CN101498056B - 一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种合成纤维生产方法，尤其是涉及一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备及方法。其主要是解决现有技术所存在的不能随意控制熔体流动压力、速度，效率较低，生产成本较高、工艺范围窄等的技术问题。本发明的设备，包括有添加物制备装置、过滤装置、计量装置、多元耦合器、增压泵、动态分散器、第一三通阀、第二三通阀、排料阀、数控装置。本发明的方法是在添加物制备装置中分别加入色料与添加剂原料，并且通过数控装置调节添加量，然后经过过滤装置、计量装置、多元耦合器，主熔体进入多元耦合器与色料、添加剂一起进行耦合，耦合后的多元熔体进入动态分散器中进行分散，最后进行纺丝。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成纤维生产方法，尤其是涉及一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备及方法。
背景技术
目前，纺织行业纤维着色主要采用先织后染后整理染色。有色面料生产经过纺丝(纱)、高温高压染色、整经织布、整理，或者纺丝、整经织布、染前处理、高温高压染色、整理等多道加工环节。采用常规纺纺制的白色涤纶长丝用分散性染料在高温高压或载体存在下进行染色，对纤维损伤大，色牢度差，工艺流程长，能耗大，污染严重。彩色纤维及功能性纤维的生产是化学纤维生产中不断发展的技术。随着化学纤维工业的迅速发展，对纤维拥有多重功能特性的要求与日俱增。开发和应用多元在线添加技术成为差别化纤维发展的急需。
现今国内生产彩色涤纶长丝也有采用共混纺丝法进行生产的。共混纺丝方法是将颜色母粒或功能母粒加入到聚合物中，用常规切片纺丝设备进行纺丝，制得有色化纤长丝。当前几乎所有共混纺丝主要采用切片计量熔融方法生产，国内、外还没有熔体直接纺生产线生产彩色纤维或功能性纤维。切片纺间歇式工艺路线生产彩色和功能性纤维，具有投资大、能耗高、工艺路线长，质量不易控制等缺点。
中国专利公开了一种熔体直纺在线添加技术生产有色和差别化涤纶短纤维的方法(公开号：CN 1944719A)，其包括聚酯熔融、纺丝、集束、牵伸、卷曲、松弛、切断和打包，在聚酯熔体进入纺丝箱体之前，注入经干燥、熔融、过滤、计量后的改性原料，与聚酯熔体一起经高效静态混合器充分均匀混合后，共同进入纺丝箱体进行纺丝。中国专利还公开了一种将聚合物熔体与添加剂相混合的方法(公开号：CN 1777496A)，其将聚碳酸酯熔体与液状、溶液状或分散体状添加剂混合的连续方法，包括添加剂加入到由聚合物熔体组成的主流中，然后混合，尤其是直接在固定混合器中与主流混合；其混合在流动管中作为主流的高粘度聚合物熔体与来自液体侧流的添加剂的连续方法，包括添加剂与部分的聚合物熔体在侧流中预混，含有添加剂的侧流通过进料管路，特别是通过排列在流动管中央的管路进入主流中，组合流在直接连接在下游的第一固定混合器中剧烈混合，此预混物在截面加宽的混合管和结构(目宽)更细小的第二固定混合器中被粉碎，聚合物熔体是聚碳酸酯。
但这两种方法在直纺生产过程中，根据纺丝产品不同，与添加原料共混后的熔体流动压力、速度存在较大差异，而熔体通过静态混合器的流动速度与静态混合器的混合、分散效果密切相关，当流速高时，混合效果较为充分，反之，流速低时，混合效果不理想，且流速高时能耗大、压力过高、不稳定，不易于生产稳定性。另外直接纺为连续化大量生产装备，彩色纤维或功能性纤维本身具有多色系、多品种的特点，单一的混合模式因其缺乏柔性难以适应多变的颜色和改性添加物的混合要求，必须增加柔性来解决灵活多变的产品需求与连续化大量生产装置间的矛盾。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备及方法，其主要是解决现有技术所存在的不能随意控制熔体流动压力、速度，流速低时，混合效果不理想，流速高时能耗大、压力过高、不稳定，不易于生产稳定性，效率较低，生产成本较高、工艺范围窄等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，包括一个及以上个添加物制备装置，其特征在于所述的添加物制备装置通过管路连接有过滤装置，过滤装置另一端连接有计量装置，计量装置连接在多元耦合器，多元耦合器还分别连接有增压泵、动态分散器，增压泵与可将物料分散的动态分散器的另一端分别连接有第一三通阀与第二三通阀，第一三通阀与第二三通阀之间通过管路连接，并且第二三通阀与第一三通阀、动态分散器之间的管路各连接有一个排料阀，第二三通阀还连接有纺丝箱体；添加物制备装置、计量装置、增压泵、动态分散器以及第二三通阀的出料口都通过线路连接在数控装置上。
