CN102031573B - 一种外置式超声脱泡装置及脱泡工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种外置式超声脱泡装置及脱泡工艺。该装置主要包括带有控温系统的溶料罐，其特征在于溶料罐的侧壁、罐底或侧壁和罐底为双层结构，溶料罐外设置有超声波发生器，且超声波发生器的探头安置在溶料罐的双层侧壁之间、双层罐底之间或双层侧壁和双层罐底之间；超声波发生器的超声频率范围是20-200kHz；超声功率为100-5000W。该脱泡工艺使用本发明所述脱泡装置，工艺是：按公知工艺把纺丝物料加入到溶料罐中后，开启搅拌器和超声波发生器，并将纺丝温度设定为纺丝溶液温度，同时搅拌和超声0.5-3h；待物料溶解均匀后，先关闭搅拌器，利用超声波继续脱泡5-30min，直至气泡完全消失即得。

Description

一种外置式超声脱泡装置及脱泡工艺
技术领域
本发明涉及溶液纺丝技术，具体为一种外置式超声脱泡装置及脱泡工艺。该脱泡装置及脱泡工艺可应用于溶液纺丝过程中。 
背景技术
在常用化学纤维纺丝成型工艺中，溶液纺丝是一种重要方法。溶液纺丝过程中，纺丝溶液脱泡效果的好坏直接影响产品纤维的质量，存有少量甚至微量气泡的纺丝溶液都将使纤维在气泡点破损或断裂，影响使用。目前纺丝生产中常规的脱泡方法有静置脱泡、化学药品脱泡和减压脱泡方法这些方法都存在一定的问题：(1)静置脱泡法所需的时间较长，不利于连续生产；对于粘度较高的纺丝溶液，脱泡效果不理想；(2)化学药品脱泡法中添加的化学药品会影响纺丝溶液的物理化学性质，还可能残留在纤维产品中；(3)减压脱泡法对溶料罐的密封性和材质都有较高的要求。此外，这些脱泡方法在实施过程中一般要求提高纺丝溶液的温度来促进物料溶解和气泡溢出，脱泡完成后还需要将纺丝溶液的温度降低至纺丝温度才能进行纺丝，因此能耗高、时间长。 
发明外容 
针对现有技术的不足，本发明提供一种外置式超声脱泡装置及脱泡工艺。该脱泡装置结构简单，能耗低，适用性广，可实现工业化应用；该脱泡工艺操作简单，脱泡时间短，脱泡效果好，无残留，无污染。 
本发明解决所述脱泡装置技术问题的技术方案是：设计一种外置式超声脱泡装置，该装置主要包括带有控温系统的溶料罐，溶料罐的顶部分别设置有进料阀门和温度计；溶料罐的底部设置有出料阀门；溶料罐内安装有搅拌器，搅拌器外接传动机构，其特征在于所述溶料罐的侧壁、罐底或侧壁和罐底为双层结构，溶料罐外设置有超声波发生器，且超声波发生器的探头安置在溶料罐的 双层侧壁之间、双层罐底之间或双层侧壁和双层罐底之间；所述超声波发生器的超声频率范围是20-200kHz；超声功率为100-5000W。 
本发明解决所述脱泡工艺技术问题的技术方案是：设计一种超声脱泡工艺，该工艺采用本发明所述的超声波发生装置对纺丝溶液进行脱泡，具体工艺是：打开进料阀门，按公知工艺设计把纺丝物料加入到溶料罐中，关闭进料阀门；开启搅拌器和超声波发生器，并将纺丝工艺温度设定为溶料罐中纺丝溶液的温度，搅拌并同时超声脱泡0.5-3h；待物料溶解均匀后，先关闭搅拌器，利用超声波继续脱泡5-30min，直至纺丝溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器，即得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液。 
与现有技术比，本发明所述超声脱泡装置和脱泡工艺具有以下特点： 
1.脱泡时间缩短，使脱泡时间由常规的12-24h缩短到5-25min； 
2.物料的溶解时间缩短，使纺丝溶液组成更为均匀； 
3.超声脱泡过程中不加入任何化学物质。不会对纺丝溶液的物理化学性质产生影响，产品纤维中无化学品残留，进一步保证了产品纤维质量，且纺丝液排放不会造成环境污染； 
4.取消了传统的高温脱泡再降温至纺丝温度的控温工序，因而运行成本降低，工艺简化。 
5.经本发明短时间脱泡后即可直接开始纺丝，使溶液纺丝纤维生产的脱泡环节实现连续化。 
附图说明
图1为本发明所述外置式超声脱泡装置一种实施例的结构示意图。 
图2为本发明所述外置式超声脱泡装置另一种实施例的结构示意图。 
图3为本发明所述外置式超声脱泡装置第三种实施例的结构示意图。 
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明： 
本发明设计的外置式超声脱泡装置(简称脱泡装置，参见图1-3)，该装 置主要包括带有控温系统的溶料罐1，溶料罐1的顶部分别设置有进料阀门2和温度计4；溶料罐1的底部设置有出料阀门9；溶料罐1内安装有搅拌器3，搅拌器3外接传动机构(图1中未画出)，其特征在于所述溶料罐1的侧壁、罐底或侧壁和罐底为双层结构，溶料罐1的外部设置有超声波发生器(图1中未画出)，且超声波发生器5的探头51安置在溶料罐的双层侧壁之间(参见图2)、双层罐底之间(参见图3)或双层侧壁和双层罐底之间(参见图1)，探头51不与物料直接接触；所述超声波发生器5的超声频率范围是20-200kHz；超声功率为100-5000W。 
本发明脱泡装置所述溶料罐6带有的控温系统和搅拌器3外接的传动机构本身均为现有技术。 
本发明所述的脱泡装置和脱泡工艺适用于粘度范围为1-100Pa.s的纺丝溶液。所述外置超声波发生器的超声频率范围是20-200kHz；超声功率在100-5000W之间选择。本发明脱泡工艺过程中，搅拌器的搅拌时间和同时脱泡的时间为0.5-3h，后续或延续的脱泡时间为5-30min。 
