高压双螺杆挤压机及应用该挤压机的降解短纤生产工艺的制作方法

本发明涉及化学纤维制备的
技术领域：
，尤其是涉及高压双螺杆挤压机及应用该挤压机的降解短纤生产工艺。
背景技术：
：化学纤维是用天然高分子化合物或人工合成的高分子化合物为原料，经过制备纺丝原液、纺丝和后处理等工序制得的具有纺织性能的纤维。常规的聚酯短纤纺丝工艺中挤压设备一般选用单螺杆挤压机，具有机构简单、成本低和连动控制容易的特点。当物料较多时，单螺杆挤压机在挤压物料的过程中混炼效果会较差，使得熔体不均匀。因此目前大多改成了双螺杆挤压机，现有的双螺杆挤压机一般起到对物料的剪切、混炼的作用。公开号为cn203611449u的中国实用新型公开了一种用于熔融聚酯切片的双螺杆挤压机，包括一加热总管道，所述加热总管道包括从左到右依次密封连接的第一加热段、排气段、第二加热段、第一真空段、第三加热段、第二真空段和第四加热段，第一加热段、排气段、第二加热段、第一真空段、第三加热段、第二真空段和第四加热段的内部空腔依次顺序连通形成一总物料腔，在总物料腔内设有两根平行设置的螺杆，两螺杆的左端部分别密封穿过第一加热段的左端部后与减速箱的输出端相连接，减速箱的输入端与电机的输出轴相连接；在第一加热段左侧的顶部设有一与总物料腔相连通的进料口，在第四加热段的右侧设有一与总物料腔相连通的出料口，两螺杆的右端部伸至出料口处，在排气段的顶部设有排气孔，在第一真空段和第二真空段的顶部分别通过与总物料腔相连通的管道与真空泵相连接。使用时，将物料从进料口加入，减速箱带动两个螺杆转动，然后通过总物料腔从出料口排出，过程中被第一加热段、第二加热段、第三加热段和第四加热段加热熔融混炼，且真空泵将产生的气体抽出。上述中的技术方案存在以下缺陷：两个螺杆呈平行设置，在工作过程中只起到输送、混炼和剪切的作用，而一些特定的物料熔融反应时需要有较高的压强才能使反应更为完全，上述双螺杆挤压机无法提供较大的压强，使得反应产物的质量较低，导致产品的质量较低。技术实现要素：本发明的第一目的是提供一种高压双螺杆挤压机，通过呈锥形的压塑螺杆设置且与内壁贴合，使得供物料输送的空间越来越小，使得物料受到的压力越来越大，且物料在高压环境中温度会较高，使得物料反应更为充分，提高了物料的塑化效果，从而提高了物料的熔融质量。本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高压双螺杆挤压机，包括机架，所述机架上设有管体，所述管体包括缩口段和平直段，所述平直段连接在所述缩口段的较小端；所述缩口段远离所述平直段一端设置有用于封闭开口的封闭板，所述缩口段远离所述平直段一端开设有进料口，所述缩口段与所述平直段的连接处开设有连接有真空泵的排气口，所述平直段远离所述缩口段一端的开口为连接纺丝箱的挤出口；所述机架上设置有电机，所述缩口段内转动设置有两个呈锥形且轴线交错并与所述电机连接的压塑螺杆，两个所述压塑螺杆转向相同，所述压塑螺杆的螺旋叶与所述缩口段的内壁贴合，两个所述压塑螺杆的螺旋叶相互啮合，且相互啮合的所述压塑螺杆的螺旋叶之间具有供物料输送的空间。通过采用上述技术方案，物料从进料口输送到管体的缩口段中，压塑螺杆进行挤压输送，通过呈锥形的压塑螺杆设置且与内壁贴合，使得供物料输送的空间越来越小，使得物料受到的压力越来越大，且物料在高压环境中温度会较高，使得物料反应更为充分，提高了物料的塑化效果，从而提高了物料的熔融质量，进而可提高物料从出料口挤出的质量。熔融时物料产生的水气、低分子物通过真空泵从排气口抽出，使得熔融的物料杂质较少，降低产品性能变差的可能性，降低出现小气孔、粉屑的概率。且物料中可能会有粉末，粉末在进入螺杆挤压机之前会与物料同步加热、预结晶和干燥，这些粉末已形成比物料结晶度高的高熔点物，一般高熔点物在双螺杆挤压机中无法与熔体流均匀混合。