制备纺丝母粒的方法及系统与流程

本发明涉及一种制备纺丝母粒的方法及系统，属于熔融纺丝技术领域。

背景技术：

在熔体直纺的过程中，需要添加母粒。母粒是将所需要的各种助剂、填料与载体树脂先进行混合混炼，经过熔融挤出机等设备计量、混合、熔融、挤出、切粒等加工过程制得的颗粒料。现有技术中，纺丝母粒（包括功能母粒、色母粒等）的制备工艺流程主要包括：（1）将聚酯切片（如涤纶切片）与添加成份（如钛白粉、碳黑、抗菌粒子等）按工艺要求的份量称好，并按顺序放入高混机混合；（2）将混合完毕的材料在双螺杆熔融挤压机内熔融混合，经模头挤出、冷却、切粒得到所需要的母粒。母粒中添加成份的含量比实际产品中的需要量要高数倍至十几倍，在熔融纺丝过程中，必须根据母粒中添加成份的含量和实际产品中需要加入的量，调节母粒与基体树脂的混合配比，再按照熔体纺丝的步骤依次经熔融、由喷丝板挤出、冷却、上油、卷绕后得到成品纤维。该种方式存在的主要缺陷是：（1）现有工艺中需要将切片与相应的功能成份混合后再进行挤压融熔，使得粉体添加的过程比较复杂，耗费的时间成本和经济成本均较大，导致产品缺乏竞争力；（2）在母粒制造过程中，聚酯切片和添加成份预混合后再进行熔融，导致在生产过程中无法更换不同成分比例的添加成份，使得产品品种单一，无法满足市场多样性的需求。

现有技术中，专利cn206232853u公开了一种熔体直纺添加色粉生产特种纤维的系统，包括动态混合器b和色粉添加装置，所述动态混合器b的进料口接入熔体管道，所述动态混合器b的出料口连接纺丝箱；所述色粉添加装置的进料口连接熔体计量泵a，色粉添加装置的出料口连接熔体管道；所述色粉添加装置包括动态混合器a，动态混合器a通过小泵连接色粉干燥装置，色粉干燥装置的出口通过小泵控制进入动态混合器a。该专利申请中提及了将粉体和熔体在动态混合器a混合后，再由熔体管道输送至动态混合器b与聚酯熔体混合，最后送至纺丝箱进行纺丝。该专利方案虽然给出了将熔体和粉体在动态混合器进行混合的启示，但由于管道内熔体存在一定的压力，粉体是无法直接注入熔体中去的。即，该专利方案实际上并未公开粉体如何克服管道内或混合器内的熔体压力与熔体混合的实质技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种制备纺丝母粒的方法及系统，解决粉体添加入熔体中时的压力问题，使得粉体能够顺利注入熔体，并且能够实现在生产过程中更换不同成分比例的添加粉体，解决产品品种单一的问题。

按照本发明提供的技术方案，所述制备纺丝母粒的方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）聚酯熔体和添加粉体按照设定的混合比例分别进行计量，聚酯熔体以正压状态喂入进料螺杆机的熔体喂入点，添加粉体以常压状态喂入进料螺杆机的粉体喂入点，所述粉体喂入点位于熔体喂入点的前端；

（2）粉体和熔体注入进料螺杆机后由进料螺杆机输送至混合部，经混合部混合后得到混合熔体；

（3）混合熔体经计量后输送至造粒装置。

进一步地，所述进料螺杆机的粉体进料位置处的螺槽深度相对熔体喂料点的螺槽深度较深。

进一步地，所述聚酯熔体经熔体计量泵a计量后输入进料螺杆机，在熔体计量泵a出料端设置第一压力传感器，根据第一压力传感器采集的压力信号控制熔体计量泵a的电机转速，以保持熔体计量泵a输出端压力值恒定；所述混合熔体经熔体计量泵b计量后输入造粒装置或直纺装置，在熔体计量泵b输入端设置第二压力传感器，根据第二压力传感器采集的压力信号控制进料螺杆机的转速，以保持熔体计量泵b输入端压力值恒定。

进一步地，所述进料螺杆机的转速与熔体计量泵b输入端压力之间形成联锁控制，以保证所述熔体计量泵b输入端压力值大于熔体计量泵a输出端压力值。

进一步地，所述添加粉体由粉体喂料机喂入进料螺杆机；所述熔体计量泵a与粉体喂料机进行联锁控制，以保证添加粉体和熔体混合比例的恒定或按设定要求进行混合。

进一步地，所述添加粉体和聚酯熔体的混合比例为20~60%:40~80%。

进一步地，所述混合部采用设置于进料螺杆机输出端的动态混合器。

进一步地，所述混合部采用增设于进料螺杆机后端的混合段。

进一步地，所述基体聚合物采用涤纶、丙纶和尼龙类树脂熔体中的一种或几种；所述添加粉体为钛白粉或碳黑。

本发明还提供一种制备纺丝母粒的系统，其特征是：包括用于输送聚酯熔体的熔体管道，熔体管道的进料端设置熔体计量泵a，熔体管道的输出端连接至进料螺杆机的熔体喂入点，在进料螺杆机的熔体喂入点前端设置粉体喂入点，粉体喂入点通过粉体喂入管道与粉体喂料机连接；所述进料螺杆机的输出端连接混合部和熔体计量泵，熔体计量泵的输出端通过管道将混合熔体输送至造粒装置或直纺装置。

