CN112593305A - 一种芳纶ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法 - Google Patents

一种芳纶ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法，涉及高性能有机纤维制造技术领域，芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置包括水洗箱体，所述水洗箱体中设有喷淋系统，以及将水洗箱体分隔为若干个喷淋空间的若干个隔断装置，每一喷淋空间内均设有牵丝辊筒，所述牵丝辊筒为若干组，分设于喷淋空间的顶部和底部；本发明改善纤维湿法纺丝工艺状态，在降低污水排放量和水洗水用量的同时，使车间利用率提高，从而降低生产制造成本。

Description

一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法，涉及高性能有机纤维制造技术领域。
背景技术
芳纶Ⅲ纤维(杂环芳纶)是指主链上含有芳杂环的一类对位芳纶，典型的芳杂环为苯并咪唑环。据理论计算，由对苯二胺、对苯二甲酰氯和苯并咪唑类二胺三元缩聚合成的纤维拉伸强度可达4.5～5.5GPa，且具有很高的热稳定性，全芳香聚酰胺纤维的分解温度可达550℃。而作为增强体制备树脂基高性能复合材料是芳纶最为重要的应用领域之一，芳纶增强树脂基复合材料的应用范围非常广，在航空航天、军用抗弹、体育器材、汽车和建筑等多个领域都发挥着重要作用。
芳纶Ⅲ纤维需要获得较高的力学性能且丝束柔软利于后期加工，就必须在其纺丝制备过程中采用湿法纺丝工艺，而湿法纺丝工艺必然用到强极性溶剂；纤维的纺制过程中原生纤维若水洗渗透洗涤不透彻，在丝束中夹杂溶剂，便极有可能在下一步高温热处理中引起溶剂挥发造成纤维表面缺陷和丝束粘连，从而引起产品外观毛躁，力学强度降低和丝束发硬。
综上，一种可有效降低水洗水用量且污水排放少，提高车间利用率的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法有待研究。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术存在的缺陷，提供一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置及其使用方法，本发明的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置采用全新设计的立体水洗洗涤渗透装置，可有效降低水洗水用量且污水排放；采用高度集成的立体箱式结构，充分利用空间结构，大大提高了车间利用率。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：
一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，包括水洗箱体，所述水洗箱体中设有喷淋系统，以及将水洗箱体分隔为若干个喷淋空间的若干个隔断装置，每一喷淋空间内均设有牵丝辊筒，所述牵丝辊筒为若干组，分设于喷淋空间的顶部和底部。
进一步的是，所述水洗箱体长度为1-5m，宽度为1-2m，高度为1-2m。
进一步的是，所述牵丝辊筒直径为10-20mm，长度为200-1000mm。
进一步的，所述牵丝辊筒为两组，一组设于喷淋空间的顶部，一组设于喷淋空间的底部。
进一步的，所述隔断装置为隔板，所述隔板高于喷淋空间底部的牵丝辊筒的底部。
进一步的，所述隔板为三组，将水洗箱体从左至右分隔为第一喷淋空间、第二喷淋空间、第三喷淋空间和第四喷淋空间。
进一步的，所述喷淋系统从右至左包括去离子水进口装置、第一水洗装置、第二水洗装置和第三水洗装置。多组水洗装置的设计其目的是尽可能的将原生纤维中所含溶剂洗涤浸泡干净；多道水洗水所用去离子水均为反复利用，其目的是节约去离子水用量，减少能源消耗。
