CN101760903A - 聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，该方法包括步骤：聚苯硫醚切片-气流输送-预结晶-干燥-熔体纺丝-气流牵伸-长丝成网-针刺加固处理-后整理-卷绕，制得聚苯硫醚纺粘针刺无纺布。本发明还公开了一种用于实现聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法的装置。本发明与短纤针刺法生产聚苯硫醚针刺无纺布相比，采用纺粘长丝针刺法生产的聚苯硫醚针刺无纺布的工艺流程短、设备数量少，所需要的劳动力少，生产效率高，产量大。

Description

聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种针刺无纺布制备工艺，属于无纺布生产技术领域，特别是涉及一种聚苯硫醚纺粘针刺无纺布制备的制备方法及其装置。

背景技术

在针刺无纺布的生产中，有着干法(短纤维)、纺粘(长丝)两大类生产技术。干法无纺布生产***中至少具有三个工序，即：(a)纤维的准备；(b)成网和铺网；(c)纤网的加固或粘合。其中，短纤针刺技术的历史较早，应用最为广泛，并且是目前聚苯硫醚针刺无纺布生产的唯一技术路线，聚苯硫醚短纤针刺无纺布的工艺流程如下所示：短纤维生产的工艺流程：聚苯硫醚切片-预结晶-干燥-熔体纺丝-卷绕集束-平衡-牵伸-热定型-丝束切断-打包；后加工的工艺流程：短纤维-开松-梳理-交叉铺网-针刺加固-后整理-卷绕。

由于短纤无纺布生产的工艺流程较为复杂，短纤生产和无纺布生产往往由不同企业去承担，造成产品造制成本增加。设备数量多，所需要控制的环节也多，因此需要劳动力较多。由于设备的运行速度低，因而生产效率低下、产品强力低、透气性差，若为了增加强力在针刺布中间增加一层机织布又会导致生产成本增加。

而纺粘法作为目前发展最为迅速的无纺布生产技术，越来越占有重要的地位。它是利用化纤纺丝原理，在聚合物纺丝过程中使连续长丝纤维铺置成网，纤网经机械、化学或热方法加固而成非织造布。虽然纺粘针刺生产技术应用于涤纶、丙纶无纺布已经有多年的历史，但是采用聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide，缩写为PPS)作为原料生产纺粘针刺无纺布暂无相关技术报道，PPS纤维具有先天的阻燃性能、极高的热稳定性、优异的耐化学腐蚀性以及良好的耐水解性能，只有在强氧化剂中才会降解，因此常被用作工业上的高温烟气的滤材使用。

上述短纤针刺无纺布采用的原料是短纤维，采用的是梳理成网；而纺粘针刺无纺布采用的是连续的长纤维，铺网是方式为长丝摆丝成网。由于短纤的特点，纤维之间仅靠摩擦力结合，在受到外力时容易移动。因此，与同等单位面积重量的纺粘长丝针刺无纺布相比，短纤针刺布的断裂强力要低25％左右。由于短纤针刺无纺布的针刺密度大，纤维间的空隙小，因此其透气性较差。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的短纤无纺布工艺存在的缺陷，而提供一种新的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的的制备方法及其装置，可以生产出强力高、过滤性能好的针刺无纺布。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其包括步骤：

1)预结晶、干燥步骤：将聚苯硫醚切片输送到预结晶器中加热、预结晶，之后，在热空气的吹送下进入干燥塔内干燥处理；

2)熔融、纺丝步骤：含水率达到纺丝要求的切片输送到干切片料罐中，在重力作用下，下落到螺杆挤出机里，熔融、混合，经过熔体过滤器过滤，过滤后的熔体被输送到纺丝箱体内，通过计量泵传动装置的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上，经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，冷却成为纤维长丝；

3)高速气流牵伸步骤：每个纺丝组件下方的牵伸喷头向下喷射形成高速气流，纤维被限制在气流牵伸器的牵伸管内并被加速；出气流牵伸器后的纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤维网；以及

4)纺粘长丝针刺步骤：纤网在成网机的输送下，进入到针刺机内加工，形成了聚苯硫醚纺粘针刺无纺布。

根据本发明实施例的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，预结晶、干燥步骤中，预结晶的温度设定在110-160℃；干燥塔的温度设定为105-150℃。

根据本发明实施例的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，熔融、纺丝步骤中，螺杆挤出分为六个区加热，采用的是电阻加热方式，温度设置在205-335℃之间，螺杆挤出机的下料口处设有冷却循环水；所述计量泵为精密的齿轮泵；所述熔体过滤器和纺丝箱体由可保证精确控温的联苯蒸气加热。

根据本发明实施例的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，熔融、纺丝步骤中，侧吹风的温度由空调控制，温度控制在15～35℃之间。

