Y描述了一种小型的粘胶纤维纺前的注入装置。该装置只能适应小型的纺前注入，典型特征是纺丝原料浆计量泵所采用的变频器的功率仅为0.55KW和1.6A，不能适应于大型粘胶纤维生产线。具体表现在，纺丝原料浆计量泵采用螺杆泵，不适合流量较大和精度要求高的场合，混合仅仅采用静态混合器，对大流量的混合很难均匀，添加剂计量泵采用隔膜计量泵，不适合高粘度液体的添加。另外，在压力平衡控制方面，只对纺丝原料浆计量泵的流量进行自动控制，没有对添加剂的流量进行自动控制，势必造成二者的比例不能保持恒定，一直处于波动状态。

因此，开发具有自主知识产权、适应粘胶纤维生产的纺前注入系统成为一个很迫切的问题，利用此装置可以开发一系列添加型功能粘胶纤维，成为差别化粘胶粘胶纤维生产和制造的最基本工具和重要手段。

基于粘胶纤维生产线特别是大型生产线对添加功能性材料的实际需要，要求开发出能满足纺前在线均匀混合、系统简单、稳定精确、维护保养方便、尽量多地选用标准或成熟设备、造价较低的系统，并能够适应于不同类型功能性添加液的要求，比如高粘度液体、低粘度液体、分散液等。希望在接近纺丝位的位置进行在线纺前注入混合，可以保证添加的功能材料与纺丝液均匀共混、无须对生产线上的设备和工艺进行专门调整，使混合位置到纺丝位的管路短，过渡批短，管路清洁方便，停台时间短。对一些容易造成相分离的添加功能材料，可以保证混合均匀并且不会发生相分离现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品，以保证采用该方法所生产制造的功能添加型粘胶纤维具有最低的生产成本和好的纤维性能。

本发明提供一种添加型功能性粘胶纤维的制造技术，以满足粘胶纤维生产线特别是大型生产线对混合的均匀性、稳定性和精度的要求，并且构成完整的系统，包括纤维素粘胶液和功能材料添加液的计量、一级混合、二级混合和压力平衡及控制等。本发明所述的添加型功能性粘胶纤维的制造技术，也称纺前注入技术，该技术的核心是功能性材料添加液和纤维素粘胶液的计量、添加和均匀混合系统。如图1，经过过滤、脱泡后的纤维素粘胶液经计量泵输送进入一级混合器，经过脱泡后的功能材料添加液经计量泵送入一级混合器，二种组份在此进行初步的混合，然后再进入二级混合器进行进一步的混合，经过混合的纺丝液进入压力平衡器，其保持压力在(0.05～0.5MPa)±10％范围内，并由此输送到纺丝机进行纺丝。在压力平衡器处，对压力平衡器内空气压力进行检测，并根据压力大小对纤维素粘胶液计量泵和功能材料添加液计量泵进行流量调整，使压力平衡器中空气压力保持稳定，从而纺丝液的压力也保持稳定。如图2，纺前注入控制系统原理图所示，控制系统采用PLC控制，在压力平衡器处通过压力变送器将压力信号转化成电信号，PLC控制器根据此信号调节计量泵的变频器，通过调节计量泵电机的转速来调整计量泵的流量。本发明对纤维素粘胶液的处理能力为1000升/小时～100000升/小时，对应纺丝机的纤维生产能力100公斤/小时～10000公斤/小时。

