CN105420824A - 一种纺丝组件及其纺丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纺丝组件，包括罐筒以及喷丝板，喷丝板设有喷丝区且喷丝区设置有喷丝孔，喷丝板的上侧连接有容置室，容置室内设有分配室，分配室与喷丝区对应，容置室内设有滤板，容置室的上方设有过流块，过流块内部设有主流通道以及多个分流通道，分流通道的流体出口处设有倒角并以流体出口为中心形成锥台形的分流凹槽，分流凹槽远离分流出口一端的开口面积大小与分配室的开口大小相同，分流凹槽与分配室之间设有均流板，均流板自其圆心向外设有多个通道长度逐渐减小的过流通道，通过在纺丝组件的流体分配室与流体分流通道之间设置均流板，减少流体进到分配室过程中的时间差，使得流体的热量损失更均匀，丝束结晶更均匀，提升纺丝品质。

Description

一种纺丝组件及其纺丝方法

技术领域

本发明涉及纺丝技术领域，更具体地说，它涉及一种纺丝组件及其纺丝方法。

背景技术

在纺丝工艺中，主要分为熔融纺丝、湿法纺丝以及干法纺丝，干法纺丝和湿法纺丝都是将某些高分子化合物制成胶体溶液，由喷丝头的细孔压入凝固浴中凝固或同时起化学变化而形成纤维，而熔融纺丝工艺主要包括成纤聚合物在螺杆挤出机中加热熔融，熔体通过计量泵从喷丝头上的细孔中挤出形成细流，熔体细流冷却固化，丝条经上油和卷绕，被拉伸变细而得纤维。较之于湿法纺丝以及干法纺丝，熔融纺丝单靠空气冷却，由于从喷丝板中出来的丝条本身不含有溶剂，在生产中不会产生溶剂的污染和浪费，此外，熔融纺丝的卷曲速度（20～7000m/min）远高于湿法纺丝（100～1500m/min）以及干法纺丝（18～380m/min）的卷曲速度。但是，在高速纺丝过程中，存在一些技术难点，由于在熔融纺丝过程中，纤维的成型过程和冷却拉伸过程是同时进行的，从喷丝头挤出的丝束温度相当高，冷却可防止丝条之间的粘连和缠绕，配合着拉伸操作，使粘流态的熔体细流逐渐变成稳定的固态纤维，冷却的过程伴随着结晶过程，出气由于温度过高，分子的热运动过于剧烈，晶核不易生成或生成的晶核不稳定，随着温度降低，均相成核的速度逐渐加快，熔体粘度增大，晶体生长速度下降，而这一过程中最终决定了结晶度，对纤维的结构和性能具有十分重要的影响。

现有的熔融纺丝法，为了降低纤维的线密度（符号：tex,即长度为1000m时纤维的重量，单位：g/km，二者的比值越小，加工难度越高）大多采用二步纺丝法，即熔融状态的高聚物经过第一步的拉伸冷却之后，再进行拉伸加捻上油等操作，在纤维已经冷却成型的状态下再度对纤维进行拉伸，以提升纤维的品质，但是二步法的成本以及加工效率均不如一步法，就质量而言，现有的纺丝技术，一步法所能达到的纤维线密度最小为50d左右，而二步法所能达到的纤维线密度可降低至30d左右，如果能够采用一步法实现二步法所能达到的线密度，则可有效地降低生产成本，提升生产效率。

在纺丝组件中处于熔融状态的高聚物，一旦存在杂质，在拉伸成型过程中往往会出现纺丝断裂，影响纤维线密度的进一步降低；其次，也是最主要的原因，处于纺丝组件中的熔融状态的高聚物，温度分布不均匀，导致高聚物中的高分子在一些温度较低的地方产生结晶，使得熔融状态下的高聚物晶粒分布不均匀，最终导致纤维成型过程中丝束出现断裂，使得纤维的线密度不能够进一步降低；最后，由于纺丝组件的外部温度与纺丝组件的内部温度相差巨大，往往熔融状态的高聚物在被挤出喷丝头接触到外部低温时其结晶状态就已经开始分布不均，直接影响了后续结晶过程及拉升状态。

针对上述问题，则需要对纺丝组件加以改进，使得处于纺丝组件中的熔融状高聚物热量分布更加均匀，丝束流出喷丝头的过程中结晶更加均匀，并且优化纺丝的工艺流程，提升纺丝的效率，降低纺丝成本。

