《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》是佛山市斯樂普特種材料有限公司於2010年1月26日申請的專利，該專利的申請號為2010101026602，授權公告號為CN101760903B，授權公告日為2012年4月25日，發明人是李傑、曾世軍、葉錫平、雷曉光、呂大鵬、陳讓軍、周思遠。該發明屬於無紡布生產技術領域。
《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》包括步驟：聚苯硫醚切片-氣流輸送-預結晶-乾燥-熔體紡絲-氣流牽伸-長絲成網-針刺加固處理-後整理-卷繞，製得聚苯硫醚紡粘針刺無紡布。該發明還公開了一種用於實現聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法的裝置。該發明與短纖針刺法生產聚苯硫醚針刺無紡布相比，採用紡粘長絲針刺法生產的聚苯硫醚針刺無紡布的工藝流程短、設備數量少，所需要的勞動力少，生產效率高，產量大。
2013年10月，《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法
- 類別：發明專利
- 申請號：2010101026602
- 申請日：2010年1月26日
- 地址：廣東省佛山市南海區獅山科技工業園C區駿業南路5號
- 發明人：李傑、曾世軍、葉錫平、雷曉光、呂大鵬、陳讓軍、周思遠
- 分類號：D04H3/009（2012.01）I、D04H3/105（2012.01）I、D01D5/088（2006.01）I、D01D5/098（2006.01）I、D01D13/00（2006.01）I
- 專利代理機構：廣州新諾專利商標事務所有限公司
- 代理人：華輝
- 授權公告日：2012年4月25日
- 授權公告號：CN101760903B
- 專利權人：佛山市斯樂普特種材料有限公司
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,操作方式,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
在針刺無紡布的生產中，有著乾法（短纖維）、紡粘（長絲）兩大類生產技術。乾法無紡布生產系統中至少具有三個工序，即：（a）纖維的準備；（b）成網和鋪網；（c）纖網的加固或粘合。其中，短纖針刺技術的歷史較早，套用廣泛，是2010年1月以前聚苯硫醚針刺無紡布生產的唯一技術路線，聚苯硫醚短纖針刺無紡布的工藝流程如下所示：短纖維生產的工藝流程：聚苯硫醚切片-預結晶-乾燥-熔體紡絲-卷繞集束-平衡-牽伸-熱定型-絲束切斷-打包；後加工的工藝流程：短纖維-開松-梳理-交叉鋪網-針刺加固-後整理-卷繞。
由於短纖無紡布生產的工藝流程較為複雜，短纖生產和無紡布生產往往由不同企業去承擔，造成產品造製成本增加。設備數量多，所需要控制的環節也多，因此需要勞動力較多。由於設備的運行速度低，因而生產效率低下、產品強力低、透氣性差，若為了增加強力在針刺布中間增加一層機織布又會導致生產成本增加。
而紡粘法作為2010年1月以前發展迅速的無紡布生產技術，越來越占有重要的地位。它是利用化纖紡絲原理，在聚合物紡絲過程中使連續長絲纖維鋪置成網，纖網經機械、化學或熱方法加固而成非織造布。雖然紡粘針刺生產技術套用於滌綸、丙綸無紡布已經有多年的歷史，但是採用聚苯硫醚（Polyphenylene Sulfide，縮寫為PPS）作為原料生產紡粘針刺無紡布暫無相關技術報導，PPS纖維具有先天的阻燃性能、擁有高熱穩定性、優異的耐化學腐蝕性以及良好的耐水解性能，只有在強氧化劑中才會降解，因此常被用作工業上的高溫煙氣的濾材使用。
