CN105603550B - 竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝*** - Google Patents

Abstract

竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，包括聚合框架和纺丝箱体，聚合框架上自上而下依次设有搅拌罐、初聚罐和终聚罐，搅拌罐底部通过第一输料管与初聚罐顶部连接，第一输料管上设有第一自动控制阀和第一计量泵，初聚罐底部通过第二输料管与终聚罐顶部连接，第二输料管上设有第二自动控制阀和第二计量泵，终聚罐底部连接有第三输料管，第三输料管上沿熔体流动方向依次设有第三计量泵、过滤除杂装置和动静一体管道式混料装置，纺丝箱体内设有纺丝计量泵和纺丝组件。本发明采用纳米级竹香碳微粉对聚乳酸进行改性，使其制成的纤维初始模量降低，回潮率上升，耐磨性提高，纤维的透气性和手感有明显的到改善。

Description

竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***

技术领域

本发明属于聚乳酸纤维生产技术领域，具体涉及一种竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***。

背景技术

聚乳酸（PLA）纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成，聚乳酸纤维原料来源广泛。它在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发毒气，不会造成污染，是一种可持续发展的生态纤维。其织物面料手感、悬垂性好,抗紫外线,具有较低的可燃性和优良的加工性能,适用于各种时装、休闲装、体育用品和卫生用品等，具有广阔的应用前景。

聚乳酸（PLA）纤维有抑菌、爽滑、快干等诸多优点，但其耐磨性差，回潮较低，使用其生产的纺织面料较其它化学纤维纺织面料手感明显发硬，严重影响使用效果。另外，由于聚乳酸的输送管道较长，靠近管壁的高聚物熔体粘稠度特别大，聚乳酸熔体在输送过程中因熔体流速不均匀造成的高聚物分子量分布较宽（不均匀）问题，从而影响到纺丝品质。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、自动化程度高、输送过程中混合均匀度高、具备除杂过滤功能、生产出来的聚乳酸纤维耐磨性强、回潮率高的竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，包括聚合框架和纺丝箱体，聚合框架上自上而下依次设有搅拌罐、初聚罐和终聚罐，搅拌罐底部通过第一输料管与初聚罐顶部连接，第一输料管上设有第一自动控制阀和第一计量泵，初聚罐底部通过第二输料管与终聚罐顶部连接，第二输料管上设有第二自动控制阀和第二计量泵，终聚罐底部连接有第三输料管，第三输料管上沿熔体流动方向依次设有第三计量泵、过滤除杂装置和动静一体管道式混料装置，纺丝箱体内设有纺丝计量泵和纺丝组件,第三输料管的出料口伸入到纺丝箱体内并与纺丝计量泵的进料口连接,纺丝计量泵的出料口与纺丝组件的进料口连接；

动静一体管道式混料装置包括固定管道和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道和动态混料管道，动态混料管道的左端与静态混料管道的右端法兰连接，动态混料管道内设有动态螺旋隔板，动态螺旋隔板将动态混料管道内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道，动态螺旋隔板与动态混料管道内壁间隙配合；静态混料管道内设有静态螺旋隔板，静态螺旋隔板将静态混料管道内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道，静态螺旋隔板与静态混料管道内壁固定连接；

动态螺旋隔板和静态螺旋隔板的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道的中心轴线，动态螺旋隔板右端部中心设有动态锥形槽，动态螺旋隔板左端部中心设有动态顶尖，静态螺旋隔板右端部中心设有静态锥形槽，静态螺旋隔板左端部中心设有静态顶尖，动态顶尖左端顶在静态锥形槽内；

固定管道左端与动态混料管道右端法兰连接，固定管道内设有支架，支架上设有固定顶尖，固定顶尖左端顶在动态锥形槽内。

过滤除杂装置包括进料板和位于进料板前侧的出料板，进料板和出料板的一侧通过铰链连接，进料板和出料板通过前后设置的沉头螺钉固定连接，进料板前侧和出料板后侧对应设有过滤腔，进料板后侧中部设有与过滤腔连通的进料口，出料板前侧下部设有与过滤腔连通的出料口，出料板内设有位于过滤腔内的过滤网和位于过滤网前侧的用于支撑过滤网的支撑网，过滤腔内设有位于过滤网后侧的压力传感器，进料板和出料板在相对于铰链的一侧开设有杂质排出口，杂质排出口处设有用于开闭杂质排出口的插板，出料板中部设有用于刮除过滤网后侧面附着杂质的旋转式刮刀。

