一种聚酰胺超细纤维网的制备方法

摘要

本发明提出了一种聚酰胺超细纤维网的制备方法，制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网。本发明所生产的熔喷超细纤维网与常规聚丙烯熔喷材料相比具有优良的耐腐蚀和耐高温性能，可以广泛应用于腐蚀性液体过滤或油品过滤，并且PA66熔喷产品相对于常规产品具有优良的耐磨性能、单丝强力高，一般熔喷法PP纤维的单丝强力1.5cN/dtex左右，而PA66单丝强力达3.5cN/dtex，故而PA66熔喷非织造布强力远大于聚丙烯熔喷非织造布。

权利要求

1.一种聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于之制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网，具体步骤如下：（1）PA66采用真空加热干燥，其干燥温度为80-90℃，干燥时间为24-36h，之后将PA66切片；

（2）将步骤（1）PA66切片采用干燥气流输送至进料斗；

（3）步骤（2）中PA66切片由进料斗进入螺杆挤出机进行熔融挤压，熔融挤压时各区的温度为255-305℃，熔体压力为16.9bar；

（4）将步骤（3）中熔融挤压后的物料利用过滤器进行过滤，过滤器温度为295-300℃，过滤器中金属过滤网的目数为200-400目；

（5）步骤（4）中过滤后的物料进入计量泵，计量泵的温度为295-300℃；

（6）步骤（5）计量后的物料进入喷丝孔进行纺丝，所述喷丝孔的模头温度在295-305℃，机头压力为35-36bar；将喷出的丝利用气流牵伸成超细短纤维，气流牵伸的牵伸风压为

0.75bar，牵伸风温为300-310℃；

（7）步骤（6）的超细短纤维在室温空气下冷却，冷却后直接喷在成网帘上，形成超细纤维网。

2.根据权利要求1所述的聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于：步骤（1）中PA66为中等黏度，熔点为280.94℃，熔体质量流动速率在295℃、负重2840g的条件下为160-

180g/10min，PA66的平均相对分子量为20000-22000，相对黏度为2.8-3.0，分散指数为

1.85-1.95，PA66中可萃取物含量≤0.6%。

3.根据权利要求1所述的聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）干燥后PA66的含水率控制在500-800ppm之间。

4.根据权利要求1所述的聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中利用螺杆挤出机进行熔融挤压时分为三个区，分别为螺杆Ⅰ区进料段、螺杆Ⅱ区压缩段、螺杆Ⅲ区计量段，其中螺杆Ⅰ区进料段温度为260±5℃，螺杆Ⅱ区压缩段温度为290±5℃，螺杆Ⅲ区计量段300±5℃。

5.根据权利要求1所述的聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于：步骤（7）中成网帘与喷丝板之间的距离为300-350mm。

6.根据权利要求1所述的聚酰胺超细纤维网的制备方法，其特征在于：步骤（6）中喷丝孔的导孔为2-3mm，毛细孔直径为0.2-0.4mm；喷丝孔密度在16孔/cm，长径比为10-15。

说明书

一种聚酰胺超细纤维网的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纺丝材料领域，具体涉及一种聚酰胺超细纤维网的制备方法。

背景技术

[0002] 聚酰胺66（PA66）不仅具有耐高温、自润滑、机械强度高等特点，而且具有突出的耐油污和耐化学腐蚀性能，特别是韧性和耐磨性非常优异。广泛用于生产服装、地毯、轮胎帘子线等。PA66耐燃油性好，可用于生产燃料滤网、燃料过滤器；另外PA66的耐冲击性和韧性较好，用其制作散热器水缸可耐汽车行驶时碎石的冲击。除此之外，PA66在一些精密仪器上也有应用，如用于输血、取血、输液器；电子打字机的传动齿轮；印刷机的带式过滤片等。

[0003] 熔喷法是纺熔法非织造布的一种生产方式，它通过高速的热气流将熔体拉伸成平均直径在0.5-5μm之间的超细纤维，且通过杂乱铺网直接成布。熔喷纤维的比表面积大且孔隙度高，是性能极佳的过滤和保温材料。采用熔喷法生产PA66超细纤维具有流程短、生产成本低等特点，制得的PA66超细纤维产品在保留原有高性能纤维的基础上又具有超细纤维的特征优势，提高了过滤效率，进一步拓展了应用领域。

