专利名称：用于湿法纺丝的喷丝头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于湿法纺丝的喷丝头及其制造方法。
化纤生产在20世纪末已得到了蓬勃的发展，成为国民经济的一个重要组成部分。而喷丝头(板)又是化纤生产中最精密、最重要的一个部件，它的质量好坏直接影响到化纤生产的劳动生产率、成本及化纤质量。人们一直在不断改进喷丝头，以适应化纤生产的发展需要。
生产化纤的工艺方法不同，对喷丝头(板)的要求也不同。在化纤生产中通常用三种工艺生产，如熔融法、干法(也称干湿法)和湿法。其中熔融法喷丝板承受的压力最高达几百个大气压，因此要求制造喷丝板的材料具有良好的物理机械性能，喷丝头的厚度达到10-30mm，而湿法纺丝用的喷丝头所需承受的压力小得多，厚度一般为0.2-0.75mm，干法纺丝则介于前两者之间。由于湿法纺丝是在强酸强碱的环境中进行，喷丝头要求有强的抗腐蚀能力，因此在化纤生产发展初期，大多数湿法纺丝如纺粘胶纤维、晴纶丝等喷丝头均采用贵金属(如金、铂、铑、钯)的合金。近十多年来，以钽代金的喷丝头逐渐被广泛应用，其中用电化学反应制作的高硬度镀膜钽喷丝头(详见中国发明专利ZL85101505和ZL86102269)由于有良好的可纺性，已在湿法纺丝生产中代替金铂喷头取得了很好的效果。由于化纤湿法纺丝中丝的成型及质量直接受原液与凝固液之间的物理、化学反应的影响，因此改进喷丝头表面和喷丝孔周围的状态，如表面光洁度、电极电位，凝固液在微孔周围的流动等，将是进一步改进湿法纺丝喷丝头的途径。
在湿法纺丝中，原液通过喷丝头的微孔被挤出喷丝头，而喷丝头又浸泡于凝固液中，原液在凝固液的物理、化学作用下凝固成丝。
图1为传统喷丝头整体外观示意图。图2为传统喷丝头喷丝孔剖面示意图，其出丝面91为一整体平面。
如图1、2所示，传统的喷丝头90缺陷如下所述以粘胶纤维生产为例，为了保证良好的纺丝性能，喷丝头90除微小的喷丝孔92本身要求很高外，纺丝出丝面91为整体平面，要求平整、光滑，可即使如此，如果原液中有微小气泡、杂质、原液本身的熟成差异，凝固液质量、原液与凝固液的接触环境等，原液在被挤出喷丝孔92后，仍然可能与喷丝头出丝面91有粘结，且粘结后不易剥离的现象，而这种现象又是纺丝中产生毛丝、胶块、并丝、堵孔的重要原因之一，要减少和避免粘结的发生，有必要在此做进一步的分析原液被挤出喷丝孔后，体积膨胀形成膨胀体，膨胀体、出丝面与凝固液的交汇处形成交汇区，其分布于膨胀体与喷丝头出丝面91之间，形状狭长，也就是说膨胀体与喷丝头出丝面接触紧密，其影响是①影响了膨胀体与新鲜凝固液的充分接触，进而影响其相互反应以及丝的凝固。②交汇区因为原液构成的膨胀体上表面原液的高速流动，带走大量的凝固液，使该区域产生局部负压，其区域狭长，凝固液很难进入，迫使膨胀体自身原液流入补充，也就是说，膨胀体自身加大膨胀，以达到最终的动态平衡。③膨胀体与喷丝头出丝面间的距离越近，膨胀体表面分子与喷丝头出丝面分子间的吸引力越大，其越易粘结。④如粘结没有及时地被补充上来的凝固液冲洗分离，则会相应发展成漫流乃至并丝。⑤膨胀体与出丝面的粘结影响了纺丝质量。
如图3、4所示，由原液3构成的膨胀体5、出丝面91与凝固液6的交汇处形成交汇区4，其分布于膨胀体5与出丝面1之间，形状狭长。其影响是①影响了膨胀体5与新鲜凝固液6的充分接触，进而影响其相互反应以及丝的凝固。②交汇区4因为原液3构成的膨胀体5上表面原液3的高速流动，带走大量的凝固液6，使该区域产生局部负压，其区域狭长，凝固液6很难进入，迫使膨胀体5自身原液3流入补充，也就是说，膨胀体5自身加大膨胀，以达到最终的动态平衡。③膨胀体5与喷丝头出丝面91间的距离越近，膨胀体5表面分子与喷丝头出丝面91分子间的吸引力越大，其越易粘结。④如粘结没有及时地被补充上来的凝固液6冲洗分离，则会相应发展成漫流乃至并丝。⑤膨胀体5与出丝面91的粘结极大地影响了纺丝7的质量。
