專利名稱：添加型功能性粘膠纖維的制造方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明添加型功能性粘膠纖維的制造方法及其產(chǎn)品，涉及粘膠纖維制造工藝、聚合物的共混改性等技術領域。
背景技術：
在粘膠纖維的制造技術中，若要添加其它組份，須解決計量添加和均勻混合二個問題?，F(xiàn)有技術有二種，一種是所謂的非連續(xù)式，一種是在線連續(xù)式，又稱紡前注入。前者是對纖維素粘膠液和添加的組份分別進行計量，然后將二者在容器中進行攪拌和混合，待混合一段時間后再輸送到下一道工序。典型的是在原液準備階段實施這種技術，特別是在過濾和脫泡前進行添加組份的加入和混合，如溶解或混合工序，這種方法存在的問題是首先，該技術不能保證均勻混合；其二，混合位置距離紡絲位置很遠，管路太長，造成調整品種時的過渡批太長，并且管路清潔困難、停臺時間長；第三，對某些類型的添加劑(如粉末)，為了適應對它的加工，必須對生產(chǎn)線的設備和工藝進行相應的調整，例如要調整過濾材料等；第四，某些類型的功能性添加劑，如果與纖維素粘膠液的混合后放置時間長會造成相分離，則不宜采用這種混合方法。
第二種技術即紡前注入技術可以克服這些問題，它是在盡量靠近紡絲位置增加一套動態(tài)連續(xù)計量添加、混合裝置和壓力平衡等輔助裝置。國外有這類專門裝置商品化銷售，如德國布朗-盧比(Bran-LuebbeGmbH)公司的裝置，它是采用該公司自行研究和開發(fā)的專用的動態(tài)混合器及其它計量和輔助單元等構成系統(tǒng)，該公司的產(chǎn)品已被應用在國內(nèi)的粘膠長絲生產(chǎn)線上，但該公司的產(chǎn)品處理能力小，且價格昂貴，如每小時1500升的裝置，只能供應一至二臺長絲紡絲機的生產(chǎn)規(guī)模，且價格高昂。對大型粘膠纖維生產(chǎn)線則缺乏這樣的商品化裝置。國外少數(shù)粘膠纖維生產(chǎn)廠雖然配有這類裝置，也都是自行研制、制造和使用，技術保密，更不轉讓。
國內(nèi)也有少數(shù)廠家根據(jù)八、九十年代引進的小型紡前注入裝置，進行改造，但往往是系統(tǒng)不完全，或者是關鍵的混合問題不能很好解決，也都不能應用到大型生產(chǎn)線上。如實用新型專利CN2488924Y描述了一種小型的粘膠纖維紡前的注入裝置。該裝置只能適應小型的紡前注入，典型特征是紡絲原料漿計量泵所采用的變頻器的功率僅為0.55KW和1.6A，不能適應于大型粘膠纖維生產(chǎn)線。具體表現(xiàn)在，紡絲原料漿計量泵采用螺桿泵，不適合流量較大和精度要求高的場合，混合僅僅采用靜態(tài)混合器，對大流量的混合很難均勻，添加劑計量泵采用隔膜計量泵，不適合高粘度液體的添加。另外，在壓力平衡控制方面，只對紡絲原料漿計量泵的流量進行自動控制，沒有對添加劑的流量進行自動控制，勢必造成二者的比例不能保持恒定，一直處于波動狀態(tài)。
因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權、適應粘膠纖維生產(chǎn)的紡前注入系統(tǒng)成為一個很迫切的問題，利用此裝置可以開發(fā)一系列添加型功能粘膠纖維，成為差別化粘膠粘膠纖維生產(chǎn)和制造的最基本工具和重要手段。
基于粘膠纖維生產(chǎn)線特別是大型生產(chǎn)線對添加功能性材料的實際需要，要求開發(fā)出能滿足紡前在線均勻混合、系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定精確、維護保養(yǎng)方便、盡量多地選用標準或成熟設備、造價較低的系統(tǒng)，并能夠適應于不同類型功能性添加液的要求，比如高粘度液體、低粘度液體、分散液等。希望在接近紡絲位的位置進行在線紡前注入混合，可以保證添加的功能材料與紡絲液均勻共混、無須對生產(chǎn)線上的設備和工藝進行專門調整，使混合位置到紡絲位的管路短，過渡批短，管路清潔方便，停臺時間短。對一些容易造成相分離的添加功能材料，可以保證混合均勻并且不會發(fā)生相分離現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種添加型功能性粘膠纖維的制造方法及其產(chǎn)品，以保證采用該方法所生產(chǎn)制造的功能添加型粘膠纖維具有最低的生產(chǎn)成本和好的纖維性能。