[0004] 熔喷法生产的非织造材料是各种过滤用的主要材料之一，特别是在汽车燃油方面被广泛应用。发动机燃油在生产、运输和存放过程中会产生并混入大量杂质，严重污染的燃油会使得发动机在使用一段时间后耗油量增加，尾气排放量急骤上升。目前普遍的解决办法是在发动机上安装油品过滤器使燃油洁净，洁净的燃油可以延长发动机使用寿命，提高燃烧效率降低排放保护环境。

[0005] 将性能优良的PA66材料采用熔喷工艺加工成超细短纤维网后，作为滤材使用具有纳污能力强、过滤精度高、耐腐蚀、耐高温以及耐疲劳性等优点。由于工业油品通常都含有烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃及少量硫、氮化合物等，耐腐蚀性能差的产品长时间的接触油品会导致溶解腐蚀，溶胀成黏糊状，失去过滤能力。所以PA66经熔喷工艺加工后可用于传统油品过滤的优良替代产品。

[0006] 由于熔喷材料生产过程较为复杂，包括上料、螺杆熔融挤压、过滤、模头纺丝、高温高速气流牵伸形成超细纤维，然后在成网帘上黏合，冷却后即得到熔喷非织造布，各个环节的工艺参数至关重要迄今为止还没有聚酰胺66为原料的熔喷工艺的相关资料。

发明内容

[0007] 本发明是为了解决现有技术及原料所存在的上述问题，提供一种物理化学性能优良且过滤效率高的PA66熔喷超细纤维生产方法。

[0008] 实现本发明的技术方案是：一种聚酰胺超细纤维网的制备方法，制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网，具体步骤如下：

[0009] （1）PA66熔体对水的敏感性强，微量的水分便引起水解，PA66较易受热氧化而变黄，因此PA66采用真空加热干燥，其干燥温度为80-90℃，干燥时间为24-36h，之后将PA66切片；

[0010] （2）将步骤（1）PA66切片采用干燥气流输送至进料斗；

[0011] （3）步骤（2）中PA66切片由进料斗进入螺杆挤出机进行熔融挤压，熔融挤压时各区的温度为255-305℃，熔体压力为16.9bar；所述螺杆挤出机采用全螺纹等螺距突变型单螺杆，螺纹大经=螺距=45mm，压缩段为2个螺纹，螺杆的长径比为30，压缩比ε为3.5，螺杆棱面宽度为4mm，进料段螺槽深为9.5mm，计量段螺槽深为2.25mm；

[0012] PA66的特性决定了其所用螺杆挤压机的功能的特殊性，PA66由固体熔融至熔体体积变化比较大，应采用快速或中快速压缩型全螺纹螺杆，即压缩段短，只有2个螺纹，但由于压缩段的位置、压缩比、螺纹深度不同，熔体挤出特性有很大差异。PA66熔点比较高，属于高温加热，螺杆长径比要达到25以上，才能保证加热均匀。压缩段位于螺杆中部左右，计量段相对进料段略长，以保证有较好的挤出稳定性；

[0013] （4）熔喷工艺中，聚合物熔体进入模头之前，应经过过滤，以滤去杂质、聚合反应后残留的催化剂以及未完全熔融的高聚物粒子，防止其堵塞喷丝板，造成纺丝生产不能正常进行，将步骤（3）中熔融挤压后的物料进行过滤，过滤器温度为295-300℃，金属过滤网的目数为200-400目；

[0014] （5）步骤（4）中过滤后的物料进入计量泵，计量泵的温度为295-300℃；所述计量泵精确计量步骤计量泵的排量对于确定生产线产量高低以及产品定量有重要作用，计量泵运行时的转速直接影响了单孔挤出量，对纤维细度直接影响所以应减少计量泵的压力波动；

[0015] （6）步骤（5）计量后的物料进入喷丝孔进行纺丝，所述喷丝孔的模头温度在295-305℃，机头压力为35-36bar；通过喷丝板的喷出的丝，需要高温高速的气流将其牵伸成超细短纤维，但是风温、风压对丝的成型及手感的软硬有很大的影响，将喷出的丝利用气流牵伸成超细短纤维，气流牵伸的牵伸风压为0.75bar，牵伸风温为300-310℃；由于PA66容易发生降解反应，喷丝孔孔径0.25～0.35mm，熔体挤出速率比较缓慢，即熔体进入模头后会停留相当长一段时间，若模头温度设置过高熔体吸收过多热量，会导致PA66熔体发生降解，因此模头各区温度不能过高，应控制在295～305℃以保证PA66处于熔融状态而不发生分解反应；

