CN105671659A - 一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于化纤纺丝领域的一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置以及与之配套的高速纺丝工艺，该装置由可调节高度的漏斗结构、水槽和环形喷射系统三部分组成，本发明通过新的高效凝固浴加速装置的设计，以及与之配套的纺丝工艺的使用，不仅有效解决了对位芳纶纤维高速纺丝中凝固浴对纤维影响的问题，而且提高了对位芳纶纤维生产质量的稳定性，实现了对位芳纶纤维的高速纺丝。

Description

一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置
技术领域
本发明属化纤纺丝领域，特别涉及一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置，以及与之配套的高速纺丝工艺。
背景技术
对位芳纶纤维是一种具有高强高模、耐高温、耐酸碱以及重量轻等优异性能的高性能材料,在国防和民用领域都有广泛的应用。对位芳纶纤维是聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)树脂在浓硫酸中溶解后经过干喷湿纺制成，由于PPTA树脂在浓硫酸中会有降解的问题，所以PPTA的纺丝浆液一旦配制完成，最好能够在尽可能短的时间内纺制成纤维。因此，实现对位芳纶纤维的高速纺丝(纺速>300m/min)不仅可以大幅提高生产效率，降低生产成本，而且可以有效保持对位芳纶纤维的品质和稳定。
众所周知，PPTA需要通过干喷湿纺将其液晶结构取向固定，才能得到力学性能优异的纤维。其中取向固定是通过凝固浴来实现。因此，凝固浴与浆液细流及初生纤维的相互作用就对最终成型纤维性能有巨大影响。尤其对于高速纺丝来说，凝固浴不仅要能够将丝束中的硫酸萃取出去进而将丝束固化，而且要能够避免对丝束的冲击，降低产生断丝和毛丝的几率。因此，设计一种有效的凝固浴装置用于对位芳纶纤维的高速纺丝至关重要。为此，美国杜邦公司在专利EP0934434B1中设计了一种喷射式凝固浴加速器。通过将凝固浴液流强制加速来降低高速纺丝时凝固浴液体和丝束的速度差，进而降低凝固浴对丝束的冲击。韩国科隆公司在专利2009145446A1中设计了一种结构更简单的凝固浴加速器装置来实现对位芳纶纤维的高速纺丝。但是上述两种设计的凝固浴加速装置都有其缺点。杜邦公司设计的装置结构复杂，加工要求高，对于长期在稀酸环境中使用的装置来说，选材和加工是一个问题。而对于科隆公司设计的装置来说，结构过于简单，使用稳定性不佳。
发明内容
本发明的目的是开发一种新的对位芳纶纤维高速纺丝方法，通过新的高效凝固浴加速装置的设计，以及与之配套的纺丝工艺的使用，不仅有效解决了对位芳纶纤维高速纺丝中凝固浴对纤维影响的问题，而且提高了对位芳纶纤维生产质量的稳定性，实现了对位芳纶纤维的高速纺丝。
一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置，主要包括以下部分：
(1)可调节高度的漏斗；漏斗设置在凝固浴槽内且底部与导流管顶端相连；漏斗和导流管以螺纹形式连接，通过旋转漏斗调节漏斗的高度；
(2)带格栅的凝固浴槽；凝固浴槽没有形状限制，以圆形为优先。格栅的作用是调节凝固浴液流动状态，将凝固浴槽中液面调整为没有波动的平面。格栅为多孔盘状，大小与凝固浴槽内径一致。格栅安装位置及孔径以调整到凝固浴液面平稳为准。导流管穿过格栅在凝固浴槽底部固定。导流管与格栅可以固定也可以不固定，以不固定为优先。
(3)以圆环方式喷射凝固浴液体的喷射系统；喷射系统在导流管端与导流管固定连接，喷射系统为圆环喷射，目的是将导流管中的凝固浴进一步加速。
该装置中漏斗的特征在于漏斗锥度在0-90°范围可调；距水面高度H在0-50mm范围且高度可调，即0mm＜H≤50mm；
该装置中凝固浴槽的特征在于凝固浴流量Q1可调，在保证水面平稳的前提下，多余的凝固浴从四周溢出；格栅装置消除凝固浴水流的紊流；
该装置中喷射系统的特征在于水流喷射方向与丝束夹角不大于15°，或者直接沿管道壁与丝束方向平行喷射。凝固浴由离心泵或其他形式能够加压的泵喷射，喷射流量Q2由调节阀控制；
