CN1304674C - 超细聚乳酸纤维非织造布及其制造方法 - Google Patents

超细聚乳酸纤维非织造布及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纺织材料领域，它公开的一种超细聚乳酸纤维非织造布是由平均纤维细度为2.7μm～9.07μm，呈单纤维随机分布状的超细聚乳酸纤维相互粘合在一起而构成；其制造方法是通过切片烘燥、熔融挤出、纤维成形、纤维冷却、成网加固各加工步骤及对各加工步骤的工艺改进实现的。本发明的产品具有比现有的聚乳酸纤维非织造布过滤效率高、有利于环境保护的优点。

Description

超细聚乳酸纤维非织造布及其制造方法
技术领域：
本发明属于纺织材料领域，它涉及一种超细聚乳酸纤维非织造布及其制造方法。
背景技术：
环境与发展是21世纪的主题。针对全球范围内的环境问题，人们迫切希望开发一种能在自然环境中分解的聚合物材料，经过不断的研究、开发和实用化尝试，人们越来越关注可生物降解的聚合物材料。
传统聚合物如聚丙烯的原材料都基于石油，而石油将日益枯竭而且不可再生。此外，大量消费石油也会促使地球变暖加剧。
从上述两点考虑，源于可再生资源且可生物降解的聚合物成为人们关注的焦点。聚乳酸正是这样一种聚合物，它以每年可再生的玉米为原料制成聚乳酸产品，对综合利用资源、减少环境污染以及可持续发展具有重要意义。
目前聚乳酸已有报道用于制造纤维及纤维制品。发明专利“聚乳酸树脂和由其构成的纤维制品及纤维制品的制造方法”(申请号为00809110.2)记载了以聚乳酸为原料的纤维制品，其长纤维无纺布制品的平均纤维细度为1～15dtex(11μm～42μm)。由于其纤维细度较粗，限制了其作为过滤材料的应用。
另外，现有的超细聚丙稀纤维非织造布虽然具有较好的过滤性能，但其在自然界中不能降解，不利于环境保护。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种过滤性能优良又具有生物降解性能的超细聚乳酸纤维非织造布及其制造方法。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种超细聚乳酸纤维非织造布，其特征在于由平均纤维细度为2.7μm～9.07μm，呈单纤维随机分布状的超细聚乳酸纤维相互间粘合在一起而构成，其单位面积质量为44～123.7g/m2，厚度为0.645～1.399mm，纤网平均孔径为11.3865μm～24.9693μm，纵向比强力为21.10～35N·m2/100g，横向比强力为10.91～22.64N·m2/100g；
一种制造超细聚乳酸纤维非织造布的方法，它包括切片烘燥步骤1、熔融挤出步骤2、纤维成形步骤3、纤维冷却步骤4、成网加固步骤5，其特征在于所述的切片烘燥步骤1的改进工艺条件为其除湿干燥机的温度采用80～100℃，切片烘燥时间为6～8小时；所述的熔融挤出步骤2的改进工艺条件为其螺杆挤压机螺杆转速采用30～41rpm，螺杆一区，二区，三区的温度分别采用123～153℃、193～242℃、196～276℃，其过滤器，弯头，熔喷模头的温度分别采用300～320℃，200～270℃，148～230℃；所述的纤维成形步骤3的改进工艺条件为其拉伸空气的压强采用0.2～0.46Mpa，分气室温度采用283～330℃，空气加热器温度采用594～712℃；所述的纤维冷却步骤4的改进工艺条件为其熔喷模头与接收滚筒间的接受距离采用8～18cm；所述的成网加固步骤5的改进工艺条件为其接收滚筒的横动速度采用35～45cm/min，往复次数采用2～10次。
                 与现有技术相比本发明的优点是：
1.本发明的超细聚乳酸纤维非织造布，由于纤维细度明显降低，所以比现有的聚乳酸纤维非织造布的过滤效率明显提高；
2.本发明的超细聚乳酸纤维非织造布，具有再生性和生物降解性，与现有的超细聚丙稀非织造布相比，有利于环境保护和可持续发展。
附图说明：
图1为本发明的超细聚乳酸纤维非织造布结构的电镜照片
图1中，A-超细聚乳酸纤维非织造布，B-超细聚乳酸纤维；
图2为本发明所采用的加工设备示意图
图2中，1-除湿干燥机，2-上料机，3-上料料斗，4-保温料斗，
       5-贮料桶，6-过滤器，7-弯头，8-熔喷模头，
       9-接收滚筒，10-分气室，11-螺杆挤出机，
       12-空气加热器，13-减压阀，14-空气过滤器，
       15-储气罐，16-汽水分离器，17-空压机。
具体实施方式：
本发明通过有售的特征为直链状的L-异构体占95摩尔％以上，玻璃化温度为58.49～60.20℃，熔融温度为160.95～175℃的聚乳酸切片和熔喷工艺来实现。
如图1所示，超细聚乳酸纤维非织造布是由聚乳酸切片经过螺杆挤压机熔融挤压后从熔喷模头喷丝孔挤出，并由熔喷模头喷丝孔两侧高速热空气气流拉伸形成平均纤维细度为2.7μm～9.07μm超细纤维，呈单纤维随机分布状态，然后聚集在接收滚筒上并通过超细聚乳酸纤维相互粘合在一起而构成超细聚乳酸纤维非织造布，超细聚乳酸纤维非织造布的单位面积质量为44～123.7g/m2，厚度为0.645～1.399mm，纤网平均孔径为11.3865μm～24.9693μm，纵向比强力为21.10～35N·m2/100g，横向比强力为10.91～22.64N·m2/100g。
如图2所示，利用制造本发明超细聚乳酸纤维非织造布的加工设备所采用的制造方法包括以下步骤：
切片烘燥步骤1：
聚乳酸切片储存在贮料桶5中，通过上料机2的抽吸作用使聚乳酸切片进入上料料斗3，然后下落到保温料斗4，除湿干燥机1产生的温度采用80～100℃的热空气通入保温料斗4对聚乳酸切片进行烘燥，切片烘燥时间为6～8小时。聚乳酸切片用于熔喷工艺之前必须进行烘燥，原因有三：1、除去聚乳酸切片中的水分以免聚乳酸大分子的酯键水解造成熔融挤压困难和成品质量降低；2、提高切片含水的均匀性以保证纤维质量均匀；3、提高聚乳酸结晶度及软化点；
熔融挤出步骤2：