[0016] （7）步骤（6）的超细短纤维在室温空气下冷却，冷却后通过喷丝板直接喷在成网帘上，形成超细纤维网。

[0017] 熔喷法制备非织造布对原料的流动性要求很高，常规PA66切片不能满足其要求。因此PA66切片的选择要采用熔喷专用原料，保证有较高的熔融指数，聚合物的相对分子量也要有严格的范围控制。当相对分子量过低时纺丝困难，不能获得强韧的非织造布；相对分子量过高时，熔体黏度太高，流动性差，不利于熔喷生产的顺利进行。步骤（1）中PA66为中等黏度，熔点为280.94℃，熔体质量流动速率在295℃、负重2840g的条件下为160-180g/
10min，PA66的平均相对分子量为20000-22000，相对黏度为2.8-3.0，分散指数为1.85-
1.95，PA66中可萃取物含量≤0.6%，萃取物含量多，容易沾污喷丝板，导致纤维中杂质增多，影响纺丝质量。

[0018] 所述步骤（1）干燥后PA66的含水率控制在500-800ppm之间，干燥后切片含水量的多少对切片黏度有着较大的影响，间接起到了调整切片黏度的作用。干燥后切片含水率过低，切片在螺杆挤出机内熔融时实际上聚合也在继续，相当于固相增黏的作用，所以干燥后切片的含水率不能低于500ppm。切片干燥后含水率也不能过高，含水率过高，切片在螺杆挤出机内再熔融时水解严重，影响熔喷生产的顺利进行。

[0019] 所述步骤（3）中利用螺杆挤出机进行熔融挤压时分为三个区，分别为螺杆Ⅰ区进料段、螺杆Ⅱ区压缩段、螺杆Ⅲ区计量段，螺杆Ⅰ区属于进料段温度设置在260±5℃，进料段属于原料预热阶段，发挥压实以及输送原料的作用，温度要相对PA66熔点低10～15℃左右，温度设置过高容易在料筒内过早出现固体与熔体并存状态，发生环结阻料现象；螺杆Ⅱ区属于压缩段，同样也是高聚物熔融的阶段，物料在该阶段进一步压实熔融并将熔体向前输送。螺杆Ⅱ区温度应高于PA66熔融温度，温度设置在290±5℃，保证在该段原料处于固体与熔体并存或完全熔融状态。螺杆Ⅲ区属于计量段，作用是进一步均匀塑化材料。该段温度比前一段要高出10～15℃左右，以保证PA66原料完全处于熔融状态，温度设置在300±5℃。

[0020] 由于PA66纤维的生产温度较高，即喷出的丝温度较高，因而冷却时间长，所以成网帘与喷丝板之间的距离要稍大，步骤（7）中成网帘与喷丝板之间的距离为300-350mm，PA66纤维被模头两侧的室温空气冷却后直接喷在成网帘上，形成超细纤维网。

[0021] 由于聚酰胺熔体粘度高，因此步骤（6）中喷丝孔的导孔为2-3mm，毛细孔直径为0.2-0.4mm；喷丝孔密度在16孔/cm，长径比为10-15。

[0022] 本发明的有益效果是：1.所采用的PA66十分耐碱和大多数盐液，还耐弱酸、机油、汽油，耐芳烃类化合物和一般溶剂，对芳香族化合物呈惰性；能抵御汽油、油、脂肪、酒精、弱堿等的侵蚀和有很好的抗老化能力，加上所采用的熔喷工艺使得制成的滤材用途广泛、过滤效率高且使用寿命长；2.本发明产品手感柔软、具有悬垂性、软化点高，可在150℃的温度范围下长时间使用。除此之外，由于材料的优良特性，改善了传统熔喷非织造材料不耐磨的特点，因此可广泛应用于各个领域；3. 本发明采用超高温熔喷工艺，产品适用于高温环境过滤等领域。由于PA66自身特性导致其不适用于常规螺杆，由固体熔融至熔体体积变化大，适合采用快速压缩型全螺纹螺杆即突变型螺杆，压缩段比常规螺杆短只有2个螺纹，并且计量段相对进料段略长，以保证较好的挤出稳定性。所采用PA66熔点280.94℃，属于高熔点聚酰胺66，熔体质量流动速率达到160g/10min以上，流动性能优良，适用于熔喷法超细纤维材料的制备；4. 本发明所生产的熔喷超细纤维网与常规聚丙烯熔喷材料相比具有优良的耐腐蚀和耐高温性能，可以广泛应用于腐蚀性液体过滤或油品过滤，并且PA66熔喷产品相对于常规产品具有优良的耐磨性能、单丝强力高，一般熔喷法PP纤维的单丝强力1.5cN/dtex左右，而PA66单丝强力达3.5cN/dtex，故而PA66熔喷非织造布强力远大于聚丙烯熔喷非织造布。