本发明具有以下优点：

（1）本发明所述制备纺丝母粒的方法采用聚酯熔体与添加粉体在进料螺杆机内混合，经模头挤出、冷却、切粒后得到纺丝母粒的方式，一方面简化了母粒制备的工艺和设备，另一方面由于节省了制备功能母粒过程的工序，直接将熔体与粉体混合得到纺丝母粒，大大降低了运行成本；

（2）本发明将粉体以常压状态进行注入、混合、输送，熔体以正压状态注入进料螺杆机，对设备要求低，可以直接利用现有设备实现工艺；并且通过粉体和熔体不同注入点的设置、螺杆机的结构设置，能够有效防止熔体向粉体方向反流；

（3）本发明通过控制器、熔体压力信号的采集和计量泵的精确控制，形成闭环控制回路，保证熔体计量泵输出熔体压力恒定；

（4）本发明通过控制器实现熔体计量泵a和粉体喂料机的联锁控制，保注熔体和粉体的比例稳定；

（5）本发明采用熔体和粉体直接混合的方式制造母粒，当需要生产不同成分比例的母粒时，只需在线实时通过控制器控制熔体计量泵的转速和粉体喂料机的喂料量，便能得到不同需求的产品，能够一条生产线在线实现多种产品的生产。

附图说明

图1为本发明所述制备纺丝母粒的系统结构图。

图2为本发明所述制备纺丝母粒方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种制备纺丝母粒的系统，包括用于输送主熔体的熔体管道1，熔体管道1的进料端设置熔体计量泵a，熔体管道1的输出端连接至进料螺杆机2的熔体喂入点，在进料螺杆机2的熔体喂入点前端设置粉体喂入点，粉体喂入点通过粉体喂入管道与粉体喂料机3（本实施例中采用失重喂料机）连接；所述粉体喂料机3的电机和熔体计量泵a的电机通过plc进行联锁控制以保证粉体和熔体的混合比例恒定或者按设定比例混合；所述进料螺杆机2的粉体进料位置处的螺槽深度相对熔体喂入点的螺槽深度较深，以避免熔体向粉体方向反流，对于熔体喂入点后端的螺槽深度设置没有要求，可以比粉体进料位置处的螺槽深、浅或设置成相同深度；所述进料螺杆机2的输出端连接混合熔体管道，混合熔体管道上依次设置动态混合器4和熔体计量泵b，熔体计量泵b的输出端通过管道将混合熔体输送至造粒装置。

在所述熔体计量泵a的输出端设置第一压力传感器5，在熔体计量泵b的输入端设置第二压力传感器6，第一压力传感器5和第二压力传感器6的信号输出端分别连接至plc，plc的控制信号输出端分别连接至熔体计量泵a的电机变频器和进料螺杆机2的电机变频器；plc通过控制熔体计量泵a的转速，以保持熔体计量泵a输出压力p1的恒定；plc通过控制进料螺杆机的转速，保证熔体计量泵b输入端的压力p2稳定。

所述造粒装置包括模头、冷却机构、切粒机构等，将混合熔体经模头挤出、冷却、切粒得到所需要的纺丝母粒。

实施例2：

一种制备纺丝母粒的方法，包括以下步骤：

（1）将涤纶切片经熔融挤出机熔融、挤出形成涤纶熔体，涤纶熔体由熔体管道输入熔体计量泵a；所述熔体计量泵a出料端的压力传感器采集压力信号并反馈至plc，plc根据该压力信号控制熔体计量泵a的电机转速，以保持熔体计量泵a输出压力p1的恒定；

（2）经熔体计量泵a精确计量输出的熔体以正压状态输入进料螺杆机，钛白粉由粉体喂料机以常压喂入进料螺杆机；钛白粉的喂料点位于熔体喂料点的前端，即，钛白粉喂入进料螺杆机后由进料螺杆机输送一段距离至熔体喂料点，在熔体喂料点与注入的常压涤纶熔体混合；在钛白粉与涤纶熔体混合过程中，进料螺杆机起到保温和输送的作用，进料螺杆机不用对添加的钛白粉进行熔融，只需要对涤纶熔体进行保温即可，进料螺杆机各区温可以设置成280℃、285℃、285℃、280℃、280℃；钛白粉和涤纶熔体的混合比例由熔体计量泵a与粉体喂料机通过plc进行联锁控制，以保证钛白粉和涤纶熔体的比例恒定或者比例按设定要求进行混合，在本实施例中，钛白粉与涤纶熔体的质量比为40%:60%；另外，熔体计量泵a输出压力设置为1mpa，由熔体计量泵a输出的熔体经熔体喂入点输入进料螺杆机时，熔体依然还保持一定的正压状态；

