CN113106558B - 高速离心纺丝喷头组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速离心纺丝喷头组件，包括法兰、转动安装在法兰内的中心轴以及安装在中心轴下端的离心喷头。法兰的第二空心柱体的外圆周面上设置有若干个周向凹槽，若干个凹槽在轴向上具有一定间距，且上、下相邻的凹槽之间设置有使凹槽相通的缺口，且每层的缺口错开布置，法兰的外圆周面上与凹槽对应区域套设有将凹槽圆周封闭的密封衬套。如此设置，使得冷风可以从顶层凹槽进入，从底层凹槽排出，以实现对高速轴承及中心轴进行降温，克服现有技术中存在的由于过高的温度变化导致影响纺丝溶液的粘稠度，影响纺丝纤维的均匀性以及出现堵住喷丝器的技术问题，并使得中心轴的转速能够达到12000转/min，实现更加稳定的纳米级纤维的生产。

Description

高速离心纺丝喷头组件

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种高速离心纺丝喷头组件。

背景技术

离心纺丝是指以高速旋转的纺丝喷头，在离心力的作用下将成纤聚合物的溶液或熔体通过纺丝喷头的喷丝孔成纤的方法，既可以制备长丝，也可制备短纤维，既可以纺制各种同性的普通聚合物溶液或熔体，也可纺制各种异性的聚合物液晶溶液或熔体；其可制备的材料包括无机材料与高聚物材料，以及二者的混合体，结合离心纺产量高、原材料适应性广泛的特点，及其可有效赋予纤维制品功能特性的优势，其制备的纤维产品可广泛应用于生物医药、卫生防护用品、空气和液体过滤材料、畜牧养殖业、新能源、工业工程等领域。

目前对于离心纺丝来说，其收集方式有环形收集方式及静电收集方式，如申请号为CN201810704471.9的专利文件提出的一种离心纺丝多孔微/纳米纤维膜及其制备方法，其纺丝装置包括电机、纺丝头和收集棒，纺丝头安装在电机的转轴顶部并由电机带动转动，纺丝头内具有容纳纺丝液的空腔，纺丝头顶部设有注液口，纺丝头侧壁设有与所述空腔连通的喷丝孔，收集棒围绕纺丝头一圈设置，这种收集方式只能生产一张纤维制品，不能实现批量生产；对于静电收集方式，其耗能过高，并且由于生产装置带了高压静电，安全系数低。

为了实现安全的连续化生产，有技术提出了一种离心纺丝平面收集方式，在纺丝喷头的下方设置连续移动的水平输送带，将纺丝喷在水平输送带上，以生产出连续的、均匀的离心纺丝纤维网；如申请号为CN201910431025.X的专利文件提出的一种平面接收式离心纺自动生产设备及方法，其将纺丝喷头置于输送带上方以实现生产连续的纺丝纤维网；对于纺丝的质量则主要取决于纺丝喷头的结构。

上述专利中提出的喷丝装置包括缓存罐、导料管、空心轴和喷丝器；所述缓存罐内的纺丝溶液通过导料管进入喷丝器内，所述喷丝器上加工有至少一个通孔，所述纺丝溶液在喷丝器高速旋转时可从所述通孔内射出，其结构较为简单，结构上并未考虑缓存罐在长时间连续高速旋转情况下轴承会因发热而烧死，因此缓存罐转速只能达到6000转/min，而此转速下喷出的纤维很难保证稳定的纺出完全是纳米级纤维；另外，过高的温度变化会影响纺丝溶液的粘稠度，使纺丝纤维的直径发生变化，进而影响纺丝纤维的均匀性；其次，上述专利文件内的喷丝装置内的纺丝溶液在不加压的情况下喷丝，纺丝溶液有可能为非常粘稠的高聚物溶液，极易堵住喷丝器上的通孔，造成纺丝失败；另外，喷丝器上的若干喷孔设置在同一水平高度，不仅极易造成喷出的纺丝相互缠绕，也会使得喷丝器下方的纤维分布较薄，造成纺丝纤维分布不均匀；最后，因喷丝器喷头喷嘴为单层水平设置，有限的喷嘴数量造成喷丝产能较低，难以提高生产效能。

