CN108517575A - 一种导电纤维复合纺丝组件 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种导电纤维复合纺丝组件，由沿熔体流动方向依次安装有进料板、密封板、过滤网、分配板、调节板及喷丝板组成，调节板上分布有与下分配板上的凸台位置相当、数量相同的圆孔组成，不同的圆孔直径可以覆盖掉两种熔体出料孔的不同面积，从而达到改变纺丝参数的目的。这种纺丝组件只要简单地改变调节板上圆孔的直径，就可实现对不同熔体的良好复合纺丝状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电纤维复合纺丝组件，该组件可用于含有高浓度功能添加剂的熔体，采用复合纺丝工艺加工制成功能复合纤维的纺丝过程，特别适合于复合纺导电纤维生产中使用，属于特种合成纤维生产技术领域，具体为一种导电纤维复合纺丝组件。
背景技术
工业生产中采用熔融纺丝生产化学纤维，其中复合纺丝技术应主要用于下列几个方面。一是用于生产超细纤维，例如涤锦复合纺丝后，将其中一个组分溶解，得到只剩下一个组分的超细纤维；二是生产自卷曲的弹性纤维，例如采用PET/PTT并列复合纺丝的方式，依靠两种组分在纺丝过程中从初生纤维经冷却和牵伸时不同的收缩性能产生卷曲弹性；三是为实现纤维的功能化需要添加高浓度功能性物质并进行复合纺丝的情形，例如导电纤维的制造，由于导电性能和导电物质的添加量有一个渗逾阈值，即导电纤维的导电性不但与纤维中导电剂的总量有关，还与导电剂是否集中有关，例如同样是导电碳黑为8％混合纺纤维和复合纺纤维(其中8％的导电碳黑集中在连续的20％导电部分)，前者的电阻率大于107Ω·cm，而后者的电阻率可小于102Ω·cm，两者相差105以上。以上几种情况由于不同熔体流变性差异的不同，对组件的要求也是不同的，特别是对含有高浓度功能性物质的复合纺丝是一件更具有挑战性的工作。
高浓度导电剂的加入，使熔体的流变性发生了很大的改变，但主要是有不利的改变，例如可纺性降低。而且随着不同导电剂例如导电碳黑或者金属氧化物导电剂、以及采用不同的助剂制造功能母粒，对熔体的流变性的改变也都是不相同的。如此，采用相同尺寸的纺丝组件，则得不到满意的复合效果和生产结果，有时甚至于纺丝失败。因此生产上迫切需要能根据熔体的流变性能调节纺丝参数的复合纺丝组件。
在现有技术的纺丝组件中，为了提高不同导电母粒的可纺性，都要反复制造不同尺寸的复合部件，以寻找到适合和较佳的组件结构，由于组件加工的特殊性、从材料选用到加工精度，都是一件十分费力和费钱的事，在纺制不同品种、采用不同的母粒原料等，也都要花费大量人力和物力进行调试以求得理想的纺丝状态。
复合纺丝的可纺性取决于两种熔体复合时的相似度为基本要求的配合程度，即纺丝参数，包括熔体粘度、熔体分压等。
发明专利ZL98111066.5并列双组分复合多孔型中空纤维纺丝组件中描述了一种复合调整板，其作用是“起到储存、缓冲、建立压力使双组分稳定、定量通过导孔”，是对已复合的双组分发挥作用，其目的是使已复合的双组分能稳定存在，而本发明的的调节板是对两组分复合前进行压力调节，实现良好的复合效果。
发明内容
针对现有纺丝组件存在的不足，本发明人研究了熔体纺丝中熔体的流变特性是如何影响纺丝参数的，分析了复合纺丝过程中熔体在组件中流动过程、温度、压力及速度等变化因素，发现复合组分复合前出料口的几何尺寸对纺丝参数影响很大，进而影响到纺丝的可纺性和纤维的质量，在分配板和喷丝板之间增加一块调节板，调节纺丝过程的纺丝参数，完成了本发明。
具体为，提供一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，纺丝组件为两种不同熔体流变性而调节纺丝参数的复合纺丝组件，所述复合纺丝组件包括组件壳体，及位于组件壳体内沿熔体流动方向依次安装有进料板、密封垫、过滤网、砂池、分配板、调节板及喷丝板；
