一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，包括梯形的凝固浴槽、主导丝辊、辅助被动辊、传送带、多孔挡板。主导丝辊与辅助被动辊通过传送带相连接。主导丝辊通过电机驱动，通过传送带带动辅助被动辊转动，初生纤维绕过被传送带包覆的辅助被动辊后斜向上经牵伸辊导出凝固浴槽进入下一环节。该凝固和导丝装置可以避免喷丝头处产生的断丝缠绕在导丝辊上，并且使凝固浴槽中液流循环方向与丝束运行方向基本一致，减小了丝束运行阻力，有利于纺丝的连续化、稳定化生产，最大程度上减少对初生丝条的损伤。
【专利说明】—种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及采用干喷湿法工艺制备纤维材料的装置，具体的说，涉及一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其可应用于包括聚丙烯腈(PAN)碳纤维原丝、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、竹浆纤维素纤维以及其他可以使用干喷湿法工艺制备的纤维。
【背景技术】
[0002]干喷湿法也称干湿法是最先在日本发展起来的一种新型的纺丝方法，已经广泛的应用于工业生产。
[0003]干喷湿法工艺适合高固含量和高粘度的聚合物溶液，能够实现远高于湿法纺丝工艺的纺丝速度，因此能够大大的降低生产成本，被广泛的应用于PAN基碳纤维原丝、超高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维的生产。日本东丽公司的T700S和T1000碳纤维原丝就是使用干喷湿法工艺生产的。
[0004]干喷湿法兼有干法纺丝和湿法纺丝的特点，如图1所示，聚合物溶液经喷丝头中的喷丝板垂直向下挤出后，先经过一小段空气层，然后进入凝固浴中进行凝固，最后经导丝辊导出凝固浴槽。
[0005]目前干喷湿法常采用如图1所示的凝固浴导丝装置，其中导丝辊可以为主动辊、被动辊和不能转动的固定辊。使用主动辊和被动辊可以一定程度上减少摩擦对初生的娇嫩丝条的伤害，但是一旦在喷丝头处产生断丝，这些断丝极容易缠绕在喷丝头下方的导丝辊上。由于纺丝速度非常快，一旦导丝辊上出现缠丝，往往来不及清理而越缠越多，最终不得不停机清理，严重影响生产过程的连续进行。如果凝固浴槽中使用的是不能够转动的固定辊，则初生丝条和固定辊之间发生的是静摩擦，会对初生丝条造成一定的损伤从而影响最终纤维的性能。还有，现有的凝固浴导丝装置的液流循环不佳，浓度不均匀。
实用新型内容
[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是:提供一种减小初生纺丝表面的损伤，并防止断丝缠绕在转向装置上的用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，包括喷丝头、凝固浴槽、转向装置和导出装置；沿着纺丝的走向，喷丝头、转向装置和导出装置依次设置，转向装置在凝固浴槽的凝固浴液面以下；转向装置包括辅助被动辊、主导丝辊和缠绕在两者之间的传送带；辅助被动辊在喷丝头的下方，主导丝辊高于辅助被动辊且位于喷丝头和导出装置之间。采用这种结构后，即用辅助被动辊、主导丝辊和传送带组成的转向机构引导纺丝在凝固浴中转向，使用传送带将初生丝条由垂直向下转向斜上方导出凝固浴槽，由于传送带随主导丝辊同步转动，减小了初生丝条与转向装置的摩擦阻力，最大程度上降低了对初生丝条表面的损伤。同时传送带的运行方向与丝束运行方向基本一致，减小了丝束运行阻力，传送带的运动也造成了其周围凝固浴随之运动，可以使得凝固浴槽各处的凝固浴浓度更加均匀。初生纤维绕过被传送带包覆的辅助被动辊后斜向上经牵伸辊导出凝固浴槽进入下一环节。该凝固浴导丝装置可以避免喷丝头处产生的断丝缠绕在转向装置上，并且使凝固浴槽中液流循环方向与丝束运行方向基本一致，减小了丝束运行阻力，有利于纺丝的连续化、稳定化生产，最大程度上减少对初生丝条的损伤。传送带的材质依据所制备纤维的种类和所采用的凝固浴类型而不同(如不锈钢编制布、棉布、聚乙烯膜、聚丙烯膜等)，凡是不被凝固浴溶解、溶胀的材料均可使用。