因此，有必要设计一种高速离心纺丝喷头组件来解决现有的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高速离心纺丝喷头组件，通过采用对轴承及中心轴的降温、外接高压气泵及将喷头喷嘴分多层设计的技术手段，以实现中心轴更高速的转动、避免喷头堵塞、保证纳米级纺丝纤维细度、纺丝分布更加均匀、提高纺丝产能的目的。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种高速离心纺丝喷头组件，包括空心柱体结构的法兰、通过高速轴承转动安装在法兰内的空心状中心轴以及安装在所述中心轴的下端的离心喷头；所述中心轴的最大转速为12000转/min；所述法兰的第二空心柱体的外圆周面上设置有若干个周向凹槽，若干个所述周向凹槽在轴向上间隔设置，且上、下相邻的凹槽之间设置有使所述凹槽相通的缺口，且每层的缺口错开布置，所述法兰的外圆周面上与凹槽对应区域套设有将凹槽圆周封闭的密封衬套；以使冷风从第二空心柱体的外圆周面上顶层的凹槽进入，从底层凹槽排出，以对高速轴承及中心轴进行降温。

进一步的，所述法兰上部为第一空心柱体，所述第一空心柱体下端径向向外延伸有凸缘，所述凸缘下端设置有第二空心柱体；所述法兰的凸缘上周向均布有若干个通孔，所述凸缘的端面与喷头支架紧贴，并通过在通孔内设置螺栓将法兰固定在所述喷头支架上；所述顶层的凹槽与第二空心柱体的中心孔相通。

进一步的，所述法兰上部的第一空心柱体的上端固定安装有进料接头；所述进料接头为空心柱体结构；其上端的中心孔内插入进料管；所述进料管的另一端连接有压力储料罐；所述压力储料罐内储存有纺丝溶液；所述压力储料罐外接有高压气泵。

进一步的，所述高速轴承设置于所述法兰的第二空心柱体内；所述高速轴承的外圈与所述第二空心柱体的内壁配合；所述高速轴承的内圈与所述中心轴配合；所述高速轴承的上、下端通过卡簧固定。

进一步的，所述进料接头与中心轴之间的中心孔内依次设置有密封圈和耐磨密封圈；所述密封圈上端紧贴所述进料接头的下端面；所述密封圈下端的端面沿周向设置有凸起；所述耐磨密封圈的上端面沿圆周方向设置有凹槽；所述密封圈下端面的凸起嵌入所述耐磨密封圈上端面的凹槽内。

进一步的，所述密封圈的外圆周上套设有补偿弹簧；所述补偿弹簧的上端面与所述密封圈的台阶面压紧，下端面与所述耐磨密封圈的上端面压紧。

进一步的，所述离心喷头包括上喷头和下喷头；所述上喷头与下喷头均为空心的锥形体结构，大端朝上，小端朝下；在锥形体上部延伸有空心圆柱段；所述上喷头的空心圆柱段上部安装在所述中心轴的下端；所述上喷头的下端与所述下喷头的上端通过螺纹连接固定；所述下喷头底部为平面，并被封闭；所述下喷头底部的平面上沿圆周方向均布有若干个通孔。

进一步的，所述上喷头与所述下喷头的空心圆柱段的周壁上均设有若干个螺纹孔；所述下喷头上的螺纹孔与所述上喷头上的螺纹孔呈十字形错开布置，所述上喷头与下喷头的螺纹孔内设置有孔径0.1-0.2mm的喷嘴。

进一步的，所述下喷头的底部设置有3个轴向方向与水平面呈5-25°夹角，直径为0.1-0.2mm的喷丝孔。

进一步的，所述法兰上与其中心孔平行的方向设置有通孔，所述通孔与第二空心柱体的中心孔相通；所述通孔的上端插入冷风管；所述冷风管的另外一端连接有冷却罐；所述冷却罐的进口与吹风装置连接；所述密封衬套下部设置有通孔，所述通孔与底层凹槽相通；所述密封衬套上的通孔与真空泵通过管路连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明在法兰的第二空心柱体的外圆周面上设置有若干个周向凹槽，若干个凹槽在轴向上具有一定间距，且上、下相邻的凹槽之间设置有使凹槽相通的缺口，且每层的缺口错开布置，所述法兰的外圆周面上与凹槽对应区域套设有将凹槽圆周封闭的密封衬套，冷风从顶层凹槽进入，从底层凹槽排出，以实现对高速轴承及中心轴的降温，使中心轴的转速能够达到一万转，实现更加稳定的纳米级纤维的生产；

2)本发明通过将压力储料罐外接高压气泵，使粘稠的纺丝溶液压入中心轴的中心孔内，并进入离心喷头，使喷嘴不易被堵死，保证纺丝顺利进行；

3)本发明通过将离心喷头设计为上喷头和下喷头，上喷头的喷嘴与下喷头的喷嘴错开布置，且在下喷头的底部设置通孔进行纺丝，使得喷出的丝更加均匀的落在平面收集带上，保证纺丝纤维的均匀性。

