CN113186611A - 一种pbo长丝连续水洗装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PBO长丝连续水洗装置及方法，包括由上至下依次设置的喷淋管、水洗辊和集水槽，水洗辊包括并排设置的第一水洗辊和第二水洗辊，第一水洗辊一端连接驱动装置，另一端向下倾斜并位于集水槽液面下，第二水洗辊一端连接驱动装置，另一端水平设置或向上倾斜。采用该水洗装置，将PBO长丝缠绕于第一水洗辊和第二水洗辊上至少两圈，绕过第一水洗辊时进行浸渍，绕过第二水洗辊时进行喷淋，使PBO长丝反复经喷淋、浸渍后完成水洗。本发明仅采用第一水洗辊和第二水洗辊，使第一水洗辊端部倾斜于集水槽液面下，即可实现PBO长丝在反复缠绕时重复进行浸渍和喷淋，可用于解决现有设置多组传动辊进行梯级水洗时存在的设备复杂、工艺控制难、不适宜PBO高速纺丝的情况。

Description

一种PBO长丝连续水洗装置及方法

技术领域

本发明是一种PBO长丝连续水洗装置及方法，具体涉及高速纺PBO长丝的连续水洗装置及方法，属于特种纤维生产制造领域。

背景技术

PBO（聚对苯撑苯并二噁唑）纤维是一种高强度、高模量、耐化学腐蚀、耐高温的高性能纤维。PBO纤维凭借其优异的性能，在高性能纤维复合材料、防护隔热服、航空航天和耐高温领域受到广泛的关注和应用。PBO纤维生产采用干喷湿纺法，纺丝在空气中进行，再进入凝固浴凝固，经过凝固浴的丝条仍含有较多的磷酸，需经过水洗使磷酸含量降至0.5%以下，然后干燥得到质量合格的PBO纤维。水洗工序是生产PBO纤维十分重要的环节，如纤维水洗不彻底，残留有较多磷酸，会使纤维在后续干燥过程中受到损害，严重影响成品纤维的性能。而当纺丝速度较高，达到200m/min以上时，PBO纤维的连续洗涤变得困难，磷酸很难脱除彻底。

连续纤维洗涤方法一般有喷淋法、浸渍法以及两者的结合。其中，喷淋法水洗效果好，但耗水量较大。浸渍法采用水洗辊将纤维浸渍于水洗液下方进行洗涤。如专利CN201721359670.8 公开的一种连续纤维水洗装置，包括进料单元、7个水洗单元、落桶单元、加料单元和控制单元。实现了条状纤维的连续水洗，该装置能较好满足一般连续纤维的水洗需要，但该装置有部分水洗辊整体浸入水中，轴承不易密封。但由于PBO的洗涤液中含有大量磷酸，此种设计轴承易被腐蚀。

又如专利CN201610963187.4公布的一种用于碳纤维原丝洗涤的水洗机，该水洗机由五级水槽错位叠加而成，增加了水洗时间，同时最大程度的节省了设备的占地面积。但该水洗机依然采用浸入式洗涤，且导丝辊多，不适用于PBO高速纺丝。

采用喷淋法与浸渍法相结合的工艺，如专利CN201020535382.5公布的一种用于连续生产碳纤维原丝的水洗机，该装置浸渍传动辊底部位于液面下方，但轴承在液面上方，不浸入液体中，较好的解决了密封的问题。但该装置的洗程过短，当PBO高速纺丝时，洗涤时间过短，不能有效洗净。

又如专利CN201210228735.0 公开的一种碳纤维水洗机，该水洗机由箱体、箱体底部水槽，至少一组传动辊，以及喷淋设备组成。该装置的特点是每组传动辊上下垂直排列，由链条连接传动，转速一致，确保张力一致，纤维不缠丝。多组传动辊可提高清洗效率。但由于其每组传动辊为上下垂直排列，距离受到设备高度的限制，限制了洗程的进一步增长。

又如专利CN201811396983.X公开的一种长丝纤维水洗系统，由上导线辊，下导线辊和至少一组喷水装置组成，导线辊上设有导线槽，长丝沿导线槽在两个导线辊之间缠绕，经喷头淋洗并浸入到淋洗液中，淋洗液经水槽收集并回收溶剂。此装置不适用于PBO高速纺丝，导线辊上的导丝槽会摩擦初生丝条，导致纤维受损。