发明内容

针对实际运用中的问题，本发明提出了一种纺丝组件及其纺丝方法，具体方案如下：

一种纺丝组件，包括罐筒以及设置于罐筒底部的喷丝板，所述喷丝板设有至少一个喷丝区且喷丝区均匀设置有多个喷丝孔，所述喷丝板的上侧密封连接有用于容置流体的容置室，所述容置室内均匀分隔为至少一个分配室，所述分配室与所述喷丝区一一对应，所述容置室内设置有滤板，所述容置室的上方设有供流体进入到分配室中的过流块，所述过流块内部设有主流通道以及多个分流通道，多个所述分流通道的流体出口与所述分配室相对应，所述分配室与喷丝区的水平截面均呈圆形；所述分流通道的流体出口处设有倒角并以流体出口为中心形成锥台形的分流凹槽，所述分流凹槽远离分流出口一端的开口面积大小与分配室的开口大小相同；所述分流凹槽与分配室之间嵌设有用于恒定流体进入到分配室中所用时间的均流板，所述均流板自其圆心向外依次等间距设置有多个通道长度逐渐减小的过流通道，多个所述过流通道绕均流板中心呈环形设置。

通过上述技术方案，熔融状的高聚物由过流块的主流通道中进入到各个分流通道中，而后经过分流通道进入到其对应的分配室中，而后在分配室经过过滤后从喷丝板的喷丝孔处流出，由于纺丝组件的容置室中不具有加热功能，其中的温度比上一道工序的温度要低一些，熔融状态的高聚物在其中会发生自然的冷却，而冷却的温度往往和时间呈正比关系，正常情况下，位于分流通道的流体出口处的熔融状的高聚物，其位于流体出口正下方的部分流速要快一些，而其周围的高聚物流速则相对较慢，因此其进入到分配室中所花的时间存在一些差异，这样就使得熔融状态的高聚物在分配室中所暂存的时间存在差异，导致冷却不均匀，使得结晶不均匀，影响了纤维的成型质量。通过设置均流板，均流板位于流体出口处最下方的过流通道，其通道长度最长，而后以均流板的圆心作为中心，均流板上过流通道的长度越来越小，以此来减小熔融状的高聚物进入到分配室中所花的时间差，使得处于纺丝组件中的熔融状高聚物热量分布更加均匀，丝束流出喷丝头的过程中结晶更加均匀，提升纺丝品质。

进一步的，多个所述过流通道呈弧形或螺旋形设置。

通过上述技术方案，使得过流通道设置得更加的平滑，防止其中出现较大的弯折点影响熔融状高聚物的流动速度。

进一步的，所述过流通道的长度L=(1/cosａ-1)*v*t,

其中，ａ为分流凹槽锥面与竖直面的角度大小，v为流体沿分流通道运动的速度，t为流体运动的时间；

所述分流凹槽的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

通过上述设置，当流体沿分流通道运动的速度v以及流体运动的时间t为定值时（实际上可以认为处于分流通道同一层面的流体由分流通道进入到分流凹槽的时间是相同的），过流通道的长度L只和分流凹槽锥面与竖直面的角度大小ａ有关，且随着ａ的增大，L的值越大，可以理解为：均流板上的过流通道距离流体出口越远，流体倾斜向下运动，若要运动相同的竖直距离，则其实际位移距离会远大于竖直距离，而实际位移的距离减去竖直距离，则是多运动的距离，则只需要将这部分距离L补充到距离流体出口较近的过流通道上即可，如此便使得位于均流板正中央的过流通道距离最长，而处于均流板最边缘的过流通道的距离最短。

进一步的，所述分流通道包括与主流通道相连通的弯曲部以及与分流凹槽连通的直线部，所述直线部的高度h=(R³-r³)*cotａ/(3*r²),

其中，ａ为分流凹槽锥面与竖直面的角度大小，R为分流凹槽远离分流通道一端开口的半径大小，r为分流通道流出口的开口半径大小；

所述分流凹槽的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

上述技术方案中给出了分流通道直线部的高度h、R、r、ａ的数值关系，其中当R、r、ａ的数值一定时，即分流凹槽的形状一定时，h的高度满足上述关系，该设定的主要技术效果是使得处于分流凹槽中的流体体积与长度为h的分流通道内所容纳的体积相等，使得单位时间内通入到分流凹槽中的流体体积与分流凹槽的容积相等，这样便可将流体流入到分流凹槽中的时间视作相同。

