專利名稱：一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，特別適用于高速度干濕法紡聚 對苯二甲酰對苯二胺纖維。
背景技術(shù)：
11935年，美國杜邦公司科學(xué)家Carothers發(fā)明了脂肪族聚酰胺纖維(即聚己 二酰己二胺〈尼龍66〉纖維)，從此，為聚酰胺纖維應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域開辟了新天地， 其中以杜邦公司1966年發(fā)表令人注目的高性能聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，其正式 的商品名為Kevlar (我國簡稱對位芳綸，芳綸1414和芳綸ID 。因其具有高強 度、高模量和耐高溫的等特性，目前廣泛用于輪胎簾子線、高強度索具、高壓容器 外殼、汽車磨擦片、建筑土工材料、代替鋼鐵的各種增強復(fù)合材料、輸送帶、特種 帆布等。在軍事方面如制作防彈衣、頭盔、導(dǎo)彈外殼、裝甲板、雷達裝置外罩等。 由于它的用途十分廣泛，曾被稱為"全能纖維"，目前已有170多種用途。自1971年杜邦公司完成試生產(chǎn)設(shè)備(100 200 t/a)生產(chǎn)以來，經(jīng)過多次擴產(chǎn) 和合資，目前杜邦公司的Kevlar⑩生產(chǎn)能力已超過3萬t/a。日本帝人公司在松山 工廠剛開始生產(chǎn)高強度的共聚對位芳綸纖維，在收購荷蘭阿克蘇公司的T'waron纖維 和多次擴產(chǎn)后，目前已達到2.5萬t/a。這兩家公司占據(jù)了世界上對位芳綸纖維生 產(chǎn)量的98%。同期研究開發(fā)對位芳香族聚酰胺的還有其它一些纖維公司，大多因為高分子的 相對分子量做不高、溶解方面選不出合格的溶劑等困難而終止了研究。而我國從20 世紀80年代也開始了對位芳綸纖維的研究，當(dāng)時在樹脂聚合方面取得了突破性的進 展，但在紡絲方面特別是實現(xiàn)高紡速而不降低纖維強度方面一直沒有取得突破，這 就限制了商品工業(yè)化的發(fā)展。目前我國使用的對位芳綸纖維全部靠進口，進口價格近幾年狂漲(8年內(nèi)漲了 15倍)。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，對位芳輪的需求量逐年增加，2006年達到 兩千多噸，主要用于防護材料，汽車輪胎簾子線，光纜增強材料等行業(yè)，是我國國 民經(jīng)濟不可缺少的關(guān)鍵材料，所以實現(xiàn)我國對位芳綸纖維產(chǎn)業(yè)化就顯得尤為重要。.將對位芳綸樹脂溶解在濃硫酸中，到臨界濃度時形成高分子液晶溶液，將該液 晶溶液通過一層非凝固性的氣體進入到凝固浴槽中，隨后新生纖維和凝固液一起通 過紡絲管，再經(jīng)過洗滌干燥等工藝，這樣便是一個完整的對位芳綸干噴濕法紡絲過 程。這個過程能夠?qū)嶋H運用于商業(yè)生產(chǎn)，如何實現(xiàn)高速度的紡絲就變得尤為重要。一般的干噴濕法紡絲凝固裝置在紡絲速度較高時，會導(dǎo)致纖維的強度下降，因此， 一個允許高速度紡絲而不影響纖維其它性能的改進凝固裝置就變得尤為突出。本發(fā) 明就是針對這種紡絲改進過程而設(shè)計的凝固裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種實現(xiàn)高速度干噴濕法紡絲，而不影響強度的用于高紡 速干噴濕法紡絲的凝固裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，包括一個凝固盤和與凝固盤下端連接 的紡絲管，其特征在于凝固盤的四周為灌注凝固液的壓力倉，其上設(shè)有凝固液進 口和出口，壓力倉的頂部設(shè)置有溢流板和密封板；所述凝固盤中部的溢流口與紡絲 管管口位置對應(yīng)，紡絲管管壁四周設(shè)置有噴液管。所述噴液管上端匯聚成錐形，在紡絲管管口處，以向下呈一定角度對稱布置。所述壓力倉的外周設(shè)置有位置高于密封板的溢流槽。所述壓力倉內(nèi)設(shè)有填充物。本發(fā)明中凝固盤是一個碟狀的圓盤，從圓盤四周壁即壓力倉上進入的凝固液Q1 不僅是對在非凝固性氣體中已經(jīng)拉伸和取向好的纖維起到一種冷卻固化定型和萃取 溶劑的作用，同時還提供一種恒定的、水平的、非湍流的凝固液和纖維的流動方式 進入到溢流口，這樣可以減小纖維在定型初期因擾動而產(chǎn)生斷絲。