以及专利CN201220553774.3公开的一种PBO纤维梯级水洗装置，由多个挡板将浸渍槽隔离成多个区域，各区域的上部设上部传动辊和多孔喷淋管组成喷淋系统，各区域的下部设有下部浸泽辊，可实现上喷淋、下浸渍的梯级水洗工艺。由于采用多组上部传动辊和多组下部浸泽辊，在高速纺丝过程中，工艺控制复杂。

发明内容

为解决现有设置多组传动辊进行梯级水洗时存在的设备复杂、工艺控制难、不适宜PBO高速纺丝等缺陷，本发明提供了一种PBO长丝连续水洗装置，仅采用第一水洗辊和第二水洗辊，使第一水洗辊端部倾斜于集水槽液面下，即可实现PBO长丝在反复缠绕时重复进行浸渍和喷淋，因此，本发明还提供了一种PBO长丝连续水洗方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种PBO长丝连续水洗装置，包括由上至下依次设置的喷淋管、水洗辊和集水槽，水洗辊包括并排设置的第一水洗辊和第二水洗辊，第一水洗辊一端连接驱动装置，另一端向下倾斜并位于集水槽液面下，第二水洗辊一端连接驱动装置，另一端水平设置或向上倾斜。

所述第一水洗辊向下倾斜的角度为0.1～0.5°，其倾斜一端的下边缘位于集水槽液面下1～5cm。

所述第二水洗辊向上倾斜的角度为0.1～0.5°。

还包括罩设于集水槽上方的壳体，所述壳体包括后壳、前壳、上壳以及两个侧壳，第一水洗辊和第二水洗辊一端均穿过后壳连接驱动装置，另一端均由后壳向前壳延伸，喷淋管位于水洗辊和上壳之间，两侧壳上分别设进丝口和出丝口。

所述进丝口处设导丝辊，导丝辊上开设导丝槽，所述出丝口处设除水器。

所述前壳为可开闭的门板。

所述后壳、上壳及两个侧壳为不锈钢材料制得，所述前壳为有机玻璃制得。

所述喷淋管由主管道和连接主管道的若干喷淋支管组成，喷淋支管上设喷射孔，所述集水槽上设连通主管道的循环水泵。

一种PBO长丝连续水洗方法，采用上述水洗装置，将PBO长丝缠绕于第一水洗辊和第二水洗辊上至少两圈，绕过第一水洗辊时进行浸渍，绕过第二水洗辊时进行喷淋，使PBO长丝反复经喷淋、浸渍后完成水洗。

所述第一水洗辊和第二水洗辊的转速控制在200～400m/min。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明采用并排设置的第一水洗辊和第二水洗辊，将PBO长丝于第一水洗辊和第二水洗辊上缠绕多圈，通过对水洗辊的倾斜角度进行限定，使其反复缠绕于第一水洗辊和第二水洗辊上重复经浸渍、喷淋后完成水洗，改变了现有采用梯级水洗装置时，需设置多个传动辊而造成的设备复杂、工艺控制难等弊端，提供了一种结构更加简单且适用于PBO长丝高速纺丝工艺的连续水洗装置。

（2）本发明使第一水洗辊和第二水洗辊端部分别倾斜设置，倾斜角度控制在0.1～0.5°，使得两辊之间呈一定角度，可以使丝条自动在两辊之间排布，互相不缠绕，同时避免在水洗辊上设置导丝槽，摩擦初生纤维，多次反复绕丝可节省电机和水洗槽的数量，缩小设备体积，延长了洗程。

（3）本发明使第一水洗辊端部倾斜于集水槽液面以下，可使其端部缠绕的PBO长丝进行浸渍，以避免将水洗辊整体浸入洗液中，减少对设备轴承的腐蚀，降低设备成本和维护要求。

（4）本发明可实现洗液的循环利用，通过集水槽设置的循环水泵，将集水槽收集的洗液通过循环水泵送至喷淋管进行喷淋，降低水资源的消耗。

（5）本发明所述壳体采用不锈钢制成，能有效防止酸液腐蚀，前壳采用有机玻璃制成，关闭面板时也可观察内部情况，除进丝口和出丝口，壳体其它部位均密封，有效保证液体不外溅。

