CN110735189A - 一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件及纺丝设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件及纺丝设备，其由至少两组纺丝单元通过并联方式或首尾串联方式组成，纺丝单元包括一圆筒形壳体，圆筒形壳体具有一用于安装分流板、过滤板的圆筒形空心腔体，沿圆筒形壳体的轴线方向，在圆筒形壳体的底部设置有与出液压力腔连通的用于将纺丝液喷出的喷丝板，所述圆筒形壳体上，沿圆筒形壳体的轴线方向连续包覆有用于恒定纺丝液最佳纺丝温度的热平衡机构，以及纺丝设备。本发明结构简单、密封可靠，在有效提高纺丝效率的同时，能够确保纺丝液温度恒定，获得最佳纺丝温度，大大提高成品丝物理机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及纺丝设备领域，尤其涉及一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件及纺丝设备。
背景技术
纺丝(spinning)又称化学纤维成形，是制造化学纤维的一道工序。将某些高分子化合 物制成胶体溶液或熔化成熔体后由喷丝头细孔压出形成化学纤维的过程。纺丝胶体溶液或熔 体用计量泵向喷丝头输送。成型方法主要有溶液纺丝(solution spinning)和熔体纺丝(melt spinning)两大类。其中，溶液纺丝法是指将高聚物浓溶液定量从喷丝孔挤出，溶液细流经凝 固浴或热空气或热惰性气体固化成纤维的方法，目前，溶液纺丝又分为湿法纺丝、干法纺丝 和干-湿法纺丝。
在纺丝过程中，成纤聚合物要发生几何形态和物理形态的变化，如聚合物的溶解或熔化， 纺丝流体的流动和形变，丝条固化过程中的胶凝、结晶、二次转变和拉伸流动中的大分子取 向，以及过程中的扩散、传热和传质等。这些变化彼此影响，故改变纺丝条件，可在一定范 围内改变所得纤维的物理机械性能。如今，溶液纺丝技术中影响最终纤维成型质量的因素诸 多，在湿法纺丝及干-湿法纺丝工序中，纺丝液的温度是影响纤维物理机械性能的关键因素之 一。因纺丝液温度的变动对成品丝的染色均匀性有影响，因此要求纺丝液温度在进入纺丝组 件至喷丝孔喷出的过程中，在纺丝组件内保持温度均匀、稳定。并且纺丝组件的整体结构过 于复杂，也会导致纺丝液在纺丝组件内的经过时间较长，不利于纺丝液的恒温保持，纺丝效 率受到影响。同时，由于纺丝组件结构复杂，导致整体尺寸及重量偏大，密封成为了一个较 为棘手的问题。
CN110079874 A公开了一种新型喷丝头，包括喷丝头主体，所述喷丝头主体上固设有入 料管，所述喷丝头主体上装配有喷丝头防堵塞装置，所述喷丝头防堵塞装置包括与所述入料 管和所述喷丝头主体配对的壳体，所述壳体内固设有环形储水腔，所述壳体上端固设有环形 加水块，所述环形加水块内固设有与所述环形储水腔连通的环形加水腔。CN106801260A涉及 一种制备高性能纤维的喷丝组件，包括：进料区、分配区、喷丝区，所述进料区和分配区之 间设置泄压区，所述泄压区通过连接区与所述进料区连接。所述进料区和泄压区为具有空腔 的筒体，所述泄压区空腔直径大于所述进料区的空腔直径。泄压区能够使经过计量泵剪切增 压的物料进行压力释放，增加物料流动性和均匀性。CN207227604U公开了一种喷丝板，包括 固定板、定位板、成型板，固定板上开设有多排进料孔，且固定板上还开设有安装槽，定位 板上开设有下料口，成型板包括进料部、出丝部和位于进料部和出丝部之间的调节部，成型 板上开设有多种截面形状的成型孔，同种截面形状的成型孔设置有多排且围绕成型板的中心 分布，且在固定板和定位板之间设置有用于将固定板和定位板固定在一起的固定组件。 CN102586904 A公开了一种微型干喷湿法纺丝设备，它涉及一种纺丝设备。