本發(fā)明中凝固盤內(nèi)的凝固液也叫滯留層，其厚度可以通過調(diào)節(jié)凝固盤上溢流板 的厚度來滿足要求。本發(fā)明中紡絲管是與噴絲頭同軸向設(shè)置的，帶有夾套，噴液管位于夾套內(nèi)。從 紡絲管夾套進來的凝固液Q2以向下成一定角度均勻?qū)ΨQ地噴射到從凝固盤溢流口 出來的纖維上，纖維在此停留短暫時間進入和合并在一起的凝固液進入到紡絲管， 紡絲管入口處的噴射性凝固液不但對纖維起到進一步萃取溶劑洗滌的作用，同時還 是實現(xiàn)纖維高速度紡絲而不影響纖維其它性能的一步關(guān)鍵操作。這是因為高速噴進 的凝固液形成一個向下的吸力，該吸力施加到經(jīng)過此處的纖維上，從而在纖維內(nèi)部 形成一個向下的張力，該張力使得從噴絲板出來的纖維在非凝固性氣體層中完成拉 伸和高度取向。本發(fā)明凝固盤和紡絲管最好是圓形的，這樣凝固液分布比較均勻。 本發(fā)明中凝固液的噴射速度和紡絲速度成正比。本發(fā)明特別適用于高速度干濕法紡聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，紡絲速度為250m/mi n 800m/mi n 。 本發(fā)明工作過程是紡絲溶液從紡絲板噴出后，向下豎直地通過一個非凝面性的氣體層，進入到裝有 凝固液的凝固浴盤中，隨后新生纖維和凝固浴液體一起高速通過一個與噴絲頭在同一個軸向的紡絲管，在紡絲管入口處，有大量的凝固液均勻?qū)ΨQ地噴射到纖維上， 隨后再與溢流到紡絲管帶纖維的凝固液一起流經(jīng)紡絲管，隨后其它的操作同其它紡 絲一樣。本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在本發(fā)明特別適用干濕法的高速紡絲，且還不影響纖維的其它性能。 一般的干濕 法凝固裝置紡絲速度為150m/min左右，如果提高紡絲速度，纖維的強度等性能會大 大降低，本發(fā)明的紡絲速度可以達到800m/min，纖維的其它性能基本上不受影響， 這在工業(yè)上是非常有經(jīng)濟價值，可以大大提高企業(yè)的產(chǎn)率，從而降低生產(chǎn)成本。


圖1是適用于本發(fā)明的一個紡絲過程簡易流程圖 圖2 —般干濕法紡絲的凝固裝置示意圖 圖3本發(fā)明凝固裝置結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
在圖1中，紡絲溶液經(jīng)過計量泵計量后輸送到包含噴絲板的紡絲組件1，從噴 絲板出來的纖維經(jīng)過一層非凝固性的氣體層2進行拉伸和取向，然后進入凝固盤3 中，在此纖維經(jīng)過凝固、冷卻、定型，隨后新生纖維和凝固液一起高速度地進入凝 固盤的溢流口，然后纖維依次通過紡絲管4、導(dǎo)向裝置5，洗滌環(huán)6、 7、 8，干燥環(huán) 9，最后在收絲機10處收絲。圖2是一般常用的干噴濕紡的凝固裝置結(jié)構(gòu)圖。纖維從紡絲組件l噴出后，經(jīng) 過在非凝固性的氣體層2中拉伸和取向，再進入到凝固槽中進行凝固沉淀。圖3是本發(fā)明的凝固裝置結(jié)構(gòu)圖。整個凝固盤是一個以16作為支撐，17表面 為碟狀的一個圓盤，凝固液穿過進口 15進入到壓力倉14中，為使凝固液以一種恒 定的、水平的、非湍流輻射型方式進入凝固盤中，壓力倉內(nèi)裝填了一些瓷環(huán)、玻璃 珠等一些填充物，凝固液通過孔18進入到凝固盤中凝固、定型纖維，隨后凝固液再 帶動纖維一起流進溢流口 19，纖維到達紡絲管入口處時，從通道24、 21、 20進來 的凝固液均勻、對稱地噴射到纖維上，噴射方向與纖維流動方向呈一定夾角(0° 80° )，之后纖維與合并的凝固液一起通過紡絲管22 (該部分紡絲管內(nèi)徑較小，凝 固液在此是充滿的)、23 (該部分紡絲管內(nèi)徑較大，凝固液與纖維部分分離開來)， 進入后面洗滌工序。凝固盤內(nèi)裝的液體層也就是從凝固盤底部到凝固盤上液面的垂直距離間的液體 稱為"滯留層"。為維持滯留層的高度恒定，可適當(dāng)調(diào)大進入凝固盤中的液體，使 少量凝固液漫過密封板12進入到溢流槽11中，這樣凝固液的高度就不會隨后面流 程的影響而波動，而滯留層的高度可以通過調(diào)整溢流板13的厚度來加以調(diào)整。