CN116905113A - 一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，包括(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维。本发明能够制备出具有透气性好、保暖、染色性能佳的纤维，且符合环保生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及纤维制备技术领域，特别是涉及一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺。
背景技术
目前普通中空保暖纤维已被广泛应用于保暖服饰中，但是其保暖效果还不够理想，由于聚酯纤维的疏水性，其透气问题也没有得到很好地解决。另外，由于聚酯纤维在自然条件下很难被微生物或空气降解，大量的废旧聚酯纤维产品已成为环境的巨大负担，同时随着低碳环保、可持续发展理念的深入人心，原生聚酯纤维产品也已不符合当前的环保发展需求。在环境污染日益严重的情况下，人们迫切需要一种保暖且又环保的产品。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，能够制备出具有透气性好、保暖、染色性能佳的纤维，且符合环保生产要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，包括以下步骤：
(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；
结晶干燥装置包括釜体及分别设于釜体内的第一搅拌桨、第一转轴、第二转轴、第三转轴、可升降第一滤件、可升降第二滤件、第四转轴、第五转轴、第六转轴，所述第一搅拌桨轴部与第一转轴为内外圈同心套设且第一搅拌桨轴上部伸出第一转轴，所述第二转轴、第三转轴对称设于第一转轴两侧，所述第五转轴与第二转轴上下分布，第五转轴与第二转轴通过第一电磁离合器连接，伸出第一转轴的所述第一搅拌桨轴通过传动齿轮交替与第五转轴、第三转轴啮合连接，所述第四转轴与第六转轴上下分布，第四转轴与第六转轴通过第二电磁离合器连接，所述第四转轴与第三转轴啮合传动连接，所述第二转轴与第六转轴同向传动连接，所述第二转轴与第一转轴反向传动连接，所述第一滤件周向限位连接在釜体内并通过第二转轴驱动升降，所述第二滤件通过第一转轴驱动升降，第一滤件、第二滤件的升降方向相反；
(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维。
步骤(a)中，再生阳离子聚酯切片的结晶温度为158℃，干燥温度为160℃，干燥风压为0.1MPa。
步骤(a)中，咖啡碳母粒的干燥温度为90℃，干燥风压为0.07MPa。
步骤(a)中，再生阳离子聚酯切片与咖啡碳母粒按质量比18-20:1混合。
步骤(b)中，螺杆挤出机的直径为65mm，长径比为25，其一至五区的加热温度为：一区278℃、二区284℃、三区286℃、四区290℃、五区292℃。
步骤(b)中，纺丝组件的后加热温度为310℃，组件压力为15.1MPa；无风区高度为46mm；环吹风风温为20℃，风压为42Pa。
步骤(b)中，集束上油时，上油高度为1000mm，集束导丝勾与油嘴距离200mm，油剂浓度为11wt％。
步骤(b)中，牵伸定型时第一牵伸辊转速为2850-2867m/min，第二牵伸辊转速为2870-2880m/min；卷绕成型时卷绕速度为2822-2855m/min，卷绕张力为8-9cN。
本发明的有益效果是：以再生阳离子聚酯切片为原料，采用咖啡碳母粒改性制得纤维，具有透气性好、保暖、染色性能佳等特点，并且符合环保生产要求。
附图说明
图1为本发明结晶干燥装置的结构图；
图2为图1中A-A向的剖面图；
图3为图1中B-B向的剖面图；
图4为图1中C处的放大图。
图中：釜体1、顶板11、隔板12、导向柱13、导向杆14、第一搅拌桨2、传动齿轮21、齿轮齿22、第一转轴3、接轴部31、螺轴部32、第二转轴4、A齿轮41、传动轮42、传动带43、B齿轮44、连轴部45、螺接部46、第五转轴47、第一电磁离合器48、第三转轴5、第一滤件6、第一孔61、第二滤件7、第二孔71、第四转轴8、C齿轮81、第六转轴82、第二电磁离合器83、电机9。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
实施例1
一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，包括以下步骤：
(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；