（6）本发明适用于PBO长丝的高速纺丝工艺，当纺速超过200m/min时，水洗辊高速转动，水洗辊下部浸渍在水中的丝条与水的相对运动更为剧烈，丝条和水洗辊的运动可将集水槽内液体带动起来，以很高的速度沿一定角度飞溅而出，打到壳体内部会发生反射，上方喷淋的水流也具有较大的压力和速度，接触到丝条之后也会发生反射，经多次反射，增加了丝条和水的接触机会，进一步促进了丝条内磷酸的洗净。

附图说明

图1为本发明水洗装置的结构示意图（a）。

图2为本发明水洗装置的结构示意图（b）。

图3为本发明水洗装置的主视图。

图4为本发明水洗装置的侧视图。

其中，1—喷淋管，2—集水槽，3—第一水洗辊，4—第二水洗辊，5—壳体，6—进丝口，7—出丝口，8—门板，9—PBO长丝。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例是一种PBO长丝连续水洗装置。

如图1、图2所示结构，该水洗装置包括由上至下依次设置的喷淋管1、水洗辊和集水槽2，集水槽2上方罩设壳体5，喷淋管1、水洗辊均设置于壳体5内。壳体5包括后壳、前壳、上壳以及两个侧壳。PBO长丝9缠绕于水洗辊上，水洗辊包括并排设置的第一水洗辊3和第二水洗辊4。安装时，将第一水洗辊3和第二水洗辊4一端均穿过后壳连接驱动装置（如电机），使第一水洗辊3和第二水洗辊4同步转动；第一水洗辊3和第二水洗辊4另一端均由后壳向前壳延伸，其中，第一水洗辊3的端部向下倾斜0.1～0.5°，其倾斜一端的下边缘位于集水槽2液面下1～5cm，第二水洗辊4的端部水平设置或向上倾斜0.1～0.5°，如图3、图4所示。

水洗时，PBO长丝9先绕过第二水洗辊4，并于第二水洗辊4上进行喷淋，再绕过第一水洗辊3，并于第一水洗辊3上进行浸渍。PBO长丝9于第二水洗辊4和第一水洗辊3上由后壳向前壳方向重复缠绕多圈，PBO长丝9即可在水洗装置中反复进行喷淋和浸渍。由于丝条在两辊之间缠绕的长度从内侧到外侧是逐步增加的，通过调节第一水洗辊3和第二水洗辊4之间的倾斜角度可于控制丝条张力，以实现在两辊之间多次绕丝，且丝条以一定间距在辊上均匀排布。例如：在一个具体的实施例中，将第一水洗辊3和第二水洗辊4安装于后壳，并使其安装位置均位于集水槽2液面上，将第一水洗辊3的端部向下倾斜0.5°，第二水洗辊4的端部向上倾斜0.5°，可使绕过第一水洗辊3下方的丝条充分浸入集水槽2洗液之中。该结构不仅能节省设备占地空间，减少电机和水洗辊的数量，还能有效延长洗程，增加丝条洗涤时间，同时避免在水洗辊上开导丝槽，以减少对初生丝条的摩擦影响。

为保证洗涤效果，在另一个可能的实施例中，可以在水洗装置中同时串联n个水洗辊，形成n级水洗，一般的n不小于2，最好n≥4。同时在水洗装置上设集成控制系统，可分别调节每级水洗辊的转速。一般的，后一级的转速要略大于前一级，以保证丝条张力而不松散。

如图1、图2所示，本实施例分别于两侧壳上设进丝口6和出丝口7。PBO长丝9由进丝口6送入水洗装置，缠绕于第一水洗辊3和第二水洗辊4上进行反复喷淋和浸渍后，再由出丝口7送出。为配合水洗装置的使用，于进丝口6处设一个带凹槽的导丝辊，可引导多根丝条以一定间距平行进入水洗装置。于出丝口7处设一个除水装置，该除水装置由上下压丝棒组成，通过上下压丝棒的挤压，尽可能的把丝条中的液体去除，避免过多溶剂进入下一级水洗，保证了洗涤效果。