混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽内，固定管道与最右端的一组混料单元连接。

静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度。

采用上述技术方案，在第三输料管上设置动静一体管道式混料装置，具有以下有益效果：在第三计量泵的作用下，聚合后的聚乳酸竹炭熔体由固定管道进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道的时候，动态螺旋隔板在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道中间的较稀得熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道内的第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道内进行混合，混合后再进入到动态混料管道内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体内，纺丝计量泵将聚乳酸竹炭熔体计量增压后进入到纺丝组件，纺丝组件将聚乳酸竹炭熔体纺制成竹炭聚乳酸纤维。

由于第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道较长且均在轴向方向上为螺旋方向设置，这样就会在高压熔体通过时，驱动动态螺旋隔板旋转；动态螺旋隔板的旋转材料顶尖与锥形槽顶压配合的形式，不仅易于制造和装配，而且在旋转过程中摩擦力更小，从而提高动态螺旋隔板刮料的效率。静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度，这样可使整个输送聚乳酸的管道的大部分长度都会将管壁上附着的粘稠度特别大的聚乳酸刮掉，充分提高混合的均匀度。

熔体的除杂过滤作业过程如下：含有杂质和难塑化的高分子熔体由挤出机通过进料口压入到过滤腔，熔体经过滤网的过滤后通过出料口排出机外。在此过程中，驱动装置带动旋转式刮刀将堵塞在过滤网后表面上的杂质和难塑化的大颗粒物刮掉并研磨，使过滤网始终保持较大的过滤面积，保证高效的过滤效果。随着过滤网后侧的过滤腔内的杂质增多，过滤腔内压力增大到压力传感器的监测值，抽出插板，在过滤腔内压力和旋转式刮刀旋转的共同作用下，大颗粒杂质通过杂质排出口排出，随着杂质的排除，过滤腔内压力恢复至正常值，将插板插上，杂质排出口关闭。

通过旋转式刮刀旋转将过滤上附着的杂质清除并排除机外，可避免过滤网堵塞并延长过滤网的使用寿命。当需要更换过滤网时，拧下沉头螺钉，由于铰链的设置，可旋转打开进料板或出料板即可进行更换作业。

综上所述，本发明设计合理，结构简单，直接在熔体输送管道内设置若干组混料单元即可，省去了在输送管道上安装混料***，节约了成本，达到熔体在流经输送管道时均匀混料之目的，输送及混料效率大大提高，并对熔体进行自动过滤除杂，充分提高产品品质。为使聚乳酸纤维部分功能和指标得到改善，在聚乳酸材料中加入0.5％～15％（优选10%）的纳米级竹香碳微粉，对其进行改性，使其制成的纤维初始模量降低，回潮率上升，耐磨性提高，纤维的透气性和手感有明显的到改善。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中具有一组混料单元的本发明的结构示意图；

图3是图2中动态螺旋隔板的立体结构示意图；

图4是图2中静态螺旋隔板的立体结构示意图；

图5是图1中过滤除杂装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，包括聚合框架16和纺丝箱体17，聚合框架16上自上而下依次设有搅拌罐19、初聚罐20和终聚罐21，搅拌罐19底部通过第一输料管22与初聚罐20顶部连接，第一输料管22上设有第一自动控制阀23和第一计量泵24，初聚罐20底部通过第二输料管25与终聚罐21顶部连接，第二输料管25上设有第二自动控制阀26和第二计量泵27，终聚罐21底部连接有第三输料管28，第三输料管28上沿熔体流动方向依次设有第三计量泵29、过滤除杂装置30和动静一体管道式混料装置31，纺丝箱体17内设有纺丝计量泵18和纺丝组件32,第三输料管28的出料口伸入到纺丝箱体17内并与纺丝计量泵18的进料口连接,纺丝计量泵18的出料口与纺丝组件32的进料口连接。

动静一体管道式混料装置31包括固定管道1和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道2和动态混料管道3，动态混料管道3的左端与静态混料管道2的右端法兰连接，动态混料管道3内设有动态螺旋隔板4，动态螺旋隔板4将动态混料管道3内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道5和第二半圆螺旋通道6，动态螺旋隔板4与动态混料管道3内壁间隙配合；静态混料管道2内设有静态螺旋隔板7，静态螺旋隔板7将静态混料管道2内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道8和第四半圆螺旋通道9，静态螺旋隔板7与静态混料管道2内壁固定连接。

