一种纤维纱绳的酸沥滤装置的制作方法

本发明涉及一种酸沥滤工艺处理的设备，具体涉及一种纤维纱绳的酸沥滤装置。

背景技术：

随着航空航天科学技术的进步和发展，人们对耐高温透波隔热材料的要求也在不断提高，传统的耐高温隔热材料如石棉、岩棉等由于导热系数较高已经不能满足高标准的要求。高硅氧玻璃纤维是一种耐高温无机纤维，其具有软化点高、导热系数低、透波性好等的特点而日益受到广泛关注。高硅氧玻璃纤维大多以无碱玻璃纤维、二元玻璃纤维或者三元玻璃纤维为原料经过酸沥滤、水洗、烘干和烧结制得，在此工艺过程中，虽然厂家日益加强对酸沥滤过程中酸浓度、处理温度和处理时间，以及水洗过程中水洗的次数、时间等参数的控制，然而最终制得的高硅氧纤维仍然存在质量参差不齐、产品的稳定性差的问题，特别是强度、氧化硅含量波动较大，无法满足使用要求。

为此，中国专利文献cn102320760a中公开了一种用于高硅氧玻璃纤维纱绳间歇式酸沥滤处理工艺的设备，包括酸沥滤槽、纱架和卷绕装置，所述酸沥滤槽为密封结构，槽体上口设置一水密封沟槽，用水进行槽体和上盖接口处密封；所述卷绕装置放置在纱架上并安装在酸沥滤槽内，其中两根卷绕棒在纱架上部，一根卷绕棒在纱架下部，每根卷绕棒均可绕各自中心轴转动；所述酸沥滤槽两侧分别开有2个以上的孔，其中下部为进酸孔，上部位出酸孔，并通过管道连接耐酸泵形成一个循环系统；所述酸沥滤槽底部设置有蒸汽孔，并与蒸汽管道连接。加热时，蒸汽在酸液里形成大量气泡，从底部向上冒，这些气泡与纱线触及使酸沥滤产物析出扩散。然而，这些气泡的温度远高于酸液的温度，当气泡与纱线接触时，极大可能造成纱线局部温度瞬间很高，对局部纱线造成很大的损伤，影响产品的性能，而且蒸汽直接冲入酸沥滤槽中遇到冷酸变成冷凝水后也稀释了酸槽中的酸液，造成酸沥滤槽中酸液浓度不可控，使产品的性能不稳定，尤其使得不同批次间产品的氧化硅含量和强力变异系数过大，产品质量一致性差，生产效率低。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中酸沥滤装置生产的高硅氧玻璃纤维纱绳质量一致性差、生产效率低的缺陷，从而提供一种酸沥滤装置。