在本实施例中，丝条在水洗辊运行过程中，依次经历喷淋—浸渍—喷淋—浸渍并重复数次后，即可对丝条进行充分洗净。喷淋管1位于水洗辊和上壳之间，包括主管道和连接主管道的若干喷淋支管，并于喷淋支管上设喷射孔。水洗液经集水槽2收集后经过循环水泵再次循环到主管中，重复使用，节约了去离子水的用量。

为方便操作，可将前壳设置为可开闭的门板8，例如，在一个具体的实施例中，如图1、图2所示，于集水槽2前端设置滑槽，前壳于滑槽内滑动以开启或关闭壳体5，前壳可采用有机玻璃制得，方便关闭门板8时也可观察内部丝条情况。组成壳体5的述后壳、上壳及两个侧壳均采用不锈钢材料制得，可防止酸液腐蚀，除两侧壳上的进丝口6和出丝口7，壳体5其它部位均密封，以有效保证液体不外溅。

实施例2：

本实施例是一种PBO长丝连续水洗方法。

采用实施例1所述水洗装置，其中水洗辊采用4级串联，在PBO纤维纺丝过程中，需关闭壳体5前端门板8，除进丝口6和出丝口7外，使整个壳体5内部形成相对密闭的空间。水洗辊转动时，PBO长丝9沿其运行方向反复进行喷淋和浸渍，其重复次数等于缠绕在水洗辊上的丝条圈数。当纺速超过200m/min时，水洗辊高速转动，水洗辊下部浸渍在水中的丝条与水的相对运动更为剧烈，丝条和水洗辊的运动可将集水槽2内液体带动起来，以很高的速度沿一定角度飞溅而出，打到壳体5内部会发生反射，上方喷淋的水流也具有较大的压力和速度，接触到丝条之后也会发生反射，经多次反射，增加了丝条和水的接触机会，进一步促进了丝条内磷酸的洗净。

经实验证明，经过4级串联的水洗辊水洗之后，成品纤维磷酸含量≤0.5%。下表1为纺速在220m/min时，经各级水洗装置后纤维中的磷酸残留量。

表1

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：包括由上至下依次设置的喷淋管（1）、水洗辊和集水槽（2），水洗辊包括并排设置的第一水洗辊（3）和第二水洗辊（4），第一水洗辊（3）一端连接驱动装置，另一端向下倾斜并位于集水槽（2）液面下，第二水洗辊（4）一端连接驱动装置，另一端水平设置或向上倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述第一水洗辊（3）向下倾斜的角度为0.1～0.5°，其倾斜一端的下边缘位于集水槽（2）液面下1～5cm。

3.根据权利要求1所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述第二水洗辊（4）向上倾斜的角度为0.1～0.5°。

4.根据权利要求1所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：还包括罩设于集水槽（2）上方的壳体（5），所述壳体（5）包括后壳、前壳、上壳以及两个侧壳，第一水洗辊（3）和第二水洗辊（4）一端均穿过后壳连接驱动装置，另一端均由后壳向前壳延伸，喷淋管（1）位于水洗辊和上壳之间，两侧壳上分别设进丝口（6）和出丝口（7）。

5.根据权利要求4所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述进丝口（6）处设导丝辊，导丝辊上开设导丝槽，所述出丝口（7）处设除水器。

6.根据权利要求4所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述前壳为可开闭的门板（8）。

7.根据权利要求4所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述后壳、上壳及两个侧壳为不锈钢材料制得，所述前壳为有机玻璃制得。

8.根据权利要求1所述的一种PBO长丝连续水洗装置，其特征在于：所述喷淋管（1）由主管道和连接主管道的若干喷淋支管组成，喷淋支管上设喷射孔，所述集水槽（2）上设连通主管道的循环水泵。

9.一种PBO长丝连续水洗方法，其特征在于：采用权利要求1所述水洗装置，将PBO长丝（9）缠绕于第一水洗辊（3）和第二水洗辊（4）上至少两圈，绕过第一水洗辊（3）时进行浸渍，绕过第二水洗辊（4）时进行喷淋，使PBO长丝（9）反复经喷淋、浸渍后完成水洗。

10.根据权利要求1所述的一种PBO长丝连续水洗方法，其特征在于：所述第一水洗辊（3）和第二水洗辊（4）的转速控制在200～400m/min。

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