CN115652452A - 一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法及装置，涉及高强聚乙烯纺丝生产技术领域，包括以下步骤：(1)将聚乙烯树脂加入螺杆挤出机熔融塑化，之后经带有内吹风管及喷丝板的喷丝组件挤出；(2)挤出的聚乙烯熔体经过环吹风区进入水浴槽中，得到初生丝；(3)在环吹风区下方设置有环引风区，环引风区经负压风机通过吹风管道连通至换热器，所述换热器用以冷却热风并将热能输送给水浴槽；(4)经过换热器的吹风管道连通循环风机，并将冷却后的热风送入环吹风区和内吹风管。本发明利用内吹风管结合外环吹风的冷却方式，避免现有的纺丝区域中心处的纺丝拉伸度不一致的问题，并回收纺丝热量进一步利用，符合节能环保的设计理念。

Description

一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法及装置

技术领域

本发明涉及高强聚乙烯纤维熔融纺丝技术领域，具体为一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法及装置。

背景技术

在高强聚乙烯纤维熔融纺丝生产过程中，纺丝时，原料均是以高压熔融状态，从喷丝板小孔挤压出来，为了减少断丝，并能生头、引丝，需迅速对液态流丝束进行冷却，使其从熔融状态变成玻璃体状态，纺丝时，一个纺丝位均匀分布着成千上万根丝束，对丝束进行吹风冷却形式通常有侧吹风形式和环吹风形式，环吹风形式又分为中心外环吹风形式和中心内环吹风形式。

现有技术通过中心外环吹风技术在对高强聚乙烯纤维熔融纺丝进行冷却时，由于冷却风从外环向其圆心方向吹动，当冷风自外向内吹时，丝束在完成向下运动的同时向风筒中心飘动，因这时丝束还未完全冷却，风速不能过大，否则丝与丝之间会因相互接触会产生粘连并丝现象，当冷风吹向丝束时，由于热交换，风筒中心空气温度上升，中心丝束的冷却效果就会大大减弱，整体影响所需冷却的丝束均匀度，冷却效果不理想，进而降低丝束的成品质量。平稳的冷却条件能在纺丝线上形成理想而均匀的温度分布，从而更有利于后续牵伸和原丝质量的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯树脂加入螺杆挤出机熔融塑化，之后经带有内吹风管及喷丝板的喷丝组件挤出；

(2)挤出的聚乙烯熔体经过环吹风区进入水浴槽中，得到初生丝；

(3)在环吹风区下方设置有环引风区，环引风区经负压风机通过吹风管道连通至换热器，所述换热器用以冷却热风并将热能输送给水浴槽；

(4)经过换热器的吹风管道连通循环风机，并将冷却后的热风送入环吹风区和内吹风管。

本发明还提供了一种特别适用于上述的高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法的生产装置，其包括喷丝组件、环吹风组件及热风循环组件，其中：

所述喷丝组件包括内吹风管、喷丝环及内吹风喷丝板，所述内吹风喷丝板为厚度均匀的喇叭状板，且沿着水平方向均匀且密集地设置竖直贯穿所述内吹风喷丝板的喷丝孔；所述内吹风管设置于内吹风喷丝板中心孔处，且内吹风管的管身均匀设置有引气孔；所述喷丝环包围于所述内吹风喷丝板外，并连接环吹风筒；

所述环吹风组件包括导风筒、风道腔、环吹风筒、匀风环及环吹风孔，所述导风筒用以接入循环风机输出端所连通的吹风管道；所述环吹风筒为中空壳体，其内腔承受风压并向纺丝区域吹风；所述匀风环对应设置在所述环吹风筒的底部端口处；所述风道腔为与所述环吹风筒同轴的环状腔室，并用以连通导风筒以及环吹风筒的底部端口；所述环吹风孔均匀地开设于环吹风筒的内侧壁上，并连通纺丝区域与环吹风筒的内腔；

所述热风循环组件包括引风环、负压风机、吹风管道、换热器及循环风机，所述引风环同轴于环吹风筒并设置在所述风道腔下方，用以包围纺丝区域，所述引风环包括连通所述纺丝区域的环形引风口及引风环壳体；所述引风环通过吹风管道、负压风机将纺丝区域的热风引入所述换热器中，热交换后的冷却风经循环风机导入所述导风筒和内吹风管中。

