一种适用于干喷-湿纺法制造芳纶Ⅲ纤维的凝固成形装置制造方法
【专利摘要】本发明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。采用本发明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。
【专利说明】—种适用于干喷-湿纺法制造芳纶III纤维的凝固成形装置【技术领域】[0001]本发明涉及一种制造芳纶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】[0002]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。[0003]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】
[0004]本发明旨在克服现有干喷-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。本发明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。[0005]为了实现上述目的，本发明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。[0006]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。[0007]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管的管口。[0008]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。[0009]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。[0010]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。[0011]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。[0012]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 ^ 0.05 μ m,否则将会对纤维造成损害。[0013]本发明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。[0014]所述不锈钢材料包括:SUS316、SUS316L、SUS430、SUS630、SUS631。[0015]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 )。[0016]本发明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，本发明的优点在于:1、本发明通过调节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，本发明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。[0017]2、采用本发明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，本发明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。[0018]3、本发明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。【专利附图】
【附图说明】[0019]图1本发明凝固成形装置的立体结构示意图图2本发明凝固成形装置的主视图图3本发明凝固成形装置的左视图图中标记:I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】[0020]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I 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。[0021]所述凝固盘上设置有进液口 6、出液口 7、溢流管I,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。[0022]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管IO的管口。[0023]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。[0024]所述凝固盘直径为250mm，高度为IOOmm ;凝固盘出液口直径为20mm，U形凝固管直径为25mm,长度为2.5m。[0025]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为10mm。[0026]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 ^ 0.05 μ m。[0027]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS316L。[0028]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I 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。[0029]所述凝固盘上设置有进液口 6、出液口 7、溢流管I, 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。[0030]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管IO的管口。[0031]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。[0032]所述凝固盘直径为2 20臟，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。[0033]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为5mm。[0034]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 ^ 0.05 μ m。[0035]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)0[0036]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I 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。[0037]所述凝固盘上设置有进液口 6、出液口 7、溢流管I,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。[0038]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管IO的管口。[0039]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。[0040]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。[0041]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为15mm。[0042]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 ≤ 0.05 μ m。[0043]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚乙烯材料(PE)。[0044]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I 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。[0045]所述凝固盘上设置有进液口 6、出液口 7、溢流管I, 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。[0046]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管IO的管口。[0047]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。[0048]所述凝固盘直径为280臟，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。[0049]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为18mm。[0050]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 ^ 0.05 μ m。[0051]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚碳酸酯材料(PC)。[0052]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I 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。[0053]所述凝固盘上设置有进液口 6、出液口 7、溢流管I, 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。[0054]所述U形凝固管的出液口即U形凝固管出丝管IO的管口。[0055]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。[0056]所述凝固盘直径为235臟，高度为85mm ;凝固盘出液口直径为10mm，U形凝固管直径为IOmm,长度为2.5m。[0057]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为8mm。[0058]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 ^ 0.05 μ m。[0059]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚四氟乙烯材料(PTFE)。[0060]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。[0061]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。[0062]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为0mm。[0063]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚甲醛材料(Ρ0Μ)。[0064]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。[0065]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。[0066]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为10mm。[0067]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚苯乙烯材料(PS)。[0068]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。 [0069]所述凝固盘直径为300臟，高度为IlOmm ;凝固盘出液口直径为25mm，U形凝固管直径为35mm,长度为4.0m。[0070]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为20mm。[0071]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS430。[0072]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。[0073]所述凝固盘直径为300臟，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。[0074]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为25mm。[0075]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为不锈钢材料SUS430。[0076]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。[0077]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。[0078]所述U形凝固管进液口与出液口的高度差为25mm。[0079]所述凝固盘与U形凝固管的材质均为聚四氟乙烯材料(PTFE)。[0080]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I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。
【权利要求】
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 ≤0.05 μ m。
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、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、聚甲基丙烯酸甲酯材料。
【文档编号】D01D13/02GK103498207SQ201310494250
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】彭涛, 王凤德, 刘克杰, 章胜宗, 杨文良, 杨杰 申请人:中蓝晨光化工研究设计院有限公司