用于纤维素纺丝的凝固成型装置的制作方法

本实用新型涉及纺织机械技术领域，特别是涉及一种用于纤维素纺丝的凝固成型装置。

背景技术：

众所周知，纤维素纤维具有绿色环保、生产流程简短、性能优异等特点，特别用于织物等用途，在高强度形式中，也用于技术用途，如轮胎帘子线。纤维素纤维通过干喷-湿法制备，在纺丝过程中，纤维素丝束经过气隙，液晶区的分子链在剪切力的作用下被拉伸取向，进而进入凝固浴固化成型。因此在通过气隙时，实现纤维素丝束的稳定高速拉伸取向，决定了纤维素纤维的强度与质量。

现有技术中，在纤维素纺丝生产过程中，往往使用一种纺丝加速漏斗来实现对丝束的高速拉伸，这种漏斗的原理是利用凝固浴液的重力使其从高处流下形成加速液流，丝束随凝固浴液一起流出，即液体流出速度便是纺丝速度。但随着纺丝速度提高，漏斗距水平地面的安装高度也要不断提高，而且其水流速度由漏斗高度控制，调节水速操作复杂，不便于实际生产，同时也限制了纺丝速度的进一步提高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于纤维素纺丝的凝固成型装置，其通过稳定的凝固浴加速装置和导流系统，能够实现纤维素的高速纺丝，从而更加适于实用。

为了达到上述目的，本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置的技术方案如下：

本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置包括凝固浴盘(10)、补充水入口管(11)、第一种多级多孔格栅、加速水管(15)、加速水入口管(14)、浴盘架(18)、出水管(16)和导流锥环(6)，

所述凝固浴盘(10)设置于所述盘架(18)的内腔中，于所述凝固浴盘(10)的中心处开设有第一通孔，于所述盘架(18)的中心处开设有第二通孔，其中，所述第一通孔与所述第二通孔对中；

所述补充水入口管(11)穿过所述盘架(18)的侧壁后，与所述凝固浴盘(10)的内腔连通；

所述第一种多级多孔格栅设置于所述补充水入口管(11)的径向；

所述导流锥环(6)的边缘固定连接于所述第一通孔的内侧，所述加速水管(15)固定连接于所述第二通孔的内侧，使得所述导流锥环(6)的芯孔与所述加速水管(15)的芯孔顶端对中；

所述加速水入口管(14)与所述加速水管(15)连通；

所述加速水管(15)的底端与所述出水管(16)连通并对中。

本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置还可采用以下技术措施进一步实现。

其中，所述补充水入口管(11)包括竖直部和水平部，所述竖直部和水平部之间连通。

其中，所述第一种多级多孔格栅至少包括第一级多孔格栅(1)和第二级多孔格栅(3)，

所述第一级多孔格栅(1)设置于所述竖直部，所述第二级多孔格栅(3)设置于所述水平部。

其中，所述用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括环形凸台(4)，

所述环形凸台(4)与所述凝固浴盘(10)的底面对中，

所述环形凸台(4)从所述凝固浴盘(10)内侧底部外周开始先凸起后下降，使得所述环形凸台(4)最高点所在的圆与所述环形凸台(4)、所述凝固浴盘(10)均对中。

其中，所述用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括第二种多孔格栅(5)，

所述第二种多孔格栅(5)设置于所述环形凸台(4)的内侧，所述第二种多孔格栅(5)所在圆与所述环形凸台(4)、所述凝固浴盘(10)均对中。

其中，

所述导流锥环(6)的中心外侧呈外锥面，所述导流锥环(6)的中心内侧呈锥孔，

所述加速水管(15)的顶端呈内锥面；

所述外锥面与所述内锥面之间具有v型间隙(7)，所述v型间隙(7)的取值范围为0～1.5mm。

其中，所述用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括导流弯头(9)和牵伸出口管(17)，

所述导流弯头(9)与所述出水管(16)连通并对中，所述牵伸出口管(17)与所述导流弯头(9)连通并对中，使得所述牵伸出口管(17)的方向与水平方向的夹角ɑ的取值范围满足-15°<ɑ<15°。

