CN1701139A - 用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于制备一种喷丝头，该喷丝头的组成排除了在制备直径小且其形状良好的校准孔口的过程中喷丝头材料粘附到切削工具上的可能性，这样有利于延长这种喷丝头的使用寿命，得到一种稳定地成型和保持所得细丝和纤维的良好质量并且不会损坏喷丝头的耐腐蚀性的方法。上述目的是通过由含如下物质的锆合金制得的喷丝头而实现的，以重量％计：铌0.05－1.1，氧0.001－0.2，氮0.001－0.006，硅0.001－0.02，铁0.001－0.05，钼0.001－0.005，杂质0.005－0.26，锆余量。所得喷丝头的使用寿命可以增加8－27％，该成型方法的稳定性以及细丝和纤维的质量得到提高。

Description

用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头
                        技术领域
本发明涉及用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头的领域，具体地说涉及由锆基材料制得的喷丝头。
                        背景技术
本领域已知一种由铂-钯合金(75-25)制得的喷丝头，它用于由溶液成型化学细丝和纤维(TU 3-1744-88：用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头)。
所述喷丝头的特征在于在用于清洗喷丝头的加工溶液中具有高的耐腐蚀性并确保了所得细丝和纤维的质量。与此同时所述昂贵的喷丝头具有相对短的使用寿命。
本领域已知一种由锆制得的喷丝头，它用于制备人造纤维细丝(Metallurgy of Zirconium.由英语翻译的，G.A.Meerson和Yu.V.Gagarinsky编辑.M.IL，1959，第25页)，其特征在于与上面由铂-钯合金(75-25)制得的喷丝头相比成本低得多，同时保证了所得细丝所需的质量。但是，所述喷丝头的材料(锆)在用于清洗喷丝头的加工溶液中的耐腐蚀性比所述铂-钯合金的低，在用于清洗喷丝头的加工溶液中较低的耐腐蚀性大大降低了其使用寿命。
在制备喷丝头的过程中粘性高的锆使其粘附到切削工具上。特别是难以制备直径小于0.1mm的校准孔口，这样使得该方法的成本提高。在校准喷丝头的质量差的情况下，成型的细丝和纤维在其重绕过程中可能断裂，这样使得产品的消费性能受损并使该方法不能令人满意。
与本发明最接近的发明是由本发明的发明人者提出的(以下称为“原型”)，其涉及一种用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头，它是由锆基材料制得的，即含有如下物质的锆合金，以重量％计：铌-0.05-1.1、氧-0.001-0.1、杂质-0.01-0.35、锆-余量(RF专利号2174565、D 01 D 4/02，2001)。
所述喷丝头与前面讨论的不同在于成本明显降低，保证了所得细丝的所需质量，在用于清洗喷丝头的加工溶液中更耐腐蚀，并且更容易加工。但是，所述喷丝头也具有由锆制备喷丝头的缺陷，尽管程度较低。因喷丝头材料粘附到切削工具上使得校准孔口的几何学精度不高和加工清洗不足，结果由于在重绕期间细丝(纤维)的外部缺陷和断裂，纺织品细丝和纤维的百分比不满足GOST 8871-84的要求。
                      发明内容
本发明的目的是制备一种喷丝头，该喷丝头的组成排除了在制备形状良好的校准孔口的过程中其材料粘附到切削工具上的可能性，这样有利于延长这种喷丝头的使用寿命，保持成型方法的稳定性并且保证了所得细丝和纤维的所需质量，并且不会损坏喷丝头的耐腐蚀性。
所述目的可以如下实现。与已知用于由溶液成型细丝和纤维的喷丝头不同，本发明的喷丝头是由同时含有铌、氧和杂质的锆合金制得的，根据本发明，制备喷丝头的锆合金还含有氮、硅、铁和钼，合金中上面元素的含量是以重量％计为：
-铌0.05-1.1
-氧0.001-0.2
-氮0.001-0.006
-硅0.001-0.02
-铁0.001-0.05
-钼0.001-0.005
-杂质0.005-0.26
-锆余量。
制备上面多组分锆基合金的喷丝头，结果该喷丝头的使用寿命(即，替换之前喷丝头的使用时间)大大提高，成型细丝和纤维的方法的稳定性提高，细丝和纤维的质量提高(即，细丝的视觉缺陷降低并且在重绕它们时破损量降低)，在用于其清洗的加工溶液中不会损坏喷丝头的耐腐蚀性。这与下述事实有关，即以所述范围向锆合金中加入其它化学元素明显影响了其结构以及加工喷丝头孔口的表面的质量，与上述原型和现有技术的方案相比，这样使得纺丝溶液(粘胶)与所述喷丝头的成型孔口的壁的亲合力(粘性)降低。这是通过粘胶和所述喷丝头的电化学特性的有益组合而调节的。结果，成型方法变得更稳定。通过所述喷丝头的孔口挤出粘胶保证获得更均匀且缺陷低的物流(细丝)，并且因此细丝和纤维的质量提高(当将它们重绕时视觉缺陷和破损都降低)。
除此之外，与原型相比，纺丝溶液(粘胶)与所述喷丝头的成型孔口的壁的低的亲合力(粘性)使得喷丝头的使用寿命(即，替换之前喷丝头的使用时间)显著提高。这样能够获得质量良好的细丝和纤维，同时成型方法所需的喷丝头的量少。向锆合金中另外加入氮、硅、铁和钼不会损坏所述喷丝头在用于其清洗的加工溶液中的耐腐蚀性。
                      具体实施方式
为了检测所述发明，在实验室条件下分别制备由铂-钯合金(现有技术的方案)、锆(现有技术的方案)、锆合金(原型)和新制得的锆合金(要求保护的方案)制得的样品喷丝头进行对比。为了测定，由标准铂-钯合金制得3个喷丝头，它们具有直径为12.5mm的盖以及50个直径为0.08mm的孔，并制备了3个类似类型的试验喷丝头，它们分别由锆(现有技术的方案)、锆合金(原型)和新制得的锆合金(要求保护的方案)制得，各自有52个孔。进行对比的喷丝头的圆柱形部分的长度相同，为0.12mm。这些测定是在实验室纺丝装置上根据模拟制备专业目的的聚丙烯腈细丝(PAN)的制备过程的程序进行的。对每种喷丝头进行多次试验直到喷丝头失败，这样能够进行所得结果的统计分析并评价区别4个对比组的喷丝头样品的可能性。试验计划包括大量既表征获得PAN细丝的工艺过程又表征喷丝头在加工溶液中清洗的控制参数，和细丝的物理-机械以及定性参数，喷丝头的使用寿命，等等。与此同时，根据标准方法评价样品喷丝头在用于其清洗的加工溶液中的耐腐蚀性。测定结果示于表中。
