CN109056196B - 一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备及其方法，包括混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机、一号纺丝箱体、二号纺丝箱体、三号纺丝箱体，水溶性聚酯切片和部分聚酯切片依次通过混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和二号纺丝箱体，二号纺丝箱体的喷丝板的喷丝孔为环形结构；另一部分聚酯切片依次通过结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和一、三号纺丝箱体；二号纺丝箱体和一、三号纺丝箱体均连接牵伸喷头，牵伸喷头依次连接成网装置、水刺加固装置、碱液浸渍处理装置、水洗装置和烘干装置。通过多箱体纺丝技术，使得非织造布的上下面层具有良好的力学性能，而中间层具有良好的过滤精度。

Description

一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备及其方法，属于纺粘非织造布生产技术领域。

背景技术

纺粘法又称纺丝成网法，它是非织造布中最重要，应用最广泛的一种方法。它是利用化纤纺丝原理，在聚合物纺丝过程中使用连续性长丝纤维铺置成网，纤网经机械、化学或热方法加固而成非织造布。其中聚酯(涤纶)纺粘非织造布的具体生产流程如下：

聚酯切片输送在大料仓里，经过回转阀的输送进入到预结晶里预结晶，经过预结晶后的切片进入到干燥塔里进行干燥。经干燥后含水量达到纺丝要求的切片喂入到螺杆挤出机中，螺杆具有加热功能，切片在螺杆里熔融并挤出，经过滤后的熔体由计量泵按一定流量输送到纺丝组件上，纺丝组件装有很多小孔的喷丝板，熔体从喷丝板的小孔内流出，形成许多细流，熔体细流经过侧吹风冷却后，冷却成纤维，再进入牵伸装置，经过牵伸装置中的高速气流的牵伸作用，纤维的大分子进行了取向和结晶，纤维获得了良好的力学性能，经牵伸后纤维铺入到下面有吸风装置的成网帘带上，然后输送至加固装置，经热轧、化学粘合、针刺、水刺等任何一种或两种方法加固，即成为纺丝成网非织造布。缺点是：

聚酯纺粘非织造布的纤维纤度大多在1～6dtex左右，其过滤精度较低，只能用于对过滤精度要求不高的场合，严重限制了其使用领域。

导致原因：

由于聚酯纺粘非织造布的纺丝速度高于5000m/min，因此在纺制细旦纤维里难度较大，其纤维的细度一般不低于1dtex。由于纤维较粗，比表面积低，因此其单纤过滤效率低，由这类纤维构成的非织造布的过滤效率较低。

而且，由于聚酯切片的粘度较高，熔点较高。因此，现有可以生产聚丙烯超细纤维的熔喷工艺并不能生产聚酯熔喷非织造布。因此，在高精度过滤领域，聚酯纺粘产品暂没有相应的产品。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备及其方法，与聚丙烯相比，聚酯具有更好的力学性能，更高的耐温性和更好的耐老化性能，生产出的具有高过滤精度的聚酯纺粘非织造布，将大大扩展聚酯纺粘非织造布的使用领域，同时满足市场对相关产品的需求。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，包括混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机、一号纺丝箱体、二号纺丝箱体、三号纺丝箱体，水溶性聚酯切片和部分聚酯切片依次通过混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和二号纺丝箱体，所述二号纺丝箱体的喷丝板的喷丝孔为环形结构；另一部分聚酯切片依次通过结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和一、三号纺丝箱体；二号纺丝箱体和一、三号纺丝箱体均连接牵伸喷头，所述牵伸喷头依次连接成网装置、水刺加固装置、碱液浸渍处理装置、水洗装置和烘干装置。

进一步，所述纺丝箱体内配备计量泵，经过熔体分配管的分配，熔体被合理分配到每一个计量泵里，然后被计量泵输送到每个纺丝组件，纺丝组件里装有过滤砂，过滤后的熔体经过分配板的作用，均匀里进入到喷丝板的每个小孔里，熔体被喷丝板均匀地分成若干股细流，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出。