附图说明

[0023] 图1是本发明的工艺流程图；

[0024] 图2是本发明中螺杆挤出机的结构示意图；

[0025] 图3是PA66差热分析（DSC）曲线。

[0026] 其中，1-真空干燥器，2-PA66切片，3-进料斗，4-螺杆挤出机，5-过滤器，6-计量泵，7-喷丝孔，8-成网帘，9-螺杆Ⅰ区进料段、10-螺杆Ⅱ区压缩段、11-螺杆Ⅲ区计量段。

具体实施方式

[0027] 实施例1

[0028] 本发明的制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网，具体步骤如下：

[0029] （1）PA66采用真空干燥器1加热干燥，其干燥温度为80℃，干燥时间为36h，之后将PA66切片，干燥后PA66的含水率控制在500ppm之间；PA66为中等黏度，熔点为280.94℃，熔体质量流动速率在295℃、负重2840g的条件下为160g/10min，PA66的平均相对分子量为20000，相对黏度为2.8，分散指数为1.85，PA66中可萃取物含量≤0.6%；

[0030] （2）将步骤（1）PA66切片2采用干燥气流输送至进料斗3；

[0031] （3）步骤（2）中PA66切片由进料斗3进入螺杆挤出机4进行熔融挤压，熔融挤压时分为三个区，分别为螺杆Ⅰ区进料段9、螺杆Ⅱ区压缩段10、螺杆Ⅲ区计量段11，其中螺杆Ⅰ区进料段9温度为255℃，螺杆Ⅱ区压缩段10温度为285℃，螺杆Ⅲ区计量段11温度为295℃；熔体压力为16.9bar；所述螺杆挤出机4采用全螺纹等螺距突变型单螺杆，螺纹直径D=螺距S=45mm，压缩段为2个螺纹，L/D=30，压缩比ε=3.5，棱面宽度E=4mm，进料段螺槽深=9.5mm，计量段螺槽深=2.25mm；

[0032] （4）将步骤（3）中熔融挤压后的物料进行过滤，过滤器5温度为295℃，金属过滤网的目数为200目；

[0033] （5）步骤（4）中过滤后的物料进入计量泵6，计量泵6的温度为295℃；

[0034] （6）步骤（5）计量后的物料进入喷丝孔7进行纺丝，所述喷丝孔7的模头温度在295℃，机头压力为35bar；将喷出的丝利用气流牵伸成超细短纤维，气流牵伸的牵伸风压为0.75bar，牵伸风温为300℃；喷丝孔的导孔为2-3mm，毛细孔直径为0.2-0.4mm；喷丝孔密度在16孔/cm，长径比为10；

[0035] （7）步骤（6）的超细短纤维在室温空气下冷却，冷却后通过喷丝板直接喷在成网帘8上，形成超细纤维网。

[0036] 如图1所示，本实施例所用原料PA66通过差示扫描量热法分析，由第一次升温消除所有热加工历史后再次进行第二次升温与降温，得到如图曲线，曲线整体基线呈平直状态，未出现大幅漂移现象，说明熔融过程中产生的新质相导热率大致相同。分析熔融吸热峰得到PA66原料熔点280.94℃，熔融过程温度为252～295℃左右，热焓值为26.07J/g，属于高熔点聚合物，因此熔喷生产过程中熔体温度应稍高于295℃；分析结晶放热峰得到PA66结晶温度在228.9℃，热焓值为30.87J/g，原料在245℃左右开始出现结晶，因此PA66仍对温度较为敏感，熔喷成网过程中应严格控制温度以及其余工艺参数。

[0037] 实施例2

[0038] 本发明的制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网，具体步骤如下：

[0039] （1）PA66采用真空干燥器1加热干燥，其干燥温度为85℃，干燥时间为30h，之后将PA66切片，干燥后PA66的含水率控制在600ppm之间；PA66为中等黏度，熔点为280.94℃，熔体质量流动速率在295℃、负重2840g的条件下为170g/10min，PA66的平均相对分子量为21000，相对黏度为2.9，分散指数为1.90，PA66中可萃取物含量≤0.6%；

