CN113715291A - 一种生物纤维连续成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物纤维连续成型设备，包括挤出装置、凝固装置、干燥装置、收集装置和合束装置，合束装置可设于干燥装置与收集装置之间，先利用挤出装置连续挤出多股纤维丝，再利用凝固装置所盛的凝固浴凝固浸入的纤维丝，然后利用干燥装置干燥凝固后的纤维丝，接着多股纤维丝经合束装置合股，提升纤维丝强度，最后利用转动的收集装置收集纤维丝，各装置顺序设置，实现连续生产，由此便可连续高效地加工出高强度生物纤维。

Description

一种生物纤维连续成型设备

技术领域

本发明涉及纤维成型技术领域，特别涉及一种生物纤维连续成型设备。

背景技术

以尼龙、凯夫拉、碳纤维等为例的传统纤维因降解性差、亲肤透气性差等缺点，使蛛丝及蚕丝等生物纤维受到广泛关注。随着生物纤维技术的发展，对生物纤维的加工效率及高强度要求越来越高。

然而，现有生物纤维多采用湿法纺丝、干法纺丝及静电纺丝的方式使纤维成型，然而，这些方式所对应的成型设备受现有技术限制，无法连续高效地加工出高强度生物纤维。

因此，如何设计一款生物纤维连续成型设备以确保能够连续高效地加工出高强度生物纤维是本领域技术人员需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物纤维连续成型设备，包括挤出装置、凝固装置、干燥装置、收集装置和合束装置，各装置顺序设置，实现连续生产，可连续高效地加工出高强度生物纤维。

本发明所提供的生物纤维连续成型设备，包括：

挤出装置，用于连续挤出多股纤维丝；

凝固装置，用于凝固浸入凝固浴中的纤维丝；

干燥装置，用于干燥凝固后的纤维丝；

可转动设置的收集装置，用于收集纤维丝；

合束装置，设于凝固装置与干燥装置之间或设于干燥装置与收集装置之间，用于引导由多股纤维丝合股。

优选的，还包括设于干燥装置与收集装置之间并用于拉伸纤维丝的差速装置。

优选的，挤出装置包括至少一组独立设置的成型通道，每组成型通道包括进液管、与进液管垂直连通的稳液管、至少两条平行设置且分别与稳液管垂直连通的挤出管，每组成型通道的稳液管不共面。

优选的，凝固装置内固设有用于支撑纤维丝绕于干燥装置的支撑杆。

优选的，合束装置包括合束转轴和可转动地套设于合束转轴的导向轮，导向轮的侧面设有用于引导多个纤维丝合股的导向槽。

优选的，导向轮具体为聚氨酯胶轮或聚四氟乙烯轮。

优选的，收集装置包括收集转轴和固设于收集转轴的收集架，收集架呈镂空状。

优选的，还包括：

与挤出装置相连的供液泵；

用于检测挤出装置压力的压力检测装置；

分别与供液泵及压力检测装置相连的控制装置；

当压力检测装置检测到挤出装置的压力超过预设压力时，控制装置根据压力检测装置反馈的信号调小供液泵的流量。

优选的，还包括：

用于检测收集装置所缠绕的纤维丝厚度的厚度检测装置；厚度检测装置与控制装置相连，当厚度检测装置检测到收集装置所缠绕的纤维丝厚度达到预设厚度时，控制装置根据厚度检测装置反馈的信号控制供液泵及收集装置停转。

优选的，还包括：

用于检测凝固装置的凝固浴浓度的浓度检测装置；

用于发出警报的报警装置；

浓度检测装置及报警装置均与控制装置相连；当浓度检测装置检测到凝固浴的浓度低于预设浓度时，控制装置根据浓度检测装置反馈的信号启动报警装置并控制供液泵停转。

相对于背景技术，本发明所提供的生物纤维连续成型设备，包括挤出装置、凝固装置、干燥装置、收集装置和合束装置，合束装置可设于干燥装置与收集装置之间，先利用挤出装置连续挤出多股纤维丝，再利用凝固装置所盛的凝固浴凝固浸入的纤维丝，然后利用干燥装置干燥凝固后的纤维丝，接着多股纤维丝经合束装置合股，提升纤维丝强度，最后利用转动的收集装置收集纤维丝，各装置顺序设置，实现连续生产，由此便可连续高效地加工出高强度生物纤维。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施例所提供的生物纤维连续成型设备的俯视图；