进一步，所述环形结构为三段式环形。

进一步，所述一、三号纺丝箱体的喷丝板的喷丝孔为圆形或者三叉形结构。

进一步，所述喷丝板下方设置了三组缓冷加热器，将喷丝板下方的空气加热，缓冷加热器的温度控制在320-200℃之间。

进一步，所述喷丝板的后方设有侧吹风装置，所述侧吹风装置里装有蜂窝整流板，外加多层金属纱网。

进一步，所述管式牵伸喷头连接分丝器，所述分丝器包括若干气流扩散器，所述气流扩散器设于所述管式牵伸喷头末端，所述气流扩散器的截面从所述管式牵伸喷头末端向外不断扩大，所述气流扩散器固定在两条横梁上，所述横梁对应所述气流扩散器的固定件设有圆弧滑槽式螺孔。

一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造方法，包括以下步骤：水溶性聚酯切片和部分聚酯切片→共混→结晶→干燥→通过二号纺丝箱体熔融共混纺丝，另一部分聚酯切片→结晶→干燥→通过一、三号纺丝箱体熔融纺丝，两次纺丝得到的产物通过气流牵引→摆丝成网→水刺加固→碱液浸渍处理→水洗→烘干→卷绕。

进一步，所述前一部分聚酯切片与水溶性聚酯切片两者之比控制在9：1～6：4的范围，经成网装置处理后形成的纤网采用的加固方式为水刺加固，水刺压力为250～400bar，水刺速度为1～20min。

进一步，经水刺加固后的纤网进行碱处理，二号箱体生产的中空纤维中水溶性聚酯成份将会被溶解，纤维呈现中空多孔状，其中碱处理中的氢氧化纳的浓度为3～10g/L，碱液的温度为60～100℃，处理时间为10～60min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本技术通过多箱体纺丝技术，使得非织造布的上下面层具有良好的力学性能，而中间层具有良好的过滤精度，使得非织造布在具有良好过滤精度的同时还具有良好的力学性能。

同时，本技术通过双组份中空纺丝、碱处理等技术的运用，成功生产具有中间多孔结构的纤维，大大提高了纤维的过滤效率，使得非织造布具有良好的过滤精度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的工艺流程图；

图2是本发明的设备结构图；

图3a是中空型喷丝板结构示意图；

图3b是圆形喷丝板结构示意图；

图3c是三叉型喷丝板结构示意图；

图4是分丝器的结构示意图；

图5a是气流扩散器的主视图；

图5b是气流扩散器的俯视图；

图5c是气流扩散器的侧视图。

图中，1——料仓； 2——混料罐；

3——二号纺丝箱体； 4——结晶器；

5——一号纺丝箱体； 6——三号纺丝箱体；

7——干燥塔； 8——螺杆挤出机；

9——喷丝孔； 10——侧吹风装置；

11——牵伸喷头； 12——分丝器；

13——气流扩散器； 14——横梁；

15——圆弧滑槽式螺孔； 16——水刺加固装置；

17——碱液浸渍处理装置； 18——水洗装置；

19——烘干装置； 20——卷绕装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，聚酯切片和水溶性聚酯切片分别投进各自的料桶，经振动筛将杂质筛除后，由罗茨风机产生的脉冲气流输送到楼顶的各自的大料仓1，其中一部分聚酯切片和水溶性聚酯切片经回转阀的输送进入混料罐2，经搅拌器搅拌混合均匀合再经回转阀的输送，下落进到二号纺丝箱体3的对应的结晶器4里。聚酯切片和水溶性聚酯切片两者的混合比例由各自的回转阀的转速确定，聚酯切片与水溶性聚酯切片两者之比控制在9：1～6：4的范围。

另外一部分聚酯切片经回转阀直接输送到一号纺丝箱体5和三号纺丝箱体6对应的结晶器4里。

在结晶器4里，切片在热风的吹送下呈沸腾的状态，切片与切片之间相互碰撞，防止粘结。切片在结晶器4里被加热，结晶度升高、含水率降低，预结晶温度在110-160℃。结晶度较高的切片在热空气的吹送下，进入了干燥塔7里。本方案采用的是填充式干燥塔7，切片从干燥塔7的上方进入，在下落的过程中与从干燥塔7底部通入的已经除湿的热空气相遇，切片里的水分被热空气带走，在干燥塔7里停留足够长时间后，切片的含水率达到了纺丝的要求，干燥温度105-150℃。