[0009]主导丝辊的顶部位于凝固浴液面之上。采用这种结构后，可将粘附在传送带上的断丝导出凝固浴液面之上而被清理，避免了喷丝头处断丝缠绕在转向装置上的风险，无需停机即可轻易将断丝清除。
[0010]辅助被动辊和主导丝辊的直径相等，也可采用不同的直径。
[0011]辅助被动辊和主导丝辊间的传送带与辅助被动辊和导出装置间的纺丝之间的夹角为0-30度。采用这种结构后，可取得很好的转向、将断丝导出和搅拌凝固浴的效果。
[0012]导出装置为由电机驱动转动的牵伸辊。采用这种结构后，牵伸辊将纺丝牵引出凝固浴导丝装置。
[0013]主导丝辊由电机驱动转动，主导丝辊的转动速度小于等于牵伸辊的转动速度。采用这种结构后，尽量减小纺丝和传送带之间的摩擦力，保证纺丝质量。
[0014]喷丝头的靠近导出装置的一侧设有沿着竖直方向设置多孔挡板。采用这种结构后，多孔挡板靠近纺丝头，将纺丝头一侧的凝固浴与另一侧的凝固浴分隔开，可以避免快速纺丝时丝束运行等所造成的液面波动对喷丝头部分的影响，有利于纤维纤度的稳定和性能的稳定，多孔挡板的多孔结构不影响凝固浴的扩散。
[0015]多孔挡板的上端位于凝固浴液面以上，多孔挡板的下端靠近传送带。采用这种结构后，可具有更好的分隔效果，减小液面扰动。
[0016]多孔挡板上均布孔径为2-8毫米，中心距为10-20毫米的孔。
[0017]凝固浴槽的纵向截面为直角梯形，转向装置和导出装置之间纺丝的倾斜度与直角梯形的斜边的倾斜度一致；喷丝头中的喷丝板与凝固浴液面之间设有空气层；纺丝以竖直相切的方向进入转向装置，以水平相切的方向离开导出装置。
[0018]总的说来，本实用新型具有如下优点:
[0019]可以在不加大凝固浴循环量的基础上使得凝固浴槽各处的凝固浴浓度更加均匀，降低丝束运行阻力，减小凝固浴液面波动对纺丝的影响，避免了纺丝过程中导丝辊缠丝的风险，可以制备力学性能更好的纤维，并保证了生产的连续化和稳定化进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是现有的凝固浴导丝装置的结构示意图。
[0021]图2是本实用新型的结构示意图。
[0022]其中，I为喷丝头，2为凝固浴槽，3为转向装置，4为导出装置，5为纺丝，6为多孔挡板，11为喷丝板，12为空气层，21为凝固浴液面，22为凝固浴进口，23为凝固浴出口，31为辅助被动辊，32为主导丝辊，33为传送带。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图和【具体实施方式】来对本实用新型做进一步详细的说明，本实施例是干喷湿法PAN基碳纤维原丝的制备。
[0024]一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，包括喷丝头、凝固浴槽、转向装置、导出装置和多孔挡板；沿着纺丝的走向，喷丝头、转向装置和导出装置依次设置。
[0025]喷丝头上设有喷丝板，喷丝板和凝固浴液面之间设有空气层。
[0026]凝固浴槽的纵向截面为梯形，梯形的斜边与斜向纺丝的倾斜度一致。凝固浴槽中设有凝固浴进口和凝固浴出口。
[0027]转向装置在凝固浴槽的凝固浴液面以下；转向装置包括辅助被动辊、主导丝辊和缠绕在两者之间的传送带；辅助被动辊在喷丝头的下方；主导丝辊高于辅助被动辊且位于喷丝头和导出装置之间，即位于辅助被动辊的斜上方。主导丝辊由电机驱动转动，主导丝辊的顶部高于凝固浴液面。
[0028]导出装置为由电机驱动的牵伸辊，将纺丝水平切向引出。
[0029]多孔挡板位于喷丝头的一侧，垂直设置，其上方位于凝固浴液面之上，下方靠近传送带，减小液面波动对喷丝头的影响。
[0030]采用固含量为20%的PAN/DMS0溶液作为纺丝液，凝固浴槽中所使用的凝固浴为质量浓度25%的DMSO水溶液，凝固浴循环量为100L/分钟。聚合物溶液经孔径为120微米的喷丝板挤出后垂直向下经过5_的空气层进入凝固浴槽，绕过包裹辅助被动辊的传送带向斜上方经由牵伸辊导出凝固浴槽。本实施例中传送带为1300目的316L材质的不锈钢编制网。主导丝辊与辅助被动辊直径相同，均为15cm。主导丝辊的驱动速度与牵伸辊相同，为30米/分钟。
