CN112807855A - 新型烧结滤芯、制备方法及在过滤化纤纺丝液中的应用 - Google Patents

新型烧结滤芯、制备方法及在过滤化纤纺丝液中的应用 Download PDF

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徐小平
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    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
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Abstract

本发明所公开的新型烧结滤芯，包括金属颗粒烧结成型的芯体，芯体为柱形，芯体的首部设置多个在芯体内轴向延伸的第一盲孔，第一盲孔进口位于芯体首部端面上，芯体的尾部设置多个在芯体内轴向延伸的第二盲孔，第二盲孔出口位于芯体尾部端面上，第一盲孔的数量大于第二盲孔的数量，本滤芯烧结成型柱体，结构稳定，不易变形，且金属粉末或颗粒烧结形成的孔隙会对纺丝液产生剪切、诱导排列及减少交联的作用，同时本司重新设计滤芯的结构，在两端开盲孔，增加过滤面积，同时大幅减少阻塞的现象，效率提升，并对应公开滤芯的制备方法及在纺丝液过滤中应用。

Description

新型烧结滤芯、制备方法及在过滤化纤纺丝液中的应用
技术领域
本发明涉及过滤技术领域，具体为一种烧结滤芯、制备方法及其在化纤纺丝液过滤中的应用。
背景技术
化学纤维生产的一个核心工序是将纺丝过滤介质或溶液，用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头的喷丝板孔中压出，呈液体细丝状，再在适当介质中固化成细丝，这一过程称为纺丝。纺丝过滤介质进入喷丝头前必须把其中含有的固体杂质和胶体过滤掉，否则这些杂质会阻塞喷丝板或者导致最终化纤的产品缺陷，诸如飘丝和断头。
已知的过滤介质包括海砂、金属砂、金属编织网以及金属烧结毡等。这些过滤介质都存在各种各样的问题。传统的纺丝组件的过滤方式采用海砂或者金属砂作为松散的过滤介质床，松散的过滤介质床的上下都用金属编织网来固定，在喷丝板前还会放置金属编制网滤片。这种传统的过滤方式的过滤效果不佳，因为海砂或金属砂容易发生移动、分离、流动并形成通道，金属编织网的网孔在压力的作用下会发生改变，从而影响过滤效果。所以，金属编织网作为化纤生产喷丝组件中的主要过滤方式也很难达到理想的过滤效果。
金属纤维毡作为过滤介质应用到化纤喷丝组件中的喷丝板前板滤材，可以提供过滤精度，提高化学纤维的产品品质。但是，这种过滤介质同样存在一些问题，由于金属纤维毡的松软和脆弱的结构，需要用金属编织网把它包裹起来，从而提供一定的支撑力以防止在压力的作用下发生变形或穿孔。另外，金属纤维毡具有较大的孔隙度和纳污能力，但是无法对过滤介质提供足够的剪切作用。
对此，本司集结研究人员立项研发新的技术方案以提升化纤纺丝液的过滤效果。
发明内容
为解决上述技术的至少一处缺陷，本发明提供如下技术方案。
本申请文件第一方面提供新型烧结滤芯，包括金属颗粒烧结成型的芯体，芯体为柱形，芯体的首部设置多个在芯体内轴向延伸的第一盲孔，第一盲孔进口位于芯体首部端面上，芯体的尾部设置多个在芯体内轴向延伸的第二盲孔，第二盲孔出口位于芯体尾部端面上，第一盲孔的数量大于第二盲孔的数量。
本滤芯烧结成型柱体，结构稳定，不易变形，且金属粉末或颗粒烧结形成的孔隙会对纺丝液产生剪切、诱导排列及减少交联的作用，同时本司重新设计滤芯的结构，在两端开盲孔，增加过滤面积，同时大幅减少阻塞的现象，效率提升。
进一步，第二盲孔闭口端延伸至第一盲孔之间，过滤面积大，过滤速度提升，结构稳定。
进一步，还包括尾部端盖，端盖与芯体尾端烧结固定，且端盖上设置有孔与第二盲孔出口对应，烧结一体化成型，提高结构的稳定性，即在加压输液情况下流畅运行。
本申请第二方面提供烧结滤芯的制备方法，包括以下步骤：
称量颗粒尺寸12目-500目的金属颗粒放入模具腔中；
将模具加压至20-35MPa，并对模具腔内填充的金属颗粒进行烧结成型，温度980-1600℃，时间20-120min。
对成型金属颗粒的尺寸及烧结成型的参数进行优化选择，提升滤芯对化纤纺丝液的过滤效果。
进一步，将烧结成型的芯体尾端伸入端盖槽内并烧结固定成型，结构稳定。
本申请第三方面提供上述烧结滤芯在过滤化纤纺丝液中的应用，经后期检测，纺丝液过滤效果大幅提升。
进一步，化纤纺丝液自烧结滤芯芯体首部第一盲孔的进口进入，进过滤后自第二盲孔的出口流出，且维持进口端的压力在20-35MPa，提升过滤速度，且过滤效果近乎不变。
与现有技术相比，本发明有益效果为：
本发明改进滤芯的结构及制备方法，并提供应用至化纤纺丝液的过滤，大幅提升过滤效果。
附图说明
图1是本烧结滤芯的纵向剖面结构示意图；
图2是本滤芯芯体的首部俯视图；
图3是本滤芯芯体的尾部仰视图；
图4是本烧结用模具的纵向剖面结构示意图。