含水率达到纺丝要求的切片被输送到位于螺杆挤出机8上方的干切片料斗，在重力的作用落到混料斗里，混料斗是通过受料器底部的电动机驱动的注料齿盘，通过电动机的转速去控制切片的数量，通过混料斗的作用，将一定量的助剂与切片按一定比例混合而输送到螺杆挤出机8里。螺杆挤出机8分为六个区加热，采用的是电阻加热方式，温度设置在205-350℃之间，螺杆挤出机8的下料口处设有冷却循环水，以防止切片在下料口处环结。切片在螺杆挤出机8剪切和加热的作用下，边熔融边前进并混合均匀。到了螺杆的末端，切片熔融完全，熔体压力被压力传感器测定，通过压力的反馈去控制螺杆的转速从而保证熔体压力的稳定。

熔融混合均匀完全，压力稳定的熔体接下来被熔体过滤器所过滤，过滤器可有效除去熔体中的无机杂质与及凝胶粒子，以减少杂质对纺丝过程造成的不良影响。过滤器为可切换式，当过滤压差较大时，就将旧滤芯切换成新滤芯，以保证过滤效果的稳定性。

过滤后的熔体被输送到纺丝箱体内，纺丝箱体内配备一定数量的计量泵，经过熔体分配管的分配，熔体被合理分配到每一个计量泵里。计量泵为精密的齿轮泵，通过计量泵的转动，精确体积的熔体被计量泵输送到每个纺丝组件上。纺丝组件里装有过滤砂，可以对熔体进行进一步的过滤，过滤后的熔体经过分配板的作用，均匀里进入到喷丝板的每个小孔里，熔体被喷丝板均匀地分成若干股细流，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出，暴露在空气中。熔体过滤器和纺丝箱体由联苯蒸汽加热，以保证精确控温。过滤器和箱体温度控制在250-350℃之间。

其中，二号纺丝箱体3的喷丝板的喷丝孔9为环形结构，具体如附图3所示。而一号纺丝箱体5和三号纺丝箱体6的喷丝板的喷丝孔9为圆形或者三叉形结构。

从小孔挤出的丝束比较脆弱，如暴露在温室的空气中或者直接加以侧吹风冷却，其冷却会过快而纤维牵伸困难，造成纺丝断头、飘丝等现象。因此我们在喷丝板下方设置了三组缓冷加热器，将喷丝板下方的空气加热，缓冷加热器的温度控制在320-200℃之间。缓冷加热器的加热方式为电加热。

经过缓冷后的熔体细流在侧吹风装置10的作用下，不断被冷却，由熔体转变成固体，在牵伸力和冷却的作用下，熔体内部的分子产生了一定的结晶和取向，成为具有一定力学性能的纤维长丝。侧吹风的温度由空调控制，对风的温度与湿度进行精确控制，以此合理控制纤维的温度与张力的分布。有利于实现高速纺丝，侧吹风温度控制在15～45℃之间。其侧吹风风速控制在0.6～5m/s,由于侧吹风速较大，因此纤维在迎风面与背风面受到的冷却效果明显不同，其中空结构内的空气还能起到隔热作用，可阻隔纤维截面方向的热传导，使纤维迎风侧和背风侧的传热速度产生更大差异，于是在纤维径向的温度分布增大，导致纤维结构的各向异性。

侧吹风窗里装有蜂窝整流板，外加多层金属纱网，可以保证侧吹风在高风速下依然保持良好的层流状态。

纤维的牵伸过程是由在每个纺丝组件下方的管式牵伸喷头11去实现的，牵伸喷头11采用的压缩空气，压缩空气经过管式牵伸喷头11内部的环形间隙后，向下喷射形成高速气流，并在牵伸喷头11的上方形成一定的负压区，对纤维形成一定的吸力。纤维在牵伸喷头11的上方吸入，在高速气流的摩擦力作用下伴随着气流向下高速运动，高速气流和纤维被限制在一定直径一定长度的牵伸管内，纤维在牵伸管内最终可被加速至3000-6000m/min的速度。纤维速度远远大于熔体在喷丝板孔流出时的速度，因此熔体受到较强的拉伸作用，分子高度取向结晶，分子间作用力大大增强，纤维获得了优异的力学性能。

参阅图3a-图5c，出牵伸管后的纤维束在分丝器12的作用下铺设成均匀的纤网。分丝器12的主要结构是在牵伸管末端接的气流扩散器13，通过该气流扩散器13的截面的不断增加，使得牵伸气流的速度不断变小，静压增加。当气流速度比牵伸后的纤维速度慢时，产生了空气动力学中的“孔达效应”会使得纤维束实现自然分散，并呈螺旋状下落到成网帘上。

