CN217536241U

CN217536241U - 一种pbo纤维干湿法成型设备

Info

Publication number: CN217536241U
Application number: CN202221407967.8U
Authority: CN
Inventors: 张殿波; 郭程; 陈湘栋; 刘薇; 刘宗法; 刘群; 代勇; 钟蔚华; 孟昭瑞
Original assignee: Shandong Non Metallic Material Research Institute
Current assignee: Shandong Non Metallic Material Research Institute
Priority date: 2022-06-07
Filing date: 2022-06-07
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2032-06-07

Abstract

本实用新型属于高性能纤维加工设备领域，提供了一种PBO纤维干湿法成型设备，该设备由喷丝系统、甬道、热风系统、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；采用这种结构的成型设备通过加长纺丝甬道，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

一种PBO纤维干湿法成型设备

技术领域

本实用新型属于高性能纤维加工设备领域，具体涉及一种PBO纤维干湿法成型设备。

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

本实用新型针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种PBO纤维干湿法成型设备，该设备由喷丝系统、甬道、热风系统、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；采用这种结构的成型设备通过加长纺丝甬道，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。

本实用新型的具体技术方案是：

一种PBO纤维干湿法成型设备，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入出口也位于接液槽上方；

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，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，通过两者控制进入甬道的风量10～30m/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；

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为本实用新型所述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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种PBO纤维干湿法成型设备，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13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底部的凝固液入口15也位于接液槽19上方；

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；

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10～30m/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，仅为实用新型较佳的具体实施方式，但实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种PBO纤维干湿法成型设备，其特征在于：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（13），纺丝管（13）下方设置有接液槽（19）；

其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（13）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。

2.根据权利要求1所述的PBO纤维干湿法成型设备，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。

3.根据权利要求1所述的PBO纤维干湿法成型设备，其特征在于：加热器（8）还与离心风机（7）连接。

4.根据权利要求1所述的PBO纤维干湿法成型设备，其特征在于：纺丝管（13）内径为1~1.5cm，长度为30~50cm。

5.根据权利要求1所述的PBO纤维干湿法成型设备，其特征在于：环形溢流槽（11）底部的凝固液入口（15）也位于接液槽（19）上方。