动态螺旋隔板4和静态螺旋隔板7的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道3的中心轴线，动态螺旋隔板4右端部中心设有动态锥形槽10，动态螺旋隔板4左端部中心设有动态顶尖11，静态螺旋隔板7右端部中心设有静态锥形槽12，静态螺旋隔板7左端部中心设有静态顶尖13，动态顶尖11左端顶在静态锥形槽12内。

固定管道1左端与动态混料管道3右端法兰连接，固定管道1内设有支架14，支架14上设有固定顶尖15，固定顶尖15左端顶在动态锥形槽10内。

混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖13左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽10内，固定管道1与最右端的一组混料单元连接。静态混料管道2的长度小于动态混料管道3的长度。

过滤除杂装置30包括进料板33和位于进料板33前侧的出料板34，进料板33和出料板34的一侧通过铰链35连接，进料板33和出料板34通过前后设置的沉头螺钉36固定连接，进料板33前侧和出料板34后侧对应设有过滤腔37，进料板33后侧中部设有与过滤腔37连通的进料口38，出料板34前侧下部设有与过滤腔37连通的出料口39，出料板34内设有位于过滤腔37内的过滤网40和位于过滤网40前侧的用于支撑过滤网40的支撑网41，过滤腔37内设有位于过滤网40后侧的压力传感器，进料板33和出料板34在相对于铰链35的一侧开设有杂质排出口42，杂质排出口42处设有用于开闭杂质排出口42的插板43，出料板34中部设有用于刮除过滤网40后侧面附着杂质的旋转式刮刀44。图5中箭头为熔体的流向。

在第三输料管28上设置动静一体管道式混料装置31，具有以下有益效果：在第三计量泵29的作用下，聚合后的聚乳酸由固定管道1进入，当粘稠的熔体在高压下通过动态混料管道3的时候，动态螺旋隔板4在熔体的推动下开始旋转，动态混料管道3的内壁上的粘稠熔体被旋转的动态螺旋隔板4刮下，刮下的粘稠熔体与动态混料管道3中间的较稀得熔体混在一起，并向前推进到静态混料管道2内的第三半圆螺旋通道8和第四半圆螺旋通道9内进行混合，混合后再进入到动态混料管道3内重复上述混料过程，经过若干组混料单元后，进入到纺丝箱体17内，纺丝计量泵18将聚乳酸竹炭熔体计量增压后进入到纺丝组件32，纺丝组件32将聚乳酸竹炭熔体纺制成竹炭聚乳酸纤维。由于第一半圆螺旋通道5和第二半圆螺旋通6道较长且均在轴向方向上为螺旋方向设置，这样就会在高压熔体通过时，驱动动态螺旋隔板4旋转；动态螺旋隔板4的旋转材料顶尖与锥形槽顶压配合的形式，不仅易于制造和装配，而且在旋转过程中摩擦力更小，从而提高动态螺旋隔板4刮料的效率。静态混料管道2的长度小于动态混料管道3的长度，这样可使整个输送聚乳酸的管道的大部分长度都会将管壁上附着的粘稠度特别大的聚乳酸刮掉，充分提高混合的均匀度。

熔体的除杂过滤作业过程如下：含有杂质和难塑化的高分子熔体由挤出机通过进料口38压入到过滤腔37，熔体经过滤网40的过滤后通过出料口39排出机外。在此过程中，驱动装置带动旋转式刮刀44将堵塞在过滤网40后表面上的杂质和难塑化的大颗粒物刮掉并研磨，使过滤网40始终保持较大的过滤面积，保证高效的过滤效果。随着过滤网40后侧的过滤腔37内的杂质增多，过滤腔37内压力增大到压力传感器的监测值，抽出插板43，在过滤腔37内压力和旋转式刮刀44旋转的共同作用下，大颗粒杂质通过杂质排出口42排出，随着杂质的排除，过滤腔37内压力恢复至正常值，将插板43插上，杂质排出口42关闭。

通过旋转式刮刀44旋转将过滤上附着的杂质清除并排除机外，可避免过滤网40堵塞并延长过滤网40的使用寿命。当需要更换过滤网40时，拧下沉头螺钉36，由于铰链35的设置，可旋转打开进料板33或出料板34即可进行更换作业。

本发明的切片制作工艺步骤如下：

（1）、将丙交酯和竹香炭微粉加入到搅拌罐19内进行搅拌作业，其中竹香炭微粉的重量为丙交酯和竹香炭微粉的总重量的0.5～15％，搅拌20～40min，直到混合均匀；