本发明的目的就是提供一种用于湿法纺丝的喷丝头及其制造方法，其可促进原液与凝固液的充分接触，减小和改变交汇区的大小，形状，避免膨胀体与喷丝头出丝面粘结，延长喷丝头的使用周期，降低非计划换头率，减少丝的毛丝、疵点、胶块、并丝等现象，提高丝的质量。
为达到上述目的，本发明提供一种用于湿法纺丝的喷丝头，包括喷丝头本体，于本体上设有多个喷丝孔，其特征在于喷丝头本体上每一个喷丝孔的出丝口处一体成型有一凸台。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该喷丝孔包括直孔部分和导孔部分。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台可呈圆锥台形状。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台也可呈圆柱形。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台也可呈球台形。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台的底面直径最好为喷丝孔孔径的2-6倍。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台的高度最好为喷丝孔孔径的0.5-4倍。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该湿法纺丝用的化纤可以是粘胶纤维、晴纶、芳纶或氨纶。
本发明还提供一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)加工一凸模；(2)加工一模板，在此模板上用上述的凸模在每一个喷丝孔相应位置上以手工或机器挤压出凹模；
(3)以上述的具有凹模的模板为基础，模板上放置待加工喷丝头本体，用导孔冲针在模板的凹模中心位置正上方以手工或机器在喷丝头本体上挤压加工形成喷丝孔的导孔部分和在喷丝孔出丝口处同时形成凸台；(4)用直孔冲针在喷丝头本体上挤压加工形成喷丝孔的直孔部分；(5)抛光加工该喷丝头本体的出丝面和凸台；(6)对该喷丝头本体进行表面处理。
本发明还提供另一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)使用软材料制作平板状的模板；(2)将喷丝头本体置于模板上，使用导孔冲针以手工或机械挤压加工形成喷丝孔的导孔，同时在喷丝孔出口处形成凸台；(3)使用直孔冲针以手工或机械挤压加工形成喷丝孔的直孔部分；(4)抛光加工喷丝头出丝面和凸台；(5)对该喷丝头本体进行表面处理。
本发明还提供又一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)在喷丝头本体上使用导孔冲针和直孔冲针用手工或机械挤压加工形成喷丝孔的导孔部分和直孔部分；(2)采用高精度数控钻铣床加工喷丝头的喷丝孔出口处的凸台；
(3)抛光加工喷丝头出丝面和凸台；(4)对该喷丝头本体进行表面处理。
所述的用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于上述的对该喷丝头本体进行表面处理是对该喷丝头本体进行镀膜。
本发明的用于湿法纺丝的喷丝头，在喷丝孔的出丝口处制作一个凸台，可以改善原液、凝固液在喷丝孔孔口的流动，可促进原液与凝固液的充分接触，从而促进原液与凝固液之间的物理、化学反应，更直接的说，是使原液在喷丝孔出丝口上形成的膨胀体与凝固液之间的物理、化学反应更加迅速、充分，减小和改变交汇区的大小，形状，避免膨胀体与喷丝头出丝面粘结，延长喷丝头的使用周期，降低非计划换头率，减少丝的毛丝、疵点、胶块、并丝等现象，提高丝的质量。
以下结合附图和实施例对本发明及制作作进一步的说明图1为传统喷丝头整体外观示意图。
图2为传统喷丝头喷丝孔剖面示意图，其出丝面为一整体平面。
图3为使用传统喷丝头纺丝时原液3、凝固液6流线示意图。
图4为使用传统喷丝头纺丝原液3与喷丝头出丝面表面产生粘结时，原液3、凝固液6流线示意图。