附图说明

图1为本发明的高速离心纺丝喷头组件的结构原理图；

图2为本发明的喷头组件的主视图；

图3为图2中A部的局部放大视图；

图4为沿图2中B向的剖面示意图。

图中：1、进料接头；2、法兰；3、密封圈；4、补偿弹簧；5、耐磨环；7、高速轴承；10、中心轴；6、耐磨密封圈；12、离心喷头；13、喷嘴；121、上喷头；122、下喷头；14、带传动装置；15、驱动电机；17、密封衬套；18、冷风管；19、冷却罐；20、真空泵；21、进料管；22、压力储料罐；23、高压气泵。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1至图4所示，本发明提供了一种高速离心纺丝喷头组件，其包括：进料接头1、法兰2、密封圈3、补偿弹簧4、耐磨环5、密封衬套17、高速轴承7、中心轴10、耐磨密封圈6和离心喷头12。

所述法兰2为空心柱体结构，上部为第一空心柱体，所述第一空心柱体下端径向向外延伸有凸缘，所述凸缘下端设置有第二空心柱体。所述法兰2的凸缘上周向均布有若干个通孔，所述凸缘的端面与喷头支架(未示出)紧贴，并通过在通孔内设置螺栓将法兰2固定在所述喷头支架上。

所述法兰2上部的第一空心柱体的上端通过螺纹连接固定安装有进料接头1。所述进料接头1为空心柱体结构，其上端的中心孔内插入进料管21；所述进料接头1下部的外圆周表面上设置有外螺纹。所述进料管21的另一端连接有压力储料罐22；所述压力储料罐22内储存有纺丝溶液；所述压力储料罐22外接有高压气泵23。所述高压气泵23将压力储料罐22内的纺丝溶液通过进料管21挤入所述进料接头1内。通过将压力储料罐22外接高压气泵23，使得高粘稠的纺丝溶液受压进入离心喷头12，有效防止了孔径0.1-0.2mm的喷嘴被堵死，提高了生产效能，避免了采用泵送方式对胶料泵的维修和清洗。

所述进料接头1的下部套设在所述法兰2的第一空心柱体的中心孔内，并与第一空心柱体的中心孔通过螺纹连接。

所述法兰2下部的第二空心柱体内转动设置有中心轴10；所述进料接头1与中心轴10之间的中心孔内依次设置有密封圈3和耐磨密封圈6。所述密封圈3上端紧贴所述进料接头1的下端面。所述密封圈3下端的端面沿周向设置有凸起。所述耐磨密封圈6的上端面沿圆周方向设置有凹槽。所述密封圈3下端面的凸起嵌入所述耐磨密封圈6上端面的凹槽内，保证在纺丝溶液加压的情况下可靠密封。

所述耐磨密封圈6与中心轴10之间设置有耐磨环5。所述耐磨环5粘接在中心轴10的端部；所述耐磨环5与耐磨密封圈6接触的上表面为镜面结构。如此设置，当中心轴10转动时，耐磨环5随中心轴10一起转动，与上部的耐磨密封圈6处于摩擦状态；耐磨环5有效保护中心轴10不被磨损。

优选地，所述密封圈3的外圆周上套设有补偿弹簧4。所述补偿弹簧4的上端面与所述密封圈3的台阶面压紧，下端面与所述耐磨密封圈6的上端面压紧；而密封圈3的上端面与所述进料接头1的下端面紧贴。如此设置，通过补偿弹簧4的作用，使得密封圈3的上端面与所述进料接头1的下端面压紧，所述耐磨密封圈6与所述耐磨环3之间压紧，使得耐磨密封圈6与耐磨环5的端面压紧，且所述密封圈3下端的凸起不会从所述耐磨密封圈6上端面的凹槽内脱出，保证可靠密封。

所述中心轴10的下端安装有离心喷头12。所述离心喷头12包括上喷头121和下喷头122。所述上喷头121为空心的锥形体结构，大端朝上，小端朝下。在锥形体上部延伸有空心圆柱段；所述空心圆柱段上部设置有螺纹孔。所述中心轴10下部设置有外螺纹；所述上喷头121通过螺纹连接固定安装在所述中心轴10的下端。