（2）、打开搅拌罐19底部的第一自动控制阀23，通过第一计量泵24将丙交酯和竹香炭微粉的混合物经第一输料管22落入到初聚罐20内进行初步聚合作业，初步聚合作业为温度为100～150℃，初步聚合作业的时间为1～2h，压力为0.2MPa，初步聚合作业后，丙交酯和竹香炭微粉的混合物被聚合成为粘稠的聚乳酸竹炭熔体；

（3）、打开初聚罐20底部的第二自动控制阀26，通过第二计量泵27将聚乳酸竹炭熔体经第二输料管25落入到终聚罐21内进行最终聚合作业，最终聚合作业为温度为150～280℃，最终聚合作业的时间为1～6h，压力为0.3MPa；

（4）、打开终聚罐21底部的第三自动控制阀，终聚罐21内的聚乳酸竹炭熔体经第三输料管28排出，第三输料管28上设有第三计量泵29、过滤除杂装置30和动静一体管道式混料装置31，第三计量泵29为聚乳酸竹炭熔体提供计量、过滤和输送的动力，过滤除杂装置30先对杂质进行过滤，动静一体管道式混料装置31对聚乳酸竹炭熔体进行混合，干净、混合均匀的聚乳酸竹炭熔体由纺丝组件32挤出制成竹炭聚乳酸纤维。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，其特征在于：包括聚合框架和纺丝箱体，聚合框架上自上而下依次设有搅拌罐、初聚罐和终聚罐，搅拌罐底部通过第一输料管与初聚罐顶部连接，第一输料管上设有第一自动控制阀和第一计量泵，初聚罐底部通过第二输料管与终聚罐顶部连接，第二输料管上设有第二自动控制阀和第二计量泵，终聚罐底部连接有第三输料管，第三输料管上沿熔体流动方向依次设有第三计量泵、过滤除杂装置和动静一体管道式混料装置，纺丝箱体内设有纺丝计量泵和纺丝组件,第三输料管的出料口伸入到纺丝箱体内并与纺丝计量泵的进料口连接,纺丝计量泵的出料口与纺丝组件的进料口连接；

动静一体管道式混料装置包括固定管道和混料单元，混料单元包括同轴向设置的静态混料管道和动态混料管道，动态混料管道的左端与静态混料管道的右端法兰连接，动态混料管道内设有动态螺旋隔板，动态螺旋隔板将动态混料管道内部沿轴向方向分隔成第一半圆螺旋通道和第二半圆螺旋通道，动态螺旋隔板与动态混料管道内壁间隙配合；静态混料管道内设有静态螺旋隔板，静态螺旋隔板将静态混料管道内部沿轴向方向分隔成第三半圆螺旋通道和第四半圆螺旋通道，静态螺旋隔板与静态混料管道内壁固定连接；

动态螺旋隔板和静态螺旋隔板的两端部所在的平面均垂直于动态混料管道的中心轴线，动态螺旋隔板右端部中心设有动态锥形槽，动态螺旋隔板左端部中心设有动态顶尖，静态螺旋隔板右端部中心设有静态锥形槽，静态螺旋隔板左端部中心设有静态顶尖，动态顶尖左端顶在静态锥形槽内；

固定管道左端与动态混料管道右端法兰连接，固定管道内设有支架，支架上设有固定顶尖，固定顶尖左端顶在动态锥形槽内。

2.根据权利要求1所述的竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，其特征在于：过滤除杂装置包括进料板和位于进料板前侧的出料板，进料板和出料板的一侧通过铰链连接，进料板和出料板通过前后设置的沉头螺钉固定连接，进料板前侧和出料板后侧对应设有过滤腔，进料板后侧中部设有与过滤腔连通的进料口，出料板前侧下部设有与过滤腔连通的出料口，出料板内设有位于过滤腔内的过滤网和位于过滤网前侧的用于支撑过滤网的支撑网，过滤腔内设有位于过滤网后侧的压力传感器，进料板和出料板在相对于铰链的一侧开设有杂质排出口，杂质排出口处设有用于开闭杂质排出口的插板，出料板中部设有用于刮除过滤网后侧面附着杂质的旋转式刮刀。

3.根据权利要求1或2所述的竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，其特征在于：混料单元的数量大于等于两组，相邻两组混料单元之间法兰连接，一组混料单元的静态顶尖左端顶在相邻的一组混料单元的动态锥形槽内，固定管道与最右端的一组混料单元连接。

4.根据权利要求1或2所述的竹炭聚乳酸混合熔体直接纺丝***，其特征在于：静态混料管道的长度小于动态混料管道的长度。