图5为本发明喷丝头的喷丝孔剖面示意图，凸台形状为圆柱体。
图6为本发明喷丝头制作方法一实施例的示意图。
图7为使用本发明喷丝头纺丝时原液与凝固液流线示意图。
图8为本发明喷丝头制作方法的另一实施例的示意图。
图9为图8所示的本发明喷丝头制作方法在挤压工序完成后喷丝头本体、模板形状示意图。
图10为为图8所示的用本发明喷丝头制作方法加工的喷丝头的示意图。
如图5所示，本发明的一种用于湿法纺丝的喷丝头，包括喷丝头本体10，于本体10上设有多个喷丝孔2，在喷丝头本体10上，每一个喷丝孔2的出丝口处一体成型有凸台8。该喷丝孔2包括直孔部分21和导孔部分22。
喷丝头本体10可由耐腐蚀材料制成，例如钽或金、铂、铑合金等贵金属，凸台8的形状可制成圆锥形、圆柱形、球台形或其它形状。
本发明用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法的一实施例依序包括如下步骤(1)以合金钢棒加工为一端具有凸台的仿形凸模。
(2)加工模板11，如图6所示，可采用45号钢，在此模板上用上述的合金钢的仿形凸模为每一个喷丝孔2相应位置上以手工或机器挤压出凹模13。
(3)以上述的具有凹模13的模板11为基础，模板11上放置待加工喷丝头本体10，本实施例的喷丝头本体由金属钽板制成，厚0.3mm，底面直径为12mm，以硬质合金材料磨制而成的圆锥形导孔冲针9在模板11的凹模13中心位置正上方以手工或机器在本体上挤压加工30个喷丝孔2，在每一个喷丝孔2出丝口处同时一体形成凸台8。凸台8可制成圆锥台形，下底面直径0.32mm，顶面直径0.24mm，高0.095mm，步骤(1)中凸模形状即可根据此尺寸制造。
(4)用直孔冲针在喷丝头本体上挤压加工形成喷丝孔的直孔部分21；(5)抛光加工喷丝头出丝面1和凸台8。
(6)以中国专利ZL86102269所公开的镀膜工艺对喷丝头本体10镀含有钽酸锂的膜。
本发明的喷丝头与传统不具有凸台的相同规格喷丝头在粘胶长丝纺丝工艺条件下同时纺丝26天进行比较得出数据，制表如表1。
表1
由表1可见，使用本发明的喷丝头纺出的丝毛丝率降低，丝的质量提高(毛丝率＝一个工作日内因为毛丝降低等级的丝的桶子数/所生产的丝的桶子数量)；同时在26天内，10个传统喷丝头非计划更换数达3个，而本发明的20个喷丝头一个都不需更换，换头率低，可见使用本发明喷丝头可提高劳动生产率、减少原液的损失、降低成本、减少工人与有害物质的接触。
上述方法制作的本发明喷丝头具有凸台形状可控、规则的特点。
对于大面径、多孔数喷丝头可采用如图8所示的本发明的喷丝头制作方法的第二实施例，其步骤如下(1)使用软材料如纯铝、锡等制作平板状的模板12，取代图6中具有凹模13的模板11(其上不需加工凹模13)。
(2)使用导孔冲针9手工或机械挤压本体10形成喷丝孔的导孔部分22，如图9所示。挤压时，本体10上的过盈材料在挤压时与模板12材料(接触部分)同时向下流动，形成球台状凸台8。
(3)使用直孔冲针形成喷丝孔的直孔部分21，如图10所示。
(4)抛光加工喷丝头出丝面1和凸台8。
(5)对喷丝头本体10进行表面镀膜处理。
(6)此种加工方法形成的凸台8多呈球台形如图10所示，且几何形状可控范围小，由于不需在模板上加工凹模，加工喷丝孔时更不需与凹模配合，因此加工起来相对简单易行。
本发明的喷丝头制作方法的第三实施例，其步骤如下(1)采用传统方法加工小孔的导孔与直孔。
(2)采用高精度数控钻铣床(如采用瑞士产MIKRON HSM700机床)加工喷丝头微孔出丝口处的凸台。
(3)抛光加工喷丝头出丝面和凸台。
(4)对喷丝头本体进行表面处理。此种加工方法要求工人素质非常高，同时设备投资大，工艺难度大。
本发明适用于任何孔数，孔径，面径的喷丝头，只要喷丝孔孔口具有凸台，均属于本发明的保护范围。
本发明的湿法纺丝用的化纤可以是粘胶纤维、晴纶、芳纶或氨纶。