纺前注入系统中，计量泵可以采用齿轮泵、隔膜计量泵、柱塞计量泵和螺杆泵(包括耐驰(NEMO)单螺杆泵)等。

纺前注入系统中，一级混合器可以是静态混合器或高剪切混合器。二级混合器也可以是静态混合器或高剪切混合器。高剪切混合器又叫管线式高剪切乳化机或管线式高剪切混合器，是一种采用高剪切力对流体进行粉碎、分散、混合和乳化的流体机械加工设备，它是由定子、转子、轴、电机、腔体(含冷却夹套)和进口及出口所组成。其结构特征是：转子和定子均是圆筒结构，即一侧开口，另一侧封闭，在圆周壁上开有轴向槽，该槽可以是封闭槽，也可以是开口槽，如果是开口槽，开口方向与转子和定子圆筒开口方向一致。定子和转子同轴安装，并使转子置于定子之中，之间有间隙，构成完整的一组定子转子结构，定子转子安装在腔体内，腔体设有加热和冷却夹套，可以通入热媒或冷媒进行加热或冷却。定子转子开口端连着混合器的轴向进口，在另一端，定子转子轴通过轴封与电机相连，在轴封和定子转子之间设有混合器的径向出口。其工作原理是：转子在电机的驱动下高速回转，物料在进口处由于转子的高速回转被轴向吸入，在转子离心力的作用下，物料高速离心抛出，在转子和定子的槽孔中被高速剪切，实现粉碎和分散，并在腔体内壁反弹，完成进一步的混合作用，最后经过出口排出物料。在腔体内可以安装一级、二级、三级甚至多级定子转子，每级槽宽可以一致，也可以逐步减小，使粉碎、分散和混合效果逐级精细。进一步，对第二级可以采用二对定子和转子形成由内至外分层的转子、定子、转子、定子四层结构，在第三级采用三对定子转子形成由内至外分层的转子、定子、转子、定子、转子、定子六层结构，形成更加精细的粉碎、分散、混合和乳化作用。

压力平衡器是一密封容器，包括粘胶液的进口、出口、压缩空气进口、压力仪表和压力变送器等。其进口与二级混合器的出口相连接，出口与纺丝机相连接。

控制系统是一检测压力平衡器内空气压力并相应调节纤维素粘胶液和功能材料添加液计量泵流量的闭环控制系统，同时保持纤维素粘胶液和功能添加液的比例恒定不变，另外还进行整个纺前注入系统的工艺参数设定。控制系统由PLC和相应软件以及压力变送器、计量泵、计量泵电机和变频器等构成。通过压力变送器检测压力平衡器内的压力，输入PLC，根据算法通过变频器调节计量泵电机的转速，进而调节计量泵的流量，使压力平衡器内的空气压力保持稳定，从而使输出粘胶液的压力保持稳定。图3为PLC软件流程图。

本发明提供了应用添加型功能性粘胶纤维制造方法所制造的产品。利用所述方法可以制造范围广泛的的产品，这些产品包括功能性普通粘胶纤维、功能性半高湿模量粘胶纤维、功能性高湿模量粘胶纤维和功能性富强粘胶纤维。利用该技术还可以生产功能性粘胶长丝。

需要说明的是，此处的功能性是指通过其它材料的加入使纤维的物理、化学或生物性能在一方面或多方面超过普通粘胶纤维或长丝。所涉及的添加型功能材料包括有机和无机材料，其中，有机材料包括有机低分子材料和高分子材料。功能材料的添加液可以是该种功能材料的溶液、粘胶液或者分散液等。

纺前注入系统可以应用于纺前着色粘胶纤维、消光粘胶纤维、天然多糖添加功能粘胶纤维、阻燃粘胶纤维、植物精油添加功能粘胶纤维以及维生素添加功能粘胶纤维等很多种粘胶纤维。

本发明的优越性在于：提供了一种低生产成本的添加型功能性粘胶纤维的制造方法及其产品，可以适应粘胶纤维生产线特别是大型生产线对添加功能性材料的柔性生产要求，本发明提供的技术方案能够适应不同类型功能性添加液的要求，比如高粘度液体、低粘度液体、分散液等；对于一些容易造成相分离的添加功能材料，可以做到快速在线混合并立即纺丝；由于功能材料的添加和混合位置接近纺丝位，并且采用了动态高剪切混合器，可以保证添加的功能材料与纺丝液均匀共混、无须对生产线上的设备和工艺进行专门调整，混合位置到纺丝位的管路短，过渡批短，管路清洁方便，停台时间短。另外，本发明中所采用的装置或设备无论在原理和应用上都是成熟的技术，所以，容易实现、性能稳定、精确、可靠、成本低，并且维护保养方便，可以适应粘胶纤维工业的应用要求。

