CN110760941B - 一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，涉及对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝设备技术领域。本发明中，在喷丝箱(1)的下方安装筒状上挡板(2)，在凝固浴(4)的上方安装筒状下挡板(3)，上挡板(2)的下端嵌套在下挡板(3)的上方；凝固浴(4)内安装溢流盘(6)，溢流盘(6)下方刚性连接的中空的纺丝管(605)穿过阻尼盘(5)的中心通孔(501)伸入到加速装置(7)的加速管道(702)中。与现有技术相比，本发明优点在于：凝固浴高度通过丝杆便于改变，用以调节空气层高度；设置筒状挡板，减轻外界大气对丝束的影响；溢流盘和阻尼盘的设计，凝固浴液稳定流动；可实现在600m/min的纺丝速度下进行稳定纺丝，丝束均匀。

Description

一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置

技术领域

本发明涉及对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝设备技术领域，特别涉及一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，便于实现对位芳纶的稳定纺丝。

背景技术

对位芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。

对位芳纶树脂多采用干喷湿纺法进行纺丝。纺丝浆液经纺丝装置喷出后，直接进入空气层拉伸形成具有一定强度的初生纤维，然后以较高的速度进入凝固浴进一步纺丝，在凝固浴的作用下初生纤维的液晶结构进行取向固定成为性能优异的纤维。纤维丝束的质量不仅与对位芳纶树脂分子量、纺丝浆液浓度有关，还与纺丝装置的设备参数有关。比如：空气层的高度及气流情况、凝固浴内部流动情况等。

发明内容

本发明提供一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，该装置中凝固浴高度通过丝杆便于改变，用以调节空气层高度；设置筒状挡板，减轻外界大气对丝束的影响；溢流盘和阻尼盘的设计，凝固浴液稳定流动；实现高速稳定纺丝。

具体技术方案是，一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，在喷丝箱的下方安装筒状上挡板，在凝固浴的上方安装筒状下挡板，上挡板的下端嵌套在下挡板的上方；凝固浴内安装溢流盘，溢流盘下方刚性连接的中空的纺丝管穿过阻尼盘的中心通孔伸入到加速装置的加速管道中；

喷丝箱上设有喷丝板，喷丝板上喷丝孔的孔径为40-60μm；

上挡板和下挡板间的嵌套区域为对接处，对接处的高度为2-30mm；

凝固浴的内壁焊接一圈环形卡台，阻尼盘位于卡台上方，阻尼盘的中心通孔外围设置多个小通孔；阻尼盘的直径小于凝固浴的内径，大于环形卡台的内径；当第一进液管处开始补水时，补水压力大于阻尼盘的重力，阻尼盘将会开始上浮，以平衡水的压力；水从阻尼盘上的小通孔向上流动，进行均匀分散流动，使得凝固浴液体处于稳定流动中，不会出现漩涡；当补水压力小于阻尼盘的重力时，阻尼盘会落于卡台上。

溢流盘上部是竖向筒状的立壁，立壁与水平方向的凹环圆角过渡刚性连接，凹环与其内侧的凸环圆角过渡刚性连接，凸环与纺丝管圆角过渡刚性连接；在立壁上周向开有进液孔；凝固浴中，一般是水，水先从立壁上的进液孔流入到凹环，再从凹环漫过凸环流入到纺丝管，初生纤维在纺丝管中，随着水流的方向进行取向，水流还可以带走初生纤维上的纺丝浆液中的溶剂；圆角过渡连接，目的是促进凝固浴液体的稳定流动，避免漩涡的产生。

凝固浴的板架上开有丝孔和长条状的导槽，丝杆与丝孔螺纹配合连接；加速装置通过螺栓、垫片和螺母紧固安装在导槽处；转动丝杆可实现凝固浴及加速装置的同步上下移动，可以改变凝固浴与喷丝板之间的空气层高度，空气层高度过小会降低初生纤维的强度，在后续纺丝中容易产生断丝和毛丝；而空气层高度过大会提高初生纤维的强度，加大后续纺丝的难度，可能导致纤维过粗。加速装置在凝固浴的板架上单独进行上下位置的调节范围由导槽进行限制；改变加速装置与凝固浴间的相对位置，即改变纤维纺丝中加速的开始点，根据不同性能需要进行纺丝。加速装置主要作用是提高了纺丝速度。