[0031]纺丝过程持续超过70小时，喷丝头部分的少量断丝随传送带运动到凝固浴液面上方主导丝辊处被得以及时清理，纺丝过程稳定。
[0032]纺丝过程中，多孔挡板左侧喷丝板区域内凝固浴液面平稳，基本无肉眼可见波动，说明多孔挡板有效屏蔽了由于丝束快速运行所引起的液面波动。多孔挡板上均布直径5mm的孔，孔中心距10mm。多孔挡板两侧及凝固浴槽多处取点测定凝固浴浓度均一致，说明各点凝固浴浓度相同。
[0033]纺丝过程中，初生PAN纤维经表面非常光洁的传送带导向牵伸辊，与普通的被动辊和不动辊相比，大幅度降低了摩擦对初生纤维表面造成的机械损伤。传送带与丝束运行方向非常接近，传送带运动带动附近凝固浴液流的沿传送带方向运动，有效降低了纤维束的运行阻力，有利于纤维性能的提高。同时传送带带动凝固浴液流沿传送带方向循环，有效促进了凝固浴槽中不同位置凝固浴的交换，有利于整个凝固浴槽各处浓度的均一。
[0034]利用本凝固和导丝装置采用干喷湿法工艺所制备的纤度为1.28dtex的PAN碳纤维原丝，毛丝量少，单丝直径离散系数小，单丝强度高，经预氧化、碳化后可制得强度为
5.0GPa，模量超过260GPa的高性能碳纤维。
[0035]上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，包括喷丝头、凝固浴槽、转向装置和导出装置；沿着纺丝的走向，喷丝头、转向装置和导出装置依次设置，转向装置在凝固浴槽的凝固浴液面以下，其特征在于:所述转向装置包括辅助被动辊、主导丝辊和缠绕在两者之间的传送带；辅助被动辊在喷丝头的下方，主导丝辊高于辅助被动辊且位于喷丝头和导出装置之间。
2.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述主导丝辊的顶部位于凝固浴液面之上。
3.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述辅助被动辊和主导丝辊的直径相等。
4.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述辅助被动辊和主导丝辊间的传送带与辅助被动辊和导出装置间的纺丝之间的夹角为0-30度。
5.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述导出装置为由电机驱动转动的牵伸辊。
6.按照权利要求5所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述主导丝辊由电机驱动转动，主导丝辊的转动速度小于等于牵伸辊的转动速度。
7.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述喷丝头的靠近导出装置的一侧设有沿着竖直方向设置多孔挡板。
8.按照权利要求7所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述多孔挡板的上端位于凝固浴液面以上，多孔挡板的下端靠近传送带。
9.按照权利要求7所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述多孔挡板上均布孔径为2-8毫米，中心距为10-20毫米的孔。
10.按照权利要求1所述的一种用于干喷湿法工艺制备纤维的凝固浴导丝装置，其特征在于:所述凝固浴槽的纵向截面为直角梯形，转向装置和导出装置之间纺丝的倾斜度与直角梯形的斜边的倾斜度一致；喷丝头中的喷丝板与凝固浴液面之间设有空气层；纺丝以竖直相切的方向进入转向装置，以水平相切的方向离开导出装置。
【文档编号】D01D11/04GK203999952SQ201420310574
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】马雷, 黄险波, 陈大华, 辛伟, 蔡华伦 申请人:广州金发碳纤维新材料发展有限公司, 金发科技股份有限公司