凝固浴水槽和喷射系统中凝固浴液流量(Q1和Q2)大小以保持凝固浴槽充满并水面平稳为准。
该装置的优点是漏斗高度可调，可适用于较宽的纺速范围(100-800m/min)；通过改变漏斗的锥度，可以适用于不同面径的喷丝板。小角度或沿壁喷射可以确保对凝固浴起到加速作用而非相反。利用该装置可以实现对位芳纶纤维的高速纺丝。
为了验证本发明装置的有效性，在相同条件下以纺速和最终纤维的力学性能做评价。纤维力学性能用万能力学试验机测试，测试标准为GB/T19975-2005。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中，1、漏斗，2、格栅，3、凝固浴槽，4、喷射系统，5、导流管。
具体实施方式
下面通过实例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例1：
比浓对数粘度为6.0的PPTA树脂经过溶解，过滤，脱泡成为纺丝浆液。浆液浓度为19.2％(质量比)，纺丝温度为85℃；纺丝用喷丝板孔径0.07mm，喷丝速度60m/min,空气层高度10mm，纺丝速度为300m/min；凝固浴温度为5℃，浓度8％；
凝固浴加速装置中高度H为10mm，漏斗面径100mm，高度8mm；Q1为350L/h；Q2沿管道壁垂直喷射；
经过后续大量的水洗涤及烘干后，测试纤维力学性能为拉伸强度2.9GPa，拉伸模量85GPa。
实施例2：
比浓对数粘度为6.5的PPTA树脂经过溶解，过滤，脱泡成为纺丝浆液。浆液浓度为19.8％(质量比)，纺丝温度为90℃；纺丝用喷丝板孔径0.063mm，喷丝速度80m/min,空气层高度10mm，纺丝速度为450m/min；凝固浴温度为5℃，浓度8％；
凝固浴加速装置中高度H为15mm，漏斗面径100mm，高度8mm；Q1为500L/h；Q2以5°角喷射；
经过后续大量的水洗涤及烘干后，测试纤维力学性能为拉伸强度3.1GPa，拉伸模量97GPa。
实施例3：
比浓对数粘度为4.0的PPTA树脂经过溶解，过滤，脱泡成为纺丝浆液。浆液浓度为20％(质量比)，纺丝温度为85℃；纺丝用喷丝板孔径0.07mm，喷丝速度70m/min,空气层高度10mm，纺丝速度为400m/min；凝固浴温度为5℃，浓度8％；
凝固浴加速装置中高度H为5mm，漏斗面径100mm，高度8mm；Q1为400L/h；Q2以10°角喷射；
经过后续大量的水洗涤及烘干后，测试纤维力学性能为拉伸强度2.5GPa，拉伸模量50GPa。
实施例4：
比浓对数粘度为5.3的PPTA树脂经过溶解，过滤，脱泡成为纺丝浆液。浆液浓度为19.5％(质量比)，纺丝温度为87℃；纺丝用喷丝板孔径0.065mm，喷丝速度100m/min,空气层高度10mm，纺丝速度为500m/min；凝固浴温度为5℃，浓度8％；
凝固浴加速装置中高度H为5mm，漏斗面径100mm，高度5mm；Q1为450L/h；Q2沿管道壁垂直喷射；
经过后续大量的水洗涤及烘干后，测试纤维力学性能为拉伸强度2.7GPa，拉伸模量70GPa。

Claims (1)

1.一种用于对位芳纶纤维高速纺丝的凝固浴加速装置，主要包括以下部分：可调节高度的漏斗(1)；带格栅(2)的凝固浴槽(3)；以圆环方式喷射凝固浴液体的喷射系统(4)；
漏斗(1)设置在凝固浴槽(3)内且底部与导流管(5)顶端相连；喷射系统(4)设置在导流管(5)下端
该装置中漏斗(1)的特征在于漏斗锥度在0-90°范围可调；距水面高度H在0-50mm范围可调，0mm＜H≤50mm；
该装置中凝固浴槽(3)的特征在于凝固浴流量可调，在保证水面平稳的前提下，多余的凝固浴从四周溢出；格栅(2)消除凝固浴水流的紊流；
该装置中喷射系统(4)的特征在于水流喷射方向与丝束夹角不大于15°，或者直接沿导流管(5)管道壁与丝束方向平行喷射；凝固浴由离心泵或其他形式能够加压的泵喷射，喷射流量由调节阀控制；
凝固浴槽(3)和喷射系统(4)中凝固浴液流量大小以保持凝固浴槽(3)充满并水面平稳为准。
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