其中，所述用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括若干导流环(8)，

所述导流环(8)设置于所述出水管(16)和/或导流弯头(9)和/或牵伸出口管(17)的内部，并且，所述导流环(8)的外径与容置其的内腔的直径相等。

其中，所述若干导流环(8)包括第一导流环(8a)、第二导流环(8b)和第三导流环(8c)，

所述第一导流环(8a)设置于所述出水管(16)的入口处，

所述第二导流环(8b)设置于所述导流弯头(9)的转弯处，

所述第三导流环(8c)设置于所述牵伸出口管(17)的出口处。

其中，所述第一种多级多孔格栅、第二种多孔格栅(5)、导流锥环(6)和若干导流环(8)均由陶瓷制成。

本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置中，基于文丘里原理，在补充水入口管11的径向设置有第一种多级多孔格栅，能够加快补充水进入凝固浴盘10的流速，通过加速后，能够使得纺丝速度达到1200m/min，此外，在导流锥环6到出水管16之间还设有加速水管15，加速水通过加速水入口管14进入加速水管15，因此，本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置能够实现高速纺丝。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置的结构原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置一个方向的立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型为解决现有技术存在的问题，提供一种用于纤维素纺丝的凝固成型装置，其通过稳定的凝固浴加速装置和导流系统，能够实现纤维素的高速纺丝，经由该装置制备得到的纤维素纤维性能优良，并且能够减少纤维素纺丝过程中产生的毛丝、并丝，从而更加适于实用。

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的用于纤维素纺丝的凝固成型装置，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，具体的理解为：可以同时包含有a与b，可以单独存在a，也可以单独存在b，能够具备上述三种任一种情况。

实用新型人经过长期不懈地观察发现，在纤维素纤维通过干喷-湿法制备时，在纺丝过程中，纤维素丝束经过气隙，液晶区的分子链在剪切力的作用下被拉伸取向，进而进入凝固浴固化成型。因此在通过气隙时，实现纤维素丝束的稳定高速拉伸取向，决定了纤维素纤维的强度与质量。传统黏胶长丝纺速一般为100～150m/min，其生产过程中，往往使用一种纺丝加速漏斗来实现对丝束的高速拉伸，这种漏斗的原理是利用凝固浴液的重力使其从高处流下形成加速液流，丝束随凝固浴液一起流出，即液体流出速度便是纺丝速度。但随着纺丝速度提高，漏斗距水平地面的安装高度也要不断提高，而且其水流速度由漏斗高度控制，调节水速操作复杂，不便于实际生产，同时也限制了纺丝速度的进一步提高。

参见附图1和附图2，本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置包括凝固浴盘10、补充水入口管11、第一种多级多孔格栅、加速水管15、加速水入口管14、浴盘架18、出水管16和导流锥环6。凝固浴盘10设置于盘架18的内腔中，于凝固浴盘10的中心处开设有第一通孔，于盘架18的中心处开设有第二通孔，其中，第一通孔与第二通孔对中。补充水入口管11穿过盘架18的侧壁后，与凝固浴盘10的内腔连通。第一种多级多孔格栅设置于补充水入口管11的径向。导流锥环6的边缘固定连接于第一通孔的内侧，加速水管15固定连接于第二通孔的内侧，使得导流锥环6的芯孔与加速水管15的芯孔顶端对中。加速水入口管14与加速水管15连通。加速水管15的底端与出水管16连通并对中。

本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置中，基于文丘里原理，在补充水入口管11的径向设置有第一种多级多孔格栅，能够加快补充水进入凝固浴盘10的流速，通过加速后，能够使得纺丝速度达到1200m/min，此外，在导流锥环6到出水管16之间还设有加速水管15，加速水通过加速水入口管14进入加速水管15，因此，本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置能够实现高速纺丝。