上述短纖針刺無紡布採用的原料是短纖維，採用的是梳理成網；而紡粘針刺無紡布採用的是連續的長纖維，鋪網是方式為長絲擺絲成網。由於短纖的特點，纖維之間僅靠摩擦力結合，在受到外力時容易移動。因此，與同等單位面積重量的紡粘長絲針刺無紡布相比，短纖針刺布的斷裂強力要低25％左右。由於短纖針刺無紡布的針刺密度大，纖維間的空隙小，因此其透氣性較差。
發明內容
專利目的
《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》的目的在於克服2010年1月以前的短纖無紡布工藝存在的缺陷，而提供一種新的聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的的製備方法及其裝置，可以生產出強力高、過濾性能好的針刺無紡布。
技術方案
《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》包括步驟：
1）預結晶、乾燥步驟：將聚苯硫醚切片輸送到預結晶器中加熱、預結晶，之後，在熱空氣的吹送下進入乾燥塔內乾燥處理；
2）熔融、紡絲步驟：含水率達到紡絲要求的切片輸送到乾切片料罐中，在重力作用下，下落到螺桿擠出機里，熔融、混合，經過熔體過濾器過濾，過濾後的熔體被輸送到紡絲箱體內，通過計量泵傳動裝置的轉動，精確體積的熔體被計量泵輸送到每個紡絲組件上，經過緩冷後的熔體細流在側吹風的作用下，冷卻成為纖維長絲；
3）高速氣流牽伸步驟：每個紡絲組件下方的牽伸噴頭向下噴射形成高速氣流，採用管式氣流牽伸技術，纖維被限制在氣流牽伸器的牽伸管內並被加速至2500-4500米/分鐘的速度；出氣流牽伸器後的纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖維網；
4）紡粘長絲針刺步驟：纖網在成網機的輸送下，進入到針刺機內加工，形成了聚苯硫醚紡粘針刺無紡布。
根據該發明實施例的聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法，預結晶、乾燥步驟中，預結晶的溫度設定在110-160℃；乾燥塔的溫度設定為105-150℃。
根據該發明實施例的聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法，熔融、紡絲步驟中，螺桿擠出分為六個區加熱，採用的是電阻加熱方式，溫度設定在205-335℃之間，螺桿擠出機的下料口處設有冷卻循環水；所述計量泵為精密的齒輪泵；所述熔體過濾器和紡絲箱體由可保證精確控溫的聯苯蒸氣加熱。
根據該發明實施例的聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法，熔融、紡絲步驟中，側吹風的溫度由空調控制，溫度控制在15～35℃之間。
根據該發明實施例的聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法，紡粘長絲針刺步驟中，成網機的速度控制在1～100米/分鐘。
另外，《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》還提出了用於一種用於實現聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法的裝置，該裝置包括：預結晶器，用於加熱、預結晶聚苯硫醚切片，其分別連線濕切片料罐和乾燥塔，乾燥塔的另一端連線乾切片料罐；螺桿擠出機，用於熔融、混合切片，其分別連線上述乾切片料罐和熔體過濾器；紡絲箱體，分別連線上述熔體過濾器和計量泵傳動裝置，該計量泵傳動裝置用於計量熔體，並定量輸送到紡絲箱體中紡成纖維長絲；氣流牽伸器，用於將上述紡絲箱體中出來的纖維在牽伸管內被加速，分別連線上述紡絲箱體和擺絲器，該擺絲器用於將出氣流牽伸管後的纖維束鋪設成纖維網，其一端連線成網機；以及針刺機，用於針刺加固纖維網。