本发明提供了一种纤维纱绳的酸沥滤装置，包括：

酸沥滤槽，设有进酸口和出酸口；

载纱组件，位于所述酸沥滤槽的内部，包括转轴和套设于所述转轴上的绕纱结构；

驱动电机，设于所述酸沥滤槽的外部，用以驱动所述转轴转动以带动绕纱结构进行转动；

热交换组件，设置于酸沥滤槽的外部，分别与所述进酸口和所述出酸口相连通，用以对所述出酸口的酸液进行加热后再输入所述进酸口，以完成对酸液的加热。

进一步地，所述转轴与所述酸沥滤槽的底面平行。

优选地，所述转轴设置有多个，且相互平行，间隔设置。

进一步地，还包括喷淋装置，包括设置于所述酸沥滤槽内壁上的第一喷淋管，所述第一喷淋管上设有第一喷孔。

优选地，还包括，酸沥滤槽盖体，覆盖于所述酸沥滤槽的敞口部，所述酸沥滤槽盖体的内壁上的第二喷淋管，所述第二喷淋管上设有第二喷孔。

优选地，所述第一喷淋管和/或第二喷管设有若干，所述第一喷孔和第二喷孔朝向所述载纱组件的方向开设。

进一步地，所述绕纱结构为绕纱筒，所述绕纱筒(5)上设有纱架。

优选地，所述纱架的截面是杆体支撑而成的正多边形结构，所述纱架的截面的正多边形结构的边数为3-30。

进一步地，所述驱动电机为正反驱动电机，用于驱动所述转轴正向或反向旋转。

优选地，所述酸沥滤槽上还设置有进水口。

优选地，所述酸沥滤槽内侧壁与底壁之间具有弧形过渡。

进一步地，所述酸沥滤槽为内部衬有耐酸高分子材料的钢体结构制作而成，所述转轴和绕纱结构采用耐酸高分子材料制作而成；所述耐酸高分子材料为聚丙烯、无规共聚聚丙烯或聚四氟乙烯中的至少一种。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，包括酸沥滤槽、载纱组件、驱动电机和热交换组件，其中载纱组件包括转轴和套设于所述转轴上的绕纱结构，热交换组件设置于酸沥滤槽的外部，分别与所述进酸口和所述出酸口相连通，用以对所述出酸口的酸液进行加热后再输入所述进酸口，以完成对酸液的加热，通过这种外置式的热交换组件对酸沥滤槽内的酸液进行间接加热，吸热后的酸液由进酸口回流入酸沥滤槽内，冷却的酸液从出酸口又流入热交换组件，不断循环，保持酸沥滤槽内酸液温度的恒定，不仅避免不断向酸沥滤槽内通入高温蒸汽稀释酸液使得酸沥滤中酸液的浓度不断降低，同时也改善了通过蒸汽或者内置式的加热器直接加热带来的酸液不均匀升温的现象，进而提高了酸沥滤反应的效果，进一步提高了高硅氧玻璃纤维纱绳中氧化硅含量和强力变异系数的均匀性，提高产品的质量和生产效率；同时，通过驱动电机驱动载纱组件转动，载纱组件带动纤维纱绳在酸液中转动，使纤维纱绳与酸液之间产生强制对流，有利于提高氧化硅含量均匀性，提高产品的质量。

2.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，通过将纤维纱绳缠绕于绕纱筒的纱架上，纱架可拆卸地固设于绕纱筒上，纱架为由杆体支撑而成的正多边形结构，缠绕于杆体的任意一边的纱线可依据纱线的缠绕张力大小按需要适量放松，减小纱线缠绕张力，减小酸滤沥化学反应过程对纱线的机械损伤，从而提高纱线力学性能稳定性。

3.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，所述酸沥滤槽内侧壁与底壁之间具有弧形过渡，改善了酸液在侧壁与底壁之间处扰动加剧的情况，有利于酸液平缓流动，促进酸沥滤反应的均匀性，有利于提高氧化硅含量均匀性，提高产品的质量，也有利于喷淋时从纤维纱绳上喷淋下来的余酸通过排酸口顺流直接流出酸沥滤槽，避免出现排酸死角，从而进一步减少酸沥滤后水洗的用水量和水洗次数，节省水资源并降低废酸废水处理费用。

4.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，由于纱架的横截面形状决定了纤维纱绳与纱架的接触的点数，通过采用截面为具有3-30之间边数的正多边形结构的纱架不仅可以改善纱架与纤维纱绳接触点过小使其在以转动方式酸沥滤之后易出现散乱而影响水洗效果的情况发生，也能够减少酸沥滤时间，提高酸沥滤反应的质量，实现高硅氧玻璃纤维纱绳中氧化硅含量的均匀性。

5.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，通过使用正反驱动电机，能够驱动转轴正向或反向转动，从而实现正向转动和反向转动交替进行的方式来带动卷绕装置转动，促进纤维纱绳与酸液接触更加充分，也避免了水洗不彻底的问题，进一步增强酸沥滤效果，提高批次间产品的一致性。

6.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，酸沥滤槽上设有进水口，使得使用一种装置可以同时完成酸沥滤过程和水洗过程，避免纤维纱绳移动或重新缠绕过程中被损坏。

7.本发明提供的纤维纱绳的酸沥滤装置，通过增设喷淋装置，在酸沥滤完成后预先通过喷淋装置对纤维纱绳中的余酸进行喷淋，然后再水洗，从而减少酸沥滤后水洗的用水量和水洗次数，节省水资源并降低废酸废水处理费用；进一步地，在喷淋和水洗过程中，结合载纱组件和驱动电机带动纤维纱绳旋转，提高喷淋和水洗效率和质量，改善现有的酸沥滤过程酸洗不透彻，水洗耗水量大、废水处理费用高的难题，而且能够进一步降低批次间的高硅氧玻璃纤维纱绳中的氧化硅含量的变异系数和强力变异系数，提高生产效率；通过设置于所述酸沥滤槽内壁上的第一喷淋管和设置于所述酸沥滤槽盖体的内壁上的第二喷淋管，有利于全方位喷淋绕纱组件上缠绕的纤维纱绳，提高喷淋效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中酸沥滤槽的一个具体实施方式的结构示意图；