干燥后的聚乳酸切片由保温料斗4喂入螺杆挤压机11，加热挤压成为熔体，螺杆挤压机11的螺杆螺距采用3cm，螺杆长度与螺杆直径之比采用30，螺杆转速采用30～41rpm，螺杆一区，二区，三区的温度分别采用123～153℃，193～242℃，196～276℃，螺杆挤压机11输出的聚乳酸熔体经过滤器6过滤后再经弯头7送入熔喷模头8，其过滤器6，弯头7，熔喷模头8的温度分别采用300～320℃，200～270℃，148～230℃；
纤维成形步骤3：
由熔喷模头8喷丝孔挤出的熔融状聚乳酸细丝在两侧高速热空气流的拉伸作用下迅速变细伸长，形成聚乳酸超细纤维，空压机17产生的压缩空气经汽水分离器16进入储气罐15，再经空气过滤器14和减压阀13进入空气加热器12，加热后的空气进入分气室10分成两路进入熔喷模头8，并从喷丝孔两侧喷出对喷丝孔挤出的熔融状聚乳酸细丝进行拉伸，拉伸空气的压强在0.2～0.46MPa间调节，分气室10温度在283～330℃间调节，空气加热器12温度在594～712℃间调节。熔喷模头8的宽度200mm，熔喷模头8的喷丝孔直径0.2mm，熔喷模头8的喷丝孔中心距为0.9mm，熔喷模头8喷丝孔的数量采用166个，熔喷模头8的喷丝孔两侧的气流夹角为60°；
纤维冷却步骤4：
在拉伸空气对喷丝孔挤出的熔融状聚乳酸细丝进行拉伸的同时，熔喷模头8喷丝孔出口处两侧大量的室温空气被吸入，与含有超细聚乳酸纤维的热空气流相混，使其降温，熔融状态的超细聚乳酸纤维因而冷却固化，熔喷模头8与接收滚筒9间的接受距离在8～18cm之间调节，而超细聚乳酸纤维冷却固化，一般在离开熔喷模头8的喷丝孔6～7mm处开始；
成网加固步骤5：
接收滚筒9既有转动又有横动，转动速度恒定一般为25转/min，横动速度在35～45cm/min间调节，往复次数在2～10次间调节。在接收距离内，超细聚乳酸纤维水平喷向接收滚筒9，并反复堆积形成聚乳酸超细纤维的纤网，同时由室温空气和拉伸热空气混合气流带向接收滚筒9的超细聚乳酸纤维是以随机分布状态凝结在接收滚筒9上，仍带有余温，因而超细聚乳酸纤维相互间能产生粘合作用，使纤网得到加固，由此制得超细聚乳酸纤维非织造布。
以下通过具体实施例进一步说明本发明，但实施例仅用于说明，并不能限制本发明的范围。
实施例1：
按上述制造本发明超细聚乳酸纤维非织造布的制造方法所包括的切片烘燥步骤1、熔融挤出步骤2、纤维成形步骤3、纤维冷却步骤4、成网加固步骤5各加工步骤和采用如下对各加工步骤的改进工艺条件：
①聚乳酸切片在采用100℃温度下烘燥8小时，然后喂入螺杆挤压机，螺杆转速采用30rpm；
②螺杆一区，二区，三区的温度分别采用127℃，225℃，227℃，过滤器，弯头，熔喷模头的温度分别采用316℃，264℃，150℃；
③拉伸空气的压强采用0.44Mpa，分气室温度采用312℃，空气加热器温度采用652℃；
④接收距离采用9cm，接收滚筒横动速度40cm/min，往复次数为4；
所制得的超细聚乳酸纤维非织造布性能测试结果为：
平均纤维细度为9.07μm，单位面积质量为44g/m2，厚度为0.645mm，纤网平均孔径为24.9693μm，纵向比强力为35N·m2/100g，横向比强力为22.64N·m2/100g，其血液过滤效果：白细胞去除率为74.0386％；
实施例2：
按上述制造本发明超细聚乳酸纤维非织造布的制造方法所包括的切片烘燥步骤1、熔融挤出步骤2、纤维成形步骤3、纤维冷却步骤4、成网加固步骤5各加工步骤和采用如下对各加工步骤的改进工艺条件：
①聚乳酸切片在采用100℃温度下烘燥8小时，然后喂入螺杆挤压机，螺杆转速采用41rpm；
②螺杆一区，二区，三区的温度分别采用146℃，241℃，268℃，过滤器，弯头，熔喷模头的温度分别采用316℃，200℃，216℃；
③拉伸空气的压强采用0.44Mpa，分气室温度采用317℃，空气加热器温度采用701℃；
④接收距离采用8.5cm，接收滚筒横动速度41.7cm/min，往复次数为6；
所制得的超细聚乳酸纤维非织造布性能测试结果为：
平均纤维细度为3.2μm，单位面积质量为99.6g/m2，厚度为0.959mm，纤网平均孔径为16.8558μm，纵向比强力为30.52N·m2/100g，横向比强力为13.45N·m2/100g，其血液过滤效果：白细胞去除率为87.2561％；
实施例3：
按上述制造本发明超细聚乳酸纤维非织造布的制造方法所包括的切片烘燥步骤1、熔融挤出步骤2、纤维成形步骤3、纤维冷却步骤4、成网加固步骤5各加工步骤和采用如下对各加工步骤的改进工艺条件：
①聚乳酸切片在采用100℃温度下烘燥8小时，然后喂入螺杆挤压机，螺杆转速采用41rpm；
②螺杆一区，二区，三区的温度分别采用149℃，237℃，274℃，过滤器，弯头，熔喷模头的温度分别采用316℃，200℃，222℃；
③拉伸空气的压强采用0.44Mpa，分气室温度采用317℃，空气加热器温度采用673℃；
④接收距离为11cm，接收滚筒横动速度41.7cm/min，往复次数为8；
所制得的超细聚乳酸纤维非织造布性能测试结果为：
平均纤维细度为2.7μm，单位面积质量为123.7g/m2，厚度为1.399mm，纤网平均孔径为11.3865μm，纵向比强力为21.10N·m2/100g，横向比强力为10.91N·m2/100g，其血液过滤实验结果：白细胞去除率为99.9340％。
上述实施例1、实施例2、实施例3过滤性能的比较说明如下：
实施例1所制得的超细聚乳酸纤维非织造布所采用的聚乳酸纤维细度较粗，其构成的超细聚乳酸纤维非织造布纤网平均孔径较大，因此过滤血液时白细胞去除率低；实施例2所制得的超细聚乳酸纤维非织造布所采用的聚乳酸纤维细度较小，其构成的超细聚乳酸纤维非织造布纤网平均孔径也较小，其过滤血液时白细胞去除率要好于实施例1；实施例3所制得的超细聚乳酸纤维非织造布所采用的聚乳酸纤维细度最小，其构成的超细聚乳酸纤维非织造布纤网平均孔径也最小，因此过滤血液时其白细胞去除率较高，由此可见在制造超细聚乳酸纤维非织造布时若降低超细聚乳酸纤维的细度，则对提高超细聚乳酸纤维非织造布对血液中白细胞的过滤效果是有利的。