本发明为解决目 前没有专用于实验的干喷湿法纺丝设备导致实验成本高、操作复杂的问题。所述缸体上盖穿 装在油缸连杆上并固装在纺丝液缸体的上端面上，所述底座上加工有中心通孔，所述过滤网 通过支撑板安装在中心通孔的上部，所述蝶形分配板和喷丝板由上至下依次设置在中心通孔 的下部，所述喷丝板上加工有多个均布设置的喷丝孔，喷丝孔的孔径为0.15～0.45mm，纺丝 液缸体、活塞和过滤网之间形成纺丝液腔室，所述底座、过滤网和蝶形分配板之间形成喷丝 腔室，喷丝腔室通过蝶形分配板与喷丝板上的喷丝孔连通，所述加热元件包覆在纺丝液缸体 和底座的外壁上。
上述专利文献解决了目前纺丝效率低、组件结构复杂、容易漏料以及喷丝头堵塞的问题， 但是在湿法纺丝与干喷湿法纺丝技术上仍然有一些不足，例如纺丝组件多为圆盘式结构或者 长方体式结构，尺寸大、自重大，安装复杂、费时费力；组件基本包括喷丝板基板与盖板， 二者之间需要密封，密封面积较大，且密封难度大，容易出现漏液的缺陷；在纺丝组件内， 由于纺丝组件的尺寸及厚度大，因而纺丝液自身的保温问题难以做到温度均匀，热稳定性及 热交换效率较低，导致纺丝液最佳纺丝温度难以保证，以至于最终成品丝的物理机械性能受 到影响。上述问题成为了制约溶液纺丝领域发展的一个亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、密封可 靠，在有效提高纺丝效率的同时，能够确保纺丝液温度恒定，获得最佳纺丝温度，大大提高 成品丝物理机械性能的基于溶液纺丝技术的纺丝组件及纺丝设备。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件， 其由至少两组纺丝单元通过并联方式或首尾串联方式组成，所述纺丝单元包括一用于容纳纺 丝液的圆筒形壳体，所述圆筒形壳体具有一用于安装分流板、过滤板的圆筒形空心腔体，所 述分流板及过滤板均沿圆筒形空心腔体的轴线方向连续设置并固定，分流板及过滤板将圆筒 形空心腔体分隔为进液压力腔及出液压力腔，所述进液压力腔经分流板、过滤板与出液压力 腔相连通，在圆筒形壳体上设置有与所述进液压力腔相连的用于将纺丝液注入进液压力腔的 纺丝液入口，沿圆筒形壳体的轴线方向，在圆筒形壳体的底部设置有与出液压力腔连通的用 于将纺丝液喷出的喷丝板，所述圆筒形壳体上，沿圆筒形壳体的轴线方向连续包覆有用于恒 定纺丝液最佳纺丝温度的热平衡机构。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述热平衡机构包括沿圆筒形壳体的轴线方向包 覆于圆筒形壳体表面的热平衡筒体，在热平衡筒体与圆筒形壳体之间形成一用于恒定纺丝液 温度的环形热平衡腔，以及与环形热平衡腔的两端相连通的用于向环形热平衡腔内注入热循 环介质的注液口及出液口。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述圆筒形空心腔体内沿其轴线方向连续设置有 用于固定分流板及过滤板的定位件，定位件包括设于出液压力腔内的下定位件及设于进液压 力腔内的上定位件。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述圆筒形空心腔体内沿其轴线方向连续设置有 用于安装分流板及过滤板的支撑板，分流板通过过滤板置于支撑板上。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述圆筒形壳体与热平衡筒体的两端分别设置有 用于密封圆筒形空心腔体及环形热平衡腔的端盖。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述上定位件及下定位件的两端分别与圆筒形空 心腔体两端的端盖固定连接。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，所述上定位件、下定位件及支撑板的外侧壁均与 圆筒形壳体的弧形内壁仿形连接。