再生阳离子聚酯切片的结晶温度为158℃，干燥温度为160℃，干燥风压为0.1MPa；咖啡碳母粒的干燥温度为90℃，干燥风压为0.07MPa；再生阳离子聚酯切片与咖啡碳母粒按质量比19:1混合；
(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维；
螺杆挤出机的直径为65mm，长径比为25，其一至五区的加热温度为：一区278℃、二区284℃、三区286℃、四区290℃、五区292℃；纺丝组件的后加热温度为310℃，组件压力为15.1MPa；无风区高度为46mm；环吹风风温为20℃，风压为42Pa；集束上油时，上油高度为1000mm，集束导丝勾与油嘴距离200mm，油剂浓度为11wt％；牵伸定型时第一牵伸辊转速为2860m/min，第二牵伸辊转速为2870m/min；卷绕成型时卷绕速度为2842m/min，卷绕张力为8.5cN。
实施例2
一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，包括以下步骤：
(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；
再生阳离子聚酯切片的结晶温度为158℃，干燥温度为160℃，干燥风压为0.1MPa；咖啡碳母粒的干燥温度为90℃，干燥风压为0.07MPa；再生阳离子聚酯切片与咖啡碳母粒按质量比18:1混合；
(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维；
螺杆挤出机的直径为65mm，长径比为25，其一至五区的加热温度为：一区278℃、二区284℃、三区286℃、四区290℃、五区292℃；纺丝组件的后加热温度为310℃，组件压力为15.1MPa；无风区高度为46mm；环吹风风温为20℃，风压为42Pa；集束上油时，上油高度为1000mm，集束导丝勾与油嘴距离200mm，油剂浓度为11wt％；牵伸定型时第一牵伸辊转速为2867m/min，第二牵伸辊转速为2870m/min；卷绕成型时卷绕速度为2822m/min，卷绕张力为9cN。
实施例3
一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，包括以下步骤：
(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；
再生阳离子聚酯切片的结晶温度为158℃，干燥温度为160℃，干燥风压为0.1MPa；咖啡碳母粒的干燥温度为90℃，干燥风压为0.07MPa；再生阳离子聚酯切片与咖啡碳母粒按质量比20:1混合；
(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维；
螺杆挤出机的直径为65mm，长径比为25，其一至五区的加热温度为：一区278℃、二区284℃、三区286℃、四区290℃、五区292℃；纺丝组件的后加热温度为310℃，组件压力为15.1MPa；无风区高度为46mm；环吹风风温为20℃，风压为42Pa；集束上油时，上油高度为1000mm，集束导丝勾与油嘴距离200mm，油剂浓度为11wt％；牵伸定型时第一牵伸辊转速为2867m/min，第二牵伸辊转速为2880m/min；卷绕成型时卷绕速度为2855m/min，卷绕张力为9cN。
若切片中水分未去除干净，切片在熔融时就会发生水解，使得纺丝聚合物分子量下降，并且切片中水分在高温下汽化会形成气泡，会造成纺丝断头或毛丝，影响产品质量，因此必须在纺丝前对原料切片进行结晶干燥，但现有的结晶干燥设备在进行切片干燥时存在高温气体与切片接触不充分的问题，致使干燥效果效率较低，干燥效果不理想，需要长时间干燥才行，影响生产效率。
本发明各实施例所用结晶干燥装置包括釜体1及分别设于釜体1内的第一搅拌桨2、第一转轴3、第二转轴4、第三转轴5、可升降第一滤件6、可升降第二滤件7、第四转轴8、第五转轴47、第六转轴82，所述第一搅拌桨2轴部与第一转轴3为内外圈同心套设且第一搅拌桨2轴上部伸出第一转轴3，第一搅拌桨2轴部与第一转轴3内腔间留有间隙。所述第二转轴4、第三转轴5对称设于第一转轴3两侧，所述第五转轴47与第二转轴4上下分布，第五转轴47与第二转轴4通过第一电磁离合器48连接，伸出第一转轴3的所述第一搅拌桨2轴通过传动齿轮21交替与第五转轴47、第三转轴5啮合连接，所述第四转轴8位于第三转轴5外侧，所述第四转轴8与第六转轴82上下分布，第四转轴8与第六转轴82通过第二电磁离合器83连接，第四转轴8与第三转轴5啮合传动连接，所述第二转轴4与第六转轴82同向传动连接，所述第二转轴4与第一转轴3反向传动连接，所述第一滤件6周向限位连接在釜体1内并通过第二转轴4驱动升降，所述第二滤件7通过第一转轴3驱动升降，所述第一滤件6呈环形，所述第二滤件7呈圆盘形，所述第二滤件7位于第一滤件6内圈，第一滤件6、第二滤件7的升降方向相反，即第一滤件6上升时第二滤件7下降，第二滤件7上升时第一滤件6下降。