所述下喷头122为空心的锥形体结构，大端朝上，小端朝下。在锥形体上部延伸有空心圆柱段。空心圆柱段的上部设置有外螺纹；所述上喷头121的下端设置有内螺纹。如此，所述上喷头121的下端与所述下喷头122的上端通过螺纹连接固定。

所述上喷头121上与锥形体连接的空心圆柱段的外圆周沿周向均布有若干个螺纹孔；所述螺纹孔内设置有喷嘴13。所述喷嘴13为空心锥形结构，大端通过螺纹连接安装在所述螺纹孔内，小端朝外。所述下喷头122上与锥形体连接的空心圆柱段的外圆周沿周向均布有若干个螺纹孔。该螺纹孔与所述上喷头121上的螺纹孔错开布置，优选为呈十字形错开布置。所述螺纹孔内设置也设有喷嘴13；所述上喷头(121)与下喷头(122)的螺纹孔内的喷嘴13的孔径范围为0.1-0.2mm。所述下喷头122底部为平面，并被封闭。特别的，在所述下喷头122底部沿圆周方向均布有若干个直径为0.1-0.2mm的喷丝孔，以用于下喷头122向下方喷丝。优选地，所述下喷头122底部设置有3个轴向延伸方向与水平面呈5-25°夹角的喷丝孔。

如此设置，通过将喷嘴13分层布置，并且设置在不同直径的圆周上，保证了生产时纺丝能够较为均匀的落在下部的水平收集带上。并且，所述下喷头122底部的喷丝孔也在喷丝，保证了下喷头122下方的纺丝厚度，不仅提高了喷丝产量，也使得喷出的丝更加均匀的落在平面收集带上。

当中心轴10高速旋转时，纺丝溶液从所述喷嘴13及喷丝孔内喷出，形成纺丝纤维，并落在水平收集带上。

为了中心轴10的高速旋转，所述高速离心纺丝喷头组件还包括：带传动装置14及驱动电机15。所述带传动装置14的主动带轮套装在所述驱动电机15的输出轴上；所述带传动装置14的从动带轮套设在所述中心轴10上，处于离心喷头12的上方。所述驱动电机15通过所述带传动装置14驱动所述中心轴10高速转动。

为了支撑高速旋转的中心轴10，在法兰2的第二空心柱体内设置有两个高速轴承7。所述高速轴承7的外圈与所述第二空心柱体的内壁配合。所述高速轴承7的内圈与所述中心轴10配合。所述高速轴承7的上、下端通过卡簧固定。如此，保证中心轴10通过高速轴承7实现转动安装。

特别的，所述法兰2的第二空心柱体的外圆周面上设置有若干个周向的凹槽，若干个所述凹槽在轴向上具有一定间距，且上、下相邻的凹槽之间设置有使凹槽相通的缺口，且每层的缺口错开布置；顶层的凹槽与第二空心柱体的中心孔之间设置有通孔，使得所述顶层的凹槽与第二空心柱体的中心孔之间相通。

所述法兰2的第二空心柱体的外圆周面上套设有密封衬套17。所述密封衬套17的内壁设置有内螺纹，所述法兰2的第二空心柱体的外圆周面上设置有外螺纹，所述法兰2与所述密封衬套17通过螺纹连接。

在与法兰2的中心孔的延伸方向平行的方向上，所述法兰2上设置有通孔，所述通孔与第二空心柱体的中心孔相通。所述通孔的上端插入冷风管18；所述冷风管18的另外一端连接有冷却罐19；所述冷却罐19的进口与吹风装置(未示出)连接。如此设置，所述冷却罐19通过冷风管18将冷风送入所述法兰2的第二空心柱体的中心孔内；冷风再从缺口进入第二空心柱体外圆周面上的顶层的凹槽内，并通过凹槽之间的缺口逐层向下进入底层的凹槽。

所述密封衬套17下部设置有通孔，所述通孔与底层的凹槽相通。如此设置，冷风从顶层的凹槽逐层流入底层凹槽，最后通过所述密封衬套17上通孔流出。

所述密封衬套17上的通孔与真空泵20通过管路连接。所述真空泵20通过管路对所述密封衬套17内部抽风，加速空气的流动；从冷空气进入，到真空泵20抽风，使得密封衬套17内部实现良好的降温。

具体使用时，纺丝溶液是通过高压气泵23对压力储料罐22加压被压入所述进料接头1内，从所述中心轴10的中心孔进入所述离心喷头12内腔，所述中心轴带动所述离心喷头12高速转动，纺丝溶液从喷嘴及下喷头底部平面上的喷丝孔喷出成丝。在喷丝过程中，所述冷却罐通过冷风管向所述密封衬套内吹入冷空气，冷空气在法兰上的凹槽内流动，最后从底层凹槽流出密封衬套，带走热量的气体通过真空泵的抽吸被快速抽出密封衬套，实现对轴承及中心轴的冷却。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (7)