一种纺丝设备，包括计量泵，其特征是：还包括与所述计量泵连接的纺丝组件，该纺丝 组件采用基于溶液纺丝技术的纺丝组件。
上述的纺丝设备，还包括与计量泵相连的用于将经纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型并形 成初生纤维的凝固浴槽，以及用于将凝固成型的初生纤维进行输出的导丝盘，所述导丝盘连 接卷绕装置。
上述的纺丝设备，还包括设于纺丝组件下方的用于将经纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型 并形成初生纤维的凝固浴槽，在喷丝组件与凝固浴槽之间设置有用于对初生纤维进行预处理 的的空间拉伸区，以及用于将经凝固成型的初生纤维进行输出的导丝盘，所述导丝盘连接卷 绕装置。
本发明基于溶液纺丝技术的纺丝组件及纺丝设备的优点是：本发明通过包覆式设置在圆 筒形空心腔体外的环形热平衡腔，提高了热循环介质与纺丝液的接触面积，使得热交换效率 得到提高，实现了进入纺丝组件内纺丝液最佳纺丝温度的恒定；与传统盘式或方形结构相比， 采用管状结构的圆筒形壳体结构，大大降低了纺丝组件的自重，使得纺丝组件整体结构更加 轻便，节约了纺丝组件的用材，生产加工更加简单；对圆筒形壳体结构的两端进行密封的方 式，缩小了需要密封的连接部位面积，使得密封更加简单，不易漏液；分流板、过滤板沿圆 筒形空心腔体的轴线采用长条式结构贯穿圆筒形空心腔体安装，与传统的从圆筒形截面处喷 丝的方式相比，纺丝效率得到显著提高，利用定位件与支撑板实现对分流板及过滤板的定位 及固定，提高了纺丝组件的纺丝稳定性，大大提高了成品丝的物理机械性能。
附图说明
图1为本发明纺丝组件实施例1的结构示意图；
图2为图1的仰视结构示意图；
图3为本发明纺丝组件的右侧剖视放大结构示意图；
图4为本发明实施例2的结构示意图；
图5为实施例2两组纺丝单元并联方式的整体结构示意图；
图6为实施例3所示三组纺丝单元首尾串联方式的整体结构示意图；
图7为实施例3所示四组纺丝单元首尾串联方式的整体结构示意图；
图8为实施例3所示六组纺丝单元首尾串联方式的整体结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
实施例1：
如图1、2、3所示，一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其由至少两组纺丝单元通过并 联方式或首尾串联方式组成，其中纺丝单元包括一用于容纳纺丝液的圆筒形壳体1，该圆筒 形壳体1为一圆管结构，并具有一用于安装分流板2、过滤板3的圆筒形空心腔体4，分流板 2及过滤板3均沿圆筒形空心腔体4的轴线方向连续设置并固定，分流板2及过滤板3将圆 筒形空心腔体4分隔为进液压力腔5及出液压力腔6，进液压力腔5经分流板2、过滤板3与出液压力6腔相连通。在圆筒形壳体1上设置有与进液压力腔5相连的用于将纺丝液注入进液压力腔5的纺丝液入口7，沿圆筒形壳体1的轴线方向，在圆筒形壳体1的底部设置有与 出液压力腔6连通的用于将纺丝液喷出的喷丝板8。
在圆筒形壳体1上，沿圆筒形壳体1的轴线方向连续包覆有用于恒定纺丝液最佳纺丝温 度的热平衡机构9。热平衡机构9包括沿圆筒形壳体1的轴线方向包覆于圆筒形壳体1表面 的热平衡筒体10，在热平衡筒体10与圆筒形壳体1之间形成一用于恒定纺丝液温度的环形 热平衡腔11，以及与环形热平衡腔11的两端相连通的用于向环形热平衡腔11内注入热循环 介质的注液口12及出液口13。热循环介质可以选择热水或者联苯液体。
本实施例中，纺丝液入口7与热平衡筒体10焊接固定，圆筒形壳体1的底部通过铣削的 方式加工成与喷丝板8仿形的结构，喷丝板8与圆筒形壳体1的底部焊接密封。在铣削完成 后的圆筒形壳体1的底部平面，沿圆筒形壳体1的轴线方向开设有槽体14，纺丝液从出液压 力腔6流出后经槽体14进入喷丝板8并从喷丝板8的微孔内喷出。