下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1 '用一個配置類似于圖1所示的裝置，將一個包括18. 0% 19. 5% (重量百分比) 其比濃粘度為6.0的聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂溶解在100%H2S04中(溶解溫度為 70 9(TC)制成的紡絲溶液加壓依次通過過濾器、計量泵、以及從裝有直徑為4. 8cm、 孔數(shù)為IOOO孔的噴絲板的紡絲組件內(nèi)噴出，然后再依次通過一定厚度的空氣帶、一 定厚度的凝固液(溫度控制在0" 15。C， H2S04濃度為0% 15% (wt))滯留層， 之后纖維被紡絲管處噴射液體形成的吸力拖進紡絲管，然后纖維再經(jīng)過水洗、中和、 干燥、上油、收絲，取樣分析。實施例2操作過程和例1一樣，只不過通過更換凝固盤內(nèi)溢流板的厚度來調(diào)節(jié)滯留層的 厚度(14mm 76mm)，取樣分析，看纖維性能有何變化。 實施例3操作過程和例1 一樣，只不過調(diào)節(jié)噴射凝固液的流速(200m/min 750m/min) 來控制纖維所受的張力，取樣分析，看纖維性能有何變化。
權(quán)利要求
1、一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，包括一個凝固盤和與凝固盤下端連接的紡絲管，其特征在于凝固盤的四周為灌注凝固液的壓力倉，其上設(shè)有凝固液進口和出口，壓力倉的頂部設(shè)置有溢流板和密封板；所述凝固盤中部的溢流口與紡絲管管口位置對應(yīng)，紡絲管管壁四周設(shè)置有噴液管。
2、 按照權(quán)利要求l所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于 所述噴液管上端匯聚成錐形，在紡絲管管口處，以向下呈一定角度對稱布置。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在 于所述壓力倉內(nèi)設(shè)有填充物。
4、 按照權(quán)利要求3所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于 所述壓力倉的外周設(shè)置有位置高于密封板的溢流槽。
5、 按照權(quán)利要求4所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于 凝固盤內(nèi)的凝固液厚度通過調(diào)節(jié)凝固盤上溢流板的厚度來控制。
6、 按照權(quán)利要求3所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于 紡絲管與噴絲頭同軸向的，紡絲管帶有夾套，噴液管位于夾套內(nèi)。
7、 按照權(quán)利要求6所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于 噴液管內(nèi)凝固液的噴射速度和紡絲速度成比例。
8、 按照權(quán)利要求6所述一種用于高紡速干濕法紡絲的凝固裝置，其特征在于所適用的紡絲速度為250m/min 800m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)高速度干噴濕法紡絲而不影響強度的用于高紡速干噴濕法紡絲的凝固裝置。包括一個凝固盤和與凝固盤下端連接的紡絲管，其特征在于凝固盤的四周為灌注凝固液的壓力倉，其上設(shè)有凝固液進口和出口，壓力倉的頂部設(shè)置有溢流板和密封板；所述凝固盤中部的溢流口與紡絲管管口位置對應(yīng)，紡絲管管壁四周設(shè)置有噴液管。本發(fā)明的紡絲速度可以達到800m/min，纖維的其它性能基本上不受影響。
文檔編號D01D5/04GK101215721SQ200710051058
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日
發(fā)明者崔曉靜, 濤 彭, 李蘭英, 王鳳德, 鋒 邱 申請人:中藍晨光化工研究院有限公司