CN109881265A - 一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，包括以下几个步骤：步骤一:切片输送，预结晶、干燥：采用多级分段式真空转鼓干燥，干燥工艺，第一级：干燥温度为50℃，干燥时间为5小时，第二级：干燥温度为70℃，干燥时间为9小时，第三级：干燥温度为120℃，干燥时间为13小时,确保切片含水率控制在40ppm以下，粘度降在0.05以下；步骤二：螺杆挤出机熔融，采用纺丝组件喷丝：纺丝用喷丝板孔径0.32mm，长径比4，纺丝组件砂配上。本发明，随着技术进步和产能提升，成本将有大幅下降，通过在聚合过程中提高粘度，纺丝过程中减小纤维断面异形度，或在纺丝过程中添加消光剂等可提高地毯耐磨性，从而提高产品使用年限。
Description
技术领域
本发明涉及聚乳酸膨化纤维技术领域，尤其涉及一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺及应用。
背景技术
乳酸是一种广泛存在的强有机酸，单个乳酸分子中含有一个羟基-OH和一个羧基-COOH,多个乳酸分子在一起，羟基-OH和羧基-COOH脱水缩聚，形成手拉手的聚合物聚乳酸。缩聚过程是一种酯化反应，聚乳酸是聚酯家一员，聚乳酸的聚合单体乳酸来源充分而且可以再生，乳酸以年年种，年年收的可再生的农作物淀粉为原料，经发酵制得乳酸后聚合，整个过程无污染。聚乳酸制品在消费和使用后，能全降解，生成无害的二氧化碳和水，经过植物的光合作用，又转化成含淀粉的农产品，符合持续发展的潮流，实现在自然界中的无限循环，是理想的绿色的环境友好高分子材料，也被称为生物塑料。
聚乳酸有良好的物理机械性能，可利用吹塑和热塑等加工方法，加工成各种制品，可广泛应用于医疗、药学、农业、包装业、服装业等领域。但聚乳酸纤维用于地毯装饰行业，国内外还没有相关报道，主要原因是聚乳酸材料成本较高，人们对聚乳酸的性能了解不多，企业研发热情不高。
目前聚乳酸材料的存在如下性能不足的问题：
聚乳酸纤维成本较其它合成纤维高，不利于市场推广普及，耐磨性较差，制成地毯产品用的寿命较短，聚乳酸纤维断裂伸长率较大，耐光性差。
为此，我们提出一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：聚乳酸纤维成本较其它合成纤维高，不利于市场推广普及，耐磨性较差，制成地毯产品用的寿命较短，聚乳酸纤维断裂伸长率较大，耐光性差。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，包括以下几个步骤：
步骤一:切片输送，预结晶、干燥：采用多级分段式真空转鼓干燥，干燥工艺，第一级：干燥温度为50℃，干燥时间为5小时，第二级：干燥温度为70℃，干燥时间为9小时，第三级：干燥温度为120℃，干燥时间为13小时,确保切片含水率控制在40ppm以下，粘度降在0.05以下；
步骤二：螺杆挤出机熔融，采用纺丝组件喷丝：纺丝用喷丝板孔径0.32mm，长径比4，纺丝组件砂配上，采用不同目数的金属砂分层组装；
步骤三：侧吹风冷却：采用侧吹风工艺为风温25℃、风湿90%，风速0.4m/s；
步骤四：纺丝上油架，牵伸定型：采用1060m/min纺丝速度；
步骤五：使用聚乳酸膨化器对纺丝进行膨化处理；
步骤六：对聚乳酸膨化纤维进行卷绕检验。
优选的，所述步骤一中，聚乳酸切片的干燥借用聚酯PET切片连续充填干燥设备 ，干燥成本低，含水率稳定，聚乳酸切片结晶温度可以适当低，且不易粘结，主干燥温度120℃左右较好，干燥介质减温压缩空气的露点温度必须在-60℃以下，风量比干燥PET切片时略大，但干燥时间不宜过长，干燥后切片含水率在40ppm以下。
优选的，所述步骤二中用小长径比24：1的浅槽螺杆，螺杆直径选择与纺丝产能相适，熔融温度190℃--220℃条件下，在较短时间内完成切片的熔融和输送，减少降解，螺杆所供纺丝位应以多头提高产能，不可用多位法提高产能，防止停位造成迹体粘度波动，为减小熔体停留时间，可考虑用步小面积预过滤器或不用预过滤器。