在主熔体进入纺丝箱之前，从第一三通阀引出，由独立增压泵将主熔体引入添加系统；同时由具有适应各种不同添加物特征枛能满足粉、粒形态等有机或无机添加物枛的熔融设备添加物制备装置，确保分子量及结构与主熔体的耦合性能达到纤维生产要求，具有很强柔性的在线多元添加物制备装置所输出的添加物熔体经连续过滤、精确计量装置计量后，与以独立增压泵提供动力的主熔体在多元耦合器中进行耦合，耦合后的多元熔体进入系统中可通过温度、分散速度、压力等匹配最佳工艺的另一关键装置枛动态分散器进行均匀分散，最终通过第二三通阀进入纺丝箱体进行纺丝。数控装置可将多个传感器参数如：温度、压力、频率转速等逻辑联动，并由一台工业控制计算机实时精确控制和管理，并记录、储存、优化产品工艺系统，实现生产过程的管理。
由于将色料和添加剂原料，通过精密在线计量与主熔体一起经多元耦合、温度平衡注入到动态分散器，利用控制系统对分散速度、温度、压力、转速等进行动态精确控制，这种方法可靠、兼容不同原料好、精度高、变换品种方便。并可适应不同比例和流量级别的应用。由于该在线多元添加系统可实现在线柔性添加、分散，添加物均匀分布纤维内部，其生产出的彩色纤维或功能性纤维产品质量高、色系全、色彩亮丽鲜艳、色牢度好，功能性保持好，产品档次高，直接纺丝主熔体直接进行着色和改性，省去了主料切粒、运输、干燥、熔融等工序，同时，添加剂利用率高。因此，综合节能和降耗效果显著。整套设备的工艺调整方便，实现数字化精密控制，可利用该技术对生产工艺优化、储存和管理。
作为优选，所述的动态分散器中设有驱动装置，驱动装置连接有分散旋转轴，其轴上设有可对物料进行剪切的组合型分散元件，组合型分散元件与动态分散器套筒的微间隙配合。分散旋转轴转动时，高精度的分散元件对共混熔体进行切割分流，同时，使剪切热最小。同时，分散器温度独立控制，可选择适当的分散温度。
作为优选，所述的动态分散器的进口处和/或出口处连接有热交换器。热交换器可以对多元熔体进行温度平衡。
作为优选，所述的添加物制备装置为两个。添加物制备装置设为多个，可以用以添加多种特性差异的添加物。
一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的方法，其特征在于：
a.在添加物制备装置中分别加入色料与添加剂原料，并且通过数控装置调节添加量；
b.将色料与添加剂原料通过过滤装置进行过滤，然后再进入计量装置，通过数控装置进行计量；
c.从计量装置出来的色料与添加剂原料进入多元耦合器；同时从第一三通阀注入主熔体，主熔体进入增压泵，通过数控装置调节压力，从增压泵出来的主熔体进入多元耦合器与色料、添加剂一起进行耦合，形成多元熔体；
d.耦合后的多元熔体进入动态分散器中，在数控装置的控制下由动态分散器的驱动装置通过分散旋转轴带动组合型分散元件，对多元熔体进行分散；
e.分散后的多元熔体经过第二三通阀后进入纺丝箱体进行纺丝。
在聚酯熔体进入纺丝箱体之前，由多台添加物制备装置，添加物制备装置的功能是根据添加物不同性质，在不同的温度、压力控制下对添加物熔融，将两种或多种添加原料经过滤装置过滤后，通过计量装置精确计量进入多元耦合器；同时主熔体通过三通阀经过增压泵进行压力调整后进入多元偶合器与一种或数种添加物偶合，再一同注入到动态分散器中。动态分散器可针对添加物特性、熔体压力、流动速度等，利用CONT1和CONT2程序控制单元，该单元连接上位工业计算机，根据生产工艺参数要求，对温度、速度、压力、多元添加物制备装置的注入量、转速等各项工艺参数进行精确的系统控制，由动态分散器中的驱动装置带动高效分散旋转轴，其轴上设有特殊排列的组合型分散元件，与动态分散器套筒的微间隙配合；轴转动时，高精度的分散元件对共混熔体进行切割分流，同时，使剪切热最小。多元熔体经三通阀后进入纺丝箱体进行纺丝。控制单元根据中的各传感器参数，温度、压力、频率转速等逻辑联动，分段调节，优化工艺。动态分散器中的高效分散旋转轴也可独立调速，使得多元在线添加系统可在确保纺丝工艺要求的前提下，实现多元熔体的理想分散。
独立的添加物制备单元可保证各种添加物在最佳的熔体特性条件下，以最短的停留时间进行纺丝，通过调节各添加单元温度与动态分散器协调配合，确保整个系统的柔性化。
由于将色料和添加剂原料，通过精密在线计量与主熔体一起经多元耦合、温度平衡注入到动态分散器，利用控制系统对分散速度、温度、压力、转速等进行动态精确控制实现充分地分散效果，这种方法可靠、兼容不同原料、精度高、变换品种方便。
作为优选，所述的步骤a中添加物制备装置的温度为260～290℃、压力为80～110Kg/cm2。添加物制备装置可以设为多台。