进一步地，所述导风筒前端通过设置竖向隔板均匀分隔为第一导风口、第二导风口和第三导风口，所述风道腔被隔板等分为扇环状的第一风道腔、第二风道腔和第三风道腔，所述环吹风筒的内腔对应所述风道腔被隔板等分为第一风压腔、第二风压腔和第三风压腔，且所述第一导风口、第一风道腔及第一风压腔连通，所述第二导风口、第二风道腔及第二风压腔连通，所述第三导风口、第三风道腔及第三风压腔连通。

进一步地，所述内吹风管内部被隔板扇形等分为第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔，并分别对应所述的第一风压腔、第二风压腔和第三风压腔，所述内吹风管在纺丝区域中沿着管身分别对应第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔设有温度传感器。

进一步地，所述内吹风管的上端口设有用以调节进入第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔中气体流量的调节组件。

进一步地，所述调节组件包括分别密封连通第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔的电磁流量阀。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明首先利用内吹风管结合外环吹风的方式，由环吹风以同心圆的形式向中心处吹风，从四周向中心处吹风有利于丝束的冷却，同时在同心圆的中心处设置内吹风管，并向内吹风管中输入冷却气流，气流从内吹风管到达纺丝区域，而外部的环吹风筒向纺丝区域的吹风量大，且风速经初生丝热交换后逐步降低，到达中心区域时相对较低，因此，由于气流速度的差异，根据伯努利原理，内吹风管的冷却气流形成低压区，使得纺丝区域的气体加速流向中心处，有利于维持环吹风筒的冷却均匀度。

其次，纺丝区域中完成热交换的气体经内吹风管的管身开设的引气孔，快速进入内吹风管中，有利于对纺丝区域的中心处降温冷却，进一步避免现有的环吹风技术中心区域的纺丝拉伸度不一致的问题。

同时，本发明中纺丝区域的冷却风以及内吹风管的冷却风最终都到达底部的引风环区域，并从环形引风口进入吹风管道，经负压风机进一步压送入换热器中，有利于纺丝热量的回收，并作为一种有效的利用手段，可以将水浴槽的介质作为换热器的介质，以实现对水浴槽热量供给和水温的维持，体现了节能环保的设计理念。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明中的高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法的工艺示意图。

图2是本发明中生产装置的结构示意图。

图3是图2中导风筒的正面示意图。

图4是图3中导风筒的背面示意图。

图5是本发明中导风筒与风道腔的连接结构示意图。

图6是本发明的环吹风筒的剖面结构示意图。

图7是本发明的内吹风管的剖面结构示意图。

图8是本发明的生产装置的立体结构示意图。

图中：

100、内吹风管，110、第一引流腔，120、第二引流腔，130、第三引流腔，140、引气孔；

200、喷丝环；

300、内吹风喷丝板，310、喷丝孔；

400、导风筒，410、第一导风口，420、第二导风口，430、第三导风口；

500、风道腔，510、第一风道腔，520、第二风道腔，530、第三风道腔；

600、环吹风筒，610、第一风压腔，620、第二风压腔，630、第三风压腔，640、匀风环，650、环吹风孔；

700、引风环，710、负压风机，720、吹风管道，730、换热器，740、循环风机；

800、纺丝区域；

900、温度传感器，910、电磁流量阀。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1-图8所示，本发明中的一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝生产装置，其包括喷丝组件、环吹风组件及热风循环组件，其中：

如图2所示，所述喷丝组件包括内吹风管100、喷丝环200及内吹风喷丝板300，所述内吹风喷丝板300为厚度均匀的喇叭状板，且沿着水平方向均匀且密集地设置竖直贯穿所述内吹风喷丝板300的喷丝孔310；所述内吹风管100设置于内吹风喷丝板300的中心孔处，且内吹风管100的管身均匀设置有引气孔140；所述喷丝环200包围于所述内吹风喷丝板300外，并连接环吹风筒600；

由于在本发明中既设置了环吹风筒600，又设置了内吹风管100以实现较好的纺丝冷却质量，但内吹风管100相应地也遮盖了常规喷丝板设置中心处喷丝孔的区域，因此在内吹风管100与环吹风筒600之间的区域有必要设置更多的喷丝孔，而设置更多的喷丝孔也需要兼顾喷丝板的强度，否则在喷丝压力的作用下容易导致喷丝板的变形损坏，因此，本申请中采用喇叭状的内吹风喷丝板300，从而邻接喷丝孔310之间连接面呈斜面，其斜面间距也更大，因此具有更高的强度。