优选的，所述步骤二中适宜的纺丝温度在220℃-230℃之间，是纺丝稳定的核心工艺条件，利用低沸点导热媒介保温，过高和过低的温度都无法满足熔体稳定均匀细化成丝要求。利用小孔径0.18mm和大长径比3：1以上的喷丝板，可帮助提高熔体流动性，防止熔体挤出破裂，利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解。适当提高纺丝压力，纺丝起始压力7.5Mpa,熔体通过过滤介质时产生温升，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解，喷丝板下加装高300mm左右缓冷加热器，加热变至250℃左右，能保持喷丝板的板面温度，降低熔体出孔后的单轴拉伸流动内应力，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解。
优选的，所述步骤四中上油后的纺丝，要进行适当倍率的拉伸，方有机械和使用性能，膨化丝单丝纤度在5dtex-30 dtex之间，要有足够的加热时间，用两级热辊对纤维加热，温度渐高的方式，选取220mm直径长350mm热辊，保证绕丝圈数和纤维加热时间，一级单辊加热温度40℃-50℃，二级双辊加热温度在80℃-90℃之间，丝条能在热辊上稳定而无晃动运行。三辊保证对丝条产生4倍左右拉伸，并在120℃-130℃之间定型 ，过高的拉伸倍率会产生毛丝和断纱，过低的拉伸倍率会产生丝条在热上的晃动，纱线强度低和伸长大。
优选的，所述步骤五中用于生聚乳酸膨化丝的膨化器必须进行改进，用PET聚酯膨化丝的膨化器，断纱频繁，无法满足正常生产条件，要对膨化器相关结构参数作必要的修改，减小膨化器的填塞箱中阻塞阻力，并提高纱线喂入压力，改变压缩空气进气量与进气角度，方能生产出聚乳酸膨化丝，在膨化温度130℃-150℃和0.75Mpa-0.85Mpa的压缩空气条件下，生产稳定，产膨化丝卷曲性能优异。
优选的，步骤六中膨化后的纱线在冷却盘上堆积量在3点钟位置（PET聚酯膨化丝在5点钟位置），增大丝条进入牵出导盘时的张力至0.2CN/dtex，通过导盘表面喷砂处理，加长导盘长度增加绕，丝圈数至6圈，加橡胶压轮等措施，减少打滑，恒定纱线张力，网络器前导盘对后导盘超喂20m/min,降低纱线网络时的张力至0.08CN/dtex，在0.3Mpa--0.4Mpa压空下，纱线网络能达到25--40点/米。
优选的，一种聚乳酸膨化纤维的应用，聚乳酸纤维可制成复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布，以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽、优良的手感，亮度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
随着技术进步和产能提升，成本将有大幅下降，通过在聚合过程中提高粘度，纺丝过程中减小纤维断面异形度，或在纺丝过程中添加消光剂等可提高地毯耐磨性，从而提高产品使用年限。
附图说明
图1为本发明提出的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺及应用的流程结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，包括以下几个步骤：
步骤一:切片输送，预结晶、干燥：采用多级分段式真空转鼓干燥，干燥工艺，第一级：干燥温度为50℃，干燥时间为5小时，第二级：干燥温度为70℃，干燥时间为9小时，第三级：干燥温度为120℃，干燥时间为13小时,确保切片含水率控制在40ppm以下，粘度降在0.05以下，聚乳酸切片的干燥借用聚酯PET切片连续充填干燥设备 ，干燥成本低，含水率稳定，聚乳酸切片结晶温度可以适当低，且不易粘结，主干燥温度120℃左右较好，干燥介质减温压缩空气的露点温度必须在-60℃以下，风量比干燥PET切片时略大，但干燥时间不宜过长，干燥后切片含水率在40ppm以下；