分析表中所得的数据显示，本发明的方案与原型和现有技术的方案的不同在于喷丝头的使用寿命较长(使用喷丝头直到替换的相对时间是：要求保护的方案的为1.08-1.27，原型的为1，现有技术的方案的为0.58和0.64)、成型细丝和纤维的方法的稳定性较高(要求保护的方案的高，原型和现有技术的方案的适中)、所得细丝和纤维的质量较高(视觉缺陷的相对指数是：要求保护的方案的是0.82-0.97，原型的是1，现有技术的方案的是1.15和1.2)、重绕时细丝破损量的相对指数是：要求保护的方案的是0.84-0.97，原型的是1，现有技术的方案的是1.2和1.23)，不会损坏喷丝头在用于其清洗的加工溶液中的耐腐蚀性(相对腐蚀速度是：要求保护的方案的是0.72-0.9，原型的是0.9，现有技术的方案的是1和1.24)。由铂-钯合金(现有技术的方案)、锆(原型)和新制得的锆合金(要求保护的方案)制得的喷丝头所获得的PAN-细丝样品具有相似的物理-机械性能，例如裂断强度、伸长率和模量。
用于喷丝头的锆合金的最佳组成如下，以重量％计：
-铌0.05-1.1
-氧0.001-0.2
-氮0.001-0.006
-硅0.001-0.02
-铁0.001-0.05
-钼0.001-0.005
-杂质0.005-0.26
-锆余量。
降低锆合金中如下元素的含量：氮-低于0.001重量％(试验编号4)、硅-低于0.001重量％(试验编号9)、铁-低于0.001重量％(试验编号14)、钼-低于0.001重量％(试验编号19)和杂质-低于0.05重量％(试验编号24)不会使喷丝头的使用寿命、成型方法的稳定性、细丝和纤维的质量显著提高，相反显著提高合金的成本。
增加锆合金中如下元素的含量：氮-大于0.006重量％(试验编号8)、硅-大于0.02重量％(试验编号13)、铁-大于0.05重量％(试验编号18)、钼-大于0.005重量％(试验编号23)和杂质-大于0.026重量％(试验编号28)使得锆合金在用于清洗喷丝头的加工溶液中的耐腐蚀性显著降低。
  编号   技术方案                                    喷丝头材料，重量％锆            铌         氧            氮             硅          铁          钼              杂质   使用寿命   成型方法的稳定性       PAN细丝的质量   喷丝头在加工清洗溶液中腐蚀的相对速度
  视觉缺陷的相对指数   重绕时细丝破损数的相对指数
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15
  1   现有技术                                          铂-钯合金   0.58   适中   1.2   1.23   1
  2   现有技术   余量   -   0.1   -   -   -   -   0.03   0.64   适中   1.15   1.2   1.24
  3   原型   余量   1.1   0.1   -   -   -   -   0.35   1   适中   1   1   0.9
  4   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0005   0.1   0.025   0.0025   0.13   1.01   适中   1.02   1.01   0.76
  5   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.001   0.1   0.025   0.0025   0.13   1.1   高   0.98   0.97   0.8
  6   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.1   0.025   0.0025   0.13   1.12   高   0.95   0.93   0.85
  7   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.006   0.1   0.025   0.0025   0.13   1.19   高   0.83   0.86   0.9
  8   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.007   0.1   0.025   0.0025   0.13   1.24   高   0.80   0.82   1.0
  9   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.0005   0.025   0.0025   0.13   0.98   适中   1.05   1.02   0.78
  10   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.001   0.025   0.0025   0.13   1.08   高   0.97   0.95   0.81
  11   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.13   1.12   高   0.95   0.9   0.84