本發(fā)明提供一種添加型功能性粘膠纖維的制造技術，以滿足粘膠纖維生產(chǎn)線特別是大型生產(chǎn)線對混合的均勻性、穩(wěn)定性和精度的要求，并且構成完整的系統(tǒng)，包括纖維素粘膠液和功能材料添加液的計量、一級混合、二級混合和壓力平衡及控制等。本發(fā)明所述的添加型功能性粘膠纖維的制造技術，也稱紡前注入技術，該技術的核心是功能性材料添加液和纖維素粘膠液的計量、添加和均勻混合系統(tǒng)。如圖1，經(jīng)過過濾、脫泡后的纖維素粘膠液經(jīng)計量泵輸送進入一級混合器，經(jīng)過脫泡后的功能材料添加液經(jīng)計量泵送入一級混合器，二種組份在此進行初步的混合，然后再進入二級混合器進行進一步的混合，經(jīng)過混合的紡絲液進入壓力平衡器，其保持壓力在(0.05～0.5MPa)±10％范圍內(nèi)，并由此輸送到紡絲機進行紡絲。在壓力平衡器處，對壓力平衡器內(nèi)空氣壓力進行檢測，并根據(jù)壓力大小對纖維素粘膠液計量泵和功能材料添加液計量泵進行流量調整，使壓力平衡器中空氣壓力保持穩(wěn)定，從而紡絲液的壓力也保持穩(wěn)定。如圖2，紡前注入控制系統(tǒng)原理圖所示，控制系統(tǒng)采用PLC控制，在壓力平衡器處通過壓力變送器將壓力信號轉化成電信號，PLC控制器根據(jù)此信號調節(jié)計量泵的變頻器，通過調節(jié)計量泵電機的轉速來調整計量泵的流量。本發(fā)明對纖維素粘膠液的處理能力為1000升/小時～100000升/小時，對應紡絲機的纖維生產(chǎn)能力100公斤/小時～10000公斤/小時。
紡前注入系統(tǒng)中，計量泵可以采用齒輪泵、隔膜計量泵、柱塞計量泵和螺桿泵(包括耐馳(NEMO)單螺桿泵)等。
紡前注入系統(tǒng)中，一級混合器可以是靜態(tài)混合器或高剪切混合器。二級混合器也可以是靜態(tài)混合器或高剪切混合器。高剪切混合器又叫管線式高剪切乳化機或管線式高剪切混合器，是一種采用高剪切力對流體進行粉碎、分散、混合和乳化的流體機械加工設備，它是由定子、轉子、軸、電機、腔體(含冷卻夾套)和進口及出口所組成。其結構特征是轉子和定子均是圓筒結構，即一側開口，另一側封閉，在圓周壁上開有軸向槽，該槽可以是封閉槽，也可以是開口槽，如果是開口槽，開口方向與轉子和定子圓筒開口方向一致。定子和轉子同軸安裝，并使轉子置于定子之中，之間有間隙，構成完整的一組定子轉子結構，定子轉子安裝在腔體內(nèi)，腔體設有加熱和冷卻夾套，可以通入熱媒或冷媒進行加熱或冷卻。定子轉子開口端連著混合器的軸向進口，在另一端，定子轉子軸通過軸封與電機相連，在軸封和定子轉子之間設有混合器的徑向出口。其工作原理是轉子在電機的驅動下高速回轉，物料在進口處由于轉子的高速回轉被軸向吸入，在轉子離心力的作用下，物料高速離心拋出，在轉子和定子的槽孔中被高速剪切，實現(xiàn)粉碎和分散，并在腔體內(nèi)壁反彈，完成進一步的混合作用，最后經(jīng)過出口排出物料。在腔體內(nèi)可以安裝一級、二級、三級甚至多級定子轉子，每級槽寬可以一致，也可以逐步減小，使粉碎、分散和混合效果逐級精細。進一步，對第二級可以采用二對定子和轉子形成由內(nèi)至外分層的轉子、定子、轉子、定子四層結構，在第三級采用三對定子轉子形成由內(nèi)至外分層的轉子、定子、轉子、定子、轉子、定子六層結構，形成更加精細的粉碎、分散、混合和乳化作用。