附图说明

图1纺前注入系统流程图

图2纺前注入控制系统原理

图3PLC软件流程图

具体实施方式

实施例1：日产25吨粘胶纤维生产线配套的纺前注入系统。纤维素粘胶液计量泵采用12000升/小时柱塞泵，功能材料添加采用2000升/小时隔膜计量泵，一级混合器采用12000升/小时管线式静态混合器，二级混合器采用12000升/小时管线式高剪切混合器，对应纺丝机的纤维生产能力为25吨/日。

实施例2：日产100吨粘胶纤维生产线配套的纺前注入系统。纤维素粘胶液计量泵采用45000升/小时耐驰(NEMO)单螺杆泵，功能材料添加采用9000升/小时隔膜计量泵，一级混合器采用45000升/小时管线式静态混合器，二级混合器采用45000升/小时管线式高剪切混合器，对应纺丝机的纤维生产能力为100吨/目。

实施例3：色浆添加制造纺前着色粘胶纤维。色浆为颜料的水分散体，其中颜料含量为15～20％，颜料颗粒的粒径在0.5～1μm以下，根据纤维色泽的深浅，颜料与纤维素的比例在0.5～5％范围，根据纤维素粘胶液的纤维素含量以及纤维产量，调整色浆的流量，可以控制成品纤维中颜料和纤维素的比例。由于添加计量精确和混合均匀，因此纤维的色泽也很均匀，同时纤维的强度与未添加色浆的纤维相比几乎没有下降。

实施例4：消光粘胶纤维。传统消光粘胶纤维的生产制造是在过滤和脱泡之间增加添加二氧化钛消光剂的罐，在此进行消光剂的计量添加和混合。由于距离纺丝位较远，管路长，造成换批的一系列问题。采用纺前注入添加二氧化钛消光剂，可以避免这些问题，并且消光剂与纤维素粘胶液的混合均匀，纤维质量不受影响。

实施例5：增强型和高湿模量粘胶纤维。在增强型和高湿模量粘胶纤维的制造过程中，需要在纤维素粘胶液中添加变性剂，以改善纤维成形条件，从而提高纤维的机械性能。这里，变性剂与纤维素粘胶液的均匀混合非常重要，考虑到生产线的柔性，采用纺前注入添加变性剂是最理想的添加和混合方法，可以保证变性剂与纤维素粘胶液的计量精确和混合均匀，使纤维性能稳定。本发明技术对半高湿模量粘胶纤维和富强粘胶纤维生产制造过程中变性剂的添加同样适用。

实施例6：天然多糖添加功能粘胶纤维。一些天然多糖如甲壳素、海藻酸盐具有独特的功能性特别是生物医学性能。将甲壳素或海藻酸盐制备成碱性溶液或粘胶液，通过纺前注入系统进行精确计量添加和均匀混合，可以保证纤维中的功能性组份均匀混合，制品的染色也很均匀。

实施例7：阻燃粘胶纤维。在阻燃粘胶纤维的生产制造中，阻燃剂的添加是关键。可以采用纺前注入系统，将阻燃剂精确计量并与纤维素粘胶液均匀混合，在纺丝机上纺制出阻燃粘胶纤维。

实施例8：植物精油添加功能粘胶纤维。首先将植物精油通过微胶囊技术加工成微胶囊，并控制微胶囊的粒径，再将微胶囊制备成水分散液。通过纺前注入系统精确计量和添加植物精油微胶囊分散液并与纤维素粘胶液均匀混合，在纺丝机上纺制出植物精油添加功能粘胶纤维。