凝固浴和加速装置上分别设置第一进液管和第二进液管；凝固浴液体可分别从第一进液管和第二进液管进入纺丝设备中参与纺丝。

进一步，上挡板和下挡板的筒壁上开有通气孔，通气孔呈多层圆周阵列式排布。通气孔的设置，便于纺丝时产生的热量及时散出，通气孔孔径较小，不会引起明显波动气流，维持了空气层处气体流动及其温度间的动态平衡，纺丝更均匀。

进一步，通气孔的孔径＜2mm。

进一步，对接处的高度为8-15mm。

进一步，在纺丝管与加速装置相接处安装弹性垫圈。弹性垫圈具有密封纺丝管与加速装置的作用，加入的液体从位于下方的第二进液管进入，一般是高压流体，产生向上的作用力，将弹性垫圈向上顶，实现加速装置与纺丝管间的密封。

进一步，加速管道的直径比纺丝管的直径大8-20mm。当凝固浴流速不能满足纺丝要求时，启用加速装置，在第二进液管处补水，水流会在加速管道处由横向流动变为竖直向下流动，再与纺丝管中的凝固浴并行，通过控制加速装置处的补水压力，可以实现并流后的流速大于纺丝管中的原来的凝固浴流速，进而加强纤维的取向固定程度。

本发明中的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，优点在于：

①空气层高度便于调节，转动丝杆就可以调节凝固浴的高度，进而改变空气层的高度；

②空气层处气体处于动态平衡中，上下两处挡板，部分相接，在减轻外界大气对丝束的影响的同时，留有换气及散热的通道，维持了空气层处气体流动及其温度间的动态平衡，纺丝更均匀；

③溢流盘圆角过渡连接和阻尼盘的设计，凝固浴液稳定流动；

④本发明可实现在600m/min的纺丝速度下进行稳定纺丝，丝束均匀。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是一种具体实施例中干喷湿纺的纺丝装置示意图；

图2是一种具体实施例中干喷湿纺的纺丝装置的主视图；

图3是一种具体实施例中干喷湿纺的纺丝装置的左视图；

图4是图3中A-A的剖面图；

图5是一种具体实施例中阻尼盘的示意图；

图6是一种具体实施例中溢流盘的示意图；

图7是另一种具体实施例中干喷湿纺的纺丝装置的左视图；

图8是图7中C-C的剖视图；

图9是图8中的B处局部放大图。

附图标记说明：

1、喷丝箱，2、上挡板，3、下挡板，4、凝固浴，5、阻尼盘，6、溢流盘，7、加速装置，8、通气孔，9、对接处，

101、喷丝板；

401、卡台，402、第一进液管，403、丝孔，404、导槽，405、板架，406、丝杆；

501、中心通孔，502、小通孔；

601、立壁，602、凹环，603、凸环，604、进液孔，605、纺丝管；

701、第二进液管，702、加速管道，704、螺栓，705、螺母，706、垫片，707、弹性垫圈。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的，改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

参照图1-9，一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，在喷丝箱1的下方安装筒状上挡板2，在凝固浴4的上方安装筒状下挡板3，上挡板2的下端嵌套在下挡板3的上方；凝固浴4内安装溢流盘6，溢流盘6下方刚性连接的中空的纺丝管605穿过阻尼盘5的中心通孔501伸入到加速装置7的加速管道702中；

喷丝箱1上设有喷丝板101，喷丝板101上喷丝孔的孔径为40-60μm；上挡板2和下挡板3间的嵌套区域为对接处9，对接处9的高度为2-30mm；

凝固浴4的内壁焊接一圈环形卡台401，阻尼盘5位于卡台401上方，阻尼盘5的中心通孔501外围设置多个小通孔502；阻尼盘5的直径小于凝固浴4的内径，大于环形卡台401的内径；溢流盘6上部是竖向筒状的立壁601，立壁601与水平方向的凹环602圆角过渡刚性连接，凹环602与其内侧的凸环603圆角过渡刚性连接，凸环603与纺丝管605圆角过渡刚性连接；在立壁601上周向开有进液孔604；