分配板包括上分配板、中分配板和下分配板；
所述上分配板、中分配板和下分配板依次自上而下设置在密封垫和喷丝板之间；
进料板和和上分配板沿着纺丝组件中心分别对称设置有进料板熔体流道和上分配板熔体流道，所述进料板熔体流道通过密封垫与上分配板熔体流道连通，所述中分配板上设置有多个平底凹槽，各平底凹槽上开设多个小孔贯穿至下底部，所述上分配板熔体流道与中分配板上的平底凹槽相连，
下分配板上部设置有多条圆底凹槽，每条圆底凹槽底部分布有多个沉孔，下分配板下底部上设置圆形凸台，
在分配板和喷丝板之间设置一调节板；
所述过滤网安装在砂池的平底卡槽之内，过滤网上均匀铺有过滤砂。
所述喷丝板上设置有喷丝孔。
对上述技术方案的改进，喷丝孔由竖直的导孔和喷丝口构成，所述喷丝口沿着熔体流动方向呈上大下小的锥形结构。
对上述技术方案的改进，下分配板上部有3条圆底凹槽，每条圆底凹槽底部分布8个沉孔，下分配板下底部上有个圆形凸台。
对上述技术方案的改进，所述圆形凸台上沿着圆周均匀开设有3条凹槽和3 个凸台圆孔，所述凹槽和凸台圆孔间隔设置，
所述凹槽截面为具有半圆形头部和连接头部的长条形通道部各头部朝向圆形凸台圆心方向。
对上述技术方案的改进，进料板熔体流道和上分配板熔体流道均为圆形型腔的流道。
对上述技术方案的改进，调节板呈圆形结构，调节板上设置有多个与下分配板凸台位置对应和数量相同的调节板圆孔。
本发明的优点在于：
1.本组件壳体外观形状为正方形，组件内部由圆形部件组成，便于熔体分配的通道的设计；
2.本组件通过更换不同的调节板，就能调节纺丝参数、改善两种组分的复合效果；
3.本组件适用于添加高浓度功能母粒复合纺丝的涤纶导电纤维、锦纶导电纤维的纺丝及其它类似的化学纤维复合工艺过程：
4.本发明由于进料板、分配板的特殊流道，使得熔体在喷出成形前的很短时间内能得到充分的混合，喷出的丝束纤度均匀，质量稳定。
附图说明
图1：复合纺丝组件整体纵向剖视示意图。
图2：过滤网和砂池的平底卡槽示意图。
图3：中分配板示意图。
图4：下分配板剖视示意图。
图5：调节板示意图。
图6：凸台结构图。
图7：喷丝孔示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-7所示，本发明提供一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，纺丝组件为两种不同熔体流变性而调节纺丝参数的复合纺丝组件，所述复合纺丝组件包括组件壳体20，及位于组件壳体内沿熔体流动方向依次安装有进料板 1、密封垫2、过滤网8、砂池9、分配板、调节板6及喷丝板7；
复合纺丝的两种组分A、B熔体从进料板的上部进入，经上分配板3、中分配板4、下分配板5，并经调节板根据熔体的流变性能调节了尺寸的出料口汇入喷丝板过渡锥形导孔，最后从喷丝孔喷出。根据熔体纺丝理论，纺丝参数的变化根本在于复合前出料孔尺寸有关，包括剪切速度、喷丝头牵伸倍数、压力降等，因此本发明通过可以方便地调节孔尺寸的大小实现了纺丝参数的方便调节。
分配板包括上分配板3、中分配板4和下分配板5；
所述上分配板、中分配板和下分配板依次自上而下设置在密封垫2和喷丝板7之间；
进料板和1和上分配板3沿着纺丝组件中心分别对称设置有进料板熔体流道100和上分配板熔体流道300，所述进料板熔体流道通过密封垫2与上分配板熔体流道连通，
所述中分配板4上设置有多个平底凹槽18，各平底凹槽上开设多个小孔19 贯穿至下底部，所述上分配板熔体流道与中分配板上的平底凹槽相连，
下分配板5上部设置有多条圆底凹槽12，每条圆底凹槽底部分布有多个沉孔 13，下分配板5下底部上设置圆形凸台14，