其中，为了防止熔体在注入进料螺杆机的熔体喂料点后向粉体方向反流，一方面将进料螺杆机2的粉体进料位置处的螺槽深度设置得比熔体喂入点的螺槽深度较深，以避免熔体向粉体方向反流；另一方面，通过控制进料螺杆机的螺杆与套筒的间隙，以防止反流，一般将螺杆与套筒的间隙设置在80-150微米。

另外，通过控制进料螺杆机的转速，由进料螺杆机通过转动建立起输出端压力，进料螺杆机由进料向出料端方向梯度式建立压力，以克服熔体反流，从而保证熔体计量泵b输入端建立的压力p2大于熔体计量泵a输出压力p1，在本实施例中，熔体计量泵b输入端压力为3mpa，熔体计量泵a输出压力为1mpa。一般地，为了避免熔体向粉体方向反流，熔体计量泵b输入端压力与熔体计量泵a输出压力的压力差不小于1mpa。其中，所述进料螺杆机的转速和熔体计量泵b输入端压力之间形成联锁控制，以保证通过进料螺机的转速实现对熔体计量泵b输入端压力的控制，有效避免熔体反流。

具体地：以300kg/h的产量计量，进料螺杆机的螺杆直径为150mm计算，进料螺杆机的转速控制为30-50转/min，以在熔体计量泵b输入端建立3mpa的压力。

由于在本实施例中进料螺杆机只起到保温和输送的作用，不对熔体进行加热，只通过螺杆保持在280℃对熔体进行保温，为了保证粉体在熔体中的分散并防止粉体颗粒太大对熔体局部温度的影响，对粉体的粒径需要进行一定的控制，一般粉体的粒径不大于5µm，但当粉体粒径过于小时又容易影起静电问题，因而粉体的粒径在工艺生产过程中需要控制不能低于0.3µm。为了防止粉体加入熔体中以及加入前发生凝聚现象，需要对粉体进行预处理，包括干燥处理等。

（3）钛白粉和涤纶熔体在进料螺杆机中混合后输出至动态混合器进行混合，并经熔体计量泵b计量后将混合熔体输送至造粒装置；

其中，可以通过控制动态混合器的转速来调整钛白粉与涤纶熔体的混合均匀度，熔体计量泵b用于计量输出端输出的混合熔体的产量；以300kg/h的产量计算，熔体计量泵b的转速设置为20.8转/分钟，动态混合器的转速设置为60转/分钟。

实施例3：

一种制备纺丝母粒的方法，包括以下步骤：

（1）将丙纶切片经熔融挤出机熔融、挤出形成丙纶熔体，丙纶熔体由熔体管道输入熔体计量泵a；所述熔体计量泵a出料端的压力传感器采集压力信号并反馈至plc，plc根据该压力信号控制熔体计量泵a的电机转速，以保持熔体计量泵输出压力p1的恒定；

（2）经熔体计量泵a精确计量输出的熔体以正压状态输入至进料螺杆机，碳黑由粉体喂料机从常压喂入进料螺杆机；碳黑的喂料点位于熔体喂料点的前端，即，碳黑喂入进料螺杆机后由进料螺杆机输送一段距离至熔体喂料点，在熔体喂料点与注入的常压丙纶熔体混合；碳黑粉体和熔体均采用常压注入进料螺杆机，可以直接利用现有的进料螺杆设备，无需对现有设备进行改造；在碳黑与丙纶熔体混合过程中，进料螺杆机起到保温和输送的作用，进料螺杆机不用对添加的碳黑粉体进行熔融，只需要对丙纶熔体进行保温即可，进料螺杆机各区温可以设置成250℃、255℃、255℃、250℃、250℃；碳黑和丙纶熔体的混合比例由熔体计量泵a与粉体喂料机通过plc进行联锁控制，以保证碳黑粉体和丙纶熔体的比例恒定或者比例按设定要求进行混合，在本实施例中，碳黑与丙纶熔体的质量比为20%:80%；另外，熔体计量泵a输出压力设置为1mpa，由熔体计量泵a输出的熔体由熔体喂入点输入进料螺杆机时，熔体依然还保持一定的正压状态；

其中，为了防止熔体在注入进料螺杆机的熔体喂料点后向粉体方向返流，将进料螺杆机2的粉体进料位置处的螺槽深度设置得比熔体喂入点的螺槽深度较深，以避免熔体向粉体方向反流；另外，通过控制进料螺杆机的转速，保证熔体计量泵b输入端建立的压力p2稳定，熔体计量泵b输入端建立的压力p2大于熔体计量泵a输出压力p1，在本实施例中，熔体计量泵b输入端压力为3mpa，熔体计量泵输出压力为1mpa。

（3）碳黑粉体和丙纶熔体在进料螺杆机中混合后进行混合，可以直接在进料螺杆机的后端增设一段混合段，由进料螺杆机实现对粉体和熔体的注入、保温和混合，从而可以取消掉设置于进料螺杆机输出端的动态混合器；经混合后的混合熔体经熔体计量泵b计量后将混合熔体输送至造粒装置；

本实施例中，可以通过控制进料螺杆机的转速来调整碳黑粉体与丙纶熔体的输送量和混合均匀度，熔体计量泵b用于计量输出端输出的混合熔体的产量。