而高温高压的环境则可以使这些高熔点物熔化并均匀的混合在熔体流中，提高了熔体的质量，大大降低高熔点物对纺丝喷丝板的阻塞及其他影响。并且排气口设置在缩口段与平直段的连接处，该处相对于有压塑螺杆的位置空间较大，相对来说压力较小，有利于气体膨胀及溢出，提高排气效果，提高产品质量。优选的，所述压塑螺杆的螺旋叶靠近所述压塑螺杆轴心一端的宽度从靠近所述电机一端到远离所述电机一端逐渐增大。通过采用上述技术方案，使得缩口段中两个压塑螺杆的螺旋叶之间的物料输送空间从远离平直段一端到靠近平直段一端进一步逐渐缩小，从而可进一步提高压塑物料的压力，提高物料的熔融程度，提高产品的质量。优选的，所述平直段内平行转动设置有两个与两个所述压塑螺杆一一对应的输送螺杆，每个所述输送螺杆与对应的所述压塑螺杆通过万向节连接，且两个所述输送螺杆的螺旋叶相互啮合，且相互啮合的所述输送螺杆的螺旋叶之间具有供物料输送的空间。通过采用上述技术方案，一般双螺杆挤压机在将物料输送到纺丝箱时由于内部压力不够，需要借助熔体泵提供压力才能进行喷丝，但是增加了溶体泵之后就必须增加纺丝箱和双螺杆挤压机之间的连接管道的长度，且由于物料易降解，在经过较长的管道之后，物料很可能出现降解的现象，从而影响纺丝的质量。通过在平直段设置输送螺杆，且输送螺杆通过万向节与压塑螺杆同步转动，使得熔融的物料在平直段依然能够被推动，使输送到纺丝箱的物料的压力较大，满足纺丝箱的喷丝压力需求，从而无需借助外界压力源，同时也缩短了纺丝箱和双螺杆挤压机之间的连接管道的长度，大大降低了物料降解的概率，从而提高喷丝的质量。同时万向节占的空间较小，因此排气口的位置相对于压塑螺杆和输送螺杆所在的位置空间依旧较大，该位置仍旧处在压力较低的位置，气体还是容易膨胀及溢出，因此对排气的影响较小。优选的，所述缩口段靠近所述平直段一端的内腔固定设置有第一支撑架，所述压塑螺杆的转轴远离所述电机一端转动设置在所述第一支撑架上；所述平直段内腔的两端固定设置有第二支撑架，所述输送螺杆的转轴两端分别转动设置在所述第二支撑架上。通过采用上述技术方案，由于压塑螺杆和输送螺杆的轴向不同，因此在通过万向节连接时，会影响压塑螺杆的转动稳定性。通过第一支撑架的设置，起到对压塑螺杆的限制作用，使得压塑螺杆较为稳定的转动。同样，第二支撑架的设置起到对输送螺杆的支撑作用。优选的，所述第一支撑架包括至少六根均匀间隔固定在所述缩口段内腔壁上的固定杆、固定连接在所有所述固定杆远离所述缩口段内腔壁一端的支撑环，所述压塑螺杆的转轴转动设置在所述支撑环上，且所述固定杆正对物料输入的一侧设置有截面为三角形的导向块。通过采用上述技术方案，由于缩口段内的物料挤压力较大，因此通过导向块设置，可大大减小物料输送过程中受到的固定杆的阻力，同时也可以降低固定杆被物料挤弯的概率。优选的，所述支撑环朝向物料输入的一侧固定设置有导向环，所述导向环的截面呈直角三角形，且所述导向环的截面的一个直角边与所述压塑螺杆的长度方向平行，且所述导向环的截面的另一个直角边与所述支撑环连接。通过采用上述技术方案，导向环的设置减小了物料挤压输送过程中受到的支撑环的阻力，从而减少了第一支撑架整体受到物料的压力，从而提高了第一支撑环在缩口段内的稳定性。优选的，所述进料口与所述排气口之间的所述缩口段上还开设有出气口。通过采用上述技术方案，由于物料在被剪切、挤压的过程中，会产生气体，如果不及时去除这些气体.则很容易使物料降解、性能变差，虽然后面设有排气口，但是物料在前端挤压的过程中则有很大概率出现问题。通过出气口的设置，可将前期挤压、剪切过程中产生的气体排出，从而大大降低了后期压塑、融化熔化过程中气体的含量，从而提高气体的去除效果，提高产品的品质。本发明的第二目的是提供一种降解短纤生产工艺，通过将pbs切片以及辅助原料与扩链剂进行熔融共混反应，制备出弹性与交联性能良好的pbs短纤。