Claims (2)

1.一种超细聚乳酸纤维非织造布，其特征在于由平均纤维细度为2.7μm～9.07μm，呈单纤维随机分布状的超细聚乳酸纤维相互间粘合在一起而构成，其单位面积质量为44～123.7g/m2，厚度为0.645～1.399mm，纤网平均孔径为11.3865μm～24.9693μm，纵向比强力为21.10～35N·m2/100g，横向比强力为10.91～22.64N·m2/100g。
2.一种制造权利要求1所述的超细聚乳酸纤维非织造布的方法，它包括切片烘燥步骤(1)、熔融挤出步骤(2)、纤维成形步骤(3)、纤维冷却步骤(4)、成网加固步骤(5)，其特征在于所述的切片烘燥步骤(1)的改进工艺条件为其除湿干燥机的温度采用80～100℃，切片烘燥时间为6～8小时；所述的熔融挤出步骤(2)的改进工艺条件为其螺杆挤压机螺杆转速采用30～41rpm，螺杆一区，二区，三区的温度分别采用123～153℃，193～242℃，196～276℃，其过滤器，弯头，熔喷模头的温度分别采用300～320℃，200～270℃，148～230℃；所述的纤维成形步骤(3)的改进工艺条件为其拉伸空气的压强采用0.2～0.46Mpa，分气室温度采用283～330℃，空气加热器温度采用594～712℃；所述的纤维冷却步骤(4)的改进工艺条件为其熔喷模头与接收滚筒间的接受距离采用8～18cm；所述的成网加固步骤(5)的改进工艺条件为其接收滚筒的横动速度采用35～45cm/min，往复次数采用2～10次。
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