其中，补充水入口管11包括竖直部和水平部，竖直部和水平部之间连通。本实施例中，第一种多级多孔格栅至少包括第一级多孔格栅1和第二级多孔格栅3。第一级多孔格栅1设置于竖直部，第二级多孔格栅3设置于水平部。本实施例中，第一种多级多孔格栅包括三级多孔格栅，其中，第一级多孔格栅1水平放置，处于补充水入口管11的竖直部，孔径为1500～2000μm，第二级多孔格栅2水平放置，处于补充水入口管11的竖直部，孔径为800～1500μm，第三级多孔格栅3竖直放置，处于补充水入口管11的水平部，孔径为400～800μm；更为优选地，第一级多孔格栅1孔径为1700～1900μm，第二级多孔格栅2孔径为1000～1300μm，第三级多孔格栅3孔径为500～750μm。在这种情况下通过多级多孔格栅(本实施例中，包括第一级多孔格栅1、第二级多孔格栅2和第三级多孔格栅3)，可以使补充水入口管11腔体内的水流逐级分配，从而使补充水入口管11腔体内每两级多孔格栅之间(本实施例中，为第一级多空格栅1和第二级多孔格栅2之间，第二级多孔格栅2与第三级多孔格栅3之间)的水流更加均匀平稳，逐级缩小多孔格栅孔径(本实施例中，第三级多孔格栅3的孔径＜第二级多孔格栅2的孔径＜第一级多孔格栅1的孔径)是为了保证补充水入口管11腔体内每两级多孔格栅之间(本实施例中，为第一级多空格栅1和第二级多孔格栅2之间，第二级多孔格栅2与第三级多孔格栅3之间)充满补充水，最终水流以趋向于环面的形式溢出到凝固浴盘10内，从而使得凝固浴盘10内的液面各向同性，而不至于有的位置水流过急，而有的位置水流过缓而造成凝固浴盘10内部的涡流，从而使本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置更加稳定。

其中，用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括环形凸台4。环形凸台4与凝固浴盘10的底面对中。环形凸台4从凝固浴盘10内侧底部外周开始先凸起后下降，使得环形凸台4最高点所在的圆与环形凸台4、凝固浴盘10均对中。

其中，用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括第二种多孔格栅5。第二种多孔格栅5设置于环形凸台4的内侧，第二种多孔格栅5所在圆与环形凸台4、凝固浴盘10均对中。第二种多孔格栅5竖直放置，第二种多孔格栅5孔径为1000～1500μm。该环形凸台4内侧设的多孔格栅5为可拆卸的多孔格栅，在这种情况下，参见附图2，经过环形凸台4后，补充水分别从多空格栅5的孔19a、19b、19c和19d四个方向进入导流锥环6，能够消除或者减少凝固浴水流的湍流，实现凝固浴液面平稳，减少纺丝过程中丝束波动造成的并丝，从而保证经过本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置进行纺丝后所得的纤维的质量。

其中，导流锥环6的中心外侧呈外锥面，导流锥环6的中心内侧呈锥孔，加速水管15的顶端呈内锥面。外锥面与内锥面之间具有v型间隙7，v型间隙7的取值范围为0～1.5mm。加速水水速可调，水速范围150～1000m/min，凝固浴加速水以垂直于凝固浴加速水管道的方向进入。导流锥环6的外锥面与加速水管15的内锥面之间具有v型间隙7，水流从v型间隙7的上方总管进入，随着进入v型间隙7水流流速瞬间变大，进而在v型间隙7下端形成一个真空区，当后续水流靠近真空区时，便会产生一定的吸附作用，进而实现水流加速。该水流加速的方法是由该v型间隙7直接带来的，其原理简单，便于实现。

其中，用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括导流弯头9和牵伸出口管17。导流弯头9与出水管16连通并对中，牵伸出口管17与导流弯头9连通并对中，使得牵伸出口管17的方向与水平方向的夹角ɑ的取值范围满足-15°<ɑ<15°。在这种情况下，能够使得本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置在应用过程中，最终的水流方向与纤维素纺丝丝束的牵伸方向一致，从而使应用本实用新型实施例提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置在进行纤维素纺丝的过程中，纺丝更加稳定，并且，减少纺丝过程中的纤丝断裂。优选地，牵伸出口管17的方向与水平方向的夹角ɑ的取值范围满足-8°<ɑ<10°。