步骤二：螺杆挤出机熔融，采用纺丝组件喷丝：纺丝用喷丝板孔径0.32mm，长径比4，纺丝组件砂配上，采用不同目数的金属砂分层组装，所述步骤二中用小长径比24：1的浅槽螺杆，螺杆直径选择与纺丝产能相适，熔融温度190℃--220℃条件下，在较短时间内完成切片的熔融和输送，减少降解，螺杆所供纺丝位应以多头提高产能，不可用多位法提高产能，防止停位造成迹体粘度波动，为减小熔体停留时间，可考虑用步小面积预过滤器或不用预过滤器，适宜的纺丝温度在220℃-230℃之间，是纺丝稳定的核心工艺条件，利用低沸点导热媒介保温，过高和过低的温度都无法满足熔体稳定均匀细化成丝要求。利用小孔径0.18mm和大长径比3：1以上的喷丝板，可帮助提高熔体流动性，防止熔体挤出破裂，利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解。适当提高纺丝压力，纺丝起始压力7.5Mpa,熔体通过过滤介质时产生温升，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解，喷丝板下加装高300mm左右缓冷加热器，加热变至250℃左右，能保持喷丝板的板面温度，降低熔体出孔后的单轴拉伸流动内应力，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解；
步骤三：侧吹风冷却：采用侧吹风工艺为风温25℃、风湿90%，风速0.4m/s；
步骤四：纺丝上油架，牵伸定型：采用1060m/min纺丝速度，上油后的纺丝，要进行适当倍率的拉伸，方有机械和使用性能，膨化丝单丝纤度在5dtex-30 dtex之间，要有足够的加热时间，用两级热辊对纤维加热，温度渐高的方式，选取220mm直径长350mm热辊，保证绕丝圈数和纤维加热时间，一级单辊加热温度40℃-50℃，二级双辊加热温度在80℃-90℃之间，丝条能在热辊上稳定而无晃动运行。三辊保证对丝条产生4倍左右拉伸，并在120℃-130℃之间定型 ，过高的拉伸倍率会产生毛丝和断纱，过低的拉伸倍率会产生丝条在热上的晃动，纱线强度低和伸长大；
步骤五：使用聚乳酸膨化器对纺丝进行膨化处理，用于生聚乳酸膨化丝的膨化器必须进行改进，用PET聚酯膨化丝的膨化器，断纱频繁，无法满足正常生产条件，要对膨化器相关结构参数作必要的修改，减小膨化器的填塞箱中阻塞阻力，并提高纱线喂入压力，改变压缩空气进气量与进气角度，方能生产出聚乳酸膨化丝，在膨化温度130℃-150℃和0.75Mpa-0.85Mpa的压缩空气条件下，生产稳定，产膨化丝卷曲性能优异；
步骤六：对聚乳酸膨化纤维进行卷绕检验，膨化后的纱线在冷却盘上堆积量在3点钟位置（PET聚酯膨化丝在5点钟位置），增大丝条进入牵出导盘时的张力至0.2CN/dtex，通过导盘表面喷砂处理，加长导盘长度增加绕，丝圈数至6圈，加橡胶压轮等措施，减少打滑，恒定纱线张力，网络器前导盘对后导盘超喂20m/min,降低纱线网络时的张力至0.08CN/dtex，在0.3Mpa--0.4Mpa压空下，纱线网络能达到25--40点/米。
一种聚乳酸膨化纤维的应用，聚乳酸纤维可制成复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布，以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽、优良的手感，亮度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一:切片输送，预结晶、干燥：采用多级分段式真空转鼓干燥，干燥工艺，第一级：干燥温度为50℃，干燥时间为5小时，第二级：干燥温度为70℃，干燥时间为9小时，第三级：干燥温度为120℃，干燥时间为13小时,确保切片含水率控制在40ppm以下，粘度降在0.05以下；
步骤二：螺杆挤出机熔融，采用纺丝组件喷丝：纺丝用喷丝板孔径0.32mm，长径比4，纺丝组件砂配上，采用不同目数的金属砂分层组装；
步骤三：侧吹风冷却：采用侧吹风工艺为风温25℃、风湿90%，风速0.4m/s；
步骤四：纺丝上油架，牵伸定型：采用1060m/min纺丝速度；
步骤五：使用聚乳酸膨化器对纺丝进行膨化处理；
步骤六：对聚乳酸膨化纤维进行卷绕检验。
