聚乳酸雙組份復(fù)合纖維紡絲工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚乳酸紡絲生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚乳酸雙組份復(fù)合纖維紡絲工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]聚乳酸(PLA)纖維是一種可降解的生物纖維，其生產(chǎn)方法類似聚酯纖維，但是、聚乳酸纖維的生產(chǎn)過程極易發(fā)生降解，尤其是干燥工序，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到紡絲工藝要求的干燥度，聚乳酸干切片(PLA)含水率必須在30PPm以下，根據(jù)實(shí)驗(yàn);烘干原料的熱空氣溫度一般需要100?110°C，干燥時(shí)間6?8小時(shí)。
[0003]根據(jù)對(duì)干燥前后的聚乳酸切片進(jìn)行化驗(yàn)發(fā)現(xiàn);聚乳酸干燥前到干燥后的粘度降達(dá)三分之一以上。這說明經(jīng)過干燥的聚乳酸切片雖然可以避免因含水量過高引起的水解降解反應(yīng)，但是干燥過程也明顯造成了聚乳酸切片的降解。嚴(yán)重影響纖維的強(qiáng)力。
[0004]聚乳酸雙組份復(fù)合纖維的生產(chǎn)需要兩組不同分子量(熔體粘度)的熔體，S卩；一種為較高聚合度的熔體，另一種為較低聚合度的熔體。
[0005]若用傳統(tǒng)的間接紡絲方法進(jìn)行熔融紡絲，則會(huì)遇到低分子聚乳酸切片因切片干燥造成的降解的難題。由于干燥溫度與聚乳酸切片的分子量成正相關(guān)關(guān)系，分子量越高，則可以有較高的干燥溫度，分子量較低則不能使用較高的干燥溫度，由于在常壓下水分的氣化溫度是100°C，若使用100°C以下的熱空氣進(jìn)行干燥處理，則很難達(dá)到干燥效果。因此、較低分子量的切片，很難進(jìn)行干燥處理。
[0006]另外，聚乳酸聚合工序包括預(yù)聚和終聚。需要聚合的熔體首先要經(jīng)過預(yù)聚，預(yù)聚的設(shè)備是一個(gè)立式圓柱體形狀的罐體，罐體頂部沿垂直方向設(shè)有預(yù)聚合管。需要預(yù)聚合的熔體從預(yù)聚合管的上端定量進(jìn)入預(yù)聚合管內(nèi)，靠自身重力并從上向下平穩(wěn)向下流動(dòng)到罐體內(nèi)。由于熔體與預(yù)聚合管管壁的摩擦因數(shù)，預(yù)聚合管中心的熔體向下流動(dòng)速度比預(yù)聚合管管壁處的熔體向下的流動(dòng)速度要快，而且預(yù)聚合管管壁處的溫度與預(yù)聚合管中心的溫度也有差別。而理想的狀況是；1、熔體在恒定速度狀態(tài)下向下流動(dòng);2、預(yù)聚合管內(nèi)熔體向下流動(dòng)時(shí)每個(gè)層面的管壁與預(yù)聚合管中心的溶體溫度最好也是一樣的;3、由于終聚后用于輸送聚乳酸的輸送管道較長(zhǎng)，靠近管壁的高聚物熔體粘稠度特別大，聚乳酸熔體在輸送過程中因熔體流速不均勻造成的高聚物分子量分布較寬(不均勻)問題，雜質(zhì)不能有效地過濾掉，從而影響到紡絲品質(zhì)。為達(dá)到此目的，預(yù)聚合管內(nèi)需要裝配數(shù)組混料預(yù)熱器，以滿足聚合工藝的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能將預(yù)聚合管內(nèi)壁與中心處的熔體保持基本等速向下流動(dòng)、并能把預(yù)聚合管內(nèi)壁與中心處的熔體進(jìn)行交換混合保持溫度一致、在終聚后熔體輸送過程中混合均勻的聚乳酸雙組份復(fù)合纖維紡絲工藝。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:聚乳酸雙組份復(fù)合纖維紡絲工藝，所述紡絲工藝所采用的紡絲設(shè)備包括聚合框架、干燥塔、料倉、紡絲螺桿擠出機(jī)和紡絲箱體，聚合框架上自上而下依次設(shè)有攪拌罐、初聚罐和終聚罐，攪拌罐底部通過第一輸料管與初聚罐頂部連接，第一輸料管上設(shè)有聚乳酸預(yù)聚混料裝置、第一自動(dòng)控制閥和第一計(jì)量栗，初聚罐底部通過第二輸料管與終聚罐頂部連接，第二輸料管上設(shè)有第二自動(dòng)控制閥和第二計(jì)量栗；