图2为图1的主视图；

图3为图1中挤出装置的结构图；

图4为图3中成型通道的剖面图；

图5为图4的另一剖面图。

附图标记如下：

挤出装置1、凝固装置2、干燥装置3、差速装置4、合束装置5、收集装置6、压力检测装置7和控制装置8；

第一进液管111、第一稳液管112、第一挤出管113、第二进液管121、第二稳液管122、第二挤出管123、锥型管13、固定块14、支撑架15、支撑槽151和稳定块16；

支撑杆21；

导向轮51。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明一种具体实施例所提供的生物纤维连续成型设备的俯视图；图2为图1的主视图；图3为图1中挤出装置的结构图；图4为图3中成型通道的剖面图；图5为图4的另一剖面图。

本发明实施例公开了一种生物纤维连续成型设备，包括挤出装置1、凝固装置2、干燥装置3、收集装置6和合束装置5。

挤出装置1可将至少一种纺丝液连续挤成多股纤维丝，纤维丝的成型效率较高。挤出装置1内纺丝液的流量范围为0-100ml/min。

凝固装置2位于挤出装置1下游，使挤出装置1挤出的多股纤维丝在凝固装置2内凝固浴中凝固，多股纤维丝可在凝固浴中发生化学反应，合股成一根纤维。当然，在挤出装置1挤出的过程中，还可在各纤维丝表面涂抹上凝固剂，确保各纤维丝可靠粘合。

干燥装置3用于干燥凝固后的纤维丝。干燥装置3包括干燥转轴和干燥滚筒，干燥滚筒套设于干燥转轴上，当电机驱动干燥转轴转动，干燥滚筒随干燥转轴同步转动。干燥滚筒的外径范围为20-500mm，干燥滚筒可以是不锈钢滚筒、聚四氟乙烯胶筒或聚氨酯筒，但不限于此。

收集装置6可转动设置，用于收集合股后的纤维。收集装置6包括收集转轴和收集架，收集架固设于收集转轴上，收集架供纤维缠绕。收集架呈镂空状，由多根呈圆环状分布的辐条组成，使收集架的结构简单且轻便，方便更换收集装置6。当然，收集架也可以是滚筒，仍能实现本发明的目的。

合束装置5设于干燥装置3与收集装置6之间，当然合束装置5也可以设于凝固装置2与干燥装置3之间，均能够利用合束装置5引导多股纤维丝合股。

使用时，先利用挤出装置1连续挤出多股纤维丝，再利用凝固装置2所盛的凝固浴凝固浸入的纤维丝，然后利用干燥装置3干燥凝固后的纤维丝，接着多股纤维丝经合束装置5合股，提升纤维丝强度，最后利用转动的收集装置6收集纤维丝，各装置顺序设置，实现连续生产，因此本发明所提供的生物纤维连续成型设备可连续高效地加工出高强度生物纤维。

本发明还包括设于干燥装置3与收集装置6之间差速装置4，当合束装置5设于干燥装置3与收集装置6之间时，差速装置4具体设于干燥装置3与合束装置5之间，用于拉伸纤维丝，补偿两端的差速。差速装置4具体包括同步转动的差速转轴和差速滚筒，差速滚筒套于差速转轴上，电机驱动差速转轴转动，差速滚筒随差速转轴同步转动，纤维丝绕于差速滚筒上。

挤出装置1至少一组成型通道，每组成型通道独立设置，各成型通道内可充入不同类型的纺丝液，同时挤出各种类型的纤维丝。每组成型通道包括进液管、稳液管和至少两条挤出管，其中，进液管的一端与稳液管垂直连通，另一端可外接供液泵，供液泵的输出管与进液管可通过胶水粘结固连，确保进液管管口的密封性。全部挤出管平行设置且分别与稳液管垂直连通，每组成型通道的各挤出管沿线性等距分布，确保挤出的纤维丝外径均匀。

稳液管的横截面面积大于挤出管的横截面面积，使稳液管内的纺丝液均匀流入各挤出管内。具体地，稳液管的管径为3～10mm，每根挤出管的管径为0.5～3mm，但二者的管径不限于此。

当纺丝液注入其中一组成型通道的进液管时，纺丝液由进液管流入稳液管，待稳液管稳流后，纺丝液再均匀地流入与之连通的各挤出管内，使一组成型通道能够挤出至少两条纤维丝，多组成型通道便可同时连续挤出更多纤维丝，成型效率较高。每组成型通道的稳液管不共面，确保每组成型通道互不干扰，独立输送纺丝液。