2.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤一中，聚乳酸切片的干燥借用聚酯PET切片连续充填干燥设备 ，干燥成本低，含水率稳定，聚乳酸切片结晶温度可以适当低，且不易粘结，主干燥温度120℃左右较好，干燥介质减温压缩空气的露点温度必须在-60℃以下，风量比干燥PET切片时略大，但干燥时间不宜过长，干燥后切片含水率在40ppm以下。
3.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤二中用小长径比24：1的浅槽螺杆，螺杆直径选择与纺丝产能相适，熔融温度190℃--220℃条件下，在较短时间内完成切片的熔融和输送，减少降解，螺杆所供纺丝位应以多头提高产能，不可用多位法提高产能，防止停位造成迹体粘度波动，为减小熔体停留时间，可考虑用步小面积预过滤器或不用预过滤器。
4.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤二中适宜的纺丝温度在220℃-230℃之间，是纺丝稳定的核心工艺条件，利用低沸点导热媒介保温，过高和过低的温度都无法满足熔体稳定均匀细化成丝要求；
利用小孔径0.18mm和大长径比3：1以上的喷丝板，可帮助提高熔体流动性，防止熔体挤出破裂，利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解；
适当提高纺丝压力，纺丝起始压力7.5Mpa,熔体通过过滤介质时产生温升，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解，喷丝板下加装高300mm左右缓冷加热器，加热变至250℃左右，能保持喷丝板的板面温度，降低熔体出孔后的单轴拉伸流动内应力，也利于适当降低纺丝温度，减小大分子的热分解。
5.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤四中上油后的纺丝，要进行适当倍率的拉伸，方有机械和使用性能，膨化丝单丝纤度在5dtex-30dtex之间，要有足够的加热时间，用两级热辊对纤维加热，温度渐高的方式，选取220mm直径长350mm热辊，保证绕丝圈数和纤维加热时间，一级单辊加热温度40℃-50℃，二级双辊加热温度在80℃-90℃之间，丝条能在热辊上稳定而无晃动运行；
三辊保证对丝条产生4倍左右拉伸，并在120℃-130℃之间定型 ，过高的拉伸倍率会产生毛丝和断纱，过低的拉伸倍率会产生丝条在热上的晃动，纱线强度低和伸长大。
6.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，所述步骤五中用于生聚乳酸膨化丝的膨化器必须进行改进，用PET聚酯膨化丝的膨化器，断纱频繁，无法满足正常生产条件，要对膨化器相关结构参数作必要的修改，减小膨化器的填塞箱中阻塞阻力，并提高纱线喂入压力，改变压缩空气进气量与进气角度，方能生产出聚乳酸膨化丝，在膨化温度130℃-150℃和0.75Mpa-0.85Mpa的压缩空气条件下，生产稳定，产膨化丝卷曲性能优异。
7.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的加工工艺，其特征在于，步骤六中膨化后的纱线在冷却盘上堆积量在3点钟位置（PET聚酯膨化丝在5点钟位置），增大丝条进入牵出导盘时的张力至0.2CN/dtex，通过导盘表面喷砂处理，加长导盘长度增加绕，丝圈数至6圈，加橡胶压轮等措施，减少打滑，恒定纱线张力，网络器前导盘对后导盘超喂20m/min,降低纱线网络时的张力至0.08CN/dtex，在0.3Mpa--0.4Mpa压空下，纱线网络能达到25--40点/米。
8.根据权利要求1所述的一种聚乳酸膨化纤维的应用，其特征在于，聚乳酸纤维可制成复丝、单丝、短纤维、假捻变形丝、针织物和非织造布，以聚乳酸纤维制得的布料具有真丝的光泽、优良的手感，亮度、吸水性、形状保持性及抗皱性，因此是较理想的面料，适合做服装。
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