作为优选，所述的步骤c中的主熔体为常规聚酯或改性聚酯。
作为优选，所述的步骤c中主熔体的温度为275～290℃。
作为优选，所述的步骤d动态分散器中的分散旋转轴转速为20～60m/min时，动态分散次数为1500～4500次。根据物料特性分散次数连续可调，可选择与物料性能相匹配的转速，转速越高，分散次数越多，
作为优选，所述的步骤d中，耦合后的多元熔体先经过热交换器后再进入动态分散器中，热交换后的多元熔体温度为270～285℃；；经过动态分散器分散后的多元熔体再经过热交换器进行热交换，热交换后的多元熔体温度为275～290℃。
因此，本发明具有省去了主料切粒、运输、干燥、熔融等工序，同时，添加剂利用率高，生产出的彩色纤维或功能性纤维产品质量高、色系全、色彩亮丽鲜艳、色牢度好，功能性保持好，产品档次高，生产成本较低、工艺范围较广，色差易于控制，设备结构简单、合理等特点。
附图说明
附图1是本发明设备的一种结构示意图。
图中零部件、部位及编号：多元耦合器1、增压泵2、动态分散器3、第一三通阀4、第二三通阀5、排料阀6、数控装置7、第一添加物制备装置8、第二添加物制备装置9、第一过滤装置10、第二过滤装置11、第一计量装置12、第二计量装置13、第一热交换器14、第二热交换器15。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本例的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，如图1，有第一添加物制备装置8与第二添加物制备装置9，第一添加物制备装置8通过管路依次连接第一过滤装置10、第一计量装置12，第二添加物制备装置9通过管路依次连接第二过滤装置11、第二计量装置13。另外，主熔体通入处设有一个第一三通阀4，第一三通阀4通过管路连接有增压泵2。增压泵2、第一计量装置12、第二计量装置13都与多元耦合器1连通，多元耦合器1的出口处连接有第一热交换器14，第一热交换器14另一端连接有动态分散器3，动态分散器3出口处通过第二热交换器15连接有第二三通阀5，第一三通阀4与第二三通阀5之间通过管路连通，并且第二三通阀5与第一三通阀4、动态分散器3之间的管路各连接有一个排料阀6。第二三通阀5的出料口连接纺丝箱体。第一添加物制备装置8、第二添加物制备装置9、第一计量装置12、第二计量装置13、增压泵2、动态分散器3以及第二三通阀5的出料口都通过线路连接在数控装置7上。
本例的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色功能性纤维的方法，生产单元6纺丝位，如图1箭头所示，其步骤为：
a.在第一添加物制备装置8中加入色料，调节温度为275℃、压力为80Kg/cm2，在第二添加物制备装置9中加入抗菌母料，调节温度为280℃、压力为80Kg/cm2，并且通过数控装置7调节添加量；
b.将色料熔体与抗菌母料熔体分别通过第一过滤装置10、第二过滤装置11进行过滤，过滤掉异常粒子及杂质，然后再分别进入第一计量装置12、第二计量装置13通过数控装置7进行计量；
c.从计量装置出来的色料与抗菌原料进入多元耦合器1；同时从第一三通阀4注入主熔体，主熔体为聚酯，主熔体的温度为285℃，主熔体进入增压泵2，通过数控装置7调节压力至80Kg/cm2，从增压泵2出来的主熔体进入多元耦合器1与色料、添加剂一起进行耦合，形成多元熔体；
d.耦合后的多元熔体先进入第一热交换器14进行热交换，使得热交换后的多元熔体温度为282℃；然后多元熔体进入动态分散器3中，在数控装置7的控制下由动态分散器的驱动装置带动高效分散旋转轴部件，对多元熔体进行分散，其中高效分散旋转轴部件的转速为40转/分，一共分散3000次；从动态分散器3出口出来的多元熔体再进入第二热交换器15进行热交换，使得热交换后的多元熔体温度为285℃；
e.分散后的多元熔体经过第二三通阀5后进入纺丝箱体进行纺丝。
实施例2：本例的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色功能性纤维的设备，同实施例1。
本例的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色功能性纤维的方法，生产单元12纺丝位，如图1箭头所示，其步骤为：
a.在第一添加物制备装置8中加入色料，调节温度为275℃、压力为120Kg/cm2在第二添加物制备装置9中加入阻燃母料，调节温度为270℃、压力为120Kg/cm2，并且通过数控装置7调节添加量；
b.将阻燃剂与添加剂原料熔体分别通过第一过滤装置10、第二过滤装置11进行过滤，过滤掉异常粒子及杂质，然后再分别进入第一计量装置12、第二计量装置13通过数控装置7进行计量；
