CN110747518A - 基于溶液纺丝技术的纺丝系统及纺丝设备 - 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系统，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系统及纺丝设备。
背景技术
如今，纺丝技术的发展带动了纺织行业的快速发展，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。
目前，干喷湿纺法是将干法纺丝与湿法纺丝的特点结合起来的化学纤维加工方法，纺丝时纺丝液经喷丝孔喷出后，纺丝液细流先经过一小段空气层(干段)，空气层长度一般小于20～30mm，再进入凝固浴，干段很短，但对凝固相分离和成纤结构有着重大影响。在空气层挤出的纺丝液细流中的溶剂急速蒸发，表面形成了薄薄致密层，细流进入凝固浴后可抑制双扩散速度；由于在喷丝板出口处产生膨胀效应，靠细流自身的重力以及牵伸力向下流动，然后经干喷湿纺的正牵伸可使胀大部分被牵伸变细后进入凝固浴；凝固浴采用低溶剂质量分数配比和低温凝固，低溶剂质量分数配比可加大溶剂与细流之间的质量分数差，加速扩散；低温可抑制扩散速度，利于沉淀结构致密化、均质化，最终这样纺出的纤维丝束表面较平滑且无沟槽。与纯湿纺相比，干喷湿纺可纺出较高密度且无明显皮芯结构的原丝，大幅提高了纤维的抗拉强度，可生产细特化和均质化的高性能纤维。这种纺丝方法已在聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维等生产中得到应用。
溶液纺丝技术中影响最终纤维成型质量的因素诸多，在干-湿法纺丝工序中，纺丝液的温度及空气层工序是影响纤维物理机械性能的其中两个关键因素。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。并且，由于喷丝板与凝固浴液面之间的距离非常短，液面发生的微小波动、气流扰动等都会对纺丝原液细流造成影响，从而进一步影响丝的性能。同时，由于高温的原液细流从喷丝板喷出后，经过常温空气层，纺丝原液细流中的溶剂急速挥发(蒸发)会使纤维表面形成孔洞。
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。CN 205115683 U公开了一种干喷湿纺喷丝装置，包括整流罩和喷丝板，喷丝板安装在整流罩的内部，整流罩的上端设置有多个进气口，多个进气口相对于喷丝板的对称轴对称分布，进气口与供气装置连接；整流罩的下部浸入凝固浴密封，整流罩位于液面以上且靠近液面的位置设置多个出气口。CN 106521648 A公开了一种粘胶纤维纺丝机，属于化纤机械技术领域，圆盘干湿法纺丝机包括减速电机、纺丝计量泵、原液入口、冷却空气入口、排气出口、上部导丝轮、丝束张力检测装置、喷丝头组件、纺丝浴槽、底部导丝轮、浴槽升降装置、浴液阀门和主框架，减速电机与纺丝计量泵用联轴器相连，安装在主框架的顶部，采用环形喷丝头，在360度的圆环上均匀喷丝，风冷也是在360度上吹风，排风也是在360度的圆周上来实现。
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；并且由于目前大多数吹风方式都是沿纺丝液喷出的方向从上向下，直接喷向凝固浴液面，不但丝束受风不能完全均等，而且凝固浴液面不可避免会受到气流扰动出现微小波动，同时，由于高温的原液细流从喷丝板喷出后，经过空气层，纺丝原液细流中的溶剂急速挥发(蒸发)会使纤维表面形成孔洞。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，同时有效减小外界扰动对原液细流的影响，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系统及纺丝设备。
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系统，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系统，沿圆筒形壳体的轴线方向在圆筒形壳体两侧分别延伸设置有用于向形成的丝束提供均匀吹风的供风装置。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，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系统，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系统，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系统，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系统，所述供风装置包括在圆筒形壳体的两侧沿丝束形成的方向向下延伸设置的挡风板，两挡风板之间形成一吹风区，沿挡风板的设置方向在挡风板的内壁上连续设置有用于向丝束提供水平方向气流的吹风机构。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，所述吹风机构包括一具有储风腔的基座，在基座上设置有一自竖直方向向丝束方向倾斜的导风板，所述导风板上开设有与储风腔相连通的多个水平吹风孔，水平吹风孔自上向下设置多排，所述多排水平吹风孔自上向下的设置高度为20-40mm。
上述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，在导风板的端部向丝束方向水平延伸设置有用于导向吹风方向及稳定纺丝液面的导向稳定板，所述导向稳定板部分浸入凝固浴液面。
一种纺丝设备，包括计量泵，以及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1-9任一项所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，还包括设于纺丝系统下方的用于将经纺丝系统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系统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，提高了纺丝系统的纺丝稳定性，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为本发明供风装置的结构示意图；
图5为图4中A部分的局部结构放大图；
图6为吹风机构的放大结构示意图；