进一步的，所述去离子水进口装置包括去离子水进口管，所述去离子水进口管设于第四喷淋空间的顶部。去离子水进口管连接于去离子水储水箱，去离子水储水箱上设有夹套加热装置。
进一步的，所述第一水洗装置包括依次连接的去离子水出口管、第一水洗水泵、三道水洗进口管和三道水洗出水管；所述去离子水出口管顶端连接于第四喷淋空间底部，所述三道水洗出水管连接于第三喷淋空间的顶部。
进一步的，所述第二水洗装置包括依次连接的三道水洗水出口管、第二水洗水泵、二道水洗进口管和二道水洗出水管；所述三道水洗水出口管顶端连接于第三喷淋空间底部，所述二道水洗出水管连接于第二喷淋空间的顶部。
进一步的，所述第三水洗装置包括依次连接的二道水洗水出口管、第三水洗水泵、一道水洗进口管和一道水洗出水管；所述二道水洗水出口管顶端连接于第二喷淋空间底部，所述一道水洗出水管连接于第一喷淋空间的顶部；所述第一喷淋空间的底部还设有污水出口管。
本发明使芳纶Ⅲ纺丝聚合液通过一系列湿法纺丝工艺处理后得到连续化的未水洗洗涤原生纤维，原生纤维经导丝器定位后进入水洗箱体进行水洗洗涤渗透后被进行烘干随即进行连续化热处理，最后经收丝机收卷得到产品。
进一步的，所述原生纤维纤维可以多组平行进入水洗水箱；实现水洗的过程中，纤维可以在牵丝辊筒上使用不同的绕行方法。
本发明应用于芳纶Ⅲ纤维的制备工艺，所述工艺依次包括张力仪、水洗水箱、干燥箱、热处理装置和收卷机。
进一步的，芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、制备芳纶Ⅲ纺丝聚合液；
S2、将芳纶Ⅲ纺丝聚合液经一系列湿法纺丝工艺后得到未水洗洗涤处理的原生纤维；
S3、将原生纤维经导丝器牵引进水洗箱体中进行水洗渗透洗涤；
S4、水洗箱体内水洗水经喷淋系统喷出冲洗纤维，纤维经过三道水洗和浸泡，在第三水洗装置喷淋结束后牵引出水洗箱体。
优选的，所述牵丝辊筒运行速度为8-20米/分钟。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的芳纶Ⅲ纤维水洗洗涤渗透装置，可以实现去离子水反复利用，减少不必要的能耗浪费，且清洗更干净彻底；
(2)本发明一体化的设计方式，可以有效利用场地空间，工业化集成度更高，便于监控和操作；对高性能有机纤维制造行业的发展具有重要的意义；
(3)本发明改善纤维湿法纺丝工艺状态，在降低污水排放量和水洗水用量的同时，使车间利用率提高，从而降低生产制造成本。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为芳纶Ⅲ纤维工艺流程图；
图中：1、一道水洗出水管；2、二道水洗出水管；3、三道水洗出水管；4、去离子水进口管；5、牵丝辊筒；6、一道水洗进口管；7、二道水洗进口管；8、三道水洗进口管；9、二道水洗水出口管；10、三道水洗水出口管；11、去离子水出口管；12、第三水洗水泵；13、第二水洗水泵；14、第一水洗水泵；15、隔板；16、水洗箱体；17、污水出口管；18、张力仪；19、水洗水箱；20、干燥箱；21、热处理装置；22、收卷机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明的装置参数依据实际情况在数值范围内设定即可。
实施例1
一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，如图1-2所示，包括水洗箱体16，所述水洗箱体16中设有喷淋系统，以及将水洗箱体16分隔为若干个喷淋空间的若干个隔断装置，每一喷淋空间内均设有牵丝辊筒5，所述牵丝辊筒5为若干组，分设于喷淋空间的顶部和底部。
所述水洗箱体16长度为1-5m，宽度为1-2m，高度为1-2m；
所述牵丝辊筒5直径为10-20mm，长度为200-1000mm。
所述牵丝辊筒5为两组，一组设于喷淋空间的顶部，一组设于喷淋空间的底部。
所述隔断装置为隔板15，所述隔板15高于喷淋空间底部的牵丝辊筒5的底部。
所述隔板15为三组，将水洗箱体16从左至右分隔为第一喷淋空间、第二喷淋空间、第三喷淋空间和第四喷淋空间。