本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种降解短纤生产工艺，包括以下步骤：(1)准备原料，原料包括以下重量份数的组分：pbs切片200-260份，(pbs切片为聚丁二酸丁二醇酯切片)；其中分子扩链剂包括以下重量百分比的组分：(2)控制温度低于80℃对pbs切片进行干燥；(3)将分子扩链剂和亚磷酸酯类抗氧剂、分散剂以及pbs切片、聚ε-己内酯和甲壳质纤维素按比例混合均匀，然后在辅助干热氮气的保护下，进入如第一目的中的所述的高压双螺杆挤压机中进行塑化，控制压强为20-35mpa；(4)将塑化后的纤维进行后纺处理得到短纤。通过采用上述技术方案，pbs切片、聚ε-己内酯和甲壳质纤维素通过共聚混合制成短纤，pbs切片为聚丁二酸丁二醇酯切片，为所制得的短纤的原材料，而聚ε-己内酯和甲壳质纤维素作为生产短纤的辅助原材料，聚ε-己内酯和pbs切片都是可被微生物完全降解的材料，环保无污染。而甲壳质纤维素可以增加短纤的抗菌性，且甲壳质纤维素当中的氨基在共聚的过程中容易在纤维链之间形成氢键，使得在相邻的纤维分子链之间进行“架桥”，提高交联程度，从而提高纤维的分子量，但是甲壳质纤维素的含量不高，所以交联的程度不会太高，可以有效保证短纤的合成。分子扩链剂添加用于在聚合之前先与原料进行预聚反应，分子扩链剂能与聚合物链上的官能团反应使得分子链扩展，分子量增大。分子扩散剂分子进入聚合物的主链，并且通过次级取代反应，从而增加聚合物的聚合度，提高分子量，提高黏度，从而使共聚物成形。戊氨酸可以直接与低分子质量齐聚物反应，在两聚合物链间形成“架桥”，显著增加分子质量，提高体系的粘度，降低端羧基含量。亚磷酸酯类抗氧剂可以防止聚合后的产物被氧化，提高聚合产物的质量。分散剂对反应物起到分散的作用，使得反应物扩散均匀，反应稳定。聚合物在热的作用下大分子产生断裂，断裂处产生活性基团，分子扩链剂依靠自身的活性环氧基团重新偶合、支化降解断裂处产生的端基活性基团，反应生成高分子量的高聚物。苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯以及马来酸缩水甘油酯中含有碳碳双键，可以于聚合物大分子断裂后形成的羟基发生加成反应，从而扩增聚合物分子链，增加聚合物的分子量。2-咪唑烷酮具有亚氨基活泼氢，可以与戊氨酸端机预聚物反应，致使分子量延长。对pbs切片先进行干燥以减少水分带入反应，使得聚合反应的反应聚合程度下降。温度高于80℃时进行干燥会使pbs发生较为严重的软化，切片容易发生粘合而影响后续的共聚反应。在共聚反应中利用氮气进行保护，氮气是一种惰性气体，极不活泼，可以对反应起到保护防止氧化的作用。控制塑化时的压强高于大气压，使得在高压条件下，pbs切片、聚ε-己内酯和甲壳质纤维素的共聚扩链反应的正向反应程度更加完全，得到的聚酯短纤的质量更高。优选的，高压双螺杆进料段温度控制在200-240℃，压缩段温度为260-300℃；混炼脱挥好的熔体输往纺丝箱，温度控制在240-260℃，环吹风温度20-25℃。优选的，步骤(3)中后纺处理工艺如下：纺丝速度700-1300m/min；拉伸水槽温度60-85℃；预牵伸倍率1.05-1.10；一牵伸倍率1.5-2.3；二牵伸倍率1.02-1.1；经卷曲、紧张热定形、烘箱松驰热定型后切断可制成纤度0.8-15d,长度3-86mm多种规格的短纤。通过采用上述技术方案，后纺处理时控制纺丝速度如果低于700m/min时，纺丝容易发生弯曲皱折，影响纺丝的拉伸质量。而当纺丝的速度高于1300m/min时，则纺丝容易被拉伸的过细，容易发生断裂，韧性降低。当拉伸水槽的温度低于60℃时，温度过低，纺丝容易变硬，拉伸效果变差。