CN109338505A - 一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法 - Google Patents

一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可使成品的纵横向强力差异小、液体的传输特性、透气性和屏蔽性好的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其具体步骤包括1)热塑性共聚物的共混改性；2)长丝的冷切牵伸成型；3)铺放成网；4)叠放成型；5)热粘合固网。采用本发明的制备方法制得的长丝基纤维材料由直径差异较大的三种纤维组成，并且，三种细度的纤维相互穿插，在水平方向上呈连续或准连续的纤维“分支”式自相似形态；可以广泛地应用于医疗卫生、土木建筑等领域，尤其特别适合用于纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品。

Description

一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法
技术领域
本发明涉及非织造技术领域，特别是一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯基长丝非织造材料作为一种以聚丙烯聚合物为主要原料，熔体纺粘成网方法为加工手段的长丝纤维材料，具有较好的柔软性、透气性和较好的强度，在医疗卫生、过滤与分离等领域有广泛的应用。其中，聚丙烯基纺粘非织造材料在医疗卫生、土木建筑、过滤与分离等领域的应用随着中国的人口增加和便捷性消费意识的提升，有大幅的增长。但是，伴随着其产量的急剧增大，人们对其纵横向力学性能差异、液体的传输特性、透气性和屏蔽性提出了更高的要求。
现有资料已经表明，纤维材料的性能由纤维的特性(细度、细度分布等)和非织造材料的结构特征(厚度、面密度和纤维排列角度等)共同决定，而纺粘长丝的单一结构导致其性能单一。因此，寻找一种基于纺粘长丝技术的分支结构将是拓展其特性而满足其功能性应用的关键，也是满足人们对于医疗卫生领域非织造材料的要求，这业已成为行业内的共性问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可使成品的纵横向强力差异小、液体的传输特性、透气性和屏蔽性好的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其步骤包括：
1)热塑性共聚物的共混改性：
所述热塑性共聚物的成分包括：18～40wt％的聚烯烃弹性共聚物、0.01～2wt％的芥酸酰胺、0.2～0.5wt％的硅烷偶联剂、5～15wt％的聚苯乙烯和40～80wt％的聚丙烯；所述聚丙烯的熔体流动指数为50～80g/10min，聚苯乙烯的熔体流动指数为6～15g/10min，聚烯烃弹性共聚物的熔体流动指数为50～80g/10min；
共混时，首先将聚丙烯、硅烷偶联剂和聚苯乙烯进行共混，获得聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体，然后，将聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体与聚烯烃弹性共聚物熔体进行共混。
2)长丝的冷切牵伸成型：
所述的冷切牵伸成型采用的是双侧双层冷切气流，靠近喷丝板的上层冷切气流温度为25～35℃，湿度为85～95％，冷切风速为0.8～1.3m/s；远离喷丝板的下层冷切气流温度为13～18℃，湿度为85～95％，冷切风速为1.2～1.8m/s；
3)铺放成网；
4)叠放成型；
5)热粘合固网。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，基于聚苯乙烯、聚丙烯的熔化温度的差异，将主螺杆挤出机设置成至少五个加热区，长径比为28～32，其中，第一区温度为180～200℃，第二区温度为200～220℃，第三区温度为220～240℃，第四区温度为240～250℃，第五区温度为245～250℃；副螺杆挤出机设置成至少三个加热区，长径比为18～22，其中，第一区温度为200～220℃，第二区温度为220～240℃，第三区温度为240～250℃。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，所述的热塑性共聚物的共混改性，其具体过程为：将聚丙烯、硅烷偶联剂和聚苯乙烯共混后送入到主螺杆挤出机内，形成聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体；同时，将聚烯烃弹性共聚物和芥酸酰胺切片送入到辅螺杆挤出机内形成熔体，并经过料路送入到主螺杆挤出机的第四区，与聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体在主螺杆挤出机的共混作用下形成均相熔体。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，将纺丝组件中的喷丝板沿纵向分为至少三个区，6000～8000孔/米，其中，第一区孔径为0.5～0.6mm，第二区孔径为0.25～0.35mm，第三区孔径为0.4～0.5mm；同样，基于聚合物熔体在纺丝组件内纺丝稳定性受限于其聚合物熔体压力的均匀分配和传输，纺丝组件中的分配板沿纵向至少为三个区，其中，第一区孔径为4～5mm，第二区孔径为1～2mm，第三区孔径为2～3mm。