根据本发明实施例的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，高速气流牵伸步骤中，纤维在牵伸管内最终可被加速至2500-4500m/min的速度。

根据本发明实施例的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，纺粘长丝针刺步骤中，成网机的速度控制在1～100m/min。

另外，本发明还提出了用于一种用于实现聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法的装置，该装置包括：预结晶器，用于加热、预结晶聚苯硫醚切片，其分别连接湿切片料罐和干燥塔，干燥塔的另一端连接干切片料罐；螺杆挤出机，用于熔融、混合切片，其分别连接上述干切片料罐和熔体过滤器；纺丝箱体，分别连接上述熔体过滤器和计量泵传动装置，该计量泵传动装置用于计量熔体，并定量输送到纺丝箱体中纺成纤维长丝；气流牵伸器，用于将上述纺丝箱体中出来的纤维在牵伸管内被加速，分别连接上述纺丝箱体和摆丝器，该摆丝器用于将出气流牵伸管后的纤维束铺设成纤维网，其一端连接成网机；以及针刺机，用于针刺加固纤维网。

根据本发明实施例的装置，所述干燥塔连接一用于产生干热空气的压空除湿装置。

根据本发明实施例的装置，所述计量泵传动装置具有多个计量泵，所述计量泵为齿轮泵；所述纺丝箱体具有多个纺丝组件，所述每个计量泵用于将熔体输送到每个纺丝组件上。

根据本发明实施例的装置，所述纺丝箱体还连接一联苯蒸汽发生器，该联苯蒸汽发生器连接联苯储罐；所述纺丝箱体还连接一由空调控制的侧吹风装置，用于对风的温度与湿度进行精确控制。

借由上述技术方案，本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的方法及其装置备具有的优点是：由于对纺程上的温度进行合理严格控制，保证了纺丝过程的稳定性；纤维的牵伸采用的是高速气流牵伸，纺丝速度高，纤维的结晶度高，力学性能优异；而在成网方式采用长丝成网，纤网强力高，同时保证产品纵横强力一致，力学性能优异；与短纤针刺法生产聚苯硫醚针刺无纺布相比，采用纺粘长丝针刺法生产的聚苯硫醚针刺无纺布的工艺流程短、设备数量少，所需要的劳动力少，生产效率高，产量大。

附图说明

图1是本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备工艺流程图。

图2是本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备工艺所用的设备组成图。

图3是本发明所用设备中的摆丝器的成网原理图。

10：湿切片料罐        20：预结晶器

30：干燥塔            31：压空除湿装置

40：干切片料罐        50：螺杆挤出机

60：熔体过滤器        70：纺丝箱体

71：计量泵传动装置    72：联苯蒸汽发生器

80：气流迁伸器  81：牵伸管

82：摆丝器      821：上摆片

822：下摆片     823：纤维网

83：成网机      90：针刺机

91：张力架      92：切边成卷机

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备工艺流程如下所示：

聚苯硫醚切片-气流输送-预结晶、干燥-熔体纺丝-气流牵伸-长丝成网-预针刺-主针刺-后整理-卷绕。

如图1和图2所示，本发明制备工艺方案在切片输送上采用的是气流输送，切片投进切片料斗，经振动筛将杂质筛除后，由罗茨风机产生的脉冲气流输送到楼顶的湿切片料罐10。在湿切片料罐10里的湿切片经过回转阀的输送，下落进预结晶器20里。

在预结晶器20里，切片在热风的吹送下呈沸腾的状态，切片与切片之间相互碰撞，防止粘结。切片在预结晶器20里被加热，结晶度升高、含水率降低，预结晶温度在110-160℃。结晶度较高的切片在热空气的吹送下，进入了干燥塔30里。本实施例中，干燥塔30采用的是填充式干燥塔，切片从干燥塔30的上方进入，在下落的过程中与从干燥塔30底部通入的已经除湿的热空气(由连接干燥塔30的压空除湿装置31所产生)相遇，切片里的水分被热空气带走，在干燥塔30里停留足够长时间后，切片的含水率达到了纺丝的要求，干燥温度为105-150℃。

含水率达到纺丝要求的切片(含水率为20～80ppm)被输送到位于螺杆挤出机50上方的干切片料罐40中，切片在重力的作用下下落到螺杆挤出机50里，螺杆挤出分为六个区加热，采用的是电阻加热方式，温度设置在205-335℃之间，螺杆挤出机50的下料口处设有冷却循环水，以防止切片在下料口处环结。切片在螺杆挤出机50的剪切和加热的作用下，边熔融边前进并混合均匀。到了螺杆的末端，切片熔融完全，熔体压力被压力传感器测定，通过压力的反馈去控制螺杆的转速从而保证熔体压力的稳定。