当拉伸水槽的温度高于85℃时，纺丝过于柔软，拉伸过长会使得纺丝的韧性变差。综上所述，本发明的有益技术效果为：1、通过呈锥形的压塑螺杆设置且与内壁贴合，使得供物料输送的空间越来越小，使得物料受到的压力越来越大，且物料在高压环境中温度会较高，使得物料反应更为充分，提高了物料的塑化效果，从而提高了物料的熔融质量；2、通过在平直段设置输送螺杆，且输送螺杆通过万向节与压塑螺杆同步转动，使得熔融的物料在平直段依然能够被推动，使输送到纺丝箱的物料的压力较大，满足纺丝箱的喷丝压力需求，从而无需借助外界压力源；同时也缩短了纺丝箱和双螺杆挤压机之间的连接管道的长度，大大降低了物料降解的概率，从而提高喷丝的质量；3、通过将pbs切片经熔融缩聚脱水制备出可生物降解的聚酯短纤维，有利于改善白色污染；4、通过在原料中添加少量的甲壳质纤维素原料与pbs进行交联，增加了短纤的韧性和弹性。附图说明图1是本发明的立体结构的示意图，图中将管体切去一半；图2是本发明中的压塑螺杆的截面图；图3是图1中a部的放大示意图。附图标记：1、机架；11、驱动件；12、第二伞齿轮；2、管体；21、缩口段；211、进料口；212、出气口；22、平直段；23、封闭板；241、排气口；242、真空泵；3、纺丝箱；41、压塑螺杆；411、第一伞齿轮；42、输送螺杆；43、万向节；51、第一支撑架；511、固定杆；512、支撑环；513、导向环；514、导向块；52、第二支撑架。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细描述。一种降解短纤生产工艺，包括以下步骤：(1)准备原料，原料包括以下重量份数的组分：其中分子扩链剂包括以下重量百分比的组分：(2)控制温度低于80℃对pbs切片进行干燥；(3)将分子扩链剂和亚磷酸酯类抗氧剂、分散剂以及pbs切片、聚ε-己内酯和甲壳质纤维素按比例混合均匀，然后在辅助干热氮气的保护下，进入高压双螺杆挤压机中进行塑化，控制压强为32mpa，高压双螺杆进料段温度控制在200-240℃，压缩段温度为260-300℃；混炼脱挥好的熔体输往纺丝箱3，温度控制在240-260℃，环吹风温度20-25℃。；(4)将塑化后的聚合物进行后纺处理，后纺工艺如下：纺丝速度700m/min；拉伸水槽温度60℃；预牵伸倍率1.05；一牵伸倍率1.5；二牵伸倍率1.02；经卷曲、紧张热定形、烘箱松驰热定型后切断可制成纤度1d,长度36mm多种规格的短纤。一种高压双螺杆挤压机，参照图1，包括机架1，机架1上固定设有管体2，管体2包括一体成型连接的缩口段21和平直段22，且平直段22连接在缩口段21的较小端，缩口段21在功能上从远离平直段22一端到连接平直段22一端分为加料段和压缩段。缩口段21远离平直段22一端一体成型设置有用于封闭开口的封闭板23，平直段22远离缩口段21一端的开口为挤出口(图中未示出)，挤出口连接纺丝箱3的进口。缩口段21远离平直段22一端的上表面开设有进料口211，用于将物料加入到管体2内；在缩口段21与平直段22的连接处的上表面开设有排气口241，排气口241连接有真空泵242，用于抽吸气体。结合图2，机架1上固定设置有驱动件11，驱动件11采用减速电机，缩口段21内转动设置有两个呈锥形且轴线交错的压塑螺杆41，两个压塑螺杆41的转轴穿出封闭板23一端均固定设置有第一伞齿轮411，驱动件11的输出轴上固定设置有分别与两个第一伞齿轮411啮合的第二伞齿轮12，两个压塑螺杆41的转轴与封闭板23转动密封配合；压塑螺杆41的螺旋叶与缩口段21的内壁贴合，且两个压塑螺杆41的螺旋叶相互啮合，在相互啮合的两个压塑螺杆41的螺旋叶之间具有供物料输送的空间，进料口211加的料直接进入到该空间中。同时，每根压塑螺杆41的螺旋叶靠近压塑螺杆41轴心一端的宽度从靠近驱动件11一端到远离驱动件11一端逐渐增大，进一步提高挤压力。