CN203653803U - 一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶ⅲ纤维的凝固成形装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,凝固盘主要由凝固盘座、密封垫、凝固液分配网、凝固盘盖以及溢流管组成,U形凝固管主要由U形管、调节管、出丝管组成,U形管的一端与凝固盘连接,另一端与调节管活动连接。U形凝固管的进液口与出液口的高度差可根据纺丝速度需要进行调节。采用本实用新型凝固成形装置可实现芳纶Ⅲ初生纤维的快速均匀凝固,显著提高芳纶Ⅲ纤维的纺丝速度,生产效率提高,同时制造出的纤维质量更好,毛刺少,外观更为规整,并且由于装置体积小,结构紧凑,因而还可实现模块化制造与更换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制造芳纶Ⅲ纤维的纺丝设备,尤其是干喷-湿纺法中的凝固成形装置,属于化学合成纤维设备技术领域。
背景技术
芳纶Ⅲ属于国产高性能有机纤维,具有高强度、高模量、耐高温的优异性能,现在已成为制备航空航天先进复合材料的增强纤维。目前国内外芳纶Ⅲ工业化生产都采用湿法纺丝技术制造。凝固浴槽是湿法纺丝过程中的主要设备。在芳纶Ⅲ纤维湿法纺丝的凝固技术中,凝固浴槽通常是水平卧式凝固槽。凝固浴从装有喷丝头的一端(前部)进入浴槽,与丝条并行流向浴槽的另一端(后部)。在成形过程中,纤维丝条中的溶剂不断进入凝固浴中,凝固浴中的水则不断进入纤维丝条中,直到扩散平衡,形成初生纤维。
由于干喷-湿纺的纺丝速度可达600~1200m/min,比湿纺高,可使用孔径较大的喷丝头,因此干喷-湿纺现已被广泛用在聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚苯并咪唑纤维等生产中。对于在干喷-湿纺中所涉及的凝固成形装置,目前已见报道的主要有以下两种:一种是美国Dupont公司在专利US4078034在制备芳纶Ⅱ工艺中披露的:该凝固装置由凝固槽与一根凝固直管组成。喷丝头位于纺丝机凝固浴槽的上方,纺丝挤出细流通过空气层后垂直进入凝固槽中,然后进入凝固直管中凝固成形,经导向轮后进入后面工序。另一种是日本Toray公司在专利JP2006118087中提出的一种用于干喷-湿纺法的凝固浴槽结构。在这种凝固浴槽中,设置一个圆筒状的,表面多孔的甬道。纺丝原液从喷丝板喷出后,通过甬道到达凝固浴槽底部的导丝辊。由于这两种凝固成形装置均导致凝固液流速太快,无法对其进行合理控制,因而只适用于速度较高的纺丝方法。而芳纶Ⅲ纤维的纺丝原液因其固含量低,喷丝板挤出细流非常脆弱,如在上述凝固成形装置中进行凝固处理,喷丝板挤出细流在进入凝固液处就极易发生断裂,无法实现稳定纺丝,因此这两种凝固成形装置均无法用于制造芳纶Ⅲ纤维。
发明内容
本实用新型旨在克服现有干喷-湿纺的凝固成形装置导致凝固液流速太快,无法对其进行合理控制的技术问题,从而提供了适用于干喷-湿纺方法制造芳纶Ⅲ纤维的的凝固成形装置。本实用新型解决了以低固含量芳纶Ⅲ聚合液为原料,采用干喷-湿纺方法制造成纤维的凝固成形缺陷问题,弥补了现有凝固成形装置的不足。
为了实现上述发明目的,本实用新型采用的技术方案如下:
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座、密封垫、凝固液分配网、凝固盘盖以及溢流管组成,所述U形凝固管主要由U形管、调节管、出丝管组成, U形管的一端与凝固盘连接,另一端与调节管活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口、出液口、溢流管,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管的管口。
所述调节管由1-3节短管组成,各节短管之间或短管与U形管之间通过可拆卸的活动方式连接,包括法兰、套管、卡套接头、螺纹接头等连接方式。
所述凝固盘直径为200mm-350mm,高度为60mm-120mm。确保凝固盘内流动液体的稳定性,并且保证从喷丝板喷出的纤维能顺利地与凝固液一起进入U形凝固管中。
所述凝固盘出液口直径为6mm-25mm,U形凝固管直径为6mm-35mm,长度为1.5m-5m,且U形凝固管直径大于或等于凝固盘出液口直径。有效控制凝固液的流量,保证凝固盘内流动液体的稳定性及初生纤维在凝固液中的凝固时间。
所述U形凝固管的进液口与出液口的高度差根据纺丝速度需要确定,高度差变化范围为0-30mm。
所述凝固盘出液口与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm,否则将会对纤维造成损害。
本实用新型所述凝固成形装置的材质选择耐酸、耐腐蚀不锈钢材料或耐极性有机溶剂腐蚀的工程塑料。
所述不锈钢材料包括:SUS316、SUS316L、SUS430、SUS630、SUS631。
所述工程塑料包括:聚乙烯材料(PE)、聚丙烯材料(PP)、聚四氟乙烯材料(PTFE)、聚氯乙烯材料(PVC)、聚苯乙烯材料(PS)、聚碳酸酯材料(PC)、聚醚醚酮材料(PEEK)、聚甲醛材料(POM)、聚甲基丙烯酸甲酯材料(PMMA)。
本实用新型所述凝固成形装置的工作流程如下:
凝固液从凝固盘边缘底部的进液口流入,经过凝固盘内的凝固液分配网整流后流入凝固盘中,然后从凝固盘中央底部的出液口流出进入U形凝固管,最后从U形凝固管出液口流出。凝固盘内多余的凝固液从凝固盘溢流管流出。于此同时,从喷丝板挤出的纤维细流垂直进入凝固盘中央的凝固液中,经过预凝固后进入U形凝固管中进一步凝固成初生纤维,纤维从U形凝固管的出液口流出后通过导丝轮被引入后段工序继续加工。
与现有技术相比,本实用新型的优点在于:
1、本实用新型通过调节U形凝固管进液口与出液口的高度差,可对凝固液与纤维之间的相对运动速度起到有效的调控作用,一方面可实现纤维的连续均匀凝固,另一方面能减少纤维在凝固液中的运动阻力,减少流体对丝束的冲击,减少毛丝的产生。同时,凝固液经凝固液分配网整流后再流入凝固盘中,可使垂直进入凝固盘中央的纤维细流得到均匀而稳定的凝固,因而,本实用新型的凝固成形装置相对于湿法纺丝可实现芳纶Ⅲ初生纤维的快速均匀凝固。
2、采用本实用新型凝固成形装置可显著提高芳纶Ⅲ纤维的纺丝速度,同时实现纺丝的稳定控制。湿法纺丝凝固成形设备很难在提高纤维纺丝速度的同时保持芳纶Ⅲ纤维的质量;现有干喷-湿纺的凝固成形装置又难以实现芳纶Ⅲ纤维的稳定生产。因此,本实用新型凝固成形装置不但能够提高纤维的纺丝速度(相对于湿法纺丝),提高生产效率,而且还能确保纤维的充分凝固,使纤维的强度得以提高,同时制造出的纤维质量更好,毛刺少,外观更为规整。
3、本实用新型凝固成形装置体积小,结构紧凑,而且可实现模块化制造与更换。各结构单元采用模块化制造,易于实现标准化,同时组成单元的生产、维修、更换简单方便,适合推广应用。
附图说明
图1 本实用新型凝固成形装置的立体结构示意图
图2 本实用新型凝固成形装置的主视图
图3 本实用新型凝固成形装置的左视图