壓力平衡器是一密封容器，包括粘膠液的進口、出口、壓縮空氣進口、壓力儀表和壓力變送器等。其進口與二級混合器的出口相連接，出口與紡絲機相連接。
控制系統(tǒng)是一檢測壓力平衡器內(nèi)空氣壓力并相應調節(jié)纖維素粘膠液和功能材料添加液計量泵流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時保持纖維素粘膠液和功能添加液的比例恒定不變，另外還進行整個紡前注入系統(tǒng)的工藝參數(shù)設定?？刂葡到y(tǒng)由PLC和相應軟件以及壓力變送器、計量泵、計量泵電機和變頻器等構成。通過壓力變送器檢測壓力平衡器內(nèi)的壓力，輸入PLC，根據(jù)算法通過變頻器調節(jié)計量泵電機的轉速，進而調節(jié)計量泵的流量，使壓力平衡器內(nèi)的空氣壓力保持穩(wěn)定，從而使輸出粘膠液的壓力保持穩(wěn)定。圖3為PLC軟件流程圖。
本發(fā)明提供了應用添加型功能性粘膠纖維制造方法所制造的產(chǎn)品。利用所述方法可以制造范圍廣泛的的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品包括功能性普通粘膠纖維、功能性半高濕模量粘膠纖維、功能性高濕模量粘膠纖維和功能性富強粘膠纖維。利用該技術還可以生產(chǎn)功能性粘膠長絲。
需要說明的是，此處的功能性是指通過其它材料的加入使纖維的物理、化學或生物性能在一方面或多方面超過普通粘膠纖維或長絲。所涉及的添加型功能材料包括有機和無機材料，其中，有機材料包括有機低分子材料和高分子材料。功能材料的添加液可以是該種功能材料的溶液、粘膠液或者分散液等。
紡前注入系統(tǒng)可以應用于紡前著色粘膠纖維、消光粘膠纖維、天然多糖添加功能粘膠纖維、阻燃粘膠纖維、植物精油添加功能粘膠纖維以及維生素添加功能粘膠纖維等很多種粘膠纖維。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于提供了一種低生產(chǎn)成本的添加型功能性粘膠纖維的制造方法及其產(chǎn)品，可以適應粘膠纖維生產(chǎn)線特別是大型生產(chǎn)線對添加功能性材料的柔性生產(chǎn)要求，本發(fā)明提供的技術方案能夠適應不同類型功能性添加液的要求，比如高粘度液體、低粘度液體、分散液等；對于一些容易造成相分離的添加功能材料，可以做到快速在線混合并立即紡絲；由于功能材料的添加和混合位置接近紡絲位，并且采用了動態(tài)高剪切混合器，可以保證添加的功能材料與紡絲液均勻共混、無須對生產(chǎn)線上的設備和工藝進行專門調整，混合位置到紡絲位的管路短，過渡批短，管路清潔方便，停臺時間短。另外，本發(fā)明中所采用的裝置或設備無論在原理和應用上都是成熟的技術，所以，容易實現(xiàn)、性能穩(wěn)定、精確、可靠、成本低，并且維護保養(yǎng)方便，可以適應粘膠纖維工業(yè)的應用要求。


圖1紡前注入系統(tǒng)流程2紡前注入控制系統(tǒng)原理圖3PLC軟件流程圖具體實施方式
實施例1日產(chǎn)25噸粘膠纖維生產(chǎn)線配套的紡前注入系統(tǒng)。纖維素粘膠液計量泵采用12000升/小時柱塞泵，功能材料添加采用2000升/小時隔膜計量泵，一級混合器采用12000升/小時管線式靜態(tài)混合器，二級混合器采用12000升/小時管線式高剪切混合器，對應紡絲機的纖維生產(chǎn)能力為25噸/日。
實施例2日產(chǎn)100噸粘膠纖維生產(chǎn)線配套的紡前注入系統(tǒng)。纖維素粘膠液計量泵采用45000升/小時耐馳(NEMO)單螺桿泵，功能材料添加采用9000升/小時隔膜計量泵，一級混合器采用45000升/小時管線式靜態(tài)混合器，二級混合器采用45000升/小時管線式高剪切混合器，對應紡絲機的纖維生產(chǎn)能力為100噸/目。