根據該發明實施例的裝置，所述乾燥塔連線一用於產生乾熱空氣的壓空除濕裝置。
根據該發明實施例的裝置，所述計量泵傳動裝置具有多個計量泵，所述計量泵為齒輪泵；所述紡絲箱體具有多個紡絲組件，所述每個計量泵用於將熔體輸送到每個紡絲組件上。
根據該發明實施例的裝置，所述紡絲箱體還連線一聯苯蒸汽發生器，該聯苯蒸汽發生器連線聯苯儲罐；所述紡絲箱體還連線一由空調控制的側吹風裝置，用於對風的溫度與濕度進行精確控制。
根據該發明實施例的裝置，所述擺絲器包括高速擺動的若干上擺片和下擺片，經擺片後絲束被順利鋪設成網，並隨著成網機的運動向前輸送。
有益效果
《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》具有的優點是：由於對紡程上的溫度進行合理嚴格控制，保證了紡絲過程的穩定性；纖維的牽伸採用的是高速氣流牽伸，紡絲速度高，纖維的結晶度高，力學性能優異；而在成網方式採用長絲成網，纖網強力高，同時保證產品縱橫強力一致，力學性能優異；與短纖針刺法生產聚苯硫醚針刺無紡布相比，採用紡粘長絲針刺法生產的聚苯硫醚針刺無紡布的工藝流程短、設備數量少，所需要的勞動力少，生產效率高，產量大。
附圖說明
圖1是該發明聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備工藝流程圖。
圖2是該發明聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備工藝所用的設備組成圖。
圖3是該發明所用設備中的擺絲器的成網原理圖。
圖中標記說明：10.濕切片料罐；20.預結晶器；30.乾燥塔；31.壓空除濕裝置；40.乾切片料罐；50.螺桿擠出機；60.熔體過濾器；70.紡絲箱體；71.計量泵傳動裝置；72.聯苯蒸汽發生器；80.氣流遷伸器；81.牽伸管；82.擺絲器；821.上擺片；822.下擺片；823.纖維網；83.成網機；90.針刺機；91.張力架；92.切邊成卷機。
權利要求
1.一種聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法，其特徵在於其包括以下步驟：
1）預結晶、乾燥步驟：將聚苯硫醚切片輸送到預結晶器中加熱、預結晶，之後，在熱空氣的吹送下進入乾燥塔內進行乾燥處理，其中，預結晶的溫度設定在110-160℃；乾燥塔的溫度設定為105-150℃；
2）熔融、紡絲步驟：含水率達到紡絲要求的切片輸送到乾切片料罐中，在重力作用下，下落到螺桿擠出機里，熔融、混合，經過熔體過濾器過濾，螺桿擠出分為六個區加熱，採用的是電阻加熱方式，溫度設定在205-335℃之間，螺桿擠出機的下料口處設有冷卻循環水；過濾後的熔體被輸送到紡絲箱體內，通過計量泵傳動裝置的轉動，精確體積的熔體被計量泵輸送到每個紡絲組件上，所述計量泵為精密的齒輪泵；所述熔體過濾器和紡絲箱體由可保證精確控溫的聯苯蒸氣加熱，經過緩冷後的熔體細流在側吹風的作用下，冷卻成為纖維長絲，側吹風的溫度由空調控制，溫度控制在15～35℃之間；
3）高速氣流牽伸步驟：每個紡絲組件下方的牽伸噴頭向下噴射形成高速氣流，採用管式氣流牽伸技術，纖維在高速氣流的作用下被加速，限制在氣流牽伸器的牽伸管內，纖維在牽伸管內最終可被加速至2500-4500米/分鐘的速度；出牽伸管後的纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖維網；