在分配板和喷丝板之间设置一调节板6；由调节板调节凹槽出料口大小，然后进入喷丝板6喷丝导孔内，A、B两种熔体在喷丝板喷丝导孔内复合后由喷丝孔10喷丝而形成复合导电丝，最后经过侧吹风冷却、上油、牵伸和卷绕，得到理想的复合纺化学纤维。
调节板上不同直径的圆孔可以覆盖掉两种熔体出料口的不同面积。这种经调节的出料口尺寸可以在事前经过理论计算预估，可以采用一次性预装几种不同出料口尺寸的组件，经过一次试车就可得到系统的纺丝工艺参数，以最快的速度确定纺丝工艺。
所述过滤网8安装在砂池9的平底卡槽17之内，过滤网上均匀铺有过滤砂。
所述喷丝板上设置有喷丝孔。
对上述技术方案的改进，喷丝孔由竖直的导孔11和喷丝口10构成，所述喷丝口沿着熔体流动方向呈上大下小的锥形结构。
对上述技术方案的改进，下分配板5上部有3条圆底凹槽12，每条圆底凹槽底部分布8个沉孔13，下分配板5下底部上有8个圆形凸台14。
对上述技术方案的改进，所述圆形凸台上沿着圆周均匀开设有3条凹槽15 和3个凸台圆孔16，所述凹槽和凸台圆孔间隔设置，
所述凹槽15截面为具有半圆形头部15.1和连接头部的长条形通道部15.2各头部朝向圆形凸台圆心方向。
对上述技术方案的改进，进料板熔体流道和上分配板熔体流道均为圆形型腔的流道。
对上述技术方案的改进，调节板6呈圆形结构，调节板上设置有多个与下分配板5凸台位置对应和数量相同的调节板圆孔61。
本发明中以复合纺丝制备导电纤维的工艺为例说明如下：
为解决聚酯切片干燥过程中结晶稳定性和均匀性，控制切片的含水率在比较低的范围，采用了以下的技术方案：聚酯切片用流化床预结晶，温度为170℃，燥塔入口风温为165℃，干燥风流量为180m3/h，露点为-70℃以下，干燥时间 6-8小时，经该工艺干燥后的聚酯干切片含水率控制在30ppm以下；PET导电母粒采用真空转鼓干燥，干燥空气温度为120～140℃，真空度0.001MPa，干燥时间为10～15小时，含水率控制在60ppm以下。
本发明中PET导电母粒与PET切片分别用两组螺杆挤出机熔融输送，熔体分别经分配管道进入纺丝箱体，熔体分别经过各自计量泵精确计量后，按一定比例(导电部分占复合纤维总重量的20wt％～50wt％)进入复合纺丝组件复合，然后被均匀分配到复合型喷丝板的各个喷丝孔，从喷丝孔中射出，形成熔体细流。熔体细流被冷却风冷却，凝固成初生纤维，其中侧吹风风压为50～500Pa，风速为0.4～1.0m/s；风温为15～20℃，风湿度为65％～80％。初生纤维束经导丝器由专用油剂上油后，通过甬道到达卷绕工序，经上下导丝盘改变走向、调节张力后，进入卷绕机卷绕成丝饼，牵伸卷绕速度为2500～4500m/min。
实际使用的效果
如图1所示，本组件的密封是靠研磨面用螺栓压紧密封，密封结构简单，可靠；多个组件的零件具有互换性，组件中的每块板上对角线分布有2个定位销孔，连接螺栓是高强度螺检。整个组件用螺栓组装好后，由专用的组件安装工具推至纺丝箱与箱体对接，使用方便。
实施例1
采用如图6所示的凸台结构，纺制20D/4f三叶形PET导电纤维，使用粘度为0.67g/dl的PET切片，导电母粒采用苏州宝力塑胶材料公司的涤纶导电母粒，熔点235℃，熔融指数为100g/10min(265℃、5公斤法码)。圆形孔走PET熔体，凹槽走导电熔体。
将干燥好的80公斤非导电部分PET切片和导电母粒分别用两个螺杆挤出机熔融输送熔体，螺杆挤出机各区温度设定如下：
输送导电熔体螺杆：220℃、250℃、256℃、260℃、260℃
输送PET熔体螺杆：250℃、275℃、288℃、288℃、288℃
箱体温度：289℃
熔体分别经过各自计量泵精确计量后，按一定比例(导电部分占纤维总重量的20wt％)进入三叶形复合纺丝组件复合，其调节板上圆孔直径为Φ3.5mm。最后复合熔体从喷丝孔中射出，形成熔体细流。熔体细流被冷却风冷却，凝固成初生丝条，其中侧吹风风压为80Pa，风速为0.8m/s；风温为20℃，风湿度为85％。冷却后丝束经导丝器由专用油剂上油后，通过甬道到达卷绕工序，经上下导丝盘改变走向、调节张力后，进入卷绕机卷绕成丝饼，牵伸卷绕速度为3800m/min。