附图标记：1、酸沥滤槽；2、酸沥滤槽盖体；3、第二喷淋管；4、第一喷淋管；5、绕纱筒；6、转轴；7、进酸口；8、出酸口；9、耐酸泵；10、热交换组件；11、进水口。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1酸沥滤装置

如图1所示的酸沥滤装置的一种具体实施方式，包括酸沥滤槽1和热交换组件10，酸沥滤槽1上设有进酸口7和出酸口8；其中，进酸口7开设于所述酸沥滤槽1上靠近顶部一端的侧壁上，所述出酸口8开设于所述酸沥滤槽1的底部，酸沥滤槽1的敞口部上设有能够打开的酸沥滤槽盖体2；热交换组件10设置于酸沥滤槽1的外部，用以对所述出酸口8的酸液进行加热后再输入所述进酸口7，以完成对酸液的加热，所述热交换组件10内设置有供加热介质流通的介质流道和供酸液流通的酸液流道，所述酸液流道的出口与所述进酸口7相连通，所述酸液流道的入口与所述出酸口8相连通。

热交换组件10可以为耐酸换热器，热交换组件10与出酸口8之间的管道上连通有耐酸泵9，冷却的酸液通过耐酸泵9从出酸口8又流入热交换组件10，吸热后的酸液由进酸口7回流入酸沥滤槽1内，不断循环，将酸沥滤槽1内酸液温度加热到预设温度并维持恒定，不仅避免不断向酸沥滤槽1内通入高温蒸汽稀释酸液使得酸沥滤过程中酸液的浓度不断降低，同时也改善了通过蒸汽或者内置式的加热器直接加热带来的酸液不均匀升温的现象，进而提高了酸沥滤反应的效果，进一步提高了高硅氧玻璃纤维纱绳中氧化硅含量和强力变异系数的均匀性，提高产品的质量和生产效率。

如图1所示，酸沥滤槽1内设置有载纱组件，所述载纱组件包括转轴6和套设并可拆卸地固定于转轴6上绕纱结构，酸沥滤槽1外设置有驱动电机，用以驱动所述转轴6转动以带动绕纱结构进行转动。其中驱动电机的输出端与现有技术的传动机构连接，通过转动机构与转轴6传动连接，当驱动电机转动时带动传动机构转动，传动机构带动转轴6转动。转轴6与所述酸沥滤槽1的底面平行，转轴6设置有多个，本实施例中转轴6优选设置有4个，且相互平行，间隔设置，相互独立，互不影响。

如图1所示，所述绕纱结构为绕纱筒5，绕纱筒5套设于转轴6上并与转轴6可拆卸连接，可通过现有技术实现可拆卸连接，例如可以通过法兰将绕纱筒5固定在转轴6上。所述绕纱筒5上设有纱架，所述纱架的截面是杆体支撑而成的正多边形结构，纤维纱绳缠绕于纱架上。

具体地，作为所述绕纱筒5的一种具体实施方式，所述绕纱筒5包括两个的法兰盘和位于两个法兰盘之间的筒体，所述绕纱筒5中空设置，两个所述法兰盘之间位于筒体外设置有多个杆体，所述杆体的两端分别固定连接在两个法兰盘上，多个杆体构成纱架，所述纱架与筒体之间存在间隙，使用前，先将纤维纱绳缠绕在纱架上，再将绕纱筒安装到转轴6上，有利于增大纤维纱绳与酸液的接触面积，提高酸沥滤效果。

而且，所述筒体上设置有若干通孔，酸液可以穿过通孔与纤维纱绳充分接触，从而进一步提高酸沥滤效果，提高产品质量的均匀性。

作为所述绕纱筒5的另一种具体实施方式，所述绕纱筒5包括两端的法兰盘，两个所述法兰盘之间设置有多个杆体，所述杆体的两端分别固定连接在两个法兰盘上，多个杆体构成纱架，纤维纱绳缠绕在纱架上，法兰盘可以通过常规螺栓或者螺纹连接到所述转轴6上，通过法兰盘可以将所述绕纱筒5可拆卸地连接到转轴6上。