在圆筒形壳体1与热平衡筒体10的两端分别设置有用于密封圆筒形空心腔体4及环形热 平衡腔11的端盖，其中，端盖包括内端盖15及外端盖16，热平衡筒体10焊接于圆筒形壳 体1的表面，圆筒形壳体1与热平衡筒体10的两端分别与内端盖15焊接，注液口12及出液 口13均通过螺纹连接的方式与内端盖15连接，内端盖15开设通孔，注液口12及出液口13通过通孔与环形热平衡腔11实现连通。由于本申请的圆筒形壳体1的内壁为圆弧形结构，为了避免因高压纺丝液进入进液压力腔5导致分流板2及过滤板3沿轴向发生转动，影响纺丝液的正常喷出，在圆筒形空心腔体4内沿其轴线方向连续设置有用于固定分流板2及过滤板3的定位件，定位件包括设于出液压力腔6内的下定位件17及设于进液压力腔5内的上定位件18。上定位件18及下定位件17的两端分别与圆筒形空心腔体4两端的外端盖16焊接。 为进一步实现对分流板2及过滤板3的安装稳定性，在圆筒形空心腔体4内沿其轴线方向连 续设置有用于安装分流板2及过滤板3的支撑板19，分流板2通过过滤板3置于支撑板19 上。上定位件18、下定位件17及支撑板19的外侧壁均与圆筒形壳体1的弧形内壁仿形连接。 在安装时，预先将上定位件18及下定位件17的其中一端分别焊接在其中一个外端盖16的内 侧上、下位置，然后依次将支撑板19、过滤板3及分流板2安装在上定位件18及下定位件 17之间，并将上定位件18及下定位件17连同支撑板19、过滤板3及分流板2沿圆筒形壳体 1的一端插入至圆筒形空心腔体4内，然后在圆筒形壳体1的另一端通过另一个外端盖16将 圆筒形空心腔体4密封，其中，两侧的外端盖16与内端盖15之间采用氟橡胶进行密封并通 过螺栓20固定在内端盖15上。
本申请用于纺丝设备，包括计量泵，其特征是：还包括与所述计量泵连接的纺丝组件， 该纺丝组件采用本申请所述的纺丝组件。鉴于本纺丝组件的结构，可以用于溶液湿法纺丝， 湿法纺丝工艺的纺丝设备还包括与计量泵相连的用于将经纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型并 形成初生纤维的凝固浴槽，以及用于将凝固成型的初生纤维进行输出的导丝盘，所述导丝盘 连接卷绕装置。也可用于干喷湿纺工艺，干喷湿纺设备还包括设于纺丝组件下方的用于将经 纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型并形成初生纤维的凝固浴槽，在喷丝组件与凝固浴槽之间设 置有用于对初生纤维进行预处理的的空间拉伸区，以及用于将经凝固成型的初生纤维进行输 出的导丝盘，导丝盘连接卷绕装置。由于湿法纺丝设备及干喷湿纺设备除本申请纺丝组件以 外的上述部分为现有技术，可选择目前常规产品组装完成，故在此不多作解释。
实施例2：
如图4、5所示，本实施例与实施例1相同之处不再赘述，其不同之处在于：为了提高纺 丝速度与纺丝效率，本实施例中，将两组纺丝单元采用并联的方式连接。具体的，两内端盖 通过一管路21连接，使得两纺丝单元的环形热平衡腔11彼此连通，并分别在两纺丝单元上 设置注液口22及出液口23，用于实现两环形热平衡腔11内热循环介质的循环。根据实际纺 丝设备安装或生产的需要，两外端盖24可以彼此连接或者采用一体加工的方式，在此不做具 体限定。
实施例3：
如图6、7、8所示，本实施例与实施例2相同之处不再赘述，其不同之处在于：为了提高纺丝速度与纺丝效率，本实施例中，将三组、四组或六组纺丝单元25通过首尾串联的方式连接，在一个平面内，分别组成三角形、矩形或六边形结构，相邻的两纺丝单元25之间的首尾通过管路26连接，在相邻的两纺丝单元不相连的一端分别在两纺丝单元25上设置注液口27及出液口28，该结构能够大大提高纺丝效率，与传统单纺丝组件相比，在实际生产中可发挥巨大经济效益。本实施例中，根据实际纺丝需要，可以连接多组纺丝单元25，并不受数量限制。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普 通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的 保护范围。