本发明同时设计了一种脱泡工艺，该工艺使用本发明所述的外置式超声脱泡装置对纺丝溶液进行脱泡，具体工艺是：打开进料阀门2，按公知工艺设计把纺丝物料加入到溶料罐1中，关闭进料阀门2；开启搅拌器3和超声波发生器5，并将纺丝工艺温度设定为溶料罐1中纺丝溶液的温度，搅拌并同时超声脱泡0.5-3h；待物料溶解均匀后，先关闭搅拌器3，利用超声波继续脱泡5-30min，直至纺丝溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器5，即得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液。打开出料阀门9，即可直接开始纺丝工艺，实现脱泡工艺连续化。 
本发明脱泡装置和脱泡工艺采用了超声波脱泡方法，其工作原理是：超声波发生器产生的超声波经超声波发生器探头辐射到溶料罐1中的纺丝溶液中，纺丝溶液中溶解的空气在超声波的作用下会不断聚集成为细小的气泡，最后汇聚成为球状气泡，上浮至纺丝溶液表面并破裂，从而达到脱泡的目的。本发明机械搅拌的主要作用是防止大块的固体物料沉积在溶料罐1的底部。所设计超声波发生器5的探头51发出的超声波可在纺丝溶液中传播，使纺丝溶液中 的微粒发生高速振荡。高频超声波的作用一方面可加速溶质的溶解，另一方面使溶液中溶解的气体聚集成为球状气泡上浮至液体表面并破裂，从而达到脱泡的技术效果。 
本发明未述及之处适用于现有技术。 
下面给出本发明的具体实施例，这些具体实施例仅用于进一步叙述本发明，并不限制本发明申请权利要求的保护范围。 
实施例1 
设计一个外置式超声脱泡装置，其超声波发生探头安置在溶料罐的双层侧壁内。所述超声波发生器的超声频率为20kHz，超声功率为100W。 
使用上述脱泡装置采用溶液纺丝的方法制备聚砜中空纤维：打开进料阀门2，按公知工艺设计要求将总量为10kg的聚砜树脂、溶剂和添加剂等物料加入到溶料罐1中，关闭进料阀门2；开启搅拌3和超声波发生器，并将纺丝温度设定为纺丝溶液的温度；搅拌和同时超声脱泡0.5h后，先关闭搅拌3，利用超声波继续脱泡5min，直至溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器，即可得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液。所得纺丝溶液的粘度约为1Pa.s。打开出料阀门9，即可直接开始纺丝工艺。 
实施例2 
设计一个超声脱泡装置。其超声波发生探头安置在溶料罐的双层底壁内。所述超声波发生器的超声频率为100kHz，超声功率为900W。 
使用上述脱泡装置采用溶液纺丝的方法制备聚偏氟乙烯中空纤维：打开进料阀门2，按公知设计要求将总量为20kg的聚偏氟乙烯树脂、溶剂和添加剂等物料加入到溶料罐1中，关闭进料阀门2；开启搅拌3和超声波发生器，并将纺丝温度设定为溶料罐1中的纺丝溶液的温度；搅拌和同时超声脱泡1h后，先关闭搅拌3，利用超声波继续脱泡15min，直至溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器，即可得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液。所得纺丝溶液的粘度为50Pa.s。打开出料阀门9，即可直接开始纺丝工艺。 
实施例3 
设计一个超声脱泡装置。其超声波发生探头分别安置在溶料罐的双层侧壁和底壁内。所述超声波发生器的超声频率为200kHz，超声功率为5000W。 
使用上述脱泡装置采用溶液纺丝的方法制备聚丙烯腈中空纤维：打开进料阀门2，按公知工艺设计将总量为30kg的聚丙烯腈树脂、溶剂和添加剂等物料加入到溶料罐1中，关闭进料阀门2；开启搅拌3和超声波发生器，并将纺丝温度设定为纺丝溶液的温度；搅拌和同时超声脱泡3h后，先关闭搅拌3，利用超声波继续脱泡30min，直至溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器，即可得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液，所得纺丝溶液的粘度为100Pa.s。打开出料阀门9，即可直接开始纺丝工艺。 

Claims (2)

1.一种外置式超声脱泡装置，该装置主要包括带有控温系统的溶料罐，溶料罐的顶部分别设置有进料阀门和温度计；溶料罐的底部设置有出料阀门；溶料罐内安装有搅拌器，搅拌器外接传动机构，其特征在于所述溶料罐的侧壁、罐底或侧壁和罐底为双层结构，溶料罐外设置有超声波发生器，且超声波发生器的探头安置在溶料罐的双层侧壁之间、双层罐底之间或双层侧壁和双层罐底之间；所述超声波发生器的超声频率范围是20-200kHz；超声功率为100-5000W。
2.一种脱泡工艺，该工艺使用权利要求1所述的外置式超声脱泡装置对纺丝溶液进行脱泡，具体工艺是：打开进料阀门，按公知工艺设计把纺丝物料加入到溶料罐中，关闭进料阀门；开启搅拌器和超声波发生器，并将纺丝工艺温度设定为溶料罐中纺丝溶液的温度，搅拌并同时超声脱泡0.5-3h；待物料溶解均匀后，先关闭搅拌器，利用超声波继续脱泡5-30min，直至纺丝溶液中的气泡完全消失，再关闭超声波发生器，即得到完全脱泡且溶解均匀的纺丝溶液。
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