熔融混合均匀完全后，压力稳定的熔体接下来被熔体过滤器60所过滤，熔体过滤器60可有效除去熔体中的无机杂质与及凝胶粒子，以减少杂质对纺丝过程造成的不良影响。熔体过滤器60为可切换式，当过滤压差较大时，就将旧滤芯切换成新滤芯，以保证过滤效果的稳定性。

过滤后的熔体被输送到纺丝箱体70内，纺丝箱体70内配备一定数量的计量泵，经过熔体分配管的分配，熔体被合理分配到每一个计量泵里。计量泵为精密的齿轮泵，通过计量泵传动装置71的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上。纺丝组件里装有过滤砂，可以对熔体进行进一步的过滤，过滤后的熔体经过分配板的作用，均匀地进入到喷丝板的每个小孔里，熔体被喷丝板均匀地分成若干股细流，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出，暴露在空气中。熔体过滤器60和纺丝箱体70由联苯蒸气加热，以保证精确控温。

经过缓冷后的熔体细流在侧吹风装置所产生的侧吹风的作用下，不断被冷却，由熔体转变成固体，在牵伸力和冷却的作用下，熔体内部的分子产生了一定的结晶和取向，成为具有一定力学性能的纤维长丝。侧吹风的温度由空调控制，对风的温度与湿度进行精确控制，以此合理控制纺程上纤维的温度与张力的分布。有利于实现高速纺丝，侧吹风温度控制在15～35℃之间。

纤维的牵伸过程是由在每个纺丝组件下方的牵伸喷头去实现的，牵伸喷头采用的是压缩空气喷射原理，压缩空气经过牵伸喷头内部的环形间隙后，向下喷射形成高速气流，并在牵伸喷头的上方形成一定的负压区，对纤维形成一定的吸力。纤维在牵伸喷头的上方吸入，在高速气流的摩擦力作用下伴随着气流向下高速运动，高速气流和纤维被限制在气流牵伸器80(在发明实施例中，气流牵伸器80采用的是申请号为01272055.0所公开的管式气流牵伸装置)所具有的一定直径一定长度的牵伸管81内，纤维在牵伸管81内最终可被加速至2500-4500m/min的速度。纤维速度远远大于熔体在喷丝板孔流出时的速度，因此熔体受到较强的拉伸作用，熔体分子在拉伸和冷却的作用下，分子取向结晶，分子间作用力增强，纤维具有优异的力学性能。

请参阅图3所示，出气流牵伸器80后的纤维束在摆丝器82的作用下铺设成均匀的纤维网823。摆丝器82的主要结构是可以高速摆动的若干个摆片(包括：上摆片821和下摆片822)，经摆片后丝束被顺利铺设成网，并随着成网机83(成网机的速度控制在1～100m/min)的运动向前输送。

纤网在成网机82的输送下，进入到针刺机90内加工。针刺机90的针板上装有一定数量的刺针，针板可以带动刺针上下高速运动。当刺针做穿刺运动时纤维被刺针上的倒刺所携带向下运动，纤维发生缠结，纤网被压实。经过针刺加工后的纤网里纤维相互发生缠结，纤维间的摩擦力和抱合力增加，形成了性能优良的针刺无纺布。

针刺加固后的无纺布通过张力架91的张力调节后，张力稳定，并被切边成卷机92上的切刀切成幅宽合符要求的产品，卷绕成卷长一定的布卷。

综上所述，本发明的关键步骤在于：聚苯硫醚的熔融纺丝步骤、高速气流牵伸步骤、摆丝成网步骤、以及纺粘长丝针刺步骤。

在熔融纺丝步骤中，本发明除了对螺杆温度、纺丝温度进行合理设定外，对纺程上的温度也进行合理并且严格的控制，经保证高速纺丝的顺利进行；在牵伸步骤中，现有的是低速机械牵伸，速度在1000m/min以下，而本发明采用的是高速气流牵伸，速度在2500-4500m/min左右，生产出纤维力学性能好；在成网方式上，现在技术为短纤梳理成网，本发明采用的机械摆片长丝成网，成网速度高，产量大，纤网的纵横向强力比较一致；在针刺后加固工艺步骤中，现有技术是短纤针刺，针刺机所需要的数目多，产品力学性能差，本发明采用的是纺粘长丝针刺技术，针刺机数目少，产品力学性能好。

实施例1

聚苯硫醚切片300kg(熔融指数：105～165g/10min)经过气流输送到预结晶器中预结晶，预结晶器中设定的温度在110-160℃，预结晶后的切片经过干燥塔干燥处理后，成为含水率在20～60ppm的干切片，再经过挤压、熔融、计量，计量泵的转速为15rpm，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出；经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，成为具有一定力学性能的纤维长丝，纤维纤度为3D，再通过气流牵伸器的牵伸过程，纤维具有优异的力学性能；纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤网，在成网机的输送下，进入到针刺机内加工；经过针刺加固后的聚苯硫醚纤维层进一步进行压紧、烧毛、烫平处理，即得本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布产品，产品克重为150g/m2。