进一步的，所述喷丝区以及分配室的数量为1个或3个。

由于分配室的形状为圆形，为了充分利用喷丝板的面积并考虑到纺丝组件的加工难度，在此，分配室的数量为1个或者3个，即主流通道流出的流体直接进入到分配室中。

进一步的，所述喷丝板与容置室相接一面的边缘设置有环形密封槽，所述容置室的侧壁与所述喷丝板相接的一侧设有与所述环形密封槽相匹配的环形凸起。

通过上述技术方案，可以有效的密封喷丝板与容置室相接的地方，避免流体从缝隙中流出或者外部的杂质或冷量进入到分配室中。

进一步的，所述环形密封槽与环形凸起之间设置有橡胶密封圈。

通过设置橡胶密封圈，可以进一步地密封纺丝组件，避免外部的冷量进入到分配室或者喷丝区中，也就使得处于纺丝组件中的熔融状态的高聚物热量不会局部散失，使得热量分布得更加均匀。

进一步的，基于上述纺丝组件的纺丝方法为，包括以下流程：

切片流程，将块状的固态高聚物切片分成若干碎片，增加高聚物与干燥空气的接触面积；烘干流程，将切片后的高聚物碎片通入到干燥环境中进行干燥除水，降低高聚物含水率；高温熔融，通过施加高温，使得高聚物由固态转变为液态；挤压纺丝，将熔融状态的高聚物挤入到纺丝组件中并从喷丝板的喷丝孔中挤出丝束；拉伸卷绕，将由喷丝板流出的丝束拉伸并对其进行绕卷收纳。

与现有技术相比，本发明通过在纺丝组件的流体分配室与流体分流通道之间设置均流板，使得处于分流通道中的流体能够同时进入到分流凹槽中，减少了流体进入到分配室过程中的时间差，也就使得流体的热量损失更加地均匀，防止出现高聚物内局部结晶，使得丝束结晶更加均匀，提升纺丝的品质。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明喷丝板的示意图；

图3为本发明容置室的示意图；

图4为本发明过流块的示意图；

图5为本发明均流板的截面示意图；

图6为本发明的生产流程示意图。

附图标志：1、罐筒，2、喷丝板，3、喷丝孔，4、分配室，5、喷丝区，6、滤板，7、过流块，8、分流通道，9、流体出口，10、分流凹槽，11、均流板，12、过流通道，13、环形凸起，14、环形密封槽，15、橡胶密封圈，16、容置室。

具体实施方式

参照图1～6对本发明做进一步说明。

如图1～5所示，一种纺丝组件，包括罐筒1以及设置于罐筒1底部的喷丝板2，喷丝板2设有至少一个喷丝区5且喷丝区5均匀设置有多个喷丝孔3，喷丝板2的上侧密封连接有用于容置流体的容置室，容置室内均匀分隔为至少一个分配室4，分配室4与喷丝区5一一对应，容置室内设置有滤板6，容置室的上方设有供流体进入到分配室4中的过流块7，过流块7内部设有主流通道以及多个分流通道8，多个分流通道8的流体出口9与分配室4相对应，分配室4与喷丝区5的水平截面均呈圆形；分流通道8的流体出口9处设有倒角并以流体出口9为中心形成锥台形的分流凹槽10，分流凹槽10远离分流出口一端的开口面积大小与分配室4的开口大小相同；分流凹槽10与分配室4之间嵌设有用于恒定流体进入到分配室4中所用时间的均流板11，均流板11自其圆心向外依次等间距设置有多个通道长度逐渐减小的过流通道12，多个过流通道12绕均流板11中心呈环形设置。如图1所示，在本实施例中，为了方便示意与说明，喷丝区5与分配室4的数量均为1个，二者相互对应。熔融状的高聚物由过流块7的主流通道中进入到各个分流通道8中，而后经过分流通道8进入到其对应的分配室4中，而后在分配室4经过过滤后从喷丝板2的喷丝孔3处流出，由于纺丝组件的容置室中不具有加热功能，其中的温度就上一道工序的温度要低一些，熔融状态的高聚物在其中会发生自然的冷却，而冷却的温度往往和时间呈正比关系，即△T=β*△t,其中，△T为流体温度的变化量，β可以简单概括为流体的冷却因子，在纺丝组件中的任何区域，由于隔热保温设置相同，这一参数可以视作相等。正常情况下，位于分流通道8的流体出口9处的熔融状的高聚物，其位于流体出口9正下方的部分流速要快一些，而其周围的高聚物流速则相对较慢，因此其进入到分配室4中所花的时间存在一些差异，这样就使得熔融状态的高聚物在分配室4中所暂存的时间存在差异，导致冷却不均匀，使得结晶不均匀，影响了纤维的成型质量。通过设置均流板11，均流板11位于流体出口9处最下方的过流通道12，其通道长度最长，而后以均流板11的圆心作为中心，均流板11上过流通道12的长度越来越小，以此来减小熔融状的高聚物进入到分配室4中所花的时间差，使得处于纺丝组件中的熔融状高聚物热量分布及冷却更加均匀，丝束流出喷丝头的过程中结晶更加均匀，提升纺丝品质。

