一种高强PGA纤维的制备方法及其应用与流程

一种高强pga纤维的制备方法及其应用
技术领域
1.本发明涉及生物可降解纤维制造技术领域，尤其涉及一种高强pga纤维的制备方法及其应用。


背景技术：

2.pga即聚乙醇酸，又称聚羟基乙酸，是一种具有良好生物降解性和生物相容性的脂肪族聚酯类高分子材料。堆肥条件下，pga能在2-4个月内分解为水和二氧化碳。
3.目前，pga在欧美和日本已获得可安全生物降解认证，同时，它具有优越的降解性、生物相容性和较高的机械强度。目前应用在石化行业和医疗行业的占比较高。
4.如中国专利号为：202110538072.1、名称为：一种生物可降解pga熔融纺丝成形的方法，其公开了以下内容：将未进行预结晶且含水量为小于30ppm的pga切片经熔融挤出形成初生纤维后经侧吹风冷却、高倍热拉伸，然后卷绕，制得不粘结的纤维；高倍热拉伸是指热拉伸后得到拉伸倍数为5～20的pga纤维；不粘结的纤维的结晶度为45％～70％，声速取向值为1.5～3.5km/s；该专利其纺丝共混pbat，可防纤维间互相粘接。
5.然而上述发明专利的缺陷是必须在热拉伸后还进行热定型处理，并且需要经过较长时间高温热定型处理(115～125℃，3～4h)，而且是间隙化的，才能实施工业化批量生产，这样会增加很大的加工生产成本。
6.而上海纺织科技(2023年4月，51卷，第4期)“熔融给丝制备pga长丝的工艺与性能”，公开了实施纺丝卷绕，然后再拉伸的两步法路线，其缺陷是容易导致pga卷丝的氧化降解、水(湿态)的降解，影响拉伸性能，同时增加生产加工成本。
7.由此可见，对于高强pga纤维目前并没有较为有效的高效的生产加工方法，从而导致国内pga纤维的发展一直停滞不前。