纺丝过程中导电熔体侧组件压力低，纤维截面显示分布不匀，极易飘丝，可纺性不好。
实施例2
如实施例1的切片及纺丝条件，改变调节板上圆孔的直径为Φ3.3mm，明显改善了可纺性。得到20D/4f三叶形复合导电纤维。高阻计测电阻为2.5x106Ω/cm，电阻率为50Ω·cm，纤维强度2.6cN/dtex，断裂伸长56％。
实施例3
如实施例1的切片及纺丝条件，改变调节板上圆孔的直径为Φ3.1mm，可纺性好。得到20D/4f三叶形复合导电纤维。高阻计测电阻为2.0x106Ω/cm，电阻率为50Ω·cm，纤维强度2.75cN/dtex，断裂伸长50％。
调节板上圆孔直径对纺丝参数的影响如下：
通过实施例可以发现，改变调节板上圆孔的直径，就可有效改变复合纺丝的纺丝参数，改变两种熔体的复合性能和复合导电纤维的均匀性，达到本发明的目的。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，纺丝组件为两种不同熔体流变性而调节纺丝参数的复合纺丝组件，所述复合纺丝组件包括组件壳体（20），及位于组件壳体内沿熔体流动方向依次安装有进料板（1）、密封垫（2）、过滤网（8）、砂池（9）、分配板、调节板（6）及喷丝板（7）；
分配板包括上分配板（3）、中分配板（4）和下分配板（5）；
所述上分配板、中分配板和下分配板依次自上而下设置在密封垫（2）和喷丝板（7）之间；
进料板和（1）和上分配板（3）沿着纺丝组件中心分别对称设置有进料板熔体流道（100）和上分配板熔体流道（300），所述进料板熔体流道通过密封垫（2）与上分配板熔体流道连通；
所述中分配板（4）上设置有多个平底凹槽（18），各平底凹槽上开设多个小孔(19)贯穿至下底部，所述上分配板熔体流道与中分配板上的平底凹槽相连；
下分配板(5)上部设置有多条圆底凹槽（12），每条圆底凹槽底部分布有多个沉孔（13），下分配板(5)下底部上设置圆形凸台（14）；
在分配板和喷丝板之间设置一调节板（6）；所述过滤网（8）安装在砂池(9)的平底卡槽（17）之内，过滤网上均匀铺有过滤砂；
所述喷丝板上设置有喷丝孔。
2.如权利要求1所述的一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，所述喷丝孔由竖直的导孔（11）和喷丝口（10）构成，所述喷丝口沿着熔体流动方向呈上大下小的锥形结构。
3.如权利要求1所述的一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，下分配板(5)上部有3条圆底凹槽（12），每条圆底凹槽底部分布8个沉孔（13），下分配板(5)下底部上有8个圆形凸台（14）。
4.如权利要求1所述的一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，所述圆形凸台上沿着圆周均匀开设有3条凹槽（15）和3个凸台圆孔（16），所述凹槽和凸台圆孔间隔设置；
所述凹槽（15）截面为具有半圆形头部（15.1）和连接头部的长条形通道部（15.2），各头部朝向圆形凸台圆心方向。
5.如权利要求1所述的一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，进料板熔体流道和上分配板熔体流道均为圆形型腔的流道。
6.如权利要求1所述的一种导电纤维复合纺丝组件，其特征在于，调节板（6）呈圆形结构，调节板上设置有多个与下分配板（5）凸台位置对应和数量相同的调节板圆孔（61）。
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