一种芳纶Ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置及工艺的制作方法

本发明涉及一种芳纶ⅲ纤维热处理装置及工艺，尤其涉及一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置及工艺。

背景技术：

芳纶ⅲ纤维(杂环芳纶)是指主链上含有芳杂环的一类对位芳纶，典型的芳杂环为苯并咪唑环。据理论计算，由对苯二胺、对苯二甲酰氯和苯并咪唑类二胺三元缩聚合成的纤维强度可达4.5-5.5gpa，且具有很高的热稳定性，全芳香聚酰胺纤维的分解温度可达550℃，可用于国防、航空、航天、造船、汽车等工业领域。

目前芳纶ⅲ纤维的制造方法有湿纺或干湿纺，这两种方法所得的原丝有序程度和取向度都较低，力学性能较差，原丝必须通过后续350℃-450℃的热处理来提高其力学性能。

常用的原丝热处理方式包括静态热处理和动态热处理两种。其中静态热处理是在真空炉或者氮气保护下的高温炉中对收卷纤维进行热处理，没有额外施加张力，且该方式中由于丝束在卷筒上缠绕后具有一定厚度，受热均匀性难以保证，且在热处理釜中不同位置，不同卷筒上的丝束及卷筒内外层的丝束由于受热情况不同，导致纤维性能低、差异大、成品合格率低等问题。

动态热处理是在氮气保护下将纤维以恒定的速率和张力通过高温热烘道，热烘道处理的加热区域较长，所需车间空间较大且纤维通过通道时纤维必须是单束纤维，这样纤维的纤度会有很大局限性及生产效率较低，而该方式中的高温热烘道一般采用熔盐加热或电加热的形式对烘道进行控温，能耗较大，且增加多条动态式热处理烘道的设备，生产成本会明显提高。

技术实现要素：

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种降低能源消耗和设备投入成本、提高生产效率和纤维质量稳定的芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置及其热处理工艺。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置，包括鼓风热处理箱体和鼓风装置；

所述鼓风热处理箱体内均匀设置有多根热烘管道，所述热烘管道进气端外壁上设置有多个惰性气体进气孔；

所述鼓风装置包括电加热装置、鼓风机、惰性气体进气管、热惰性气体回路管和热惰性气体出口管；所述电加热装置的进气口连接惰性气体进气管和热惰性气体回路管，出气口连接热惰性气体出口管；所述鼓风机的进风口位于热惰性气体回路管的出气端，出风口正对所述电加热装置；所述热惰性气体回路管连接热烘管道，所述热惰性气体出口管连接热烘管道的惰性气体进气孔。

本发明的热处理装置，芳纶ⅲ纤维原丝放置在热烘管道内进行热处理，以提高芳纶ⅲ纤维原丝的力学性能。惰性气体经惰性气体进气管进入电加热装置内，惰性气体加热后被鼓风机送入热烘管道内，热惰性气体从热烘管道进气端的惰性气体进气孔进入热烘管道内，在热烘管道内流通，对热烘管道内的芳纶ⅲ纤维原丝进行热处理，然后从两端的出气孔流出热烘管道；富余的未经热烘管道的惰性气体进气孔进入热烘管道的热氮气被鼓风机吸入到热惰性气体回路管，然后被排放到电加热装置内重新加热。

进一步的是，所述热烘管道内的加热区长度为5-15mm，内径为20-100mm；加热区长度以及热烘管道内径适宜，便于热惰性气体对热烘管道内的多束芳纶ⅲ纤维原丝进行热处理，以提高芳纶ⅲ纤维原丝的力学性能。

进一步的是，所述热烘管道外壁上设置有保温层，对热烘管道保温。

进一步的是，所述惰性气体为氮气，对热烘管道内的芳纶ⅲ纤维原丝进行保护和热处理。

进一步的是，所述热烘管道为9-40根，多根热烘管道对多束芳纶ⅲ纤维进行热处理，效率高。

基于上述热处理装置，本发明还提供了一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理工艺，包括以下步骤：

s1、制备芳纶ⅲ纤维聚合液；

s2、将所述芳纶ⅲ纤维聚合液进行脱泡处理，其目的是为了减少纤维毛丝产生和提高纤维性能稳定性。

s3、将脱泡处理后的芳纶ⅲ纤维聚合液送入纺丝工序，得到芳纶ⅲ纤维原丝；

s3、将多束芳纶ⅲ纤维原丝在所述连续式鼓风热处理装置内进行热处理，得到芳纶ⅲ纤维。

进一步的是，所述纺丝工序包括凝固浴、塑化拉伸、水洗和干燥，其目的是为了达到纤维理想的性能要求。

进一步的是，所述热处理工序中，连续式鼓风热处理装置的前后均设置有进行纤维张力调节的纺丝收卷机，将所述多束芳纶ⅲ纤维原丝匀速经过连续式鼓风热处理装置的热烘管道，得到芳纶ⅲ纤维。通过纺丝收卷机的匀速拉伸，使多束芳纶ⅲ纤维原丝匀速经过连续式鼓风热处理装置的热烘管道，对其进行热处理。

进一步的是，所述芳纶ⅲ纤维聚合液的动力粘度为50000-200000pa.s。

进一步的是，所述热处理的速度为5-30m/min。热处理的速度应适中，多束芳纶ⅲ纤维原丝受热均匀，热惰性气体对热烘管道内的多束芳纶ⅲ纤维原丝进行热处理，以提高芳纶ⅲ纤维原丝的力学性能。