所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以对于绕纱筒5和纱架做出其它不同形式的变化或变动，所述法兰盘也可以做出其它不同形式的变化或变动。

进一步地，所述纱架的截面是杆体支撑而成的正多边形结构，所述纱架的截面的正多边形结构的边数为3-30。通过采用截面为具有3-30之间边数的正多边形结构的纱架不仅可以改善纱架与纤维纱绳接触点过小使其在以转动方式酸沥滤之后易出现散乱而影响水洗效果的情况发生，也能够减少酸沥滤时间，提高酸沥滤反应的质量，实现高硅氧玻璃纤维纱绳中氧化硅含量的均匀性。

具体地，所述驱动电机可以为正反驱动电机，用于驱动所述转轴6正向或反向旋转。通过正反驱动电机实现了正向转动和反向转动交替进行的方式来带动卷绕装置转动，促进纤维纱绳与酸液接触更加充分，也避免了水洗不彻底的问题，进一步增强酸沥滤效果，提高批次间产品的一致性。

优选地，所述酸沥滤槽内侧壁与底壁之间具有弧形过渡，改善了酸液在侧壁与底壁之间处扰动加剧的情况，有利于酸液平缓流动，促进酸沥滤反应的均匀性，有利于提高氧化硅含量均匀性，提高产品的质量，也有利于喷淋时从纤维纱绳上喷淋下来的余酸通过排酸口顺流直接流出酸沥滤槽，避免出现排酸死角，从而进一步减少酸沥滤后水洗的用水量和水洗次数，节省水资源并降低废酸废水处理费用。

所述酸沥滤槽1的底部还可以连通有排酸管，排酸管用于在酸沥滤结束后将酸沥滤槽1内的酸液排出，所述排酸管可以连通于出酸口8与热交换器之间的管道上。

如图1所示，所述酸沥滤槽1上还设置有进水口11，使得使用一种装置可以同时完成酸沥滤过程和水洗过程，避免纤维纱绳移动或重新缠绕过程中被损坏。

如图1所示，所述酸沥滤槽1上还设置有喷淋装置，包括设置于所述酸沥滤槽1内壁上的第一喷淋管4，所述第一喷淋管4上设有第一喷孔。所述酸沥滤槽盖体2的内壁上的第二喷淋管3，所述第二喷淋管3上设有第二喷孔，第二喷淋管3设置有若干，本实施例中，第二喷淋管3设有两个，第二喷孔朝向所述载纱组件的方向开设。优选地，第一喷淋管4呈间隔陈列设置。

所述第一喷淋管4设置在与转轴6轴向平行的酸沥滤槽1的两侧壁上，优选地，第一喷淋管4设置有两组，两组第一喷淋管4相对于水平方向倾斜设置，倾斜角为30-60°，而且，第一喷淋管4的第一喷孔的开设为朝向转轴6的方向，两组第一喷淋管4沿与转轴6平行的方向间隔阵列设置，使得第一喷淋管4的第一喷孔喷出的水分能够遍及整个转轴6。

优选地，所述酸沥滤槽1为内部衬有耐酸高分子材料的钢体结构制作而成，所述转轴6和绕纱结构采用耐酸高分子材料制作而成；所述耐酸高分子材料为聚丙烯、无规共聚聚丙烯或聚四氟乙烯中的至少一种。