Claims (10)
1.一种基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其由至少两组纺丝单元通过并联方式或首尾串联方式组成，所述纺丝单元包括一用于容纳纺丝液的圆筒形壳体，所述圆筒形壳体具有一用于安装分流板、过滤板的圆筒形空心腔体，其特征在于：所述分流板及过滤板均沿圆筒形空心腔体的轴线方向连续设置并固定，分流板及过滤板将圆筒形空心腔体分隔为进液压力腔及出液压力腔，所述进液压力腔经分流板、过滤板与出液压力腔相连通，在圆筒形壳体上设置有与所述进液压力腔相连的用于将纺丝液注入进液压力腔的纺丝液入口，沿圆筒形壳体的轴线方向，在圆筒形壳体的底部设置有与出液压力腔连通的用于将纺丝液喷出的喷丝板，所述圆筒形壳体上，沿圆筒形壳体的轴线方向连续包覆有用于恒定纺丝液最佳纺丝温度的热平衡机构。
2.根据权利要求1所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述热平衡机构包括沿圆筒形壳体的轴线方向包覆于圆筒形壳体表面的热平衡筒体，在热平衡筒体与圆筒形壳体之间形成一用于恒定纺丝液温度的环形热平衡腔，以及与环形热平衡腔的两端相连通的用于向环形热平衡腔内注入热循环介质的注液口及出液口。
3.根据权利要求2所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述圆筒形空心腔体内沿其轴线方向连续设置有用于固定分流板及过滤板的定位件，定位件包括设于出液压力腔内的下定位件及设于进液压力腔内的上定位件。
4.根据权利要求3所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述圆筒形空心腔体内沿其轴线方向连续设置有用于安装分流板及过滤板的支撑板，分流板通过过滤板置于支撑板上。
5.根据权利要求3所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述圆筒形壳体与热平衡筒体的两端分别设置有用于密封圆筒形空心腔体及环形热平衡腔的端盖。
6.根据权利要求5所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述上定位件及下定位件的两端分别与圆筒形空心腔体两端的端盖固定连接。
7.根据权利要求4所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件，其特征是：所述上定位件、下定位件及支撑板的外侧壁均与圆筒形壳体的弧形内壁仿形连接。
8.一种纺丝设备，包括计量泵，其特征是：还包括与所述计量泵连接的纺丝组件，该纺丝组件采用如权利要求1-7任一项所述的基于溶液纺丝技术的纺丝组件。
9.根据权利要求8所述的纺丝设备，其特征是：还包括与计量泵相连的用于将经纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型并形成初生纤维的凝固浴槽，以及用于将凝固成型的初生纤维进行输出的导丝盘，所述导丝盘连接卷绕装置。
10.根据权利要求8所述的纺丝设备，其特征是：还包括设于纺丝组件下方的用于将经纺丝组件喷出的纺丝液凝固成型并形成初生纤维的凝固浴槽，在喷丝组件与凝固浴槽之间设置有用于对初生纤维进行预处理的的空间拉伸区，以及用于将经凝固成型的初生纤维进行输出的导丝盘，所述导丝盘连接卷绕装置。
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