专利名称：一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备及其纺丝工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子材料纺丝设备，具体涉及一种应用于高性能高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备。本发明还涉及上述高强高模超高分子量聚乙烯纤维的纺丝工艺。
背景技术：
高强聚乙烯纤维，也称超高分子量聚乙烯纤维，是采用分子量在100万以上的超高分子量聚乙烯生产的具有高强度和模量的合成纤维材料。在国际上，高强聚乙烯纤维、芳纶、碳纤维被称之为三大高性能纤维材料。其中超高分子量聚乙烯纤维因具有高强度、高模量、低密度的特点，在现代化战争与防御装备、宇航与航空方面发挥了极其重要的作用，在民用领域也得到了越来越广泛的应用。上述超高分子量聚乙烯纤维的生产方法主要是采用双螺杆挤出机进行纺丝。中国专利95111657. 6公开了一种超高强聚乙烯纤维纺丝装置，其包括压力溶解釜通过管道及压力中间槽连接至双螺杆挤出机的入口，双螺杆挤出机的出口通过管道接计量泵的入口，计量泵出口通过管道接过滤器的入口，过滤器的出口通过管道接喷丝板。该方案由双螺杆挤出机进行脱泡，适宜于工业化的连续生产；但是采用此种生产方案，由于其过滤器的过滤能力以及喷丝板生产能力的限制，单机产能只能在年产量100吨以下。现有单过滤室过滤器需提高过滤精度才能满足大纤度纤维的生产，而过滤精度的提高会限制生产效率，难以实现规模化生产。中国专利CN200520048119. 2公开了一种新型的高强高模聚乙烯纤维纺丝机组， 包括储料桶、挤出机、过滤增压装置和冷冻浴槽，置于地面上的溶剂储罐通过管道依此与输送计量泵和高位的储料桶相连，储料桶通过进料漏斗连接到挤出机的入口，挤出机依此连接增压过滤装置、纺丝箱及纺丝组件、冷却浴槽，再与落丝辊和盛丝桶连接，盛丝桶位于落丝辊的下方。该方案加强了超高分子量聚乙烯溶液的过滤，从而提高了纤维质量；但该方案也是只采用一台双螺杆挤出机配备通用喷丝板、单过滤器，其产量依然受到限制，单机产能只能在100吨/年以内。
发明内容
针对现有技术不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可以大幅度提高纺丝的单机生产能力、发挥挤出机潜在产能的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备。本发明同时提供了一种可以大幅度提高纺丝的单机生产能力、发挥挤出机潜在产能的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，所述纺丝设备包括大挤出量螺杆机、设置于该大挤出量螺杆机的喷嘴处的组合喷丝板，所述组合喷丝板包括至少两个并排联接的喷丝板，每相邻两个喷丝板之间设置一个间隔板。更佳地，所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备还包括设置于大挤出量螺杆机与组合喷丝板之间的多过滤室过滤器，该多过滤室过滤器包括至少两个过滤室，每个过滤室的入口和出口各设置一个阀门。更佳地，所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备还包括温度调节装置， 该温度调节装置包括设置于大挤出量螺杆机的机头的温度传感器、与该温度传感器电性联接的控制器、与该控制器电性联接的功率调节器、设置于机头并对机头进行温度调节的加热装置，所述功率调节器与所述加热装置电性联接并输出控制信号给加热装置。本发明还提供一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用上述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，该纺丝工艺包括以下步骤设定纺丝工艺环境标准温度范围；检测并反馈实际环境温度；如果实际环境温度超出标准温度范围，对实际环境温度进行调节，否则继续检测并反馈实际环境温度。更佳地，所述环境标准温度范围是标准温度设定值士5°C。本发明还提供另外一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用上述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，该纺丝工艺包括以下步骤设定纺丝工艺机头标准温度范围；检测并反馈实际机头温度；如果实际机头温度超出标准温度范围，对实际机头温度进行调节，否则继续检测并反馈实际机头温度；所述环境标准温度范围是环境标准温度设定值士5°C。本发明的有益效果是使用组合喷丝板，当需要生产小纤度纺丝时，不需要限制挤出量就可以继续生产，充分利用了挤出机螺杆的产能，节约能源，降低设备工时成本和生产成本；大大提高了单机产能，实现了单线产能100-400吨/年的能力。本发明使用多过滤室过滤器，保证大流量时熔体过滤效果。该多过滤室过滤器与组合喷丝板结合使用，可通过控制各管路的调节阀确定使用过滤室的数量，从而改变过滤器的过滤能力；当调节计量泵的熔料的供料量时，可以在相同的过滤精度下调节过滤室的使用数量，而不需要调节过滤精度。多过滤室过滤器还可以提高过滤能力，对计量泵大量供料时，生产不同纤度的纤维而不影响过滤效果、保证纤维的高质量。