参照图3，为了提高压塑螺杆41远离驱动件11一端的稳定性，在缩口段21靠近平直段22一端的内腔设置有第一支撑架51，第一支撑架51包括六根固定杆511和两个支撑环512，每三个固定杆511为一组均匀间隔固定设置在同一个压塑螺杆41的缩口段21的内腔壁上，且每三个固定杆511远离缩口段21的内腔壁一端固定连接一个支撑环512，压塑螺杆41远离驱动件11一端转动设置在支撑环512上。固定杆511正对物料输入的一侧固定设置有截面呈三角形的导向块514，支撑环512朝向物料输入的一侧固定设置有导向环513，导向环513的截面呈直角三角形，且导向环513的截面的一个直角边与压塑螺杆41的长度方向平行，且导向环513的截面的另一个直角边与支撑环512连接。当物料通过导向环513时，物料会在导向环513的斜面的作用下流过支撑环512，减小了阻力；同时固定杆511的导向块514也能起到减小阻力的作用，提高物料在管体2内流动的流畅性。平直段22内设置有两个呈平行的输送螺杆42，两个输送螺杆42与两个压塑螺杆41一一对应，平直段22内腔的两端固定设置有第二支撑架52，第二支撑架52与第一支撑架51的结构相同，每个输送螺杆42的两端转动安装在两个第二支撑架52上；且压塑螺杆41与输送螺杆42之间通过万向节连接实现同步转动。参照图1，在进料口211与排气口241之间的缩口段21上还开设有出气口212，使得物料在被压塑螺杆41挤压过程中且未成为熔融状态时产生的气体排出，减少后期成为熔融状态时物料中的气体的量，使得在通过排气口241排气时气体被抽走的较为彻底。本实施例的工作原理：使用时，驱动件11带动第二伞齿轮12转动，第二伞齿轮12带动第一伞齿轮411转动，压塑螺杆41与第一伞齿轮411同步转动，输送螺杆42与压塑螺杆41通过万向节同步转动。将物料从进料口211放入，在压塑螺杆41和输送螺杆42的依次带动下送缩口段21输送到平直段22，物料在被加热输送的过程中，一部分气体从出气口212排出，然后进入熔融状态，经过排气口241时物料中的气体再被真空泵242抽走，最后经过平直段22后被输送至纺丝箱3进行喷丝。实施例2-4与实施例1的区别在于制备短纤的原料按重量份数计为下表：实施例5-9与实施例1的区别在与于分子扩链剂中各组分按重量百分比计为下表：实施例10-13与实施例1的区别在与于纺丝速度和拉伸水槽温度计为下表：实施例纺丝速度(m/min)拉伸水槽温度(℃)实施例1085066实施例11100072实施例12115078实施例13130085对比例对比例1为涤纶化纤；对比例2与实施例1的区别在于未添加甲壳质纤维素。检测方法生物降解性能测试iso14855-99/gb/t19277-2003检测方法：将试样材料与堆肥接种物混合后放入堆肥化容器中，在一定的氧气，温度(58±2℃)，湿度(50-55％)的条件下进行充分的堆肥化，测定材料降解45天后co2的最终释放量(可延长至6个月)，用实际的co2释放量与其理论最大放出量的比值来表示材料的生物降解率。检测参照物为粒径小于20μm的纤维素，只有当参照物45天后降解率大于70％时，该实验有效。纤维强度测试用yg001a电子强力仪对纤维试样进行测试。生物降解率断裂强度(cn/dtex)实施例146％0.8实施例243％0.7实施例942％0.6对比例199％0.5对比例238％0.4结论：根据上表可以看出，实施例1和实施例2以及实施例9都比对比例1的生物降解率高，说明用pbs制备的短纤可以达到降解环保的效果。通过断裂强度之间的对比，可以得出甲壳质纤维素的添加对于限位的强度有一定的提升效果。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12