4）紡粘長絲針刺步驟：纖網在成網機的輸送下，進入到針刺機內加工，形成了聚苯硫醚紡粘針刺無紡布，成網機的速度控制在1～100米/分鐘。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述紡絲箱體還連線一聯苯蒸汽發生器，該聯苯蒸汽發生器連線聯苯儲罐；所述紡絲箱體還連線一由空調控制的側吹風裝置，用於對風的溫度與濕度進行精確控制。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述擺絲器包括高速擺動的若干上擺片和下擺片，經擺片後絲束被順利鋪設成網，並隨著成網機的運動向前輸送。
實施方式
操作方式
圖1所示為《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備工藝流程，如下所示：聚苯硫醚切片-氣流輸送-預結晶、乾燥-熔體紡絲-氣流牽伸-長絲成網-預針刺-主針刺-後整理-卷繞。
圖1和圖2所示，該發明製備工藝方案在切片輸送上採用的是氣流輸送，切片投進切片料斗，經振動篩將雜質篩除後，由羅茨風機產生的脈衝氣流輸送到樓頂的濕切片料罐10。在濕切片料罐10里的濕切片經過迴轉閥的輸送，下落進預結晶器20里。
在預結晶器20里，切片在熱風的吹送下呈沸騰的狀態，切片與切片之間相互碰撞，防止粘結。切片在預結晶器20里被加熱，結晶度升高、含水率降低，預結晶溫度在110-160℃。結晶度較高的切片在熱空氣的吹送下，進入了乾燥塔30里。該實施例中，乾燥塔30採用的是填充式乾燥塔，切片從乾燥塔30的上方進入，在下落的過程中與從乾燥塔30底部通入的已經除濕的熱空氣（由連線乾燥塔30的壓空除濕裝置31所產生）相遇，切片裡的水分被熱空氣帶走，在乾燥塔30里停留足夠長時間後，切片的含水率達到了紡絲的要求，乾燥溫度為105-150℃。
含水率達到紡絲要求的切片（含水率為20～80ppm）被輸送到位於螺桿擠出機50上方的乾切片料罐40中，切片在重力的作用下下落到螺桿擠出機50里，螺桿擠出分為六個區加熱，採用的是電阻加熱方式，溫度設定在205-335℃之間，螺桿擠出機50的下料口處設有冷卻循環水，以防止切片在下料口處環結。切片在螺桿擠出機50的剪下和加熱的作用下，邊熔融邊前進並混合均勻。到了螺桿的末端，切片熔融完全，熔體壓力被壓力感測器測定，通過壓力的反饋去控制螺桿的轉速從而保證熔體壓力的穩定。
熔融混合均勻完全後，壓力穩定的熔體接下來被熔體過濾器60所過濾，熔體過濾器60可有效除去熔體中的無機雜質與及凝膠粒子，以減少雜質對紡絲過程造成的不良影響。熔體過濾器60為可切換式，當過濾壓差較大時，就將舊濾芯切換成新濾芯，以保證過濾效果的穩定性。
過濾後的熔體被輸送到紡絲箱體70內，紡絲箱體70內配備一定數量的計量泵，經過熔體分配管的分配，熔體被合理分配到每一個計量泵里。計量泵為精密的齒輪泵，通過計量泵傳動裝置71的轉動，精確體積的熔體被計量泵輸送到每個紡絲組件上。紡絲組件里裝有過濾砂，可以對熔體進行進一步的過濾，過濾後的熔體經過分配板的作用，均勻地進入到噴絲板的每個小孔里，熔體被噴絲板均勻地分成若干股細流，在壓力和重力的作用下，從噴絲板的小孔里擠出，暴露在空氣中。熔體過濾器60和紡絲箱體70由聯苯蒸氣加熱，以保證精確控溫。
經過緩冷後的熔體細流在側吹風裝置所產生的側吹風的作用下，不斷被冷卻，由熔體轉變成固體，在牽伸力和冷卻的作用下，熔體內部的分子產生了一定的結晶和取向，成為具有一定力學性能的纖維長絲。側吹風的溫度由空調控制，對風的溫度與濕度進行精確控制，以此合理控制紡程上纖維的溫度與張力的分布。有利於實現高速紡絲，側吹風溫度控制在15～35℃之間。
纖維的牽伸過程是由在每個紡絲組件下方的牽伸噴頭去實現的，牽伸噴頭採用的是壓縮空氣噴射原理，壓縮空氣經過牽伸噴頭內部的環形間隙後，向下噴射形成高速氣流，並在牽伸噴頭的上方形成一定的負壓區，對纖維形成一定的吸力。纖維在牽伸噴頭的上方吸入，在高速氣流的摩擦力作用下伴隨著氣流向下高速運動，高速氣流和纖維被限制在氣流牽伸器80（在發明實施例中，氣流牽伸器80採用的是申請號為01272055.0所公開的管式氣流牽伸裝置）所具有的一定直徑一定長度的牽伸管81內，纖維在牽伸管81內最終可被加速至2500-4500米/分鐘的速度。纖維速度遠遠大於熔體在噴絲板孔流出時的速度，因此熔體受到較強的拉伸作用，熔體分子在拉伸和冷卻的作用下，分子取向結晶，分子間作用力增強，纖維具有優異的力學性能。