图1为本发明中的组合喷丝板的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为本发明中的多过滤室过滤器的结构示意图；图4为本发明中的温度控制器的构造示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施方式进行具体描述。本发明一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备及其纺丝工艺，所述纺丝设备包括大挤出量螺杆机、设置于该大挤出量螺杆机的喷嘴处的组合喷丝板10，所述组合喷丝板包括至少两个并排联接的喷丝板11，每相邻两个喷丝板11之间设置间隔板15。每个喷丝板设置一组喷丝孔12。
使用组合喷丝板11，兰需要生产小纤度纺丝时，不需要限制挤出量就可以继续生产，充分利用了挤出机螺杆的产能，节约能源，降低设备工时成本和生产成本；大大提高了单机产能，实现了单线产能100-400吨/年的能力。为保证各个喷丝板出丝均勻性，在管路设计上采用了稳压结构，实现组合喷丝板压力稳定。所述稳压结构可以是一个具有调压阀的储料箱；也可以是可调容积的储料箱，通过调节其容积进行压力调节，从而保证喷丝板压力稳定。本发明在保持较大计量泵的泵供料量时，可将从组合喷丝板左部、中部、右部喷出的丝各自独立起来分成三束丝，生产小纤度的纤维；也可将从喷丝板左部、中部、右部喷出的丝合起来合成一束丝，生产大纤度的纤维。灵活使用组合喷丝板，在不降低设备产能的前提下可以生产出不同规格的纤维，适应规模化生产。本发明中还可以通过间隔板调节限制各个喷丝板的使用状态，从而可以关闭部分喷丝板，使得组合喷丝板可以用于小挤出量的挤出机。作为上述方案的改进，所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备还包括设置于大挤出量螺杆机与组合喷丝板之间的多过滤室过滤器20，该多过滤室过滤器包括至少两个过滤室22，每个过滤室的入口和出口各设置一个阀门26。螺杆挤出机的熔体流量提高后必须提高过滤器的过滤能力，否则整个生产周期中过滤器前后压差上升快，造成纺丝不稳定、毛丝断头多。本发明使用多过滤室过滤器，保证大流量时熔体过滤效果。该多过滤室过滤器与组合喷丝板结合使用，可通过控制各管路的调节阀确定使用过滤室的数量，从而改变过滤器的过滤能力；当调节计量泵的熔料的供料量时，可以在相同的过滤精度下调节过滤室的使用数量，而不需要调节过滤精度。多过滤室过滤器还可以在保持原有过滤精度的同时提高过滤能力，对计量泵大量供料时，生产不同纤度的纤维而不影响过滤效果、保证纤维的高质量。生产高纤度的纤维时打开多个过滤室， 生产低纤度的纤维时，可以只打开部分过滤室，从而满足不同过程的过滤效果的要求。因此，多过滤室过滤器不需改变过滤室的过滤精度就能满足不同纤度纤维的生产并保证纤维的高质量，得以实现规模化生产。作为上述方案的改进，所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备还包括温度调节装置，该温度调节装置包括设置于大挤出量螺杆机的机头50的温度传感器52、与该温度传感器52电性联接的控制器55、与该控制器55电性联接的功率调节器56、设置于机头并对机头进行温度调节的加热装置58，所述功率调节器56与所述加热装置58电性联接并输出控制信号给加热装置58。温度传感器52连续或者断续采集机头50的温度，将该温度数据传送至控制器55，控制器将传感器52提供的机头温度与预设的温度进行运算比较。 如果温度差在可接受的范围，继续采集温度数据；如果温度差超出可接受的范围，控制器发出指令至功率调节器56，调节加热装置58的输出功率，从而实现机头50的温度调节，保证纺丝质量。本发明还提供一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用上述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，该纺丝工艺包括以下步骤设定纺丝工艺环境标准温度范围；检测并反馈实际环境温度；如果实际环境温度超出标准温度范围，对实际环境温度进行调节，否则继续检测并反馈实际环境温度。作为上述方案的改进，所述环境标准温度范围是标准温度设定值士 5°C。