凝固浴4的板架405上开有丝孔403和长条状的导槽404，丝杆406与丝孔403螺纹配合连接；加速装置7通过螺栓704、垫片706和螺母705紧固安装在导槽404处；

凝固浴4和加速装置7上分别设置第一进液管402和第二进液管701；凝固浴液体可分别从第一进液管和第二进液管进入纺丝设备中参与纺丝。

上挡板2和下挡板3的筒壁上开有通气孔8，通气孔8呈多层圆周阵列式排布，通气孔8的孔径＜2mm。通气孔8的设置，便于纺丝时产生的热量及时散出，通气孔8孔径较小，不会引起明显波动气流，维持了空气层处气体流动及其温度间的动态平衡，纺丝更均匀。进一步，对接处9的高度为8-15mm。

在纺丝管605与加速装置7相接处安装弹性垫圈707。加速管道702的直径比纺丝管605的直径大8-20mm。

当凝固浴流速不能满足纺丝要求时，启用加速装置7，在第二进液管701处补水，水流会在加速管道702处由横向流动变为竖直向下流动，再与纺丝管605中的凝固浴并行，通过控制加速装置7处的补水压力，可以实现并流后的流速大于纺丝管605中的原来的凝固浴流速，进而加强纤维的取向固定程度。

在本发明的纺丝装置中进行纺丝，工艺参数的确定：喷丝板101上喷丝孔孔径为50μm，纺丝管长度为8mm，喷丝速度为80m/min，纺丝温度设为80℃，凝固浴温度设为8℃，凝固浴是水，在凝固浴4的第一进液管402处凝固浴进液量是360L/h，加速装置7的第二进液管701处凝固浴进液量是480L/h。

对位芳纶的比浓对数粘度为7.1，溶解于浓硫酸中制备浓度为20％质量比的纺丝浆液，纺丝速度为600m/min左右。

得到的纤维拉伸强度为3.1GPa，拉伸模量为88GPa。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，

在喷丝箱(1)的下方安装筒状上挡板(2)，在凝固浴(4)的上方安装筒状下挡板(3)，上挡板(2)的下端嵌套在下挡板(3)的上方；凝固浴(4)内安装溢流盘(6)，溢流盘(6)下方刚性连接的中空的纺丝管(605)穿过阻尼盘(5)的中心通孔(501)伸入到加速装置(7)的加速管道(702)中；

喷丝箱(1)上设有喷丝板(101)，喷丝板(101)上喷丝孔的孔径为40-60μm；

上挡板(2)和下挡板(3)间的嵌套区域为对接处(9)，对接处(9)的高度为2-30mm；

凝固浴(4)的内壁焊接一圈环形卡台(401)，阻尼盘(5)位于卡台(401)上方，阻尼盘(5)的中心通孔(501)外围设置多个小通孔(502)；

溢流盘(6)上部是竖向筒状的立壁(601)，立壁(601)与水平方向的凹环(602)圆角过渡刚性连接，凹环(602)与其内侧的凸环(603)圆角过渡刚性连接，凸环(603)与纺丝管(605)圆角过渡刚性连接；在立壁(601)上周向开有进液孔(604)；

凝固浴(4)的板架(405)上开有丝孔(403)和长条状的导槽(404)，丝杆(406)与丝孔(403)螺纹配合连接；加速装置(7)通过螺栓(704)、垫片(706)和螺母(705)紧固安装在导槽(404)处；

凝固浴(4)和加速装置(7)上分别设置第一进液管(402)和第二进液管(701)。

2.根据权利要求1所述的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，上挡板(2)和下挡板(3)的筒壁上开有通气孔(8)，通气孔(8)呈多层圆周阵列式排布。

3.根据权利要求2所述的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，通气孔(8)的孔径＜2mm。

4.根据权利要求1所述的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，对接处(9)的高度为8-15mm。

5.根据权利要求1所述的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，在纺丝管(605)与加速装置(7)相接处安装弹性垫圈(707)。

6.根据权利要求1所述的一种对位芳纶干喷湿纺使用的纺丝装置，其特征在于，加速管道(702)的直径比纺丝管(605)的直径大8-20mm。

Images