參考圖3所示，出氣流牽伸器80後的纖維束在擺絲器82的作用下鋪設成均勻的纖維網823。擺絲器82的主要結構是可以高速擺動的若干個擺片（包括：上擺片821和下擺片822），經擺片後絲束被順利鋪設成網，並隨著成網機83（成網機的速度控制在1～100米/分鐘）的運動向前輸送。
纖網在成網機82的輸送下，進入到針刺機90內加工。針刺機90的針板上裝有一定數量的刺針，針板可以帶動刺針上下高速運動。當刺針做穿刺運動時纖維被刺針上的倒刺所攜帶向下運動，纖維發生纏結，纖網被壓實。經過針刺加工後的纖網裡纖維相互發生纏結，纖維間的摩擦力和抱合力增加，形成了性能優良的針刺無紡布。
針刺加固後的無紡布通過張力架91的張力調節後，張力穩定，並被切邊成卷機92上的切刀切成幅寬合符要求的產品，卷繞成卷長一定的布卷。
綜上所述，該發明的關鍵步驟在於：聚苯硫醚的熔融紡絲步驟、高速氣流牽伸步驟、擺絲成網步驟、以及紡粘長絲針刺步驟。
在熔融紡絲步驟中，該發明除了對螺桿溫度、紡絲溫度進行合理設定外，對紡程上的溫度也進行合理並且嚴格的控制，經保證高速紡絲的順利進行；在牽伸步驟中，2010年1月以前的是低速機械牽伸，速度在1000米/分鐘以下，而該發明採用的是高速氣流牽伸，速度在2500-4500米/分鐘左右，生產出纖維力學性能好；在成網方式上，現在技術為短纖梳理成網，該發明採用的機械擺片長絲成網，成網速度高，產量大，纖網的縱橫向強力比較一致；在針刺後加固工藝步驟中，2010年1月以前技術是短纖針刺，針刺機所需要的數目多，產品力學性能差，該發明採用的是紡粘長絲針刺技術，針刺機數目少，產品力學性能好。
實施案例
- 實施例1
聚苯硫醚切片300千克（熔融指數：105～165克/10分鐘）經過氣流輸送到預結晶器中預結晶，預結晶器中設定的溫度在110-160℃，預結晶後的切片經過乾燥塔乾燥處理後，成為含水率在20～60ppm的乾切片，再經過擠壓、熔融、計量，計量泵的轉速為15轉，在壓力和重力的作用下，從噴絲板的小孔里擠出；經過緩冷後的熔體細流在側吹風的作用下，成為具有一定力學性能的纖維長絲，纖維纖度為3D，再通過氣流牽伸器的牽伸過程，纖維具有優異的力學性能；纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖網，在成網機的輸送下，進入到針刺機內加工；經過針刺加固後的聚苯硫醚纖維層進一步進行壓緊、燒毛、燙平處理，即得該發明聚苯硫醚紡粘針刺無紡布產品，產品克重為150克/平方米。
- 實施例2
聚苯硫醚切片500千克（熔融指數：105～165克/10分鐘）經過氣流輸送到預結晶器中預結晶，預結晶器中設定的溫度在110-160℃，預結晶後的切片經過乾燥塔乾燥處理後，成為含水率在20～60ppm的乾切片，再經過擠壓、熔融、計量，計量泵的轉速為19轉，在壓力和重力的作用下，從噴絲板的小孔里擠出；經過緩冷後的熔體細流在側吹風的作用下，成為具有一定力學性能的纖維長絲，纖維纖度為6D，再通過氣流牽伸器的牽伸過程，纖維具有優異的力學性能；纖維束在擺絲器的作用下鋪設成均勻的纖網，在成網機的輸送下，進入到針刺機內加工；經過針刺加固後的聚苯硫醚纖維層進一步進行壓緊、燒毛、燙平處理，即得該發明聚苯硫醚紡粘針刺無紡布產品，產品的克重為500克/平方米。
榮譽表彰
2013年10月，《聚苯硫醚紡粘針刺無紡布的製備方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