具体工艺流程如下：将纤维纱绳绕在纱架上，将绕纱筒5安装到转轴6上，然后向酸沥滤槽1中加入酸液，加入的酸液可以是预热到一定温度的酸液，然后在酸沥滤槽1上盖上酸沥滤槽盖体2；开启与热交换器连接的锅炉蒸汽，通过开启耐酸泵9，酸液从酸沥滤槽1的出酸口8流出经耐酸泵9进入热交换器进行换热，酸液在热交换器内吸热后经管道从进酸口7输入酸沥滤槽1中，不断循环，直到加热至酸沥滤设定温度，并维持该温度，在循环过程中，同时开启驱动电机驱动转轴6转动，转轴6转动带动绕纱筒5转动，使得纤维纱绳与酸液充分接触，从而使酸沥滤时酸液浓度可控，酸洗透彻，产品性能更优质、更稳定，酸沥滤过程中，酸液浓度控制在1.0-3.6n/l，反应温度控制在80-100℃，反应时间控制60-150min，纱架旋转速度控制在5-80转/分。酸沥滤结束后，关闭锅炉蒸汽和驱动电机，将酸沥滤槽1内的酸液排出，然后开启驱动转轴6转动，转轴6转动带动绕纱筒5转动，通过酸沥滤槽盖体2上的第二喷淋管3和酸槽内侧壁上的第一喷淋管4向酸沥滤槽1内喷淋水分，对酸洗后的绕纱筒5上的纱线进行喷淋，先清洗酸沥滤后绕纱筒5上的纤维纱绳上残留的余酸，然后通过进水口11向酸沥滤槽1注入水分，同时启动驱动电机带动绕纱筒5转动，进行水洗，通过先喷淋再水洗能够减少酸沥滤后水洗的用水量和水洗次数，节省水资源并降低废酸废水的中和处理费用。

实施例2高硅氧玻璃纤维纱绳的生产工艺

酸沥滤：将三元钠硼硅酸盐玻璃纤维纱绳(规格：bc8-220s120)以卷绕比为3.14绕在耐酸纱架上，其中，选用的纱架截面为正六边形结构，纱架的外接圆的半径为500cm，卷绕的纤维纱绳的纱层厚度为2.6cm，然后将纱架通过转轴转动连接于酸沥滤槽内；使用当量浓度为3.1n/l的盐酸溶液作为酸液，将该盐酸溶液注入耐酸热交换器中加热至50℃后注入酸沥滤槽中；然后启动纱架转动，控制纱架转动速度为20rpm，同时将酸沥滤槽中的酸液再经过泵输入热交换器中进行循环加热，直到酸液的温度为95℃，然后维持酸液温度为95℃下保温反应100min。

水洗：酸沥滤完毕后，将酸沥滤槽中的酸液排出，控制纱架以20rpm的速度转动，同时用62℃的水对纤维纱绳的表面进行喷淋水洗10min，然后向酸沥滤槽内注入62℃水对纤维纱绳浸泡水洗30min，排水完毕，淋干纤维纱绳内吸附的水，之后再次控制纱架以20rpm的速度转动，同时用62℃的水对纤维纱绳的表面进行喷淋水洗10min，然后向酸沥滤槽内注入62℃的水对纤维纱绳浸泡水洗30min，此时测定纤维纱绳表面的ph值为6.8，水洗完成。

烘干和烧结：将水洗后的纤维纱绳置于120℃下烘干90min，去除表面吸附的水分，然后进行第一次烧结，以6℃/min的升温速率从120℃升至600℃，然后保温30min，再进行二次烧结，以4℃/min的升温速率从600℃继续升温到730℃，然后保温30min，然后自然冷却至常温，烧结完毕。

表面处理：采用单根纤维纱绳分别通过浸胶槽并浸没于浸胶槽内的胶水中，进行充分浸胶，该胶水为增强型树脂胶水，然后在150℃的烘干炉中烘干，再用分纱卷绕设备卷绕成型，制得高硅氧玻璃纤维纱绳。

采用该工艺重复进行5轮次的酸沥滤、水洗、烘干和烧结、表面处理，制备得到5个不同批次的高硅氧玻璃纤维纱绳。

按照gjb1873-1994标准，分别对5批高硅氧玻璃纤维纱绳进行氧化硅含量测定，见表1所示；按照gb/t7690.3－2001标准，分别对5批高硅氧玻璃纤维纱绳进行强力测定，分别测定五个批次的样本的强力，其中从每个批次中随机筛选出5个样本进行分别测定，计算得到批间强力变异系数和批内强力变异系数，结果见下表2所示。

从表1和表2可知，不同批次的sio2平均含量为97.36％，批次间变异系数仅为0.15％，平均强力为67.6n，强力批次内变异系数不大于3.9％，批次间变异系数为5.1％，表明制得的高硅氧玻璃纤维纱绳中氧化硅含量和强力变异系数的均匀性好，产品的品质优良。

表1高硅氧玻璃纤维纱绳中的氧化硅含量结果

表2高硅氧玻璃纤维纱绳的批内强力和批间强力测定结果

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。