紡絲箱體內(nèi)設(shè)有第一紡絲計(jì)量栗、第二紡絲計(jì)量栗和雙噴孔并列型紡絲組件，第一紡絲計(jì)量栗和第二紡絲計(jì)量栗的出料口分別與雙噴孔并列型紡絲組件的進(jìn)料口連接；
終聚罐底部通過第一熔體管道與第一紡絲計(jì)量栗的進(jìn)料口連接；
干燥塔的出口與料倉的進(jìn)口連接，料倉的出口通過下料管與紡絲螺桿擠出機(jī)的進(jìn)口連接，下料管上設(shè)有計(jì)量器，紡絲螺桿擠出機(jī)的出料口通過第二熔體管道與第二紡絲計(jì)量栗的進(jìn)料口連接；
第一熔體管道上沿熔體流動(dòng)方向依次設(shè)有第一過濾器、第三計(jì)量栗和第一動(dòng)靜一體管道式混料裝置，第二熔體管道上沿熔體流動(dòng)方向依次設(shè)有第二過濾器和第二動(dòng)靜一體管道式混料裝置，第一動(dòng)靜一體管道式混料裝置和第二動(dòng)靜一體管道式混料裝置的構(gòu)造相同；
所述紡絲工藝具體包括以下步驟:
(1)、將參與聚合的催化劑、穩(wěn)定劑等溶劑融合成為懸浮液，將懸浮液注入到攪拌罐內(nèi)，同時(shí)向攪拌罐內(nèi)注入較低分子量的丙交酯熔體，開啟攪拌罐工作，攪拌熔體20?40min，直到混合均勻后停止攪拌；同時(shí)，將較高分子量的聚乳酸切片送入到干燥塔內(nèi)進(jìn)行干燥，干燥后的聚乳fe切片儲(chǔ)存到料倉內(nèi)；
(2)、打開攪拌罐19底部的第一自動(dòng)控制閥，通過第一計(jì)量栗將丙交酯熔體混合物經(jīng)第一輸料管落入到初聚罐內(nèi)進(jìn)行初步聚合作業(yè)，在丙交酯熔體混合物自身重力的作用下，丙交酯熔體混合物通過聚乳酸預(yù)聚混料裝置的過程中進(jìn)行預(yù)熱混合后進(jìn)入初聚罐內(nèi)，在初聚罐內(nèi)進(jìn)行初步聚合作業(yè)為溫度為100?150 °C，初步聚合作業(yè)的時(shí)間為I?2h，壓力為
0.2MPa，初步聚合作業(yè)后，丙交酯、二氧化鈦和溶劑的混合物被聚合成為粘稠的聚乳酸熔體;同時(shí)，料倉內(nèi)的聚乳酸切片通過下料管先進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量后落入到紡絲螺桿擠出機(jī)內(nèi)；
(3)、打開初聚罐底部的第二自動(dòng)控制閥，通過第二計(jì)量栗將低分子量聚乳酸熔體經(jīng)第二輸料管落入到終聚罐內(nèi)進(jìn)行最終聚合作業(yè)，最終聚合作業(yè)為溫度為150?280°C，最終聚合作業(yè)的時(shí)間為I?6h，壓力為0.3MPa ；紡絲螺桿擠出機(jī)將聚乳酸干切片加熱到200-300 °C制成高分子量聚乳酸熔體；
(4)、打開終聚罐底部的第三自動(dòng)控制閥，終聚罐內(nèi)的低分子聚乳酸熔體經(jīng)第一熔體管道排出，第一熔體管道上的第三計(jì)量栗為低分子聚乳酸熔體提供計(jì)量和輸送的動(dòng)力，并通過第一過濾器的過濾，第一動(dòng)靜一體管道式混料裝置對(duì)低分子聚乳酸熔體進(jìn)行混合，然后低分子聚乳酸熔體進(jìn)入到紡絲箱體內(nèi)的第一紡絲計(jì)量栗內(nèi)；同時(shí)，在紡絲螺桿擠出機(jī)的作用下，高分子聚乳酸熔體由第二熔體管道進(jìn)入，經(jīng)第二過濾器的過濾，第二動(dòng)靜一體管道式混料裝置對(duì)高分子聚乳酸熔體進(jìn)行混合后進(jìn)入到紡絲箱體內(nèi)的第二紡絲計(jì)量栗內(nèi)；
(5)、第一紡絲計(jì)量栗將較低分子量的聚乳酸熔體增壓送入到雙噴孔并列型紡絲組件，同時(shí)第二紡絲計(jì)量栗將較高分子量的聚乳酸熔體增壓送入到雙噴孔并列型紡絲組件，較低分子量的聚乳酸熔體和較高分子量的聚乳酸熔體在雙噴孔并列型紡絲組件內(nèi)混合均勻，最后通過雙噴孔并列型紡絲組件的噴絲板噴出，生產(chǎn)出聚乳酸復(fù)合纖維。
[0009]聚乳酸預(yù)聚混料裝置包括沿垂直方向設(shè)置的預(yù)聚合管，預(yù)聚合管內(nèi)自上而下至少設(shè)有兩個(gè)混料預(yù)熱器，所有的混料預(yù)熱器均結(jié)構(gòu)相同；
