CN115044989A - 一种pbo纤维干湿法成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高性能纤维加工领域，提供了一种PBO纤维干湿法成型方法，该方法通过将PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型；采用这种成型方法，通过加长纺丝甬道，并维持内部合理温度梯度，从而保证PBO丝条获得充分牵伸，丝条进入凝固盘成型装置后，在凝固浴作用下凝固成纤，独特设计的凝固盘可保证凝固浴流动稳定，无紊流，纤维成型良好，可实现高速纺丝。
Description
技术领域
本发明属于高性能纤维加工设备领域，具体涉及一种PBO纤维干湿法成型方法。
背景技术
高性能PBO纤维目前世界上强度最高、综合性能最好的高性能有机纤维，具有高强度、高模量、耐高温、高阻燃的特点。PBO纤维强度达到5.8GPa，模量可达到280GPa，密度仅为1.56g/cm3,极限氧指数(LOI)为68，最高分解温度可达650℃，并且拥有优良的耐化学腐蚀性和耐冲击性，综合性能为有机纤维之最，被誉为21世纪的超级纤维。
但是PBO为芳杂环刚性链大分子结构，在多聚磷酸溶剂中表观出粘度较高，可纺性较差，存在喷丝头拉伸倍数不高、成型不良等问题，制约其性能的提高，如何解决上述问题成为本领域研究的方向。
发明内容
本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种PBO纤维干湿法成型方法和专用设备，该方法通过将PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型；采用这种成型方法，通过加长纺丝甬道，并维持内部合理温度梯度，从而保证PBO丝条获得充分牵伸，丝条进入凝固盘成型装置后，在凝固浴作用下凝固成纤，独特设计的凝固盘可保证凝固浴流动稳定，无紊流，纤维成型良好，可实现高速纺丝。
本发明的具体技术方案是：
一种PBO纤维干湿法成型方法，具体步骤如下：
PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，热风从甬道下腔底部送入，通过环吹风滤网进入甬道内，此时纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型；
所采用PBO纤维干湿法成型设备由喷丝系统、甬道、加热器、凝固盘、凝固液循环装置组成，其中喷丝系统与甬道直接连接，甬道下方设置有凝固盘，凝固盘中心设置有纺丝管，纺丝管下方设置有接液槽。
其中进入甬道的热风风量10～30m3/min，温度为50～180℃，风速0.2～0.6m/s；进而控制甬道内温度范围为50～100℃；所采用的凝固液选自磷酸、乙醇和水的一种或几种任意比的混合物。
除此之外，本发明还提供了一种PBO纤维干湿法成型专用设备设备，该设备由喷丝系统、甬道、加热器、凝固盘、凝固液循环装置组成，其中喷丝系统与甬道直接连接，甬道下方设置有凝固盘，凝固盘中心设置有纺丝管，纺丝管下方设置有接液槽，接液槽内设置有输送辊；
更进一步的，所述的喷丝系统由纺丝原液输送管道和喷丝组件组成；甬道自上而下由甬道上腔、环吹风滤网和甬道下腔组成，喷丝组件与甬道上腔固定连接，甬道下腔内部设置有风腔，风腔上部设置有环吹风滤网，环吹风滤网位于甬道上腔下方；甬道下腔底部通过风管与加热器连接；
所述的凝固盘包括凝固槽，凝固槽由底板和溢流板组成，凝固槽外侧设置有环形溢流槽，凝固槽中心设置有纺丝管，凝固槽底部设置有凝固液入口，环形溢流槽底部设置有凝固液出口，纺丝管底部穿出凝固槽，纺丝管顶部低于溢流板顶端；
纺丝管下方设置有凝固液循环装置，凝固液循环装置由高位槽，水泵，接液槽组成，其中接液槽位于纺丝管下方，接液槽中设置有用于输送成型的纤维的输送辊，接液槽通过水泵与高位槽连接，高位槽通过管路与凝固槽底部的凝固液入口连接，环形溢流槽底部的凝固液出口也位于接液槽上方；
采用上述PBO纤维干湿法成型方法和设备，具体工作过程如下：
PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，热风从甬道下腔底部送入，通过环吹风滤网进入甬道内，此时纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；优选的上述过程中离心风机将环吹风送入加热器，加热至特定温度后，再经风管进入甬道下腔，从环吹风滤网进入甬道内部，形成甬道内环吹风，这样可以维持甬道内适宜的温度梯度，并通过热风温度和流量控制上述温度梯度；
纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型，此时凝固液在凝固液循环装置的作用下进行自循环，具体循环方式是：凝固液自高位槽通过管路经凝固液入口进入凝固槽内，当凝固液液面超过纺丝管顶端时，凝固液进入纺丝管内与纺丝细流持续接触，并从纺丝管流入接液槽，当液面超过溢流板顶端时，凝固液则进入溢流槽，然后从凝固液出口进入接液槽内，接液槽内的凝固液在水泵的作用下返回高位槽，完成凝固液循环过程；
纺丝细流从纺丝管穿出后，凝固成型的纤维由输送辊输送至后续工艺环节。
优选的，甬道采用316L不锈钢材质，甬道长度为0.5～2.5m，直径为0.2～0.4m，所采用环吹风滤网的规格为100～300目；加热器还与离心风机连接；
纺丝管内径为1～1.5cm，长度为30～50cm，优选的溢流板高度可调，纺丝速度为100～300m/min；
综上所述，采用这种结构的PBO纤维干湿法成型设备，采用可控温的加长甬道可维持内部合理温度梯度，使PBO纺丝细流在较高的温度下、在较长的有效长度内进行充分拉伸，提升喷丝头拉伸比，纤维取向度和结晶度都可得到大幅提升，同时采用凝固盘成型装置，凝固浴流动稳定，无紊流现象，纤维成型良好，可实现高速纺丝。
附图说明
图1为本发明所述PBO纤维干湿法成型设备的结构示意图，
图中1为纺丝原液输送管道、2为喷丝组件、3为纺丝细流、4为甬道上腔、5为环吹风滤网，6为甬道下腔、7为离心风机、8为加热器、9为风管、10为溢流板、11为环形溢流槽、12为凝固槽，13为纺丝管，14为凝固液出口，15为凝固液入口，16为高位槽，17为水泵，18为输送辊，19为接液槽。
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。
实施例1工艺实施例
一种PBO纤维干湿法成型方法，具体步骤如下：
PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，热风从甬道下腔底部送入，通过环吹风滤网进入甬道内，此时纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型；
所采用PBO纤维干湿法成型设备由喷丝系统、甬道、加热器、凝固盘、凝固液循环装置组成，其中喷丝系统与甬道直接连接，甬道下方设置有凝固盘，凝固盘中心设置有纺丝管，纺丝管下方设置有接液槽。
其中进入甬道的热风风量10～30m3/min，温度为50～180℃，风速0.2～0.6m/s；进而控制甬道内温度范围为为50～100℃；所采用的凝固液选自磷酸、乙醇和水的一种或几种任意比的混合物，在本实施例中优选磷酸乙醇和水的等比例混合凝固液。
实施例2设备实施例
如图1所示，一种PBO纤维干湿法成型设备，该装置由喷丝系统、甬道、加热器、凝固盘、凝固液循环装置组成，其中喷丝系统与甬道直接连接，甬道下方设置有凝固盘，凝固盘中心设置有纺丝管，纺丝管下方设置有接液槽，接液槽内设置有输送辊；
更进一步的，所述的喷丝系统由纺丝原液输送管道1和喷丝组件2组成；甬道自上而下由甬道上腔4、环吹风滤网5和甬道下腔6组成，喷丝组件2与甬道上腔4固定连接，甬道下腔6内部设置有风腔，风腔上部设置有环吹风滤网5，环吹风滤网5位于甬道上腔4下方；甬道下腔6底部通过风管9与加热器8连接；
所述的凝固盘包括凝固槽12，凝固槽12由底板和溢流板10组成，凝固槽12外侧设置有环形溢流槽11，凝固槽12中心设置有纺丝管13，凝固槽12底部设置有凝固液入口15，环形溢流槽11底部设置有凝固液出口14，纺丝管13底部穿出凝固槽12，纺丝管12顶部低于溢流板10顶端；
纺丝管13下方设置有凝固液循环装置，凝固液循环装置由高位槽16，水泵17，接液槽19组成，其中接液槽19位于纺丝管13下方，接液槽19中设置有用于输送成型的纤维的输送辊18，接液槽19通过水泵17与高位槽16连接，高位槽16通过管路与凝固槽底部的凝固液入口15连接，环形溢流槽11底部的凝固液出口15也位于接液槽19上方；
采用这种结构的PBO纤维干湿法成型设备，具体工作过程如下：
PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流3，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，热风从甬道下腔底部送入，通过环吹风滤网进入甬道内，此时纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；优选的上述过程中离心风机将环吹风送入加热器，加热至特定温度后，再经风管进入甬道下腔，从环吹风滤网进入甬道内部，形成甬道内环吹风，这样可以维持甬道内适宜的温度梯度，并通过热风温度和流量控制上述温度梯度；
纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型，此时凝固液在凝固液循环装置的作用下进行自循环，具体循环方式是：凝固液自高位槽通过管路经凝固液入口进入凝固槽内，当凝固液液面超过纺丝管顶端时，凝固液进入纺丝管内与纺丝细流持续接触，并从纺丝管流入接液槽，当液面超过溢流板顶端时，凝固液则进入溢流槽，然后从凝固液出口进入接液槽内，接液槽内的凝固液在水泵的作用下返回高位槽，完成凝固液循环过程；
纺丝细流从纺丝管穿出后，凝固成型的纤维由输送辊输送至后续工艺环节。
优选的，甬道采用316L不锈钢材质，甬道长度为0.5～2.5m，直径为0.2～0.4m，所采用环吹风滤网的规格为100～300目；加热器8还与离心风机7连接，通过两者控制进入甬道的风量10～30m3/min，温度为50～180℃，控制风速0.2～0.6m/s；
纺丝管内径为1～1.5cm，长度为30～50cm，优选的溢流板高度可调，纺丝速度为100～300m/min。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：具体步骤如下：
PBO纺丝原液经输送管道进入喷丝组件，从喷丝组件挤出为多路纤维后进入甬道，形成纺丝细流，纺丝细流通过人工牵引顺次通过纺丝管与输送辊连接，热风从甬道下腔底部送入，通过环吹风滤网进入甬道内，此时纺丝细流在甬道内热风和输送辊拉应力的共同作用下，发生高倍牵伸；纺丝细流穿越甬道后，进入凝固盘在纺丝管内部与凝固液接触凝固成型；
所采用PBO纤维干湿法成型设备由喷丝系统、甬道、加热器、凝固盘、凝固液循环装置组成，其中喷丝系统与甬道直接连接，甬道下方设置有凝固盘，凝固盘中心设置有纺丝管，纺丝管下方设置有接液槽。
2.根据权利要求1所述PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：纺丝速度为100～300m/min。
3.根据权利要求1所述PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：所采用的凝固液选自选自磷酸、乙醇和水的一种或几种任意比的混合物。
4.根据权利要求1所述PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：进入甬道的热风风量10～30m3/min，温度为50～180℃，风速0.2～0.6m/s。
5.根据权利要求1所述PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：所述PBO纤维干湿法成型设备中，所述的喷丝系统由纺丝原液输送管道(1)和喷丝组件(2)组成；甬道自上而下由甬道上腔(4)、环吹风滤网(5)和甬道下腔(6)组成，喷丝组件(2)与甬道上腔(4)固定连接，甬道下腔(6)内部设置有风腔，风腔上部设置有环吹风滤网(5)，环吹风滤网(5)位于甬道上腔(4)下方；甬道下腔(6)底部通过风管(9)与加热器(8)连接；
所述的凝固盘包括凝固槽(12)，凝固槽(12)由底板和溢流板(10)组成，凝固槽(12)外侧设置有环形溢流槽(11)，凝固槽(12)中心设置有纺丝管(13)，凝固槽(12)底部设置有凝固液入口(15)，环形溢流槽(11)底部设置有凝固液出口(14)，纺丝管(13)底部穿出凝固槽(12)，纺丝管(12)顶部低于溢流板(10)顶端；
纺丝管(13)下方设置有凝固液循环装置，凝固液循环装置由高位槽(16)，水泵(17)，接液槽(19)组成，其中接液槽(19)位于纺丝管(13)下方，接液槽(19中设置有用于输送成型的纤维的输送辊(18)，接液槽(19)通过水泵(17)与高位槽(16)连接，高位槽(16)通过管路与凝固槽底部的凝固液入口(15)连接。
6.根据权利要求5所述的PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：
甬道长度为0.5～2.5m，直径为0.2～0.4m，所采用环吹风滤网的规格为100～300目；纺丝管(13)内径为1～1.5cm，长度为30～50cm。
7.根据权利要求5所述的PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：加热器(8)还与离心风机(7)连接。
8.根据权利要求5所述的PBO纤维干湿法成型方法，其特征在于：环形溢流槽(11)底部的凝固液出口(15)也位于接液槽(19)上方。
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