所述第一搅拌桨2轴下端伸出第一转轴3且第一搅拌桨2的桨部位于第一转轴3下方。
所述釜体1包括顶板11和隔板12，所述第一转轴3上部转动穿过隔板12，所述第一搅拌桨2轴顶部转动穿过顶板11并通过电机9驱动转动，所述第二转轴4转动穿过隔板12，第二转轴4下端与釜体1底部转动连接，所述第三转轴5转动连接在顶板11和隔板12之间。
伸出第一转轴3的所述第一搅拌桨2轴上固定有传动齿轮21，所述第五转轴47、第三转轴5上均固定安装有A齿轮41，所述传动齿轮21与两个A齿轮41不同时啮合。所述传动齿轮21包括多于1/3圈且少于1/2圈的齿轮齿22，因此当传动齿轮21与第五转轴47的A齿轮41啮合时，传动齿轮21不与第三转轴5的A齿轮41啮合，反之亦然。
所述第四转轴8上装有与第三转轴5上的A齿轮41啮合的C齿轮81。
所述第二转轴4上部、第六转轴82上还各装有传动轮42，两个传动轮42通过传动带43传动连接。第一搅拌桨2轴部、第三转轴5穿过传动带43围成圈的空间，传动带43运动不影响第一搅拌桨2、第三转轴5。
所述第一转轴3上部与第二转轴4上部通过一对啮合的B齿轮44传动连接。A齿轮41、传动轮42、B齿轮44为上下依次分布。
所述第一滤件6螺接在第二转轴4上，第一滤件6上分布有多个第一孔61。所述第一滤件6位于隔板12下方，釜体1环形内壁均布导向柱13，第一滤件6外侧与导向柱13滑动连接。第二转轴4包括上下连接的连轴部45和螺接部46，连轴部45上安装传动轮42、B齿轮44，螺接部46与第一滤件6螺接。
所述第二滤件7螺接在第一转轴3上，第二滤件7上分布有多个第二孔71。第一转轴3包括上下连接的接轴部31和螺轴部32，接轴部31上安装B齿轮44，螺轴部32与第二滤件7螺接。为避免第二滤件7脱出第一转轴3，螺轴部32下部固装限位环。所述隔板12下表面固装有伸入釜体1内腔的竖直导向杆14，导向杆14位于第一转轴3一侧，所述第二滤件7滑动穿设在导向杆14上。第一孔61、第二孔71的孔径根据实际需要而定，只需保证第一滤件6或第二滤件7上升时，部分切片能被第一滤件6或第二滤件7带动上升，而上升过程中又会逐渐掉落，并且保证第一滤件6或第二滤件7下降时，位于其下方的切片能够经第一孔61、第二孔71而被推挤到第一滤件6或第二滤件7上方。
切片结晶干燥时，初始设定第一滤件6位于上方，第二滤件7位于下方，电机9带动第一搅拌桨2正方向转动对切片进行搅拌，同时通过传动齿轮21带动第五转轴47上的A齿轮41反方向转动，第一电磁离合器48将第五转轴47与第二转轴4连接，第二电磁离合器83不连接第四转轴8和第六转轴82，第二转轴4反方向转动后通过传动轮42带动第六转轴82转动，但由于第二电磁离合器83断开连接，第三转轴5上的A齿轮41不转动，第二转轴4反方向转动后还同时带动一对B齿轮44转动，使得第一转轴3正方向转动，因此第二转轴4反方向转动使第一滤件6下降，第一转轴3正方向转动驱动第二滤件7上升，部分切片被第二滤件7上升带起并掉落，使得与热空气充分接触，由于第一孔61的设置，第一滤件6下降时，第一滤件6下方的部分切片通过第一孔61跑到第一滤件6上方。当传动齿轮21转动至与第五转轴47上A齿轮41不再啮合，而与第三转轴5上A齿轮41啮合时，第一电磁离合器48变换为不连接第五转轴47与第二转轴4，第二电磁离合器83切换为连接第四转轴8和第六转轴82，第三转轴5上A齿轮41在传动齿轮21驱动下反方向转动，通过C齿轮81带动第四转轴8正方向转动，进而带动第六转轴82转动，第六转轴82通过传动轮42、传动带43的传动使第二转轴4正方向转动，从而再带动第一转轴3反方向转动，因此使第一滤件6上升、第二滤件7下降，切片被第一滤件6推动上升带起后掉落，使得与热空气充分接触，由于第二孔71的设置，第二滤件7下降时，第二滤件7下方部分切片通过第二孔71跑到第二滤件7上方。交替切换第一电磁离合器48、第二电磁离合器83的连接与断开，保证第一电磁离合器48、第二电磁离合器83中一个处于连接状态而另一个处于断开状态，实现第一滤件6、第二滤件7的交替升降。利用上述操作使得切片在被搅拌的同时，通过第一滤件6、第二滤件7提升、掉落，从而实现与热空气的充分接触，提升结晶干燥效率。
本发明各实施例制备的纤维性能如表1所示。
表1
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 线密度(dtex) | 166.1 | 162.5 | 158.1 |