本发明的有益效果：

本发明提供的芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置，惰性气体经惰性气体进气管进入电加热装置内，惰性气体加热后被鼓风机送入热烘管道内，热惰性气体从热烘管道进气端的惰性气体进气孔进入热烘管道内，对热烘管道内的芳纶ⅲ纤维原丝进行热处理，多束芳纶ⅲ纤维原丝在多个热烘管道内受热均匀，提高了芳纶ⅲ纤维的力学性能、生产效率以及质量的稳定性。

本发明提供的芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置，采用热惰性气体对热烘管道内的芳纶ⅲ纤维原丝进行保护和热处理，相比与以往动态热处理中采用熔盐加热或电加热的形式对烘道进行控温，本发明的装置能耗更小，生产成本低，设备投资小，对高性能有机纤维制造行业的发展具有重要的意义。

本发明提供的芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理工艺，采用上述热处理装置进行热处理，并控制适当的热处理参数，制成合格率高以及质量稳定性高的芳纶ⅲ纤维，生产效率高，所得纤维性能优越。

附图说明

图1为本发明热处理装置的结构示意图；

图2为本发明鼓风装置的结构示意图；

图3为本发明热烘管道一端的结构示意图；

图4为本发明工艺的流程图；

图中：1、鼓风热处理箱体；2、鼓风装置；3、热烘管道；4、惰性气体进气孔；5、电加热装置；6、鼓风机；7、惰性气体进气管；8、热惰性气体回路管；9、热惰性气体出口管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理装置，如图1-3所示，包括鼓风热处理箱体1和鼓风装置2；鼓风热处理箱体1内均匀设置有20根热烘管道3，热烘管道3进气端外壁上设置有多个惰性气体进气孔4。

鼓风装置2包括电加热装置5、鼓风机6、惰性气体进气管7、热惰性气体回路管8和热惰性气体出口管9；电加热装置5的进气口连接惰性气体进气管7和热惰性气体回路管8，出气口连接热惰性气体出口管9；鼓风机6的进风口位于热惰性气体回路管8的出气端，出风口正对电加热装置5；热惰性气体回路管8连接热烘管道3，热惰性气体出口管9连接热烘管道3的惰性气体进气孔4。

热烘管道3内的加热区长度为10mm，内径为50mm；热烘管道3外壁上设置有保温层，惰性气体为氮气。

具体在使用时，芳纶ⅲ纤维原丝放置在热烘管道3内进行热处理，以提高芳纶ⅲ纤维原丝的力学性能。氮气经惰性气体进气管7进入电加热装置5内，氮气加热后被鼓风机6送入热烘管道3内，热氮气从热烘管道3进气端的惰性气体进气孔4进入热烘管道3内，在热烘管道3内流通，对热烘管道3内的芳纶ⅲ纤维原丝进行热处理，然后从两端的出气孔流出热烘管道3；富余的未经热烘管道3的惰性气体进气孔4进入热烘管道3的热氮气被鼓风机6吸入到热惰性气体回路管8，然后被排放到电加热装置5内重新加热。

实施例2

一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理工艺，包括以下步骤：

s1、制备动力粘度为105000pa.s的芳纶ⅲ纤维聚合液；

s2、将芳纶ⅲ纤维聚合液进行脱泡处理；

s3、将脱泡处理后的芳纶ⅲ纤维聚合液送入纺丝工序，设定纺丝工序进行40工位1100dtex线密度型号纤维生产，纺丝速率为10m/min，得到40卷芳纶ⅲ纤维原丝，得到芳纶ⅲ纤维原丝；

s3、将多束芳纶ⅲ纤维原丝在实施例1的连续式鼓风热处理装置内进行热处理，得到芳纶ⅲ纤维，热处理速率为18m/min，张力差为200cn。

随机抽样5卷成品纤维进行性能测试，数据见表1；

表1

实施例3

一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理工艺，包括以下步骤：

s1、制备动力粘度为135000pa.s的芳纶ⅲ纤维聚合液；

s2、将芳纶ⅲ纤维聚合液进行脱泡处理；

s3、将脱泡处理后的芳纶ⅲ纤维聚合液送入纺丝工序，设定纺丝工序进行40工位1100dtex线密度型号纤维生产，纺丝速率为10m/min，得到40卷芳纶ⅲ纤维原丝，得到芳纶ⅲ纤维原丝；

s3、将多束芳纶ⅲ纤维原丝在实施例1的连续式鼓风热处理装置内进行热处理，得到芳纶ⅲ纤维，热处理速率为15m/min，张力差为200cn。

随机抽样5卷成品纤维进行性能测试，数据见表2；

表2

实施例4

一种芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理工艺，包括以下步骤：

s1、制备动力粘度为195000pa.s的芳纶ⅲ纤维聚合液；

s2、将芳纶ⅲ纤维聚合液进行脱泡处理；

s3、将脱泡处理后的芳纶ⅲ纤维聚合液送入纺丝工序，设定纺丝工序进行40工位1100dtex线密度型号纤维生产，纺丝速率为10m/min，得到40卷芳纶ⅲ纤维原丝，得到芳纶ⅲ纤维原丝；

s3、将多束芳纶ⅲ纤维原丝在实施例1的连续式鼓风热处理装置内进行热处理，得到芳纶ⅲ纤维，热处理速率为12m/min，张力差为200cn。

随机抽样5卷成品纤维进行性能测试，数据见表3；

表3

由表1-3数据可见，本发明的芳纶ⅲ纤维连续式鼓风热处理设备装置能源消耗小、设备制造成本低和纤维质量稳定性高，且纤维成品合格率为100％等先进性。其中设备投资成本低和能源消耗低对于高性能有机纤维制造行业的发展具有重要的意义。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。