所述环吹风组件包括导风筒400、风道腔500、环吹风筒600、匀风环640及环吹风孔650，所述导风筒400用以接入循环风机740输出端所连通的吹风管道720；所述环吹风筒600为中空壳体，其内腔承受风压并向纺丝区域800吹风；所述匀风环640对应设置在所述环吹风筒600的底部端口处；所述风道腔500为与所述环吹风筒600同轴的环状腔室，并用以连通导风筒400以及环吹风筒600的底部端口；所述环吹风孔650均匀地开设于环吹风筒600的内侧壁上，并连通纺丝区域800与环吹风筒600的内腔；

为了较好地向环吹风筒600输送冷风，本申请采用侧面导风的方式设置导风筒400，利用导风筒400接入冷风，并利用风道腔500实现沿圆周向环吹风筒600均匀供风的目的，并且在环吹风筒600的底部端口设置有匀风环640，所述匀风环640为开设均匀孔隙的环形金属网板，其作用是对进入环吹风筒600内的冷风进行整流，从而使得进入纺丝区域800的风压均匀。

所述热风循环组件包括引风环700、负压风机710、吹风管道720、换热器730及循环风机740，所述引风环700同轴于环吹风筒600并设置在所述风道腔500下方，用以包围纺丝区域800，所述引风环700包括连通所述纺丝区域800的环形引风口及引风环壳体；所述引风环700通过吹风管道720、负压风机710将纺丝区域800的热风引入所述换热器730中，热交换后的冷却风经循环风机740导入所述导风筒400和内吹风管100中。

熔体喷丝后，向周围空气中放出大量凝固热，为此必须在喷丝后吹冷风进行对流热交换，以带走放出的热量使熔体细流凝固成纤维。在冷却凝固过程中，均匀送风很重要，送风不均匀会产生纤维条干不均，降低纺丝质量。为此，由于纺丝区域800形如圆筒状区域，本发明中首先通过环吹风筒600沿着圆周方向对纺丝区域800输送均匀风压，但圆形的纺丝区域800径向上依然可能会随着热交换的进程呈现风速降低、内外风压不均匀的现象，为此，本申请还在内吹风喷丝板300中心处设置内吹风管100，从而通过引入内吹风管100的气流在纺丝区域800的中心处制造低压区域，以对环吹风筒600吹送的冷却气体加快循环速度，实现纺丝区域径向上的均匀送风。

并且，本申请中还通过引风环700收集热交换后的热风，并经过换热器730对热风再次冷却后循环利用，节约能耗，符合节能环保的理念。其中，换热器730的原理属于本领域技术人员的公知技术，不再赘述，但值得注意的是换热器730的换热介质可以优选纺丝生产工艺中常用的水浴槽810中的冷却水，以减少水浴槽的热量消耗，也可以采用其他可选的常规介质(例如水、油等)。

结合图3、图4及图5所示，为了进一步地使进入环吹风筒600内的气流均匀，所述导风筒400前端通过设置竖向隔板均匀分隔为第一导风口410、第二导风口420和第三导风口430，所述风道腔500被隔板等分为扇环状的第一风道腔510、第二风道腔520和第三风道腔530，所述环吹风筒600的内腔对应所述风道腔500被隔板等分为第一风压腔610、第二风压腔620和第三风压腔630，且所述第一导风口410、第一风道腔510及第一风压腔610连通，所述第二导风口420、第二风道腔520及第二风压腔620连通，所述第三导风口430、第三风道腔530及第三风压腔630连通。由此，一般外部的供风机构向导风筒400供风时供风管道竖向设置，因此本申请中隔板同样竖向设置，相比于横向设置的隔板而言，进入第一导风口410、第二导风口420和第三导风口430入口处的风量更为均匀。

如图6及图7所示，为了应对仍然可能发生的纺丝区域800内风压不均的情况，所述内吹风管100内部被隔板扇形等分为第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130，并分别对应所述的第一风压腔610、第二风压腔620和第三风压腔630，所述内吹风管100在纺丝区域800中沿着管身分别对应第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130设有温度传感器900。所述的温度传感器900设置有三组，并均匀对应上述的第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130，用以感知所处位置的实时温度，并反馈给控制器对温度数据进行对比，根据温度数据的差异反应各个方向上风速的差异，进而起到对于纺丝区域800内的风压均匀性的监测效果。

由于上述的温度控制器900所处位置均邻近中心区域，只是分别迎向不同的风压腔，因此其温度数值差异性必然较小，为了进一步通过微调操作实现纺丝区域800中心处的风压均匀性，所述内吹风管100的上端口设有用以调节进入第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130中气体流量的调节组件。由于第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130的截面积相同，改变气体流量能给进一步改变各个腔室内的风速数值，从而使得内吹风管100内部各个方向上的低压情况略微调整，以调整该方向上对于纺丝区域800的引流效果，从而实现对于纺丝区域800中心处风压的微调变化。