| 断裂强度(cN/dtex) | 2.4 | 2.3 | 2.6 |
| 断裂伸长率(％) | 26.5 | 24.7 | 29.3 |
| 含油率(％) | 1.8 | 1.9 | 2.0 |
| 克罗值(clo) | 0.38 | 0.36 | 0.35 |
| 织物透气率mm/s | 1575 | 1613 | 1564 |
| 上染率(％，100℃) | 80.5 | 81.1 | 80.3 |
以传统的单一方向水平周向搅拌的结晶干燥装置替换本发明实施例所采用的改进结晶干燥装置，并对应按照实施例1-3的方法生产阳离子咖啡碳保暖纤维，记为对比例1-3。结果发现，对比例1与实施例1相比、对比例2与实施例2相比、对比例3与实施例3相比，对比例1-3的纤维断裂强度分别降低至1.7cN/dtex、1.51cN/dtex、1.87cN/dtex，上染率分别降低至71.4％、72.3％、70.9％，织物透气率分别降低8.12％、8.43％、8.33％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(a)将再生阳离子聚酯切片投入结晶干燥装置中进行结晶、干燥，将咖啡碳母粒投入干燥器中进行干燥；将干燥后的再生阳离子聚酯切片和咖啡碳母粒按配比送入母粒机中进行共混；
结晶干燥装置包括釜体(1)及分别设于釜体(1)内的第一搅拌桨(2)、第一转轴(3)、第二转轴(4)、第三转轴(5)、可升降第一滤件(6)、可升降第二滤件(7)、第四转轴(8)、第五转轴(47)、第六转轴(82)，所述第一搅拌桨(2)轴部与第一转轴(3)为内外圈同心套设且第一搅拌桨(2)轴上部伸出第一转轴(3)，所述第二转轴(4)、第三转轴(5)对称设于第一转轴(3)两侧，所述第五转轴(47)与第二转轴(4)上下分布，第五转轴(47)与第二转轴(4)通过第一电磁离合器(48)连接，伸出第一转轴(3)的所述第一搅拌桨(2)轴通过传动齿轮(21)交替与第五转轴(47)、第三转轴(5)啮合连接，所述第四转轴(8)与第六转轴(82)上下分布，第四转轴(8)与第六转轴(82)通过第二电磁离合器(83)连接，所述第四转轴(8)与第三转轴(5)啮合传动连接，所述第二转轴(4)与第六转轴(82)同向传动连接，所述第二转轴(4)与第一转轴(3)反向传动连接，所述第一滤件(6)周向限位连接在釜体(1)内并通过第二转轴(4)驱动升降，所述第二滤件(7)通过第一转轴(3)驱动升降，第一滤件(6)、第二滤件(7)的升降方向相反；
(b)将所得共混物输送至螺杆挤出机熔融挤出，所得纺丝熔体经计量泵计量后通过纺丝组件纺丝生成初生丝，初生丝经后加热、无风区缓冷、环吹风冷却、集束上油处理后，再经预网络、牵伸定型、卷绕成型得到阳离子咖啡碳纤维。
2.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(a)中，再生阳离子聚酯切片的结晶温度为158℃，干燥温度为160℃，干燥风压为0.1MPa。
3.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(a)中，咖啡碳母粒的干燥温度为90℃，干燥风压为0.07MPa。
4.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(a)中，再生阳离子聚酯切片与咖啡碳母粒按质量比18-20:1混合。
5.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(b)中，螺杆挤出机的直径为65mm，长径比为25，其一至五区的加热温度为：一区278℃、二区284℃、三区286℃、四区290℃、五区292℃。
6.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(b)中，纺丝组件的后加热温度为310℃，组件压力为15.1MPa；无风区高度为46mm；环吹风风温为20℃，风压为42Pa。
7.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(b)中，集束上油时，上油高度为1000mm，集束导丝勾与油嘴距离200mm，油剂浓度为11wt％。
8.如权利要求1所述一种阳离子咖啡碳保暖纤维的生产工艺，其特征在于：步骤(b)中，牵伸定型时第一牵伸辊转速为2850-2867m/min，第二牵伸辊转速为2870-2880m/min；卷绕成型时卷绕速度为2822-2855m/min，卷绕张力为8-9cN。
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