管式牵伸喷头连接分丝器12，分丝器12包括若干气流扩散器13，气流扩散器13设于管式牵伸喷头末端，气流扩散器13的截面从管式牵伸喷头末端向外不断扩大，气流扩散器13固定在两条横梁14上，横梁14对应气流扩散器13的固定件设有圆弧滑槽式螺孔15。

由于气流扩散器13的与成网帘的前进方向成的角度可根据需要进行调节。通过该角度的调节，改变纤维下落的方式，使得纤维在纵横向的排列方式有所不同，达到可以改变产品的纵向强力与横向强力的比值的效果。通过调整网帘的前进速度，控制产品的最终克重，产品的重量一般控制在50～550g/m²的范围。

经成网装置处理后形成的纤网采用的加固方式为水刺加固，水刺压力为250～400bar，水刺速度为1～20min。

经水刺加固装置16后的纤网进行碱液浸渍处理装置17，二号纺丝箱体3生产的中空纤维中水溶性聚酯成份将会被溶解，纤维呈现中空多孔状。其中氢氧化纳的浓度为3～10g/L，碱液的温度为60～100℃，处理时间为10～60min。

碱处理后的非织造布经水洗装置18、烘干装置19和卷绕装置20后得到最终的产品。

中空多孔结构有着高效的过滤效率，从而大大提高了聚酯纺粘非织造布的过滤效率。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (10)

1.一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，包括混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机、一号纺丝箱体、二号纺丝箱体、三号纺丝箱体，水溶性聚酯切片和部分聚酯切片依次通过混料罐、结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和二号纺丝箱体，所述二号纺丝箱体的喷丝板的喷丝孔为环形结构；另一部分聚酯切片依次通过结晶器、干燥塔、螺杆挤出机和一、三号纺丝箱体；二号纺丝箱体和一、三号纺丝箱体均连接牵伸喷头，所述牵伸喷头依次连接成网装置、水刺加固装置、碱液浸渍处理装置、水洗装置和烘干装置。

2.根据权利要求1所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，所述纺丝箱体内配备计量泵，经过熔体分配管的分配，熔体被合理分配到每一个计量泵里，然后被计量泵输送到每个纺丝组件，纺丝组件里装有过滤砂，过滤后的熔体经过分配板的作用，均匀里进入到喷丝板的每个小孔里，熔体被喷丝板均匀地分成若干股细流，在压力和重力的作用下，从喷丝板的小孔里挤出。

3.根据权利要求1所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，所述环形结构为三段式环形。

4.根据权利要求3所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，所述一、三号纺丝箱体的喷丝板的喷丝孔为圆形或者三叉形结构。

5.根据权利要求4所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，所述喷丝板下方设置了三组缓冷加热器，将喷丝板下方的空气加热，缓冷加热器的温度控制在320-200℃之间。

6.根据权利要求5所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，所述喷丝板的后方设有侧吹风装置，所述侧吹风装置里装有蜂窝整流板，外加多层金属纱网。

7.根据权利要求6所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造设备，其特征在于，管式牵伸喷头连接分丝器，所述分丝器包括若干气流扩散器，所述气流扩散器设于所述管式牵伸喷头末端，所述气流扩散器的截面从所述管式牵伸喷头末端向外不断扩大，所述气流扩散器固定在两条横梁上，所述横梁对应所述气流扩散器的固定件设有圆弧滑槽式螺孔。

8.一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：水溶性聚酯切片和部分聚酯切片→共混→结晶→干燥→通过二号纺丝箱体熔融共混纺丝，另一部分聚酯切片→结晶→干燥→通过一、三号纺丝箱体熔融纺丝，两次纺丝得到的产物通过气流牵引→摆丝成网→水刺加固→碱液浸渍处理→水洗→烘干→卷绕。

9.根据权利要求8所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造方法，其特征在于，所述部分聚酯切片与水溶性聚酯切片两者之比控制在9：1～6：4的范围，经成网装置处理后形成的纤网采用的加固方式为水刺加固，水刺压力为250～400bar，水刺速度为1～20min。

10.根据权利要求8所述一种高过滤精度的聚酯纺粘非织造布的制造方法，其特征在于，经水刺加固后的纤网进行碱处理，二号箱体生产的中空纤维中水溶性聚酯成份将会被溶解，纤维呈现中空多孔状，其中碱处理中的氢氧化纳的浓度为3～10g/L，碱液的温度为60～100℃，处理时间为10～60min。

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