[0040] （2）将步骤（1）PA66切片2采用干燥气流输送至进料斗3；

[0041] （3）步骤（2）中PA66切片由进料斗（3）进入螺杆挤出机4进行熔融挤压，熔融挤压时分为三个区，分别为螺杆Ⅰ区进料段9、螺杆Ⅱ区压缩段10、螺杆Ⅲ区计量段11，其中螺杆Ⅰ区进料段9温度为260℃，螺杆Ⅱ区压缩段10温度为290℃，螺杆Ⅲ区计量段11温度为300℃，熔体压力为16.9bar；所述螺杆挤出机4采用全螺纹等螺距突变型单螺杆，螺纹直径D=螺距S=45mm，压缩段为2个螺纹，L/D=30，压缩比ε=3.5，棱面宽度E=4mm，进料段螺槽深=9.5mm，计量段螺槽深=2.25mm；

[0042] （4）将步骤（3）中熔融挤压后的物料进行过滤，过滤器5温度为298℃，金属过滤网的目数为300目；

[0043] （5）步骤（4）中过滤后的物料进入计量泵6，计量泵6的温度为298℃；

[0044] （6）步骤（5）计量后的物料进入喷丝孔7进行纺丝，所述喷丝孔7的模头温度在300℃，机头压力为35.5bar；将喷出的丝利用气流牵伸成超细短纤维，气流牵伸的牵伸风压为0.75bar，牵伸风温为305℃；喷丝孔7的导孔为2-3mm，毛细孔直径为0.2-0.4mm；喷丝孔密度在16孔/cm，长径比为13；

[0045] （7）步骤（6）的超细短纤维在室温空气下冷却，冷却后通过喷丝板直接喷在成网帘8上，形成超细纤维网。

[0046] 实施例3

[0047] 本发明的制备步骤包括切片干燥、上料、螺杆熔融挤压、过滤、计量泵精确计量、模头纺丝、高温高速气流牵伸及成网，具体步骤如下：

[0048] （1）PA66采用真空干燥器1加热干燥，其干燥温度为90℃，干燥时间为24h，之后将PA66切片，干燥后PA66的含水率控制在800ppm之间；PA66为中等黏度，熔点为280.94℃，熔体质量流动速率在295℃、负重2840g的条件下为180g/10min，PA66的平均相对分子量为22000，相对黏度为3.0，分散指数为1.95，PA66中可萃取物含量≤0.6%；

[0049] （2）将步骤（1）PA66切片2采用干燥气流输送至进料斗3；

[0050] （3）步骤（2）中PA66切片由进料斗3进入螺杆挤出机4进行熔融挤压，熔融挤压时分为三个区，分别为螺杆Ⅰ区进料段9、螺杆Ⅱ区压缩段10、螺杆Ⅲ区计量段11，其中螺杆Ⅰ区进料段9温度为265℃，螺杆Ⅱ区压缩段10温度为295℃，螺杆Ⅲ区计量段11的温度为305℃，熔体压力为16.9bar；所述螺杆挤出机4采用全螺纹等螺距突变型单螺杆，螺纹直径D=螺距S=45mm，压缩段为2个螺纹，L/D=30，压缩比ε=3.5，棱面宽度E=4mm，进料段螺槽深=9.5mm，计量段螺槽深=2.25mm；

[0051] （4）将步骤（3）中熔融挤压后的物料进行过滤，过滤器5温度为300℃，金属过滤网的目数为400目；

[0052] （5）步骤（4）中过滤后的物料进入计量泵6，计量泵6的温度为300℃；

[0053] （6）步骤（5）计量后的物料进入喷丝孔7进行纺丝，所述喷丝孔7的模头温度在305℃，机头压力为36bar；将喷出的丝利用气流牵伸成超细短纤维，气流牵伸的牵伸风压为0.75bar，牵伸风温为310℃；喷丝孔7的导孔为2-3mm，毛细孔直径为0.2-0.4mm；喷丝孔密度在16孔/cm，长径比为15；

[0054] （7）步骤（6）的超细短纤维在室温空气下冷却，冷却后通过喷丝板直接喷在成网帘8上，形成超细纤维网。