實施例3色漿添加制造紡前著色粘膠纖維。色漿為顏料的水分散體，其中顏料含量為15～20％，顏料顆粒的粒徑在0.5～1μm以下，根據(jù)纖維色澤的深淺，顏料與纖維素的比例在0.5～5％范圍，根據(jù)纖維素粘膠液的纖維素含量以及纖維產(chǎn)量，調整色漿的流量，可以控制成品纖維中顏料和纖維素的比例。由于添加計量精確和混合均勻，因此纖維的色澤也很均勻，同時纖維的強度與未添加色漿的纖維相比幾乎沒有下降。
實施例4消光粘膠纖維。傳統(tǒng)消光粘膠纖維的生產(chǎn)制造是在過濾和脫泡之間增加添加二氧化鈦消光劑的罐，在此進行消光劑的計量添加和混合。由于距離紡絲位較遠，管路長，造成換批的一系列問題。采用紡前注入添加二氧化鈦消光劑，可以避免這些問題，并且消光劑與纖維素粘膠液的混合均勻，纖維質量不受影響。
實施例5增強型和高濕模量粘膠纖維。在增強型和高濕模量粘膠纖維的制造過程中，需要在纖維素粘膠液中添加變性劑，以改善纖維成形條件，從而提高纖維的機械性能。這里，變性劑與纖維素粘膠液的均勻混合非常重要，考慮到生產(chǎn)線的柔性，采用紡前注入添加變性劑是最理想的添加和混合方法，可以保證變性劑與纖維素粘膠液的計量精確和混合均勻，使纖維性能穩(wěn)定。本發(fā)明技術對半高濕模量粘膠纖維和富強粘膠纖維生產(chǎn)制造過程中變性劑的添加同樣適用。
實施例6天然多糖添加功能粘膠纖維。一些天然多糖如甲殼素、海藻酸鹽具有獨特的功能性特別是生物醫(yī)學性能。將甲殼素或海藻酸鹽制備成堿性溶液或粘膠液，通過紡前注入系統(tǒng)進行精確計量添加和均勻混合，可以保證纖維中的功能性組份均勻混合，制品的染色也很均勻。
實施例7阻燃粘膠纖維。在阻燃粘膠纖維的生產(chǎn)制造中，阻燃劑的添加是關鍵?？梢圆捎眉徢白⑷胂到y(tǒng)，將阻燃劑精確計量并與纖維素粘膠液均勻混合，在紡絲機上紡制出阻燃粘膠纖維。
實施例8植物精油添加功能粘膠纖維。首先將植物精油通過微膠囊技術加工成微膠囊，并控制微膠囊的粒徑，再將微膠囊制備成水分散液。通過紡前注入系統(tǒng)精確計量和添加植物精油微膠囊分散液并與纖維素粘膠液均勻混合，在紡絲機上紡制出植物精油添加功能粘膠纖維。
實施例9維生素添加功能粘膠纖維。將微生物A、C和E或其衍生物通過微膠囊技術加工成微膠囊，并控制微膠囊的粒徑，再將微膠囊制備成水分散液。通過紡前注入系統(tǒng)精確計量和添加微生物微膠囊分散液并與纖維素粘膠液均勻混合，在紡絲機紡制出維生素添加功能粘膠纖維。
權利要求
1.一種添加型功能性粘膠纖維的制造方法，在粘膠纖維制造工藝的基礎上，于紡絲工序前加入一種處理纖維素粘膠液的能力為1000升/小時～50000升/小時，對應紡絲機的纖維生產(chǎn)能力為100公斤/小時～5000公斤/小時的紡前注入系統(tǒng)，其特征在于所述的紡前注入系統(tǒng)是由一種功能性材料添加液和纖維素粘膠液的連續(xù)計量、添加和均勻混合系統(tǒng)組成，具體的，由計量泵、一級混合器、二級混合器、壓力平衡器組成；纖維素粘膠液經(jīng)過過濾、脫泡后，經(jīng)計量泵輸送進入一級混合器，經(jīng)過脫泡后的功能材料添加液經(jīng)計量泵送入一級混合器，二種組份在此進行初步的混合，形成初混液；初混液進入二級混合器進一步的混合，混合后的紡絲液進入壓力平衡器，并由此輸送到紡絲機進行紡絲。
2.根據(jù)權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的壓力平衡器由控制系統(tǒng)對其內(nèi)空氣壓力進行檢測、并根據(jù)壓力大小對纖維素粘膠液計量泵和功能材料添加液計量泵進行流量調整，使壓力平衡器中空氣壓力保持穩(wěn)定，其中，空氣壓力在設定范圍0.05～0.5MPa的±10％內(nèi)波動，控制系統(tǒng)采用PLC控制，在壓力平衡器處通過壓力變送器將壓力信號轉化成電信號，PLC控制器根據(jù)此信號調節(jié)計量泵的變頻器，完成對計量泵電機的轉速的調整。