1.一种高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，包括空心柱体结构的法兰（2）、通过高速轴承（7）转动安装在法兰（2）内的空心状中心轴（10）以及安装在所述中心轴（10）的下端的离心喷头（12）；所述离心喷头（12）包括上喷头（121）和下喷头（122）；所述上喷头（121）与下喷头（122）均为空心的锥形体结构，大端朝上，小端朝下；在锥形体上部延伸有空心圆柱段；所述上喷头（121）的空心圆柱段上部安装在所述中心轴（10）的下端；所述上喷头（121）的下端与所述下喷头（122）的上端通过螺纹连接固定；所述上喷头（121）与所述下喷头（122）的空心圆柱段的周壁上均设有若干个螺纹孔；所述下喷头（122）上的螺纹孔与所述上喷头（121）上的螺纹孔呈十字形错开布置，所述上喷头（121）与下喷头（122）的螺纹孔内设置有孔径0.1-0.2mm的喷嘴（13）；所述下喷头（122）底部为平面，并被封闭；所述下喷头（122）底部的平面上沿圆周方向均布有3个轴向延伸方向与水平面呈5-25°夹角，直径为0.1-0.2mm的喷丝孔；所述法兰（2）的第二空心柱体的外圆周面上设置有若干个周向凹槽，若干个所述周向凹槽在轴向上间隔设置，且上、下相邻的凹槽之间设置有使凹槽相通的缺口，且每层的缺口错开布置，所述法兰（2）的外圆周面上与凹槽对应区域套设有将凹槽圆周封闭的密封衬套（17）；以使冷风从第二空心柱体的外圆周面上顶层的凹槽进入，从底层凹槽排出，以对高速轴承（7）及中心轴（10）进行降温，使得所述中心轴的最大转速达到12000转/min。

2.根据权利要求1所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述法兰（2）上部为第一空心柱体，所述第一空心柱体下端径向向外延伸有凸缘，所述凸缘下端设置有第二空心柱体；所述法兰（2）的凸缘上周向均布有若干个通孔，所述凸缘的端面与喷头支架紧贴，并通过在通孔内设置螺栓将法兰（2）固定在所述喷头支架上；所述顶层的凹槽与第二空心柱体的中心孔相通。

3.根据权利要求2所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述法兰（2）上部的第一空心柱体的上端固定安装有进料接头（1）；所述进料接头（1）为空心柱体结构；其上端的中心孔内插入进料管（21）；所述进料管（21）的另一端连接有压力储料罐（22）；所述压力储料罐（22）内储存有纺丝溶液；所述压力储料罐（22）外接有高压气泵（23）。

4.根据权利要求3所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述高速轴承（7）设置于所述法兰（2）的第二空心柱体内；所述高速轴承（7）的外圈与所述第二空心柱体的内壁配合；所述高速轴承（7）的内圈与所述中心轴（10）配合；所述高速轴承（7）的上、下端通过卡簧固定。

5.根据权利要求4所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述进料接头（1）与中心轴（10）之间的中心孔内依次设置有密封圈（3）和耐磨密封圈（6）；所述密封圈（3）上端紧贴所述进料接头（1）的下端面；所述密封圈（3）下端的端面沿周向设置有凸起；所述耐磨密封圈（6）的上端面沿圆周方向设置有凹槽；所述密封圈（3）下端面的凸起嵌入所述耐磨密封圈（6）上端面的凹槽内。

6.根据权利要求5所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述密封圈（3）的外圆周上套设有补偿弹簧（4）；所述补偿弹簧（4）的上端面与所述密封圈（3）的台阶面压紧，下端面与所述耐磨密封圈（6）的上端面压紧。

7.根据权利要求1所述的高速离心纺丝喷头组件，其特征在于，所述法兰（2）上与其中心孔平行的方向设置有通孔，所述通孔与第二空心柱体的中心孔相通；所述通孔的上端插入冷风管（18）；所述冷风管（18）的另外一端连接有冷却罐（19）；所述冷却罐（19）的进口与吹风装置连接；所述密封衬套（17）下部设置有通孔，所述通孔与底层凹槽相通；所述密封衬套（17）上的通孔与真空泵（20）通过管路连接。

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