每個(gè)混料預(yù)熱器均包括具有同一條中心線的第一上錐形導(dǎo)流筒、第二上錐形導(dǎo)流筒、第一下錐形導(dǎo)流筒、第二下錐形導(dǎo)流筒、上分流錐筒和下分流錐筒；
第一上錐形導(dǎo)流筒和第一下錐形導(dǎo)流筒均為上粗下細(xì)且上下通透結(jié)構(gòu)，第一上錐形導(dǎo)流筒下端內(nèi)徑大于第二上錐形導(dǎo)流筒下端內(nèi)徑，第二上錐形導(dǎo)流筒和第二下錐形導(dǎo)流筒均為上細(xì)下粗且上下通透結(jié)構(gòu)，第一上錐形導(dǎo)流筒下端內(nèi)徑與第二上錐形導(dǎo)流筒上端內(nèi)徑相等，第一下錐形導(dǎo)流筒下端內(nèi)徑與第二下錐形導(dǎo)流筒上端內(nèi)徑相等，第一上錐形導(dǎo)流筒上端外沿、第二上錐形導(dǎo)流筒下端外沿、第一下錐形導(dǎo)流筒上端邊沿和第二下錐形導(dǎo)流筒下端邊沿均固定連接在預(yù)聚合管內(nèi)壁，第一上錐形導(dǎo)流筒下端邊沿與第二上錐形導(dǎo)流筒上端邊沿固定連接，第一上錐形導(dǎo)流筒下端邊沿與第二上錐形導(dǎo)流筒上端邊沿固定連接，第一下錐形導(dǎo)流筒下端邊沿與第二下錐形導(dǎo)流筒上端邊沿固定連接；
上分流錐筒為頂部尖銳封堵、底部敞口的結(jié)構(gòu)，下分流錐筒為底部尖銳封堵、頂部敞口的結(jié)構(gòu)，上分流錐筒下端內(nèi)徑等于下分流錐筒上端內(nèi)徑，上分流錐筒下端內(nèi)徑小于預(yù)聚合管內(nèi)徑，上分流錐筒下端邊沿與下分流錐筒上端邊沿固定連接;上分流錐筒和下分流錐筒外壁通過熱媒導(dǎo)管與預(yù)聚合管內(nèi)壁固定連接；
上分流錐筒的上端高于第一上錐形導(dǎo)流筒上端邊沿，下分流錐筒的下端與第二下錐形導(dǎo)流筒上端邊沿齊平；
上分流錐筒外表面與第一下錐形導(dǎo)流筒外表面之間形成管壁熔體下流通道，下分流錐筒外表面與第一下錐形導(dǎo)流筒外表面之間形成混合熔體下流通道；
上分流錐筒外表面設(shè)有中心熔體分流結(jié)構(gòu)，中心熔體分流結(jié)構(gòu)的下端與管壁熔體下流通道下端交匯。
[0010]第一動(dòng)靜一體管道式混料裝置包括固定管道和混料單元，混料單元包括同軸向設(shè)置的靜態(tài)混料管道和動(dòng)態(tài)混料管道，動(dòng)態(tài)混料管道的左端與靜態(tài)混料管道的右端法蘭連接，動(dòng)態(tài)混料管道內(nèi)設(shè)有動(dòng)態(tài)螺旋隔板，動(dòng)態(tài)螺旋隔板將動(dòng)態(tài)混料管道內(nèi)部沿軸向方向分隔成第一半圓螺旋通道和第二半圓螺旋通道，動(dòng)態(tài)螺旋隔板與動(dòng)態(tài)混料管道內(nèi)壁間隙配合;靜態(tài)混料管道內(nèi)設(shè)有靜態(tài)螺旋隔板，靜態(tài)螺旋隔板將靜態(tài)混料管道內(nèi)部沿軸向方向分隔成第三半圓螺旋通道和第四半圓螺旋通道，靜態(tài)螺旋隔板與靜態(tài)混料管道內(nèi)壁固定連接；
動(dòng)態(tài)螺旋隔板和靜態(tài)螺旋隔板的兩端部所在的平面均垂直于動(dòng)態(tài)混料管道的中心軸線，動(dòng)態(tài)螺旋隔板右端部中心設(shè)有動(dòng)態(tài)錐形槽，動(dòng)態(tài)螺旋隔板左端部中心設(shè)有動(dòng)態(tài)頂尖，靜態(tài)螺旋隔板右端部中心設(shè)有靜態(tài)錐形槽，靜態(tài)螺旋隔板左端部中心設(shè)有靜態(tài)頂尖，動(dòng)態(tài)頂尖左端頂在靜態(tài)錐形槽內(nèi)；
固定管道左端與動(dòng)態(tài)混料管道右端法蘭連接，固定管道內(nèi)設(shè)有支架，支架上設(shè)有固定頂尖，固定頂尖左端頂在動(dòng)態(tài)錐形槽內(nèi)。
[0011 ] 混料單元的數(shù)量大于等于兩組，相鄰兩組混料單元之間法蘭連接，一組混料單元的靜態(tài)頂尖左端頂在相鄰的一組混料單元的動(dòng)態(tài)錐形槽內(nèi)，固定管道與最右端的一組混料單元連接