3.根據(jù)權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的計量泵采用齒輪泵、隔膜計量泵、柱塞計量泵和螺桿泵中的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的一級混合器為靜態(tài)混合器或高剪切混合器，所述的二級混合器為靜態(tài)混合器或高剪切混合器。
5.根據(jù)權利要求4所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的高剪切混合器是由腔體、腔體上的進口及出口、腔體內(nèi)的定子、轉子、軸、電機所組成，其中，所述轉子和定子均是圓筒結構，即一側開口，另一側封閉，在圓周壁上開有軸向槽，該槽可以是封閉槽，也可以是開口槽，如果是開口槽，開口方向與轉子和定子圓筒開口方向一致；所述的定子和轉子同軸安裝，并使轉子置于定子之中，成為完整的一組定子轉子結構，所述的腔體設有可以通入熱媒或冷媒進行加熱或冷卻的夾套，定子轉子開口端連著混合器的軸向進口，在另一端，定子轉子軸通過軸封與電機相連，在軸封和定子轉子之間設有混合器的徑向出口。
6.根據(jù)權利要求5所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的腔體內(nèi)可以安裝一級、二級、三級及以上多級定子轉子，每級槽寬可以相同，也可以逐級減小，進一步地，對第二級采用二對定子和轉子形成由內(nèi)至外分層的轉子、定子、轉子、定子四層結構，對第三級采用三對定子轉子形成由內(nèi)至外分層的轉子、定子、轉子、定子、轉子、定子六層結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于所述的壓力平衡器是一密封容器，包括粘膠液的進口、出口、壓縮空氣進口、壓力儀表和壓力變送器，其進口與二級混合器的出口相連接，出口與紡絲機相連接。
8.利用權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法所得產(chǎn)品，包括功能性普通粘膠纖維、功能性半高濕模量粘膠纖維、功能性高濕模量粘膠纖維和功能性富強粘膠纖維。
9.利用權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法所得產(chǎn)品，包括功能性粘膠長絲。
10.根據(jù)權利要求1所述的添加型功能性粘膠纖維的制造方法，其特征在于；所述的添加型功能性材料的劑型為無機材料、有機低分子材料或高分子材料的溶液、粘膠液或者是分散液。
全文摘要
本發(fā)明添加型功能性粘膠纖維的制造方法及其產(chǎn)品。一種添加型功能性粘膠纖維的制造方法，在粘膠纖維制造工藝的基礎上，于紡絲工序前加入一種處理纖維素粘膠液能力為1000升/小時～50000升/小時，對應紡絲機的纖維生產(chǎn)能力為100公斤/小時～5000公斤/小時的紡前注入系統(tǒng)，所述的紡前注入系統(tǒng)是由一種功能性材料添加液和纖維素粘膠液的連續(xù)計量、添加和均勻混合系統(tǒng)組成，包括計量泵、一級混合器、二級混合器、壓力平衡器；纖維素粘膠液和功能材料添加液經(jīng)過過濾、脫泡后，經(jīng)計量泵輸送進入一級混合器，二種組份在此形成初混液；初混液進入二級混合器后進一步的混合，混合后的紡絲液進入壓力平衡器，并由此輸送到紡絲機進行紡絲。
文檔編號D01F2/00GK1740412SQ20051002997
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權日2005年9月23日
發(fā)明者陳惠敏, 吳林才, 李光 申請人:陳惠敏