技术实现要素：

8.针对上述存在的问题，本发明提供一种高强pga纤维的制备方法及其应用，能够克服现有技术中必须进行较长时间高温热定型处理才能实施工业化批量生产的问题，也能够克服现有技术中容易导致pga卷丝的氧化降解、水(湿态)降解的问题，从而能够连续一步法生产，实施工业化，稳定性好，大幅减少毛丝疵点，质量稳定；也能够大幅减少纺丝中的氧化、水解，强度可达6.5-7.5cn/dttx；使高强pga纤维在石油天然气管可降解塞球，医用免拆线，人体仿生器官等领域得到很好的应用。
9.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
10.一种高强pga纤维的制备方法，其中，包括：
11.(1)将pga切片在真空环境下进行干燥处理；
12.(2)将干燥处理后的pga切片进行螺杆熔融得到pga熔体；
13.(3)所述pga熔体经过计量纺丝箱计量和纺丝后，在纺丝板下孔口得到pga细流；
14.(4)在干空气充压、氮气加热稳压的环境下对所述pga细流进行侧吹风或者环吹
风，冷却成形，得到初生pga纤维；
15.(5)对初生pga纤维进行上油、多节热辊拉伸，得到高强pga纤维；
16.(6)对所述高强pga纤维进行成品丝卷绕。
17.上述的高强pga纤维的制备方法，其中，步骤(1)的干燥处理工艺为：全程真空且间隙充氮的环境下，保持温度115℃、4～7小时对pga切片进行干燥；其中，所述间隙充氮为每小时一次，每次5～15分钟。
18.上述的高强pga纤维的制备方法，其中，步骤(2)中螺杆熔融的温度为195～275℃。
19.上述的高强pga纤维的制备方法，其中，步骤(3)中的计量纺丝箱温度为250～275℃，所述纺丝板下孔口细流区温度为205～270℃。
20.上述的高强pga纤维的制备方法，其中，步骤(4)中，干空气含水小于10ppm，氮气加温至20～60℃，压力0.1～0.3mpa；
21.若侧吹风时：侧吹风区域：0～1.6米，风温16～46℃，风速0.2～0.45米/秒；
22.若环吹风时：环吹风区域0～380mm，风温16～46℃，风速0.2～0.45米/秒。
23.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，在两端仅留有狭缝的可视封闭装置内进行多节热辊拉伸，所述两端为进丝端和出丝端，所述可视封闭装置内充有氮气且压力为0.02-0.2mpa，所述多节热辊拉伸的热辊为5～6节，温度为135～205℃，拉伸倍率3.8～6.2倍。
24.上述的高强pga纤维的制备方法，其中，步骤(6)中，成品丝卷绕速度为980～1600米/分。
25.一种采用上述任意一项高强pga纤维的制备方法制备得到的高强pga纤维，其中，应用领域包括：石油天然气管可降解塞球，医用免拆线，人体仿生器官。
26.上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
27.本发明提供的一种高强pga纤维的制备方法，针对pga易降解问题，在纺丝板下孔口细流区，实施干空气充压、氮气加热后作为侧吹风(环吹风)的风源，从而大幅减少pga原丝纺程中的降解，同时直接在线连续一步法进行多节热辊拉伸，并且多节热辊拉伸在充氮环境下进行，不仅进一步提高结晶度、取向度，增强纤维强度，而且也有效避免间隙两步法停滞时导致的pga易降解的问题，进一步避免pga纤维的水(湿)解和氧化降解的问题，得到稳定性较好的高强pga纤维，并且能够采用连续一步法生产，实施工业化，使得pga纤维稳定性好，大幅减少毛丝疵点，质量稳定。
具体实施方式
28.下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
29.实施例1：
30.一种高强pga纤维的制备方法，包括：
31.(1)将pga切片在真空环境下进行干燥处理；
32.(2)将干燥处理后的pga切片进行螺杆熔融得到pga熔体；
33.(3)pga熔体经过计量纺丝箱计量和纺丝后，在纺丝板下孔口得到pga细流；
34.(4)在干空气充压、氮气加热稳压的环境下对pga细流进行侧吹风，冷却成形，得到初生pga纤维；
35.(5)对初生pga纤维进行上油、多节热辊拉伸，得到高强pga纤维；
36.(6)对高强pga纤维进行成品丝卷绕。
37.上述实施例1的步骤(1)的干燥处理工艺为：全程真空且间隙充氮的环境下，保持温度115℃、4小时对pga切片进行干燥；其中，间隙充氮为每小时一次，每次5分钟。
38.上述实施例1的步骤(2)中螺杆熔融的温度为195℃。
39.上述实施例1的步骤(3)中的计量纺丝箱温度为250℃，纺丝板下孔口细流区温度为205℃。
40.上述实施例1的步骤(4)中，干空气含水小于10ppm，氮气加温至20℃，压力0.1mpa；侧吹风时：侧吹风区域：0.5米，风温16℃，风速0.2米/秒。
41.上述实施例1的步骤(5)中，在两端仅留有狭缝的可视封闭装置内进行多节热辊拉伸，两端为进丝端和出丝端，可视封闭装置内充有氮气且压力为0.02mpa，多节热辊拉伸的热辊为5节，第1节温度为135℃、第2节温度为155℃、第3节温度为175℃、第4节温度为195℃、第5节温度为205℃，拉伸倍率3.8倍。
42.上述实施例1的步骤(6)中，成品丝卷绕速度为980米/分。
43.实施例2：
44.一种高强pga纤维的制备方法，包括：
45.(1)将pga切片在真空环境下进行干燥处理；
46.(2)将干燥处理后的pga切片进行螺杆熔融得到pga熔体；
47.(3)pga熔体经过计量纺丝箱计量和纺丝后，在纺丝板下孔口得到pga细流；
48.(4)在干空气充压、氮气加热稳压的环境下对pga细流进行侧吹风，冷却成形，得到初生pga纤维；
49.(5)对初生pga纤维进行上油、多节热辊拉伸，得到高强pga纤维；
50.(6)对高强pga纤维进行成品丝卷绕。
51.上述实施例2的步骤(1)的干燥处理工艺为：全程真空且间隙充氮的环境下，保持温度115℃、7小时对pga切片进行干燥；其中，间隙充氮为每小时一次，每次15分钟。
52.上述实施例2的步骤(2)中螺杆熔融的温度为275℃。
53.上述实施例2的步骤(3)中的计量纺丝箱温度为275℃，纺丝板下孔口细流区温度为270℃。
54.上述实施例2的步骤(4)中，干空气含水小于10ppm，氮气加温至60℃，压力0.3mpa；侧吹风时：侧吹风区域：1.6米，风温46℃，风速0.45米/秒。