实施例9：维生素添加功能粘胶纤维。将微生物A、C和E或其衍生物通过微胶囊技术加工成微胶囊，并控制微胶囊的粒径，再将微胶囊制备成水分散液。通过纺前注入系统精确计量和添加微生物微胶囊分散液并与纤维素粘胶液均匀混合，在纺丝机纺制出维生素添加功能粘胶纤维。

Claims (7)

1.一种添加型功能性粘胶纤维的制造方法，在粘胶纤维制造工艺的基础上，于纺丝工序前加入一种处理纤维素粘胶液能力为1000升/小时～50000升/小时、对应纺丝机的纤维生产能力100公斤/小时～5000公斤/小时的纺前注入系统，其特征在于：所述的纺前注入系统是由一种功能性材料添加液和纤维素粘胶液的连续计量、添加和均匀混合系统组成，具体的，由计量泵、一级混合器、二级混合器、压力平衡器组成，纤维素粘胶液经过过滤、脱泡后，经计量泵输送进入一级混合器，经过脱泡后的功能材料添加液经计量泵送入一级混合器，二种组份在此进行初步的混合，形成初混液；初混液进入二级混合器进一步的混合，混合后的纺丝液进入压力平衡器，并由此输送到纺丝机进行纺丝，其中，所述的一级混合器为静态混合器或高剪切混合器，所述的二级混合器为静态混合器或高剪切混合器；所述的压力平衡器由控制系统对其内空气压力进行检测、并根据压力大小对纤维素粘胶液计量泵和功能材料添加液计量泵进行流量调整，使压力平衡器中空气压力保持稳定，所述的空气压力在设定范围0.05～0.5MPa的±10％内波动，控制系统采用PLC控制，在压力平衡器处通过压力变送器将压力信号转化成电信号，PLC控制器根据此信号调节计量泵的变频器，完成对计量泵电机的转速的调整；所述的压力平衡器是一密封容器，包括粘胶液的进口、出口、压缩空气进口、压力仪表和压力变送器，其进口与二级混合器的出口相连接，出口与纺丝机相连接。

2.根据权利要求1所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法，其特征在于：所述的计量泵采用齿轮泵、隔膜计量泵、柱塞计量泵和螺杆泵中的一种。

3.根据权利要求1所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法，其特征在于：所述的高剪切混合器是由腔体、腔体上的进口及出口、腔体内的定子、转子、轴、电机所组成，其中，所述转子和定子均是圆筒结构，即一侧开口，另一侧封闭，在圆周壁上开有轴向槽，该槽可以是封闭槽，也可以是开口槽，如果是开口槽，开口方向与转子和定子圆筒开口方向一致；所述的定子和转子同轴安装，并使转子置于定子之中，成为完整的一组定子转子结构，所述的腔体设有可以通入热媒或冷媒进行加热或冷却的夹套，定子转子开口端连着混合器的轴向进口，在另一端，定子转子轴通过轴封与电机相连，在轴封和定子转子之间设有混合器的径向出口。

4.根据权利要求3所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法，其特征在于：所述的腔体内可以安装一级、二级、三级及以上多级定子转子，每级槽宽相同，或逐级减小，进一步，对第二级采用二对定子和转子形成由内至外分层的转子、定子、转子、定子四层结构，对第三级采用三对定子转子形成由内至外分层的转子、定子、转子、定子、转子、定子六层结构。

5.根据权利要求1所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法，其特征在于；所述的功能性材料的剂型为有机低分子材料或高分子材料的溶液、粘胶液或者是分散液。

6.利用权利要求1所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法所得产品，包括：功能性普通粘胶纤维、功能性半高湿模量粘胶纤维、功能性高湿模量粘胶纤维和功能性富强粘胶纤维。

7.利用权利要求1所述的添加型功能性粘胶纤维的制造方法所得产品，包括功能性粘胶长丝。

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