每组成型通道的各挤出管的出口通过锥型管13一一对应连通，至少两组成型通道的挤出管内的纺丝液在锥型管13的大径端处交汇，再流入大径端，经锥型管13的锥型管13壁施加径向剪切力后压力增大，最后从锥型管13的小径端挤出，获取所需形状的纤维丝。

具体地，每组成型通道包括第一成型通道和第二成型通道，第一成型通道包括第一进液管111、第一稳液管112和第一挤出管113，第二成型通道包括第二进液管121、第二稳液管122和第二挤出管123。当第一进液管111和第二进液管121通入不同类型的纺丝液时，第一挤出管113与第二挤出管123交汇后从锥型管13内挤出混合两种纺丝液的纤维丝，两种纺丝液可形成内外层包裹式结构。当第二进液管121通入纺丝液，第一进液管111通入空气时，第二进液管121与第一挤出管113交汇后从锥型管13内挤出，形成纤维丝。

当第一进液管111通入纺丝液，第二进液管121通入凝固液时，第一挤出管113与第二挤出管123交汇后从锥型管13内挤出，形成二次交联的纤维丝，便于纤维丝强化。通过控制每组成型通道所通入的物质，可控制所挤出的纤维丝类型，形成不同规格纤维丝，适应性较好。

为进一步提升挤出管的挤液压力，可在锥型管13的小径端再外接一根锥型管13，外接的锥型管13可以是玻璃管或不锈钢管，使交汇的挤出管所挤出的纺丝液承受两次剪切力，更利于纤维丝成型。锥型玻璃管或锥型不锈钢管的管径可以是0.5-2.0mm。

挤出装置1还包括固定块14和支撑架15，固定块14一体式固设于全部成型管道外周，用于固定各组成型管道。固定块14具体可以是浇注于全部成型管道外周的光敏树脂立方块。当然，固定块14的材质及结构均不限于此。支撑架15顶部具有支撑槽151，固定块14固设于支撑槽151内，利用支撑架15支撑起全部成型通道。支撑槽151具体为方形凹槽，结构可依据固定块14的结构进行适应性调整。具体地，支撑架15包括支撑块、支撑柱和承载块，支撑柱的两端分别与支撑块和承载块相固连，支撑块的中心设有开口敞开的支撑槽151。承载块起承载作用。为方便放置，支撑槽151的槽底或侧壁设有若干避让孔，供各挤出管穿过避让孔，方便稳定放置固定块14。避让孔具体可以是圆孔，设置数量依据挤出管的数量设定，设置位置具体可以依据挤出管的布置方式进行调整，在此不做具体限定。支撑架15设有稳定块16，二者螺栓连接，稳定块16可使支撑架15保持稳定。

考虑到凝固装置2与干燥装置3之间存在高度差，为防止纤维丝因重力再次坠入凝固浴中，凝固装置2内固设有支撑杆21，用于支撑纤维丝，使凝固后的纤维丝直接绕于干燥装置3上。凝固装置2还包括凝固槽，凝固槽为方形槽，支撑杆21设于凝固槽靠近干燥装置3的一端。凝固槽的底部设有排泄阀，方便清理凝固槽。凝固槽具体可以是不锈钢板或亚克力板，在此不做限定。

合束装置5包括合束转轴和导向轮51，导向轮51可转动地套设于合束转轴上，导向轮51的中心孔安装有回转轴承，回转轴承支撑导向轮51相对于合束转轴转动。合束转轴上装有两个卡簧，两个卡簧分别与回转轴承内圈的两端相抵，轴向限定回转轴承移动，进而阻止导向轮51相对于合束转轴轴向滑动。导向轮51的侧面设有导向槽，利用导向槽引导多个纤维丝合股。导向槽具体为环形凹槽，其横截面可呈V型。导向轮51具体可以是聚氨酯胶轮或聚四氟乙烯胶轮，可避免导向轮51因材质过硬磨断纤维，但导向轮51的材质不限于这两种。

本发明还包括供液泵、压力检测装置7和控制装置8，供液泵与挤出装置1的进口相连，使挤出装置1充入具有一定压力的纺丝液，为挤出装置1顺利挤出纤维丝提供作用力。供液泵具体可以是注射泵、柱塞泵或蠕动泵。压力检测装置7用于检测挤出装置1压力，具体可以是压力传感器，但不限于此。控制装置8分别与供液泵及压力检测装置7相连。