图中：3、芯体侧面；11、进口；12、首部端面；21、出口；22、开口；23、端盖。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本烧结滤芯，包括金属颗粒烧结成型的芯体，芯体为柱形，芯体的首部成型多个在芯体内轴向延伸的第一盲孔，第一盲孔进口11位于芯体首部端面12上，芯体的尾部成型多个在芯体内轴向延伸的第二盲孔，第二盲孔出口21位于芯体尾部端面上，图中，第二盲孔闭口端沿芯体的轴向延伸至第一盲孔之间，形成彼此交错式结构，第二盲孔与第一盲孔的孔腔之间间隔烧结成型的薄壁，当纺丝液自第一盲孔的进口进入，自薄壁渗透至第二盲孔孔腔内，继而自出口流出，此为优选结构，此外在一些实施例中，可在芯体轴向方向上，第一盲孔闭口端与第二盲孔闭口端之间间隔适当距离，当然第一盲孔、第二盲孔的轴向延伸可非一条直线，可弧线等。
以图1中芯体过滤纺丝液时，具体流向如下：箭头方向为过滤介质(即纺丝液)流动方向，过滤介质从第一盲孔的进口端流入，大部分过滤介质经由第一盲孔管壁流向第二盲孔内，经由出口流出；少部分过滤介质经由首部端面渗透至第二盲孔出口内流出，少部分过滤介质从金属粉末芯体侧面3渗入进口，继而经第二盲孔出口流出，当然还可以该滤芯进行气体即其他液体的过滤。
图1中端盖23与芯体的尾端烧结固定为一体，如图所示，芯体的尾端插入端盖的槽口中固定，端盖上对应第二盲孔出口的位置开口22。
参考图2、图3，第一盲孔的数量大于第二盲孔的数量，此结构下，多孔进入，过滤面积大，大幅降低阻塞现象发生，尾端第二盲孔数量小，方便汇流进而有利于后续纺丝工序，图2中第一盲孔均匀排布成两个同心圆，当然也可采用矩形体、多边形或其他不规则构型进行排列，如图3所示，第二盲孔的排布即采用不规则图形排列。
如实施时，芯体采用圆柱形结构，其长度优选20mm-50mm，直径为30mm-70mm，长径比优选在3:1，当然也可2:1,1:1或更小，如在一实施例中，直径为50mm，长度为30mm，相对于传统圆盘型滤片相比，表面积增加约4倍，当然可根据实际情形选择其他长度或直径的芯体，如长度大于50mm，或直径大于70mm等。
至于盲孔，第一盲孔、第二盲孔可选择相同尺寸或不同尺寸，如每个盲孔直径5mm，长度为25mm，或6mm，长度为30mm等等，第一盲孔、第二盲孔的数量同样可根据实际情形选择，如二者数量和为8个、10个、15个、18个等等。
在成型上述滤芯时优选采用以下制备方法，包括以下步骤：
称量颗粒尺寸12目-500目的金属颗粒放入模具腔中；
将模具加压至20-35MPa，并对模具腔内填充的金属颗粒进行烧结成型，温度980-1600℃，时间20-120min。
具体而言，如真空烧结成型、充入气氛保护等等，优选在氢或氢、氮混合气体环境中进行真空烧结。
具体而言，如金属颗粒材质的选择，镍、镍铬合金、奥氏体镍铬不锈钢，或其他合金，此外，优选以水雾化成型的金属颗粒进行烧结成型芯体。
至于成型的模具腔如图4所示，图中在模具腔中两端相对交错固定芯棒以成型盲孔。
下面以具体实施例制备滤芯。
实施例1
制备方法如下：称量220克水雾化成型的镍颗粒，尺寸30-45目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在27MPa压力下压实，在980℃的温度下烧结40min，最终得到直径50mm，长度为30mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为5mm，长度为25mm，第一盲孔数量为12个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为6个，排列呈圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
实施例2
制备方法如下：称量200克奥氏体镍铬不锈钢颗粒，尺寸50-70目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在20MPa压力下压实，在1000℃的温度下烧结1h，最终得到直径50mm，长度为30mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为5mm，长度为25mm，第一盲孔数量为12个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为6个，排列呈圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
实施例3
制备方法如下：称量250克水雾化成型的奥氏体镍铬不锈钢颗粒，尺寸80-100目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在30MPa压力下压实，在1500℃的温度下烧结2h，最终得到直径50mm，长度为30mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为5mm，长度为25mm，第一盲孔数量为12个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为6个，排列呈圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