试验表明，本发明的喷丝头的凸台8底面过大则凸台对凝固液的流动改善作用不明显，同时加工难度也随之增大；高度尺寸则相反，高度过小则凸台对凝固液的流动改善作用不明显；高度过大则作用明显，可其抗划伤能力则大大减弱，同时加工难度也随之增大。可见凸台8有最佳尺寸范围，经试验凸台8的底面直径大小最佳尺寸为喷丝孔孔径的2-6倍，凸台8的高度最佳尺寸为喷丝孔孔径0.5-4倍。
本发明的用于湿法纺丝的喷丝头也可用于熔融法、干法纺丝，但其效果不如湿法纺丝明显。
权利要求
1.一种用于湿法纺丝的喷丝头，包括喷丝头本体，于本体上设有多个喷丝孔，其特征在于喷丝头本体上每一个喷丝孔的出丝口处一体成型有一凸台。
2.如权利要求1所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该喷丝孔包括直孔部分和导孔部分。
3.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台呈圆锥台形状。
4.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台呈圆柱形。
5.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台呈球台形。
6.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台的底面直径为喷丝孔孔径的2-6倍。
7.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该凸台的高度为喷丝孔孔径的0.5-4倍。
8.如权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于该湿法纺丝用的化纤为粘胶纤维、晴纶、芳纶或氨纶。
9.一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)加工一凸模；(2)加工一模板，在此模板上用上述的凸模在每一个喷丝孔相应位置上以手工或机器挤压出凹模；(3)以上述的具有凹模的模板为基础，模板上放置待加工喷丝头本体，用导孔冲针在模板的凹模中心位置正上方以手工或机器在喷丝头本体上挤压加工形成喷丝孔的导孔部分和在喷丝孔出丝口处同时形成凸台；(4)用直孔冲针在喷丝头本体上挤压加工形成喷丝孔的直孔部分；(5)抛光加工该喷丝头本体的出丝面和凸台；(6)对该喷丝头本体进行表面处理。
10.一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)使用软材料制作平板状的模板；(2)将喷丝头本体置于模板上，使用导孔冲针以手工或机械挤压加工形成喷丝孔的导孔，同时在喷丝孔出口处形成凸台；(3)使用直孔冲针以手工或机械挤压加工形成喷丝孔的直孔部分；(4)抛光加工喷丝头出丝面和凸台；(5)对该喷丝头本体进行表面处理。
11.一种用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于依序包括如下步骤(1)在喷丝头本体上使用导孔冲针和直孔冲针用手工或机械挤压加工形成喷丝孔的导孔部分和直孔部分；(2)采用高精度数控钻铣床加工喷丝头的喷丝孔出口处的凸台；(3)抛光加工喷丝头出丝面和凸台；(4)对该喷丝头本体进行表面处理。
12.如权利要求9或10或11所述的用于湿法纺丝的喷丝头的制造方法，其特征在于所述的对该喷丝头本体进行表面处理是对该喷丝头本体进行镀膜。
全文摘要
一种用于湿法纺丝的喷丝头及其制作方法,该喷丝头包括喷丝头本体,于本体上设有多个喷丝孔,其特征在于:喷丝头本体上每一个喷丝孔的出丝口处一体成型有一凸台。本发明可促进原液与凝固液的充分接触,避免膨胀体与喷丝头出丝面粘结,延长喷丝头的使用周期,降低非计划换头率,减少丝的毛丝、疵点、胶块、并丝等现象,提高丝的质量。
文档编号D01D4/02GK1352325SQ0013263
公开日2002年6月5日 申请日期2000年11月8日 优先权日2000年11月8日
发明者刘庆冠, 刘寓中 申请人:北京华宇创新科贸有限责任公司