其中，用于纤维素纺丝的凝固成型装置还包括若干导流环8。导流环8设置于出水管16和/或导流弯头9和/或牵伸出口管17的内部，并且，导流环8的外径与容置其的内腔的直径相等。通过设置该若干导流环8，能够尽可能减小高速水流与出水管16和/或导流弯头9和/或牵伸出口管17接触产生的较大的瞬间冲击力，因此，能够延长出水管16和/或导流弯头9和/或牵伸出口管17的服役寿命。

本实施例中，若干导流环8包括第一导流环8a、第二导流环8b和第三导流环8c。第一导流环8a设置于出水管16的入口处，第二导流环8b设置于导流弯头9的转弯处，第三导流环8c设置于牵伸出口管17的出口处。其中，若不设置该若干导流环8，第一导流环8a设置于出水管16的入口处，第二导流环8b设置于导流弯头9的转弯处，第三导流环8c设置于牵伸出口管17的出口处这几个位置刚好是高速水流形成的冲击力的直接作用点，因此，在第一导流环8a设置于出水管16的入口处，第二导流环8b设置于导流弯头9的转弯处，第三导流环8c设置于牵伸出口管17的出口处这几个位置设置该若干导流环8能够更加直接地减小高速水流在这三处位置产生的较大的瞬间冲击力，因此，能够延长出水管16、导流弯头9、牵伸出口管17的服役寿命。

其中，第一种多级多孔格栅、第二种多孔格栅5、导流锥环6和若干导流环8均由陶瓷制成。其能够利用陶瓷表面光滑的特性，可最大程度的减少凝固成型设备出口对丝束的磨损，同时，导流弯头最终将凝固成型设备出口水流水平导出，降低高速水流对丝束的冲击力，有效避免高速纺丝过程中部分纤维由于受力不均匀导致的断裂问题消除凝固浴水流的湍流，实现凝固浴液面平稳，减少纺丝过程中丝束波动造成的并丝，保证纤维质量。

本实用新型提供的用于纤维素纺丝的凝固成型装置的有效性验证实施例分别如下：

实施例1～4

通过对补充水流量q1、加速水流量q2、出水口直径、圆锥v型间隙等参数进行调节，获得不同条件下的水速，其结果如表1。

表1

实施例5

聚合度为600的纤维素浆粕经过溶胀、溶解制备成纺丝液。纺丝液浓度为9％，纺丝温度为95℃，纺丝用喷丝板孔径为0.15mm，气隙高度20mm，纺丝速度300m/min，纤度1.67dtex；

高速纺丝装置中凝固浴盘使用凸台格栅，n1格栅水平放置，孔径为1800μm，n2格栅水平放置，孔径为1500μm，n3格栅竖直放置，孔径为750μm；调节补充水流量q1使浴盘中液面平稳；圆锥狭缝1.5mm，凝固成型设备出水口管径16mm，凝固成型设备导流弯头方向与水平方向夹角ɑ＝5°，纺丝稳定，纺丝过程中无纤维断裂。

实施例5中所制备纤维性能指标如表2所示。

实施例6～8

其他条件与实施例5相同，区别仅在于圆锥狭缝和出水口管径。圆锥狭缝依次为1.1mm、0.8mm、0.5mm，出水口管径依次为15mm、12mm、8mm。

实施例6～8中所制备纤维性能指标如表2所示。

表2

实施例9～12

其他条件与实施例5相同，区别仅在于实施例2中凝固成型设备导流弯头方向与水平方向夹角，依次为：无导流弯头，ɑ＝-3°，ɑ＝0°，ɑ＝10°

实施例9～12中所制备纤维性能指标如表3所示。

表3

实施例13～14

其他条件与实施例5相同，区别仅在于是否存在凸台格栅。

实施例13～14中所制备纤维性能指标如表4所示。

表4

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。