所述喷淋系统从右至左包括去离子水进口装置、第一水洗装置、第二水洗装置和第三水洗装置。多组水洗装置的设计其目的是尽可能的将原生纤维中所含溶剂洗涤浸泡干净；多道水洗水所用去离子水均为反复利用，其目的是节约去离子水用量，减少能源消耗。
所述去离子水进口装置包括去离子水进口管4，所述去离子水进口管4设于第四喷淋空间的顶部。去离子水进口管4连接于去离子水储水箱，去离子水储水箱上设有夹套加热装置。
所述第一水洗装置包括依次连接的去离子水出口管11、第一水洗水泵14、三道水洗进口管8和三道水洗出水管3；所述去离子水出口管11顶端连接于第四喷淋空间底部，所述三道水洗出水管3连接于第三喷淋空间的顶部。
所述第二水洗装置包括依次连接的三道水洗水出口管10、第二水洗水泵13、二道水洗进口管7和二道水洗出水管2；所述三道水洗水出口管10顶端连接于第三喷淋空间底部，所述二道水洗出水管2连接于第二喷淋空间的顶部。
所述第三水洗装置包括依次连接的二道水洗水出口管9、第三水洗水泵12、一道水洗进口管6和一道水洗出水管1；所述二道水洗水出口管9顶端连接于第二喷淋空间底部，所述一道水洗出水管1连接于第一喷淋空间的顶部；所述第一喷淋空间的底部还设有污水出口管17。
实施例2
基于实施例1，芳纶Ⅲ纤维水洗装置的工艺，包括以下步骤：
S1、制备动力粘度为100000Pa.s的芳纶Ⅲ纤维聚合液；
S2、按照一定的湿法纺丝工艺得到未洗涤的原生纤维5组；
S3、将5组原生纤维经张力仪18引入水洗水箱19；
S4、接着纤维以10m/min的运行速度连续化的在水洗水箱19中进行洗涤浸泡；
S5、纤维经过最后去离子水喷淋洗涤后被干燥箱20引出并进行干燥；
S6、通过干燥后的纤维进入热处理后收卷；
S7、经收丝机取样得到500dtex线密度型号纤维产品。
将5卷成品纤维进行性能测试后见数据见表1。
Figure BDA0002816983480000051
实施例3
基于实施例1，芳纶Ⅲ纤维水洗装置的工艺，包括以下步骤：
S1、制备动力粘度为56000Pa.s的芳纶Ⅲ纤维聚合液；
S2、按照一定的湿法纺丝工艺得到未洗涤的原生纤维5组；
S3、将5组原生纤维经张力仪18引入水洗水箱19；
S4、接着纤维以15m/min的运行速度连续化的在水洗水箱19中进行洗涤浸泡；
S5、纤维经过最后去离子水喷淋洗涤后被干燥箱20引出并进行干燥；
S6、通过干燥后的纤维进入热处理后收卷；
S7、经收丝机取样得到1100dtex线密度型号纤维产品。
将5卷成品纤维进行性能测试后见数据见表2。
样品编号 线密度 强度 丝束效果 污水排放量
20200306-1 1123dtex 4.51GPa 柔软 22L/H
20200306-2 1100dtex 4.53GPa 柔软 22L/H
20200306-3 1135dtex 4.51GPa 柔软 22L/H
20200306-4 1121dtex 4.52GPa 柔软 22L/H
20200306-5 1122dtex 4.50GPa 柔软 22L/H
实施例4
基于实施例1，芳纶Ⅲ纤维水洗装置的工艺，包括以下步骤：
S1、制备动力粘度为82500Pa.s的芳纶Ⅲ纤维聚合液；
S2、按照一定的湿法纺丝工艺得到未洗涤的原生纤维5组；
S3、将5组原生纤维经张力仪18引入水洗水箱19；
S4、接着纤维以20m/min的运行速度连续化的在水洗水箱19中进行洗涤浸泡；
S5、纤维经过最后去离子水喷淋洗涤后被干燥箱20引出并进行干燥；
S6、通过干燥后的纤维进入热处理后收卷；
S7、经收丝机取样得到1100dtex线密度型号纤维产品。
将5卷成品纤维进行性能测试后见数据见表3。
样品编号 线密度 强度 丝束效果 污水排放量
20200307-1 1100dtex 4.51GPa 柔软 21L/H
20200307-2 1110dtex 4.58GPa 柔软 21L/H
20200307-3 1115dtex 4.60GPa 柔软 21L/H
20200307-4 1107dtex 4.52GPa 柔软 21L/H
20200307-5 1111dtex 4.54GPa 柔软 21L/H