55.上述实施例2的步骤(5)中，在两端仅留有狭缝的可视封闭装置内进行多节热辊拉伸，两端为进丝端和出丝端，可视封闭装置内充有氮气且压力为0.2mpa，多节热辊拉伸的热辊为6节，第1节温度为135℃、第2节温度为145℃、第3节温度为165℃、第4节温度为185℃、第5节温度为195℃，第6节温度为205℃，拉伸倍率6.2倍。
56.上述实施例2的步骤(6)中，成品丝卷绕速度为1600米/分。
57.实施例3：
58.一种高强pga纤维的制备方法，包括：
59.(1)将pga切片在真空环境下进行干燥处理；
60.(2)将干燥处理后的pga切片进行螺杆熔融得到pga熔体；
61.(3)pga熔体经过计量纺丝箱计量和纺丝后，在纺丝板下孔口得到pga细流；
62.(4)在干空气充压、氮气加热稳压的环境下对pga细流进行环吹风，冷却成形，得到初生pga纤维；
63.(5)对初生pga纤维进行上油、多节热辊拉伸，得到高强pga纤维；
64.(6)对高强pga纤维进行成品丝卷绕。
65.上述实施例3的步骤(1)的干燥处理工艺为：全程真空且间隙充氮的环境下，保持温度115℃、6小时对pga切片进行干燥；其中，间隙充氮为每小时一次，每次10分钟。
66.上述实施例3的步骤(2)中螺杆熔融的温度为225℃。
67.上述实施例3的步骤(3)中的计量纺丝箱温度为265℃，纺丝板下孔口细流区温度为245℃。
68.上述实施例3的步骤(4)中，干空气含水小于10ppm，氮气加温至40℃，压力0.2mpa；环吹风时：环吹风区域：300mm，风温30℃，风速0.3米/秒。
69.上述实施例3的步骤(5)中，在两端仅留有狭缝的可视封闭装置内进行多节热辊拉伸，两端为进丝端和出丝端，可视封闭装置内充有氮气且压力为0.1mpa，多节热辊拉伸的热辊为6节，第1节温度为135℃、第2节温度为150℃、第3节温度为170℃、第4节温度为180℃、第5节温度为190℃，第6节温度为205℃，拉伸倍率5.5倍。
70.上述实施例3的步骤(6)中，成品丝卷绕速度为1300米/分。
71.实施例4：
72.采用实施例1或者实施例2或者实施例3制备得到的高强pga纤维，应用领域包括：石油天然气管可降解塞球，医用免拆线，人体仿生器官。
73.综上所述，本发明提供的一种高强pga纤维的制备方法，针对pga易降解问题，在纺丝板下孔口细流区，实施干空气充压、氮气加热后作为侧吹风(环吹风)的风源，从而大幅减少pga原丝纺程中的降解，同时直接在线连续一步法进行多节热辊拉伸，并且多节热辊拉伸在充氮环境下进行，不仅进一步提高结晶度、取向度，增强纤维强度，而且也有效避免间隙两步法停滞时导致的pga易降解的问题，进一步避免pga纤维的水(湿)解和氧化降解的问题，得到稳定性较好的高强pga纤维，并且能够采用连续一步法生产，实施工业化，使得pga纤维稳定性好，大幅减少毛丝疵点，质量稳定。
74.本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
75.以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种高强pga纤维的制备方法，其特征在于，包括：(1)将pga切片在真空环境下进行干燥处理；(2)将干燥处理后的pga切片进行螺杆熔融得到pga熔体；(3)所述pga熔体经过计量纺丝箱计量和纺丝后，在纺丝板下孔口得到pga细流；(4)在干空气充压、氮气加热稳压的环境下对所述pga细流进行侧吹风或者环吹风，冷却成形，得到初生pga纤维；(5)对初生pga纤维进行上油、多节热辊拉伸，得到高强pga纤维；(6)对所述高强pga纤维进行成品丝卷绕。2.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)的干燥处理工艺为：全程真空且间隙充氮的环境下，保持温度115℃、4～7小时对pga切片进行干燥；其中，所述间隙充氮为每小时一次，每次5～15分钟。3.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中螺杆熔融的温度为195～275℃。4.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的计量纺丝箱温度为250～275℃，所述纺丝板下孔口细流区温度为205～270℃。5.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，干空气含水小于10ppm，氮气加温至20～60℃，压力0.1～0.3mpa；若侧吹风时：侧吹风区域：0～1.6米，风温16～46℃，风速0.2～0.45米/秒；若环吹风时：环吹风区域0～380mm，风温16～46℃，风速0.2～0.45米/秒。6.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，在两端仅留有狭缝的可视封闭装置内进行多节热辊拉伸，所述两端为进丝端和出丝端，所述可视封闭装置内充有氮气且压力为0.02-0.2mpa，所述多节热辊拉伸的热辊为5～6节，温度为135～205℃，拉伸倍率3.8～6.2倍。7.如权利要求1所述的高强pga纤维的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，成品丝卷绕速度为980～1600米/分。8.一种采用权利要求1-7中任意一项所述的高强pga纤维的制备方法制备得到的高强pga纤维，其特征在于，应用领域包括：石油天然气管可降解塞球，医用免拆线，人体仿生器官。

技术总结
本发明公开了一种高强PGA纤维的制备方法，属于生物可降解纤维制造技术领域，本发明针对PGA易降解问题，在纺丝板下孔口细流区，实施干空气充压、氮气加热后作为侧吹风(环吹风)的风源，从而大幅减少PGA原丝纺程中的降解，同时直接在线连续一步法进行多节热辊拉伸，并且多节热辊拉伸在充氮环境下进行，不仅进一步提高结晶度、取向度，增强纤维强度，而且也有效避免间隙两步法停滞时导致的PGA易降解的问题，进一步避免PGA纤维的水(湿)解和氧化降解的问题，得到稳定性较好的高强PGA纤维，并且能够采用连续一步法生产，实施工业化，使得PGA纤维稳定性好，大幅减少毛丝疵点，质量稳定。质量稳定。


技术研发人员：郯志清 王依民 赵莉 倪建华
受保护的技术使用者：苏州焕华纤维科技有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11