c.从计量装置出来的色料及阻燃熔体进入多元耦合器1；同时从第一三通阀4注入主熔体，主熔体为聚酯，主熔体的温度为278℃，主熔体进入增压泵2，通过数控装置7调节压力至120Kg/cm2，从增压泵2出来的主熔体进入多元耦合器1与阻燃剂、添加剂一起进行耦合，形成多元熔体；
d.耦合后的多元熔体先进入第一热交换器14进行热交换，使得热交换后的多元熔体温度为275℃；然后多元熔体进入动态分散器3中，在数控装置7的控制下由动态分散器的驱动装置带动高效分散旋转轴部件，对多元熔体进行分散，其中高效分散旋转轴部件的转速为30转/分，一共分散2250次；从动态分散器3出口出来的多元熔体再进入第二热交换器15进行热交换，使得热交换后的多元熔体温度为276℃；
e.分散后的多元熔体经过第二三通阀5后进入纺丝箱体进行纺丝。
Claims (10)
1.一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，包括一个及以上个添加物制备装置，其特征在于所述的添加物制备装置通过管路连接有过滤装置，过滤装置另一端连接有计量装置，计量装置连接在多元耦合器（1），多元耦合器（1）还分别连接有增压泵（2）、动态分散器（3），增压泵（2）的另一端连接有第一三通阀（4），可将物料分散的动态分散器（3）的另一端直接或间接连接有第二三通阀（5），第一三通阀（4）与第二三通阀（5）之间通过管路连接，并且第二三通阀（5）与第一三通阀（4）、动态分散器（3）之间的管路各连接有一个排料阀（6），第二三通阀（5）还连接有纺丝箱体；添加物制备装置、计量装置、增压泵（2）、动态分散器（3）以及第二三通阀（5）的出料口都通过线路连接在数控装置（7）上。
2.根据权利要求1所述的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，其特征在于所述的动态分散器（3）中设有驱动装置，驱动装置连接有分散旋转轴，其轴上设有可对物料进行剪切的组合型分散元件，组合型分散元件与动态分散器套筒的微间隙配合。
3.根据权利要求1所述的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，其特征在于所述的动态分散器（3）的进口处和/或出口处连接有热交换器。
4.根据权利要求3所述的一种熔体直接纺丝在线多元添加生产彩色及功能性纤维的设备，其特征在于所述的添加物制备装置为两个。
5.一种使用权利要求1或2或3或4所述设备的方法，其特征在于：
a．在添加物制备装置中分别加入色料与添加剂原料，并且通过数控装置（7）调节添加量；
b．将色料与添加剂原料通过过滤装置进行过滤，然后再进入计量装置，通过数控装置（7）进行计量；
c．从计量装置出来的色料与添加剂原料进入多元耦合器（1）；同时从第一三通阀（4）注入主熔体，主熔体进入增压泵（2），通过数控装置（7）调节压力，从增压泵（2）出来的主熔体进入多元耦合器（1）与色料、添加剂一起进行耦合，形成多元熔体；
d．耦合后的多元熔体进入动态分散器（3）中，在数控装置（7）的控制下由动态分散器的驱动装置通过分散旋转轴带动组合型分散元件，对多元熔体进行分散；
e．分散后的多元熔体经过第二三通阀（5）后进入纺丝箱体进行纺丝。
6.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步骤a中添加物制备装置的温度为260～290℃、压力为80～110Kg/cm2。
7.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步骤c中的主熔体为常规聚酯或改性聚酯。
8.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步骤c中主熔体的温度为275～290℃。
9.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步骤d动态分散器（3）中的分散旋转轴转速为20～60m/min时，动态分散次数为1500～4500次。
10.根据权利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步骤d中，耦合后的多元熔体先经过热交换器后再进入动态分散器（3）中，热交换后的多元熔体温度为270～285℃；经过动态分散器（3）分散后的多元熔体再经过热交换器进行热交换，热交换后的多元熔体温度为275～290℃。
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