实施例2

聚苯硫醚切片500kg(熔融指数：105～165g/10min)经过气流输送到预结晶器中预结晶，预结晶器中设定的温度在110-160℃，预结晶后的切片经过干燥塔干燥处理后，成为含水率在20～60ppm的干切片，再经过挤压、熔融、计量，计量泵的转速为19rpm，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出；经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，成为具有一定力学性能的纤维长丝，纤维纤度为6D，再通过气流牵伸器的牵伸过程，纤维具有优异的力学性能；纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤网，在成网机的输送下，进入到针刺机内加工；经过针刺加固后的聚苯硫醚纤维层进一步进行压紧、烧毛、烫平处理，即得本发明聚苯硫醚纺粘针刺无纺布产品，产品的克重为500g/m2。

通过上述实施例，本发明采用新型的纺粘针刺工艺生产的无纺布与用短纤生产的针刺无纺布相比具有以下优势：

1、工艺流程短，设备布置紧溱，占地面积少。

2、设备数量少，所需要的劳动力也较少，维护管理较为方便。

3、生产速度高，产量大，生产效率高，能耗小，生产成本低。

4、产品的过滤效果好，强力也较高，纵横向的强力较为接近，产品质量好。

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，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭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，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于其包括以下步骤：

1)预结晶、干燥步骤：将聚苯硫醚切片输送到预结晶器中加热、预结晶，之后，在热空气的吹送下进入干燥塔内进行干燥处理；

2)熔融、纺丝步骤：含水率达到纺丝要求的切片输送到干切片料罐中，在重力作用下，下落到螺杆挤出机里，熔融、混合，经过熔体过滤器过滤，过滤后的熔体被输送到纺丝箱体内，通过计量泵传动装置的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上，经过缓冷后的熔体细流在侧吹风的作用下，冷却成为纤维长丝；

3)高速气流牵伸步骤：每个纺丝组件下方的牵伸喷头向下喷射形成高速气流，纤维在高速气流的作用下被加速，限制在气流牵伸器的牵伸管内；出牵伸管后的纤维束在摆丝器的作用下铺设成均匀的纤维网；以及

4)纺粘长丝针刺步骤：纤网在成网机的输送下，进入到针刺机内加工，形成了聚苯硫醚纺粘针刺无纺布。

2.根据权利要求1所述的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于：预结晶、干燥步骤中，预结晶的温度设定在110-160℃；干燥塔的温度设定为105-150℃。

3.根据权利要求1所述的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于：熔融、纺丝步骤中，螺杆挤出分为六个区加热，采用的是电阻加热方式，温度设置在205-335℃之间，螺杆挤出机的下料口处设有冷却循环水；所述计量泵为精密的齿轮泵；所述熔体过滤器和纺丝箱体由可保证精确控温的联苯蒸气加热。

4.根据权利要求1所述的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于：熔融、纺丝步骤中，侧吹风的温度由空调控制，温度控制在15～35℃之间。

5.根据权利要求1所述的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于：采用管式气流牵伸技术，高速气流牵伸步骤中，纤维在牵伸管内最终可被加速至2500-4500m/min的速度。

6.根据权利要求1所述的聚苯硫醚纺粘针刺无纺布的制备方法，其特征在于：纺粘长丝针刺步骤中，成网机的速度控制在1～100m/min。

7.一种用于实现权利要求1的方法的装置，其特征在于其包括：

预结晶器，用于加热、预结晶聚苯硫醚切片，其分别连接湿切片料罐和干燥塔，干燥塔的另一端连接干切片料罐；

螺杆挤出机，用于熔融、混合切片，其分别连接上述干切片料罐和熔体过滤器；

纺丝箱体，分别连接上述熔体过滤器和计量泵传动装置，该计量泵传动装置用于计量熔体，并定量输送到纺丝组件中纺成纤维长丝；

气流牵伸器，用于将上述纺丝箱体中出来的纤维在牵伸管内的加速，分别连接上述纺丝箱体和摆丝器，该摆丝器用于将出气流牵伸后的纤维束铺设成纤维网，其一端连接成网机；以及

针刺机，用于针刺加固纤维网。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述干燥塔连接一用于产生热空气的压空除湿装置。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述计量泵传动装置具有多个计量泵，所述计量泵为齿轮泵；所述纺丝箱体具有多个纺丝组件，所述每个计量泵用于将熔体输送到每个纺丝组件上。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述纺丝箱体还连接一联苯蒸汽发生器，该联苯蒸汽发生器连接联苯储罐；所述纺丝箱体还连接一由空调控制的侧吹风装置，用于对风的温度与湿度进行精确控制。

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