CN1924122A - 溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置及冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置及冷却方法，采用侧向吹风冷却装置，其吹风速度为2～12m/s，吹风温度为10～ 35℃，吹风的相对湿度为10％～80％。本发明所公开的冷却装置结构简单，容易控制吹风的各种参数，冷却效果好，纺丝顺利，没有单丝粘结现象，适用于100孔至30000孔的大型喷丝板，纺丝成品质量优良。

Description

溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置及冷却方法
技术领域
本发明涉及化学纤维生产领域，具体地说涉及一种用于纺丝工序的冷却装置及方法，特别是指用于溶剂法纤维素纤维纺丝工序中的冷却装置及冷却方法。
背景技术
溶剂法制备纤维素纤维较普遍都采用干湿法纺丝，即纺丝时由喷丝孔喷出的纤维素溶液细流先经过一气隙区，在该气隙周围空气环境下溶液细流逐渐冷却，然后进入凝固浴被凝固成形为丝条。由于纺丝过程中，纺丝溶液温度较高，气隙周围的环境条件对细流固化后形成的纤维性能会产生较大的影响，因此气隙区的距离可以根据需要进行调节。当喷丝孔的孔数增加时，由于热量的积聚，使溶液细流冷却凝固成丝变得困难，无法进行必要的喷头拉伸以促进纤维结构的形成。因此需要一个冷却吹风过程，使溶液细流在短距离和短时间内迅速冷却便于拉伸成型。为了实施该过程，所使用的吹风冷却装置应保证溶液细流均匀冷却，使每个孔喷出的单丝互相不粘结，并能承受均匀的拉伸力。冷却装置的冷却工艺通常由吹风温度、吹风湿度、吹风速度和吹风位置四个参数来决定。
20世纪90年代起，关于溶剂法纤维素纤维的干湿纺丝法中的冷却方法和冷却装置已经有多项专利报道，其中奥地利连津格公司的WO-93-19230专利文献中指出，纺制Lyocell长丝时的气隙中有冷却功能，冷空气的温度选用-5～5℃，但专利中未涉及冷却装置。该公司于1994年又申请中国专利CN1111912，其中提出了一种冷却装置，装置中有一个“环形凸起风源，通过导管将穿过丝束的冷却气流导向喷丝嘴平面的下方”。这种装置的缺点是必须配备环形排列的喷丝帽，使装置结构复杂且操作比较困难。1998年，又有中国专利CN1236403A涉及吹风冷却的各种条件，并提出采用“侧吹风”方法，但未见具体装置图。英国考陶尔兹的WO-96-21758专利文献中也介绍了冷却方式及工艺参数，如将气隙分为两个区，可选用不同或相同的吹风温湿度进行冷却，吹风方式是采用水平侧向吹风，风源从一侧喷嘴喷出并由对面吸嘴吸入，喷嘴与吸嘴面面相对。这种吹风方式的缺点是吹出风的分布不均匀，吹风面局限性大，其装置结构也很复杂。在我国四川宜宾化纤厂所申报的中国专利CN1209473A中，则仅提出了喷丝板与凝固浴液面之间的距离即气隙要控制在7～600mm，并没有叙述其冷却条件和冷却装置。
而一般熔融纺丝时的侧向吹风冷却装置，吹风口高度为1000～2000mm，宽度为200～400mm。但由于冷却装置安装位置不允许距喷丝出口太近，吹风口上沿与喷丝板的垂直距离一般为100～500mm，吹风速度仅为0.1～1.0m/s。(《合成纤维生产工艺学》第二版(下册)，中国纺织出版社，1996年，高等纺织院校教材，P88页；《涤纶长丝生产》，纺织工业出版社，1989年，P82页；《化纤设备》，纺织工业出版社，1989年，高等纺织院校教材，P142页)
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置及冷却方法，以解决现有技术中装置比较复杂、操作困难和吹风不均匀等缺陷。
本发明首先提供了一种溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置，该装置为侧向吹风冷却装置，又称为吹风窗。将一种类似于熔融纺丝用的侧吹风冷却装置用于溶剂法纤维素纤维纺丝，本发明提供的冷却装置与熔融纺丝冷却装置在外型尺寸和安装位置上做了很大变动，该装置包括风机、空气温度调节器、控制阀、多孔板A、稳压室、多孔板B、丝网层、整流板和吹风口；其中吹风口的宽度为50～300mm，高度为10～300mm。
因为该冷却装置是与纺丝装置进行连接，辅助纤维素纤维的纺丝，冷却装置与纺丝装置之间的位置关系可看附图2，其中冷却装置吹风口上沿与纺丝装置的喷丝板之间的垂直距离为0-10mm，吹风口垂直面和喷丝组件中心线之间的水平距离为10～200mm。
而纺丝组件(10)由孔径为0.07～0.25mm、100～30000孔的喷丝板(11)组成。
本发明还提供了利用上述冷却装置进行溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却方法，该方法与传统的熔融纺丝时采用的侧向吹风冷却方式相似，只是根据上述冷却装置结构及纺丝工艺要求的不同，调整了下述冷却参数：吹风速度为2～12m/s，吹风温度为10～35℃，吹风的相对湿度为10％～80％。
本发明专利所述的冷却装置结构简单，容易控制吹风的各种参数，冷却效果好，纺丝顺利。没有单丝粘结现象，适用于100孔至30000孔的大型喷丝板，纺丝成品质量优良。
与常规熔融纺丝的侧向吹风装置相似、设备易获得、易控制吹风的各种参数，两者主要不同之处是吹风窗的尺寸大小、安装位置和风速。熔融纺侧向吹风窗高度达1000～2000mm，安装位置不允许距喷丝出口平面太近，吹风口上沿与喷丝板面的垂直距离为20～100mm，吹风速度在0.2～1.0m/s。而本发明所述的冷却装置，其吹风口较小，高度仅为10～300mm，冷却装置安装位置距喷丝板较近，其吹风口上沿与喷丝板几乎在同一平面，其垂直距离仅0～10mm，而吹风速度需达2～12m/s。这种装置对纺丝细流的冷却效果好，使纺丝顺利，没有单丝粘结现象，适用于100孔至3000孔的大型喷丝板的纺丝。采用本发明专利的冷却方发及其冷却装置纺成的Lyocell纤维质量稳定、品质优良。