为了使得过流通道12设置得更加的平滑，防止其中出现较大的弯折点（例如90°的弯折）影响熔融状高聚物的流动速度，进一步的，多个过流通道12呈弧形或螺旋形设置。

详述的，过流通道12的长度L=(1/cosａ-1)*v*t,

其中，ａ为分流凹槽10锥面与竖直面的角度大小，v为流体沿分流通道8运动的速度，t为流体运动的时间；

分流凹槽10的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

在本实施例中，分流凹槽10的锥面与竖直面的角度ａ为65°、70°、75°以及80°，对于L的长度，从上述公式可以看出，其与流体运动的速度以及流体处于流体凹槽中的时间有关，在本实施例中，L的长度设定为0.60～2.09cm。

当流体沿分流通道8运动的速度v以及流体运动的时间t为定值时（实际上可以认为处于分流通道8同一层面的流体由分流通道8进入到分流凹槽10的时间是相同的），过流通道12的长度L只和分流凹槽10锥面与竖直面的角度大小ａ有关，且随着ａ的增大，L的值越大，若假设由分流通道8同时挤入到分流凹槽10中的流体由均流板11上的各个过流通道12同时流入到分配室4，沿竖直方向的流速V应当与流体沿分流通道8运动的速度v相等，而紧贴分流凹槽10锥面边缘的流体运动速度为v2=v/cosａ，则在相同时间t内，位于分流通道8正下方的流体位移距离为S=vt,位于分流凹槽10锥面边缘的流体位移距离为S2=v/cosａ*t,二者的差值L=S2-S=v/cosａ*t-vt=(1/cosａ-1)*v*t，可以理解为：均流板11上的过流通道12距离流体出口9越远，流体倾斜向下运动，若要运动相同的竖直距离，则其实际位移距离会远大于竖直距离，而实际位移的距离减去竖直距离，则是多运动的距离，则只需要将这部分距离L补充到距离流体出口9较近的过流通道12的长度上即可，如此便使得位于均流板11正中央的过流通道12距离最长，而处于均流板11最边缘的过流通道12的距离最短，但是流体的流动时间相等。在本实施例中，过流通道12的直径设为相等，当然，也可以通过采用改变过流通道12直径大小的方法改变流体经过过流通道12的时间。

优化的，分流通道8包括与主流通道相连通的弯曲部以及与分流凹槽10连通的直线部，直线部的高度h=(R3-r3)*cotａ/(3*r2),

其中，ａ为分流凹槽10锥面与竖直面的角度大小，R为分流凹槽10远离分流通道8一端开口的半径大小，r为分流通道8流出口的开口半径大小；

分流凹槽10的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

上述技术方案中给出了分流通道8直线部的高度h、R、r、ａ的数值关系，其中当R、r、ａ的数值一定时，即分流凹槽10的形状一定时，h的高度满足上述关系，该设定的主要技术效果是使得处于分流凹槽10中的流体体积与长度为h的分流通道8内所容纳的体积相等，使得单位时间内通入到分流凹槽10中的流体体积与分流凹槽10的容积相等，这样便可将流体流入到分流凹槽10中的时间视作相同。

进一步的，喷丝区5以及分配室4的数量为1个或3个。

在本实施例中，由于分配室4的形状为圆形，为了充分利用喷丝板2的面积并考虑到纺丝组件的加工难度，在此，分配室4的数量为1个，即主流通道流出的流体直接进入到分配室4中。

为了有效的密封喷丝板2与容置室相接的地方，避免流体从缝隙中流出或者外部的杂质或冷量进入到分配室4中，喷丝板2与容置室相接一面的边缘设置有环形密封槽14，容置室的侧壁与喷丝板2相接的一侧设有与环形密封槽14相匹配的环形凸起13。