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，为了保证温度和气流的稳定，所述的上层冷切气流进风口采用了300～360目的阻尼网，所述的下层冷切气流进风口采用了100～200目的阻尼网；所述的双侧双层冷切气流采用宽狭缝式气流牵伸方式，牵伸速度控为3000～5000m/min，牵伸风道宽度为5～15cm，气流牵伸风压为15000～36000pa。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，将扩散口与牵伸风道的面积比值控制在50～80之间，以降低气流速度而分丝；扩散通道距离成网帘间隙为120～150mm，以形成紊流使得不同直径的纤维可以均匀的分散，进而获得长丝纤维网。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，基于聚丙烯纺粘气流分丝铺网的方法虽然可以获得纤维的杂乱排列，但是受限于其气流的紊乱程度而具有一定的结构局限性，所述的叠放成型采用了基于多层叠合的成型方法来获得多层级分支结构，该多层叠合的成型的具体方法为：长丝纤维网送入到双网帘夹持式机构，进而利用双网帘的夹持来保证长丝纤维网的结构稳定；此后，长丝纤维网随着双网帘夹持式机构输送到摆臂结构，并随着摆臂的运动而叠放成型。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，为了保证长丝纤维的柔性多层级分支结构的稳定性，采用花辊和光辊的组合对采用纺粘法制备的聚丙烯基纺粘长丝网进行热轧固结，热轧固结用花辊的花型面积大小为8～11％，花型为一字型、十字形、长圆形、方型、长方型或椭圆型；花辊和光辊的温度130～155℃，两辊线压力为110～125N/m。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，所述花辊和光棍采用了导热油加热方式。
作为一种优选方案，在所述的一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法中，对聚丙烯基长丝网采用辊接触式冷却水循环方式进行冷却，辊的温度为11～15摄氏度。本发明的技术效果如下：
采用本发明所述制备方法制得的分支结构的长丝基纤维材料，具有纵横向强力差异小的特点，而且，同时，最终产品的面密度可以叠放成型的厚度来控制；该分支结构的长丝基纤维材料最终面密度为15～250g/m2，纵向拉伸强力32～280N/5cm，纵横向强力差异为1.05～1.2；该长丝基纤维材料由直径差异较大的三种纤维组成，并且，三种细度的纤维相互穿插，在水平方向上呈连续或准连续的纤维“分支”式自相似形态，使得最终产品的同期通透性较好，阻隔性能优异，空气透气性436～596cfm，过滤效率为68～87％。可广泛地应用于医疗、土木建筑等领域，尤其特别适合用于纸尿布、卫生巾等吸收性卫生用品。
附图说明
图1是本发明所述制备方法的工艺流程图。
图1中的附图标记为：1-1、第一料仓；1-2、第二料仓；2-1、主螺杆料斗；2-2、副螺杆料斗；3、料管；4、副螺杆；5、熔体料路；6、主螺杆；7、熔体过滤器；8、熔体计量泵；9、纺丝组件；10、上冷切风；11、下冷切风；12、牵伸通道；13、下抽吸；14、纤维；15、第一成网帘；16、纤维网；17、上网帘；18、下网帘；19、双网帘摆臂；20、第二成网帘；21、多层纤维网。
图2是一种分支结构的长丝基纤维材料的结构原理图。
图3是喷丝板结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，这些实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其步骤包括：
1)热塑性共聚物的共混改性；
首先将40～80wt％聚丙烯、0.2～0.5wt％的硅烷偶联剂、5～15wt％聚苯乙烯共混后送入到主螺杆挤出机内；18～40wt％的聚烯烃弹性共聚物和0.01～2wt％的芥酸酰胺切片送入到辅螺杆挤出机内，进而形成均相熔体；
主螺杆挤出机设置有五个温度区，第一区温度为195℃，第二区温度为210℃，第三区温度为235℃，第四区温度为245℃，第五区温度为250℃；
副螺杆挤出机设置有三个温度区：第一区温度为210℃，第二区温度为230℃，第三区温度为245℃。
2)长丝的冷切牵伸成型；
将1)形成的熔体经滤器、计量泵、纺丝组件形成聚合物熔体细流，然后在上层冷切气流和下层冷切气流的冷却作用后，在牵伸***内形成稳定结构的聚合物长丝；
参见图3所示，所用的喷丝板设置有7000孔/米，设置有三个不同孔径区，其中，第一区的孔径为0.6mm，第二区的孔径为0.25mm，第三区的孔径为0.4mm；与之相对应，分配板也设置了三个不同孔径区，其中，第一区的孔径为5mm，第二区的孔径为2mm，第三区的孔径为3mm；
所述上层冷切气流温度为25℃，湿度为85％，冷切风速为1.1m/s；所述下层冷切气流温度为18℃，湿度为85％，冷切风速为1.4m/s；调整牵伸风道宽度为10cm，气流牵伸风压为36000pa。
3)铺放成网；
调整扩散口与牵伸风道的面积比值为80，扩散通道距离成网帘间隙为150mm；
4)叠放成型；
调整摆臂结构摆动幅度为3.2m；在水平方向上呈连续或准连续的“分支”结构自相似形态──参图2所示；
5)热粘合固网；
将步骤4)得到的聚丙烯基长丝网再经过花辊和光棍组成的热轧***进行定型，选定花辊花型面积大小为11％，花型为椭圆型，花辊和光辊的温度145℃，两辊线压力为110N/m；然后，将聚丙烯基长丝网进行冷却，设定冷切辊温度为11℃；最后对聚丙烯基长丝网进行卷绕。