附图说明：
图1溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置示意图
图2冷却装置与纺丝装置之间的位置关系示意图
图中：
1-空气温度调节器         9-导管
2-控制阀                 10-喷丝组件
3-多孔板A                11-喷丝板
4-稳压室                 12-丝束
5-多孔板B                13-导丝辊
6-丝网层                 14-凝固浴
7-整流板                 15-风机
8-纺丝计量泵             16-吹风口
具体实施方式：
实施例1
见图1，在溶剂法纤维素纤维纺丝设备喷丝组件10的喷丝板11的下方安装一个冷却装置，其是一个主要由风机15、空气温度调节器1、控制阀2、多孔板A3、稳压室4、多孔板B5、金属丝网层6、整流板7和吹风口16组成的吹风装置。吹风口16的宽度200mm，高度130mm，吹风口16上沿与纺丝装置的喷丝板11的面处于同一平面，即两者垂直距离为0。吹风口16垂直面与喷丝组件10中心线间的水平距离为200mm。将聚合度(DP)为600的纤维素原料溶解在NMMO水溶液中，纤维素含量为10％，制成的纤维素纺丝溶液的折光指数为1.4860、温度达98℃、粘度为1000Pa·s，呈淡棕色透明状。该纺丝溶液经增压泵增压及预过滤器过滤后，进入纺丝箱体并由纺丝计量泵8经导管9送入喷丝组件10，组件由孔径为0.08mm、4000孔的喷丝板11组成。再通过上述冷却装置的气隙区。冷却参数采用吹风温度为10℃的冷风，风经冷却装置从吹风口以侧向水平方式冷却纤维素纤维丝束12。吹风速度选用4.5m/s，吹风相对湿度控制在30％。丝束12绕经导丝辊13，再经凝固浴14，即成需要的纤维素纤维。在这样情况下，纺出的丝条成型良好，纺丝速度可达80m/min，经水洗和干燥后，纤维线密度为2.2dtex，单纤维干态强度达4.0cN/dtex，断裂伸长为8.0％。
对比例
上述实施例1中，如果不加装本发明专利所述的冷却装置进行冷却，而其余条件相同时，纺丝时喷丝孔喷出的丝条液会呈团状滴下，或只有少量断裂状丝其余皆为团状物，无法卷绕成丝束。
实施例2
在溶剂法纤维素纤维纺丝设备喷丝组件10的喷丝板11面的下方安装一个与实施例1相同的冷却装置，但吹风口的宽度为250mm，高度100mm，吹风口上沿与喷丝板11面的垂直距离为4mm，吹风口面与喷丝嘴10中心线的水平距离为150mm。采用聚合度(DP)为700的纤维素及NMMO水溶液为原料，制备成纤维素含量为13％的纺丝溶液，该溶液的折光指数为1.4870，温度为99℃，粘度为1200Pa·s，棕色透明。经增压泵增压后，再经熔体过滤器，进入纺丝计量泵8，并经导管9进入喷丝组件10，从喷丝孔孔径为0.075mm，孔数为6000孔的喷丝板11中喷出。冷风以侧向水平方式吹风冷却，吹风温度为15℃，吹风速度为6m/s，吹风湿度为50％，卷绕速度为95m/min，经水洗和干燥切断后，纤维的质量指标为线密度达1.8dtex，单纤维干态强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率达10％。
实施例3
在溶剂法纤维素纤维纺丝设备喷丝组件10的喷丝板11面的下方安装一个与实施例一相同的冷却装置，但吹风口的宽度为280mm，高度90mm，吹风口上沿与喷丝板11面的垂直距离为2mm，吹风口的面与喷丝组件10中心线的水平距离为180mm。用聚合度(DP)为700的纤维素及NMMO水溶液为原料，制备成纤维素浓度为9％的纺丝溶液，使溶液的折光指数为1.4850，温度为92℃，粘度为1200Pa·s的棕色透明体。经增压泵增压，再经熔体过滤器后，进入纺丝计量泵8、并经由导管9进入喷丝组件10，从喷丝孔孔径为0.18mm的1000孔喷丝板11中喷出。冷风以侧向水平方式吹风冷却，吹风温度为30℃，吹风速度为4.2m/s，吹风湿度为65％，卷绕速度为45m/min，纺丝正常，无液滴。经水洗和干燥切断后，纤维的线密度达3.8dtex，单纤维干态强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率达11％。

Claims (3)

1.一种溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却装置，包括风机(15)、空气温度调节器(1)、控制阀(2)、多孔板A(3)、稳压室(4)、多孔板B(5)、丝网层(6)、整流板(7)和吹风口(16)；其中出口孔(16)的宽度为50～300mm，高度为10～300mm。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于吹风口(16)上沿与喷丝板(11)之间的垂直距离为0-10mm，吹风口(16)垂直面和喷丝组件(10)中心线之间的水平距离为10～200mm。
3.一种利用权利要求1或2所述的冷却装置进行溶剂法纤维素纤维纺丝的冷却方法，其特征在于吹风速度为2～12m/s，吹风温度为10～35℃，吹风的相对湿度为10％～80％。
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