为了进一步地密封纺丝组件，避免外部的冷量进入到分配室4或者喷丝区5中，环形密封槽14与环形凸起13之间设置有橡胶密封圈15，也就使得处于纺丝组件中的熔融状态的高聚物热量不会局部散失，使得热量分布得更加均匀。

进一步详述的，如图6所示，基于上述纺丝组件的纺丝方法为，包括以下流程：

切片流程，将块状的固态高聚物切片分成若干碎片，增加高聚物与干燥空气的接触面积；烘干流程，将切片后的高聚物碎片通入到干燥环境中进行干燥除水，降低高聚物含水率；高温熔融，通过施加高温，使得高聚物由固态转变为液态；挤压纺丝，将熔融状态的高聚物挤入到纺丝组件中并从喷丝板2的喷丝孔3中挤出丝束；拉伸卷绕，将由喷丝板2流出的丝束拉伸并对其进行绕卷收纳。

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。

Claims (8)

1.一种纺丝组件，包括罐筒(1)以及设置于罐筒(1)底部的喷丝板(2)，所述喷丝板(2)设有至少一个喷丝区(5)且喷丝区(5)均匀设置有多个喷丝孔(3)，所述喷丝板(2)的上侧密封连接有用于容置流体的容置室，所述容置室内均匀分隔为至少一个分配室(4)，所述分配室(4)与所述喷丝区(5)一一对应，所述容置室内设置有滤板(6)，所述容置室的上方设有供流体进入到分配室(4)中的过流块(7)，所述过流块(7)内部设有主流通道以及多个分流通道(8)，多个所述分流通道(8)的流体出口(9)与所述分配室(4)相对应，其特征是：

所述分配室(4)与喷丝区(5)的水平截面均呈圆形；所述分流通道(8)的流体出口(9)处设有倒角并以流体出口(9)为中心形成锥台形的分流凹槽(10)，所述分流凹槽(10)远离分流出口一端的开口面积大小与分配室(4)的开口大小相同；

所述分流凹槽(10)与分配室(4)之间嵌设有用于恒定流体进入到分配室(4)中所用时间的均流板(11)，所述均流板(11)自其圆心向外依次等间距设置有多个通道长度逐渐减小的过流通道(12)，多个所述过流通道(12)绕均流板(11)中心呈环形设置。

2.根据权利要求1所述的纺丝组件，其特征是：多个所述过流通道(12)呈弧形或螺旋形设置。

3.根据权利要求2所述的纺丝组件，其特征是：所述过流通道(12)的长度L=(1/cosａ-1)*v*t,

其中，ａ为分流凹槽(10)锥面与竖直面的角度大小，v为流体沿分流通道(8)运动的速度，t为流体运动的时间；

所述分流凹槽(10)的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

4.根据权利要求2所述的纺丝组件，其特征是：所述分流通道(8)包括与主流通道相连通的弯曲部以及与分流凹槽(10)连通的直线部，所述直线部的高度h=(R3-r3)*cotａ/(3*r2),

其中，ａ为分流凹槽(10)锥面与竖直面的角度大小，R为分流凹槽(10)远离分流通道(8)一端开口的半径大小，r为分流通道(8)流出口的开口半径大小；

所述分流凹槽(10)的锥面与竖直面的角度ａ为65～80°。

5.根据权利要求4所述的纺丝组件，其特征是：所述喷丝区(5)以及分配室(4)的数量为1个或3个。

6.根据权利要求1所述的纺丝组件，其特征是：所述喷丝板(2)与容置室相接一面的边缘设置有环形密封槽(14)，所述容置室的侧壁与所述喷丝板(2)相接的一侧设有与所述环形密封槽(14)相匹配的环形凸起(13)。

7.根据权利要求6所述的纺丝组件，其特征是：所述环形密封槽(14)与环形凸起(13)之间设置有橡胶密封圈(15)。

8.一种基于权利要求1所述的纺丝组件的纺丝方法，其特征是：

包括以下流程，

切片流程，将块状的固态高聚物切片分成若干碎片，增加高聚物与干燥空气的接触面积；

烘干流程，将切片后的高聚物碎片通入到干燥环境中进行干燥除水，降低高聚物含水率；

高温熔融，通过施加高温，使得高聚物由固态转变为液态；

挤压纺丝，将熔融状态的高聚物挤入到纺丝组件中并从喷丝板(2)的喷丝孔(3)中挤出丝束；

拉伸卷绕，将由喷丝板(2)流出的丝束拉伸并对其进行绕卷收纳。