  12   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.02   0.025   0.0025   0.13   1.15   高   0.82   0.87   0.89
  13   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.025   0.025   0.0025   0.13   1.2   高   0.79   0.85   0.98
  14   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.0005   0.0025   0.13   1.09   适中   1.01   1.0   0.74
15 要求保护的方案 余量 0.5 0.05 0.0035 0.01 0.001 0.0025 0.13 1.10 高 0.96 0.97 0.79
  16   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.13   1.14   高   0.9   0.95   0.82
  17   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.05   0.0025   0.13   1.21   高   0.82   0.87   0.86
  18   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.06   0.0025   0.13   1.26   高   0.81   0.83   1.03
  19   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0005   0.13   0.91   高   1.02   1.03   1.03
  20   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.001   0.13   1.09   高   0.97   0.95   0.79
  21   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.13   1.12   高   0.96   0.92   0.81
  22   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.005   0.13   1.18   高   0.84   0.85   0.88
  23   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.006   0.13   1.23   高   0.82   0.83   1.05
  24   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.003   0.99   适中   1.01   1.0   0.7
  25   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.005   1.09   高   0.97   0.97   0.72
  26   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.13   1.13   高   0.92   0.9   0.78
  27   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.26   1.19   高   0.85   0.84   0.88
  28   要求保护的方案   余量   0.5   0.05   0.0035   0.01   0.025   0.0025   0.27   1.25   高   0.81   0.80   1.1
  29   要求保护的方案   余量   0.05   0.001   0.001   0.001   0.001   0.001   0.005   1.11   高   0.92   0.95   0.86
  30   要求保护的方案   余量   1.1   0.2   0.006   0.02   0.05   0.005   0.26   1.27   高   0.84   0.87   0.89
注：该表显示了3个喷丝头的测定结果的平均值。
                     工业实用性
为了要求保护的本发明的大规模制备试验的目的，以500片的量由以OAO ChMZ制得的空白制备大量F41Tsr 12，5型的喷丝头。这些试验是在OAO“Klinvolokno”下进行的并且完全证实了本说明书中所述的结论。
空白用的锆合金是根据在OAO ChMZ下使用的认可的工艺通过将以下组成的原料的坯料熔融制得的：
60％-V类的再循环(得自碘化锆的棒的标准空白)、
40％-鼓转后VI类的再循环(锆合金E125的熔炉废料)。
预先测定再循环中的铌、氧、氮、硅、铁、钼、杂质含量。然后，将这些再循环按照化学组成分组，并以未来合金的结构中每一元素的所需量的初步计算为基础制备原料组合物。
将该坯料在真空炉中熔融用于弧形重熔。根据标准工艺将所得坯料辊压出一片，然后将其切成条。在拉的同时通过深度压制由条制得喷丝头的盖。
然后，冲压喷丝头中的孔，喷丝头的底部用GOI浆抛光，并将喷丝头中加工的孔手工校准至预定大小。

Claims (1)

1、一种用于由溶液成型化学细丝和纤维的喷丝头，它是由含有锆、铌、氧和杂质的锆合金制得的，特征在于所述锆合金另外含有氮、硅、铁和钼，所述合金中上述元素的含量以重量％计为：
-铌0.05-1.1
-氧0.001-0.2
-氮0.001-0.006
-硅0.001-0.02
-铁0.001-0.05
-钼0.001-0.005
-杂质0.005-0.26
-锆余量。
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