作为一种方便的控制方式，所述调节组件包括分别密封连通第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130的电磁流量阀910。循环风机740输入的冷却风进入内吹风管100时通过电磁流量阀910可实时调节进入第一引流腔110、第二引流腔120及第三引流腔130的风量大小，以进行上述微调操作。另外，电磁流量阀910、吹风管道720以及内吹风管100之间密封连通，其密封结构属于常规技术，本领域技术人员易于实现，在此不在赘述。

请着重参阅图1所示，本发明还提供了上述的高强聚乙烯纤维熔融纺丝的生产方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯树脂加入螺杆挤出机熔融塑化，之后经带有内吹风管100及喷丝板的喷丝组件挤出；

(2)挤出的聚乙烯熔体经过环吹风区进入水浴槽810中，得到初生丝；

(3)在环吹风区下方设置有环引风区，环引风区经负压风机710通过吹风管道720连通至换热器730，所述换热器730用以冷却热风并将热能输送给水浴槽810；

(4)经过换热器730的吹风管道720连通循环风机740，并将冷却后的热风送入环吹风区和内吹风管100。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本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本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯树脂加入螺杆挤出机熔融塑化，之后经带有内吹风管及喷丝板的喷丝组件挤出；

(2)挤出的聚乙烯熔体经过环吹风区进入水浴槽中，得到初生丝；

(3)在环吹风区下方设置有环引风区，环引风区经负压风机通过吹风管道连通至换热器，所述换热器用以冷却热风并将热能输送给水浴槽；

(4)经过换热器的吹风管道连通循环风机，并将冷却后的热风送入环吹风区和内吹风管。

2.基于权利要求1所述高强聚乙烯纤维熔融纺丝节能生产方法的生产装置，其特征在于，包括喷丝组件、环吹风组件及热风循环组件，其中：

所述喷丝组件包括内吹风管、喷丝环及内吹风喷丝板，所述内吹风喷丝板为厚度均匀的喇叭状板，且沿着水平方向均匀且密集地设置竖直贯穿所述内吹风喷丝板的喷丝孔；所述内吹风管设置于内吹风喷丝板中心孔处，且内吹风管的管身均匀设置有引气孔；所述喷丝环包围于所述内吹风喷丝板外，并连接环吹风筒；

所述环吹风组件包括导风筒、风道腔、环吹风筒、匀风环及环吹风孔，所述导风筒用以接入循环风机输出端所连通的吹风管道；所述环吹风筒为中空壳体，其内腔承受风压并向纺丝区域吹风；所述匀风环对应设置在所述环吹风筒的底部端口处；所述风道腔为与所述环吹风筒同轴的环状腔室，并用以连通导风筒以及环吹风筒的底部端口；所述环吹风孔均匀地开设于环吹风筒的内侧壁上，并连通纺丝区域与环吹风筒的内腔；

所述热风循环组件包括引风环、负压风机、吹风管道、换热器及循环风机，所述引风环同轴于环吹风筒并设置在所述风道腔下方，用以包围纺丝区域，所述引风环包括连通所述纺丝区域的环形引风口及引风环壳体；所述引风环通过吹风管道、负压风机将纺丝区域的热风引入所述换热器中，热交换后的冷却风经循环风机导入所述导风筒和内吹风管中。

3.根据权利要求2所述的生产装置，其特征在于，所述导风筒前端通过设置竖向隔板均匀分隔为第一导风口、第二导风口和第三导风口，所述风道腔被隔板等分为扇环状的第一风道腔、第二风道腔和第三风道腔，所述环吹风筒的内腔对应所述风道腔被隔板等分为第一风压腔、第二风压腔和第三风压腔，且所述第一导风口、第一风道腔及第一风压腔连通，所述第二导风口、第二风道腔及第二风压腔连通，所述第三导风口、第三风道腔及第三风压腔连通。

4.根据权利要求3所述的生产装置，其特征在于，所述内吹风管内部被隔板扇形等分为第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔，并分别对应所述的第一风压腔、第二风压腔和第三风压腔，所述内吹风管在纺丝区域中沿着管身分别对应第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔设有温度传感器。

5.根据权利要求4所述的生产装置，其特征在于，所述内吹风管的上端口设有用以调节进入第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔中气体流量的调节组件。

6.根据权利要求5所述的生产装置，其特征在于，所述调节组件包括分别密封连通第一引流腔、第二引流腔及第三引流腔的电磁流量阀。

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