当压力检测装置7检测到挤出装置1的压力超过预设压力时，压力检测装置7反馈信号至控制装置8，控制装置8调小供液泵的转速，进而调小供液泵的流量，避免挤出装置1的压力过高，确保挤出装置1的内部压力持续低于预设压力，可保证挤出装置1挤出的纤维丝粗细均匀。其中，预设压力是指挤出装置1所能承受的最大压力。

本发明还包括与控制装置8相连的厚度检测装置，厚度检测装置用于检测收集装置6所缠绕的纤维丝厚度，厚度检测装置具体可以是厚度检测传感器或测距传感器。

当厚度检测装置检测到收集装置6所缠绕的纤维丝厚度达到预设厚度时，厚度检测装置反馈信号至控制装置8，控制装置8控制供液泵及收集装置6停转，挤出装置1停止挤出纤维丝，收集装置6自动停转，方便快速更换收集装置6，还可确保每个收集装置6所缠绕的纤维丝厚度一致，有利于提升产品质量。预设厚度是指收集装置6所缠绕的纤维丝的最大厚度。

本发明还包括分别与控制装置8相连的浓度检测装置和报警装置，浓度检测装置用于检测凝固装置2的凝固浴浓度，具体可以是浓度测试仪。报警装置可以是发生警报的声光报警器。

当浓度检测装置检测到凝固浴的浓度低于预设浓度时，意味着凝固浴的浓度过低不利于纤维丝凝固，浓度检测装置反馈信号至控制装置8，控制装置8启动报警装置，提醒操作人员更换凝固浴，并控制供液泵停转，停止挤出纤维丝。

以上对本发明所提供的生物纤维连续成型设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种生物纤维连续成型设备，其特征在于，包括：

挤出装置(1)，用于连续挤出多股纤维丝；

凝固装置(2)，用于凝固浸入凝固浴中的纤维丝；

干燥装置(3)，用于干燥凝固后的纤维丝；

可转动设置的收集装置(6)，用于收集纤维丝；

合束装置(5)，设于所述凝固装置(2)与所述干燥装置(3)之间或设于所述干燥装置(3)与所述收集装置(6)之间，用于引导由多股纤维丝合股。

2.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，还包括设于所述干燥装置(3)与所述收集装置(6)之间并用于拉伸纤维丝的差速装置(4)。

3.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，所述挤出装置(1)包括至少一组独立设置的成型通道，每组所述成型通道包括进液管、与所述进液管垂直连通的稳液管、至少两条平行设置且分别与所述稳液管垂直连通的挤出管，每组所述成型通道的所述稳液管不共面。

4.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，所述凝固装置(2)内固设有用于支撑纤维丝绕于所述干燥装置(3)的支撑杆(21)。

5.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，所述合束装置(5)包括合束转轴和可转动地套设于所述合束转轴的导向轮(51)，所述导向轮(51)的侧面设有用于引导多个纤维丝合股的导向槽。

6.根据权利要求5所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，所述导向轮(51)具体为聚氨酯胶轮或聚四氟乙烯轮。

7.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，所述收集装置(6)包括收集转轴和固设于所述收集转轴的收集架，所述收集架呈镂空状。

8.根据权利要求1所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，还包括：

与所述挤出装置(1)相连的供液泵；

用于检测所述挤出装置(1)压力的压力检测装置(7)；

分别与所述供液泵及所述压力检测装置(7)相连的控制装置(8)；

当所述压力检测装置(7)检测到所述挤出装置(1)的压力超过预设压力时，所述控制装置(8)根据所述压力检测装置(7)反馈的信号调小所述供液泵的流量。

9.根据权利要求8所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，还包括：

用于检测所述收集装置(6)所缠绕的纤维丝厚度的厚度检测装置；所述厚度检测装置与所述控制装置(8)相连，当所述厚度检测装置检测到所述收集装置(6)所缠绕的纤维丝厚度达到预设厚度时，所述控制装置(8)根据所述厚度检测装置反馈的信号控制所述供液泵及所述收集装置(6)停转。

10.根据权利要求8所述的生物纤维连续成型设备，其特征在于，还包括：

用于检测所述凝固装置(2)的凝固浴浓度的浓度检测装置；

用于发出警报的报警装置；

所述浓度检测装置及所述报警装置均与所述控制装置(8)相连；当所述浓度检测装置检测到凝固浴的浓度低于预设浓度时，所述控制装置(8)根据所述浓度检测装置反馈的信号启动所述报警装置并控制所述供液泵停转。

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