图中标记:
1 溢流管; 2 凝固盘盖; 3 密封垫; 4 凝固液分配网;5 凝固盘座;6进液口;7 出液口;8 U形管;9 调节管;10 出丝管;11 导丝轮。
具体实施方式
实施例1
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座5、密封垫3、凝固液分配网4、凝固盘盖2以及溢流管1组成,所述U形凝固管主要由U形管8、调节管9、出丝管10组成,U形管8的一端与凝固盘连接,另一端与调节管10活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口6、出液口7、溢流管1,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口7连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮11。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管10的管口。
所述调节管9由三节短管组成,各节短管之间以及短管与U形管之间通过套管方式连接。
所述凝固盘直径为250mm,高度为100mm;凝固盘出液口直径为20mm,U形凝固管直径为25mm,长度为2.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为10mm。
所述凝固盘出液口7与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS316L。
实施例2
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座5、密封垫3、凝固液分配网4、凝固盘盖2以及溢流管1组成,所述U形凝固管主要由U形管8、调节管9、出丝管10组成,U形管8的一端与凝固盘连接,另一端与调节管10活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口6、出液口7、溢流管1,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口7连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮11。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管10的管口。
所述调节管9由两节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过螺纹接头方式连接。
所述凝固盘直径为220mm,高度为80mm;凝固盘出液口直径为20mm,U形凝固管直径为30mm,长度为2.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为5mm。
所述凝固盘出液口7与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
所述凝固盘材质为不锈钢材料SUS316L,凝固管材质为聚甲基丙烯酸甲酯材料(PMMA)。
实施例3
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座5、密封垫3、凝固液分配网4、凝固盘盖2以及溢流管1组成,所述U形凝固管主要由U形管8、调节管9、出丝管10组成,U形管8的一端与凝固盘连接,另一端与调节管10活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口6、出液口7、溢流管1,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口7连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮11。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管10的管口。
所述调节管9由三节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过卡套接头方式连接。
所述凝固盘直径为300mm,高度为90mm;凝固盘出液口直径为15mm,U形凝固管直径为15mm,长度为2m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为15mm。
所述凝固盘出液口7与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚乙烯材料(PE)。
实施例4
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座5、密封垫3、凝固液分配网4、凝固盘盖2以及溢流管1组成,所述U形凝固管主要由U形管8、调节管9、出丝管10组成,U形管8的一端与凝固盘连接,另一端与调节管10活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口6、出液口7、溢流管1,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口7连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮11。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管10的管口。
所述调节管9由三节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过法兰方式连接。
所述凝固盘直径为280mm,高度为75mm;凝固盘出液口直径为15mm,U形凝固管直径为20mm,长度为1.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为18mm。
所述凝固盘出液口7与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚碳酸酯材料(PC)。
实施例5
一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座5、密封垫3、凝固液分配网4、凝固盘盖2以及溢流管1组成,所述U形凝固管主要由U形管8、调节管9、出丝管10组成,U形管8的一端与凝固盘连接,另一端与调节管10活动连接。
所述凝固盘上设置有进液口6、出液口7、溢流管1,U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口7连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮11。
所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管10的管口。