实施例4
制备方法如下：称量240克水雾化成型的奥氏体镍铬不锈钢颗粒，尺寸300-500目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在35MPa压力下压实，在1600℃的温度下烧结20min，最终得到直径50mm，长度为30mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为5mm，长度为25mm，第一盲孔数量为12个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为6个，排列呈圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
实施例5
制备方法如下：称量260克水雾化成型的奥氏体镍铬不锈钢颗粒，尺寸30-40目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在30MPa压力下压实，在1300℃的温度下烧结100min，最终得到直径40mm，长度为35mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为3mm，长度为26mm，第一盲孔数量为18个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为10个，同样排列成两个同心圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
实施例6
制备方法如下：称量260克水雾化成型的奥氏体镍铬不锈钢颗粒，尺寸30-40目，将其填充至图4中所示的模具腔中，在30MPa压力下压实，在1350℃的温度下烧结100min，最终得到直径60mm，长度为25mm的柱状单组分烧结多孔金属粉末滤芯，第一盲孔与第二盲孔的直径为3mm，长度为26mm，第一盲孔数量为20个，排列呈两个同心圆，第二盲孔的数量为10个，同样排列成两个同心圆形，之后与端盖烧结固定为一体。
下面将上述制备的滤芯应用至化纤纺丝液中过滤，将芯体置于滤筒中。
以聚丙烯纺丝液(过滤掉40mm及以上的固体杂质和胶体)为例，以20-35MPa的压力下将纺丝液自滤筒进口流入，流速为3.2ml/h，自芯体首部端面进入，经芯体尾部汇流至端盖出口流出。
从检测结果来看，实施例1中可达到90％以上的过滤精度，随着实施例2-4中成型金属粉末颗粒尺寸增加，过滤效率呈梯次下降趋势，但均无堵塞、翻转等现象发生，并与市面上同类过滤精度的滤芯相比，本滤芯过滤后成型纺丝飘丝即断头现象降低约20％,说明本滤芯对滤液具有极好的剪切、诱导排列及减少交联的作用，且随着时间的推移，本滤芯过滤精度近乎不变，性能稳定，市面上同类型的滤芯过滤精度梯次下降，结构不稳定。
此外，本纺丝液的过滤速度高于市面上同类产品近20％，市面上同类过滤精度的产品以相同流速测试时，后续飘丝、断头现象严重，且过滤精度下降严重。
实施例5、实施例6中制备的滤芯过滤精度均在90％以上，可对盲孔孔径长度等适当调整。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.新型烧结滤芯，包括金属颗粒烧结成型的芯体，其特征在于：芯体为柱形，芯体的首部设置多个在芯体内轴向延伸的第一盲孔，第一盲孔进口位于芯体首部端面上，芯体的尾部设置多个在芯体内轴向延伸的第二盲孔，第二盲孔出口位于芯体尾部端面上，第一盲孔的数量大于第二盲孔的数量。
2.根据权利要求1所述的烧结滤芯，其特征在于：第二盲孔闭口端延伸至第一盲孔之间。
3.根据权利要求1或2所述的烧结滤芯，其特征在于：还包括尾部端盖，端盖与芯体尾端烧结固定，且端盖上设置有孔与第二盲孔出口对应。
4.烧结滤芯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
称量颗粒尺寸12目-500目的金属颗粒放入模具腔中；
将模具加压至20-35MPa，并对模具腔内填充的金属颗粒进行烧结成型，温度980-1600℃，时间20-120min。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：将烧结成型的芯体尾端伸入端盖槽内并烧结固定成型。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在氢或氢、氮混合气体环境中进行真空烧结。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：水雾化成型镍或奥氏体铬镍不锈钢材质的金属颗粒。
8.上述权利要求1-7中任一项所述烧结滤芯在过滤化纤纺丝液中的应用。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：化纤纺丝液自烧结滤芯芯体首部第一盲孔的进口进入，进过滤后自第二盲孔的出口流出，且维持进口端的压力在20-35MPa。
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