图7为本发明实施例2的结构示意图。
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，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。
如图4、5、6所示，由于喷丝板与凝固浴液面之间的距离非常短，液面发生的微小波动、气流扰动等都会对纺丝原液细流造成影响，为避免在空气层阶段影响纺丝质量。沿圆筒形壳体1的轴线方向在圆筒形壳体1的两侧分别延伸设置有用于向形成的丝束25提供均匀吹风的供风装置26。该供风装置26包括在圆筒形壳体1的两侧沿丝束25形成的方向向下延伸设置的挡风板27，两挡风板27之间形成一吹风区28，沿挡风板27的设置方向在挡风板27的内壁上连续设置有用于向丝束25提供水平方向气流的吹风机构29。具体吹风机构29包括一具有储风腔30的基座31，在基座31上设置有一自竖直方向向丝束25方向倾斜的导风板32，在导风板32上开设有与储风腔30相连通的多个水平吹风孔33，水平吹风孔33自上向下设置多排，多排水平吹风孔33自上向下的设置高度为20-40mm。在挡风板27上开设有用于向储风腔30内通入连续空气的进气口35。在导风板32的端部向丝束25方向水平延伸设置有用于导向吹风方向及稳定纺丝液面的导向稳定板34，导向稳定板34部分浸入凝固浴液面36。在两挡风板27上分别连接用于向储风腔30内供气的连接管口38，对于供气的设备可以选择目前常规的例如空气压缩机等气源设备。
本发明两挡风板27形成的吹风区并不是一个封闭空间，吹风区28的前后两段与外界连通，大大减小了因传统负压问题导致空气流动等因素的扰动对经喷丝板8喷出的原液细流的影响，并且可有效保证丝束25附近凝固浴液温度及浓度的稳定和扩散。倾斜设置的导风板32以及导向稳定板34的设置，气流通过斜面向水平方向扩散，能够达到均匀平缓流通的效果，并且水平伸向丝束25的导向稳定板34既能够避免气流作用在凝固浴液面上，又能够实现对凝固浴液面的稳定，对凝固浴液面的微小波纹及波动起到了抵消作用，进一步提高了纺丝过程的稳定性。储风腔30能够实现对风量进入各水平吹风口33的均匀调节，使得吹向丝束25的风量大小均匀，提高了丝束的均匀度。
本申请用于纺丝设备，用于干喷湿纺工艺，包括计量泵，以及与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系统。干喷湿纺设备还包括设于纺丝系统下方的用于将经纺丝系统喷出的纺丝液凝固成型并形成初生纤维的凝固浴槽37，在喷丝系统与凝固浴槽37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。由于干喷湿纺设备除本申请纺丝系统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。当然，根据实际需要，也可将供风装置26拆除，将纺丝系统与计量泵及凝固浴槽等部件组合使用，作为湿法纺丝之用。
实施例2：
如图7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，将两组纺丝系统采用并联的方式连接。具体的，两内端盖15通过一管路21连接，使得两纺丝系统的环形热平衡腔11彼此连通，并分别在两纺丝系统上设置注液口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。
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系统，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系统，其特征是：沿圆筒形壳体的轴线方向在圆筒形壳体两侧分别延伸设置有用于向形成的丝束提供均匀吹风的供风装置。
3.根据权利要求1所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，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。
4.根据权利要求3所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，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。
5.根据权利要求3所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，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。
6.根据权利要求4所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，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，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2所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，其特征是：所述供风装置包括在圆筒形壳体的两侧沿丝束形成的方向向下延伸设置的挡风板，两挡风板之间形成一吹风区，沿挡风板的设置方向在挡风板的内壁上连续设置有用于向丝束提供水平方向气流的吹风机构。
8.根据权利要求7所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，其特征是：所述吹风机构包括一具有储风腔的基座，在基座上设置有一自竖直方向向丝束方向倾斜的导风板，所述导风板上开设有与储风腔相连通的多个水平吹风孔，水平吹风孔自上向下设置多排，所述多排水平吹风孔自上向下的设置高度为20-40mm。
9.根据权利要求8所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，其特征是：在导风板的端部向丝束方向水平延伸设置有用于导向吹风方向及稳定纺丝液面的导向稳定板，所述导向稳定板部分浸入凝固浴液面。
10.一种纺丝设备，包括计量泵，其特征是：以及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1-9任一项所述的基于溶液纺丝技术的纺丝系统，还包括设于纺丝系统下方的用于将经纺丝系统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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