由表1-3数据可见，本发明的芳纶Ⅲ纤维水洗装置及其使用方法，纤维质量稳定性高，且纤维成品合格率为100％；纤维丝束柔软，外观光亮；从整套装置结构示意图可以得知，其水洗水箱19设计立体化，采用三道水洗水循环使用，可以有效节约去离子水的用量，并减少污水的排放；其中节能减排的意义对于高性能有机纤维制造行业的发展具有重要的价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，包括水洗箱体(16)，所述水洗箱体(16)中设有喷淋系统，以及将水洗箱体(16)分隔为若干个喷淋空间的若干个隔断装置；每一喷淋空间内均设有牵丝辊筒(5)，所述牵丝辊筒(5)为若干组，分设于喷淋空间的顶部和底部。
2.根据权利要求1所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述牵丝辊筒(5)为两组，一组设于喷淋空间的顶部，一组设于喷淋空间的底部。
3.根据权利要求2所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述隔断装置为隔板(15)，所述隔板(15)高于喷淋空间底部的牵丝辊筒(5)的底部。
4.根据权利要求3所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述隔板(15)为三组，将水洗箱体(16)从左至右分隔为第一喷淋空间、第二喷淋空间、第三喷淋空间和第四喷淋空间。
5.根据权利要求4所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述喷淋系统从右至左包括去离子水进口装置、第一水洗装置、第二水洗装置和第三水洗装置。
6.根据权利要求5所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述去离子水进口装置包括去离子水进口管(4)，所述去离子水进口管(4)设于第四喷淋空间的顶部。
7.根据权利要求6所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述第一水洗装置包括依次连接的去离子水出口管(11)、第一水洗水泵(14)、三道水洗进口管(8)和三道水洗出水管(3)；所述去离子水出口管(11)顶端连接于第四喷淋空间底部，所述三道水洗出水管(3)连接于第三喷淋空间的顶部。
8.根据权利要求7所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述第二水洗装置包括依次连接的三道水洗水出口管(10)、第二水洗水泵(13)、二道水洗进口管(7)和二道水洗出水管(2)；所述三道水洗水出口管(10)顶端连接于第三喷淋空间底部，所述二道水洗出水管(2)连接于第二喷淋空间的顶部。
9.根据权利要求8所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置，其特征在于，所述第三水洗装置包括依次连接的二道水洗水出口管(9)、第三水洗水泵(12)、一道水洗进口管(6)和一道水洗出水管(1)；所述二道水洗水出口管(9)顶端连接于第二喷淋空间底部，所述一道水洗出水管(1)连接于第一喷淋空间的顶部；所述第一喷淋空间的底部还设有污水出口管(17)。
10.根据权利要求9所述的芳纶Ⅲ纤维纺丝水洗装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备芳纶Ⅲ纺丝聚合液；
S2、将芳纶Ⅲ纺丝聚合液经一系列湿法纺丝工艺后得到未水洗洗涤处理的原生纤维；
S3、将原生纤维经导丝器牵引进水洗箱体(16)中进行水洗渗透洗涤；
S4、水洗箱体(16)内水洗水经喷淋系统喷出冲洗纤维，纤维经过三道水洗和浸泡，在第三水洗装置喷淋结束后牵引出水洗箱体(16)；
优选的，所述牵丝辊筒(5)运行速度为8-20米/分钟。
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