所述调节管9由两节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过卡套接头方式连接。
所述凝固盘直径为235mm,高度为85mm;凝固盘出液口直径为10mm,U形凝固管直径为10mm,长度为2.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为8mm。
所述凝固盘出液口7与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚四氟乙烯材料(PTFE)。
实施例6
与实施例1基本相似,在此基础上
所述调节管9为一节短管,短管与U形管之间通过法兰方式连接。
所述凝固盘直径200mm,高度为60mm;凝固盘出液口直径为8mm,U形凝固管直径为15mm,长度为1.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为0mm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚甲醛材料(POM)。
实施例7
与实施例1基本相似,在此基础上
所述调节管9由三节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过卡套接头方式连接。
所述凝固盘直径为350mm,高度为120mm;凝固盘出液口直径为25mm,U形凝固管直径为30mm,长度为3.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为10mm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚苯乙烯材料(PS)。
实施例8
与实施例1基本相似,在此基础上
所述调节管9由两节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过螺纹接头方式连接。
所述凝固盘直径为300mm,高度为110mm;凝固盘出液口直径为25mm,U形凝固管直径为35mm,长度为4.0m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为20mm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS430。
实施例9
与实施例1基本相似,在此基础上
所述调节管9由两节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过卡套接头方式连接。
所述凝固盘直径为300mm,高度为115mm;凝固盘出液口直径为23mm,U形凝固管直径为28mm,长度为5.0m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为25mm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS430。
实施例10
与实施例1基本相似,在此基础上
所述调节管9由三节短管组成,短管之间以及短管与U形管之间通过螺纹接头方式连接。
所述凝固盘直径为280mm,高度为120mm;凝固盘出液口直径为25mm,U形凝固管直径为30mm,长度为4.5m。
所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为25mm。
所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚四氟乙烯材料(PTFE)。
实施例1-10凝固成形装置的工作流程如下:
凝固液从凝固盘边缘底部的进液口6流入,经过凝固盘内的凝固液分配网4整流后流入凝固盘中,然后从凝固盘中央底部的出液口7流出进入U形凝固管,最后从U形凝固管出液口流出。凝固盘内多余的凝固液从凝固盘溢流管1流出。于此同时,从喷丝板挤出的纤维细流垂直进入凝固盘中央的凝固液中,经过预凝固后进入U形凝固管中进一步凝固成初生纤维,纤维从U形凝固管的出液口流出后通过导丝轮11被引入后段工序继续加工。
Claims (10)
1.一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:包括凝固盘与U形凝固管两部分,所述凝固盘主要由凝固盘座(5)、密封垫(3)、凝固液分配网(4)、凝固盘盖(2)以及溢流管(1)组成,所述U形凝固管主要由U形管(8)、调节管(9)、出丝管(10)组成,U形管(8)的一端与凝固盘连接,另一端与调节管(10)活动连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述凝固盘上设置有进液口(6)、出液口(7)、溢流管(1),U形凝固管有进液口与出液口,U形凝固管的进液口与凝固盘的出液口(7)连接,U形凝固管出液口处设置有导丝轮(11)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管(10)的管口。
4.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述调节管(9)由1-3节短管组成,各节短管之间或短管与U形管之间通过可拆卸的活动方式连接。
5.根据权利要求4所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述可拆卸的活动方式包括法兰、套管、卡套接头或螺纹接头方式。
6.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述凝固盘直径为200mm-350mm,高度为60mm-120mm。
7.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述凝固盘出液口直径为6mm-25mm,U形凝固管直径为6mm-35mm,长度为1.5m-5m,且U形凝固管直径大于或等于凝固盘出液口直径。
8.根据权利要求2所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述U形凝固管的进液口与出液口的高度差为0-30mm。
9.根据权利要求2所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述凝固盘出液口(7)与U形凝固管内表面为光滑的弧面,内表面粗糙度Ra≤0.05μm。
10.根据权利要求1所述的一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置,其特征在于:所述凝固成形装置的材质选择耐酸、耐腐蚀不锈钢材料或耐极性有机溶剂腐蚀的工程塑料;不锈钢材料包括:SUS316、SUS316L、SUS430、SUS630或SUS631;工程塑料包括:聚乙烯材料、聚丙烯材料、聚四氟乙烯材料、聚氯乙烯材料、聚苯乙烯材料、聚碳酸酯材料、聚醚醚酮材料、聚甲醛材料或聚甲基丙烯酸甲酯材料。
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