Claims (10)

1.一种分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其步骤包括：
1)热塑性共聚物的共混改性：
所述热塑性共聚物的成分包括：18～40wt％的聚烯烃弹性共聚物、0.01～2wt％的芥酸酰胺、0.2～0.5wt％的硅烷偶联剂、5～15wt％的聚苯乙烯和40～80wt％的聚丙烯；所述聚丙烯的熔体流动指数为50～80g/10min，聚苯乙烯的熔体流动指数为6～15g/10min，聚烯烃弹性共聚物的熔体流动指数为50～80g/10min；
共混时，首先将聚丙烯、硅烷偶联剂和聚苯乙烯进行共混，获得聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体，然后，将聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体与聚烯烃弹性共聚物熔体进行共混。
2)长丝的冷切牵伸成型：
所述的冷切牵伸成型采用的是双侧双层冷切气流，靠近喷丝板的上层冷切气流温度为25～35℃，湿度为85～95％，冷切风速为0.8～1.3m/s；远离喷丝板的下层冷切气流温度为13～18℃，湿度为85～95％，冷切风速为1.2～1.8m/s；
3)铺放成网；
4)叠放成型；
5)热粘合固网。
2.根据权利要求1所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：基于聚苯乙烯、聚丙烯的熔化温度的差异，将主螺杆挤出机设置成至少五个加热区，长径比为28～32，其中，第一区温度为180～200℃，第二区温度为200～220℃，第三区温度为220～240℃，第四区温度为240～250℃，第五区温度为245～250℃；将副螺杆挤出机设置成至少三个加热区，长径比为18～22，其中，第一区温度为200～220℃，第二区温度为220～240℃，第三区温度为240～250℃。
3.根据权利要求2所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：所述的热塑性共聚物的共混改性，其具体过程为：将聚丙烯、硅烷偶联剂和聚苯乙烯共混后送入到主螺杆挤出机内，形成聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体；同时，将聚烯烃弹性共聚物和芥酸酰胺切片送入到辅螺杆挤出机内形成熔体，并经过料路送入到主螺杆挤出机的第四区，与聚丙烯/聚苯乙烯共混熔体在主螺杆挤出机的共混作用下形成均相熔体。
4.根据权利要求1所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：将纺丝组件中的喷丝板沿纵向分为至少三个区，6000～8000孔/米，其中，第一区孔径为0.5～0.6mm，第二区孔径为0.25～0.35mm，第三区孔径为0.4～0.5mm；同样，基于聚合物熔体在纺丝组件内纺丝稳定性受限于其聚合物熔体压力的均匀分配和传输，将纺丝组件中的分配板沿纵向至少为三个区，其中，第一区孔径为4～5mm，第二区孔径为1～2mm，第三区孔径为2～3mm。
5.根据权利要求1所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：为了保证温度和气流的稳定，所述的上层冷切气流进风口采用了300～360目的阻尼网，所述的下层冷切气流进风口采用了100～200目的阻尼网；所述的双侧双层冷切气流采用宽狭缝式气流牵伸方式，牵伸速度控为3000～5000m/min，牵伸风道宽度为5～15cm，气流牵伸风压为15000～36000pa。
6.根据权利要求5所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：将扩散口与牵伸风道的面积比值控制在50～80之间，以降低气流速度而分丝；扩散通道距离成网帘间隙为120～150mm，以形成紊流使得不同直径的纤维可以均匀的分散，进而获得长丝纤维网。
7.根据权利要求6所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：基于聚丙烯纺粘气流分丝铺网的方法虽然可以获得纤维的杂乱排列，但是受限于其气流的紊乱程度而具有一定的结构局限性，所述的叠放成型采用了基于多层叠合的成型方法来获得多层级分支结构，该多层叠合的成型的具体方法为：长丝纤维网送入到双网帘夹持式机构，进而利用双网帘的夹持来保证长丝纤维网的结构稳定；此后，长丝纤维网随着双网帘夹持式机构输送到摆臂结构，并随着摆臂的运动而叠放成型。
8.根据权利要求7所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：为了保证长丝纤维的柔性多层级分支结构的稳定性，采用花辊和光辊的组合对采用纺粘法制备的聚丙烯基纺粘长丝网进行热轧固结，热轧固结用花辊的花型面积大小为8～11％，花型为一字型、十字形、长圆形、方型、长方型或椭圆型；花辊和光辊的温度130～155℃，两辊线压力为110～125N/m。
9.根据权利要求8所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：所述花辊和光棍采用了导热油加热方式。
10.根据权利要求1所述的分支结构的长丝基纤维材料的制备方法，其特征在于：对聚丙烯基长丝网采用辊接触式冷却水循环方式进行冷却，辊的温度为11～15摄氏度。
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