由于螺杆的温度对纺丝工艺的影响大，可以影响纺丝产品的质量、产能等，外界环境温度的波动，将会影响螺杆挤出机各加热区温度，影响纺丝温度的控制。恒定的环境温度可以减小控温设备高控温精度要求的压力，也即提高工艺温度控制精度从而提升生产稳定性、产能和产品质量。本发明通过对设备所处环境采取保温措施，减轻外界环境温度的波动对工艺温度主要包括螺杆挤出机各加热区温度的影响，使温度控制精度在工艺范围内。本发明还提供另外一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用上述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，该纺丝工艺包括以下步骤设定纺丝工艺机头标准温度范围；检测并反馈实际机头温度；如果实际机头温度超出标准温度范围，对实际机头温度进行调节，否则继续检测并反馈实际机头温度；所述环境标准温度范围是环境标准温度设定值士5°C。大挤出量螺杆挤出机各加热区温度和压力、纺丝保温温度、计量泵转速等参数的稳定可以直接影响产能和产量，以上参数不稳定也会造成纺丝不稳定，影响纺丝的质量。本发明通过PID控制器来控制参数，实现温度控制精度在工艺要求的范围内。加热控制系统通过温度传感器采集信号输入到PID控制器。当温度传感器所采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制器根据测量信号与给定值的偏差进行对比 (P)、积分(I)、微分(D)运算，从而输出某个适当的控制信号给功率调节器，促使加热装置值加热恢复到给定值，达到PID自动控制。以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.本发明公开了一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备及其纺丝工艺，其特征在于，所述纺丝设备包括大挤出量螺杆机、设置于该大挤出量螺杆机的喷嘴处的组合喷丝板，所述组合喷丝板包括至少两个并排安装的喷丝板，每两个喷丝板之间设置一个间隔板。
2.根据权利要求1所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，其特征在于还包括设置于大挤出量螺杆机与组合喷丝板之间的多过滤室过滤器，该多过滤室过滤器包括至少两个过滤室，每个过滤室的入口和出口各设置一个阀门。
3.根据权利要求1所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，其特征在于还包括温度调节装置，该温度调节装置包括设置于大挤出量螺杆机的机头的温度传感器、与该温度传感器电性联接的控制器、与该控制器电性联接的功率调节器、设置于机头并对机头进行温度调节的加热装置，所述功率调节器与所述加热装置电性联接并输出控制信号给加热装置。
4.一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用权利要求1或2或3所述的聚乙烯纤维纺丝设备，其特征在于包括以下步骤设定纺丝工艺环境标准温度范围；检测并反馈实际环境温度；如果实际环境温度超出标准温度范围，对实际环境温度进行调节，否则继续检测并反馈实际环境温度。
5.根据权利要求1所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，其特征在于所述环境标准温度范围是标准温度设定值士5°C。
6.一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝工艺，使用权利要求3所述的高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备，其特征在于包括以下步骤设定纺丝工艺机头标准温度范围；检测并反馈实际机头温度；如果实际机头温度超出标准温度范围，对实际机头温度进行调节，否则继续检测并反馈实际机头温度；所述环境标准温度范围是环境标准温度设定值 士5°C。
全文摘要
本发明公开了一种高强高模超高分子量聚乙烯纤维纺丝设备及其纺丝工艺，所述纺丝设备包括大挤出量螺杆机、设置于该大挤出量螺杆机的喷嘴处的组合喷丝板，所述组合喷丝板包括至少两个并排联接的喷丝板，每两个喷丝板之间设置了一个间隔板。本发明使用组合喷丝板，当需要生产小纤度纺丝时，不需要限制挤出量就可以继续生产，充分利用了挤出机螺杆的产能，节约能源，降低设备工时成本和生产成本；大大提高了单机产能。
文档编号D01D5/00GK102286792SQ201110227319
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者李夑平 申请人:山东爱地高分子材料有限公司