專利名稱：立霧式化學纖維成型方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學纖維制造領域，尤其涉及一種立霧式化學纖維成型方法。
背景技術：
纖維是以天然的或合成的高聚物為原料而加工成為細長而柔韌的物質(zhì)。從原料來 源來分類，化學纖維可分成再生纖維和合成纖維兩大類。合成纖維是用合成高聚物(樹脂) 為原料而紡制得到的纖維，其中占合成纖維總量60%以上的為聚酯纖維，也稱為滌綸。還 有聚酰胺(尼龍)、聚丙烯(丙綸)、聚丙烯腈(腈綸)等；其次，聚乙烯醇(維尼龍)、聚氨 酯(氨綸)等。再生纖維為以天然的高聚物為原料，經(jīng)過物理、或物理化學處理，用專用設 備而制得的纖維，如纖維素纖維(棉短絨再生粘膠纖維、玉米纖維、竹纖維、秸稈等再生纖 維)、蛋白質(zhì)纖維(牛奶纖維)、甲殼質(zhì)纖維等。按照纖維的長度來分類可分成長絲與短纖維。長絲是連續(xù)的，常以千米長度來計 算。短纖維是指切斷成類似于天然纖維長度的纖維，長度通常以毫米計算。根據(jù)長度和用 途區(qū)分，一般可分成超短纖維、短纖維、中長纖維和毛型短纖維。目前，全世界化學纖維總產(chǎn) 量達到纖維總需求量的60%以上。化學纖維中90%以上為合成纖維，再生纖維素纖維不到 10%?；瘜W纖維中長絲和短纖維的總比例基本上各為50%。紡絲成型是指以含有一定天然纖維素含量的高分子材料或合成高聚物所制備成 具有一定粘度和流動性的原液(用于溶劑紡)或熔體(用于熔融紡)，經(jīng)過計量泵以一定壓 力通過噴絲頭孔形成的穩(wěn)定的細流后，通過特殊設計的冷卻(或高溫揮發(fā))成型裝置，逐漸 固化成為具有一定機械性能的絲條(纖維)的過程?，F(xiàn)有的化學纖維紡絲成型技術可分成兩大類熔融紡和溶劑(溶液)紡。化學纖 維冷卻成型的介質(zhì)有空氣(惰性氣體)冷卻、水冷卻、溶劑(溶液)冷卻等形式。具體的又 可以細分為熔體紡、干法紡、濕法紡、干噴濕法等。熔融紡要求成纖高聚物其分解溫度(Td)高于熔融點(Tm)或流動溫度(Ts)的分 子成線性排列的高聚物才能采用該紡絲方法。所用的熔體紡中由于其熔體溫度遠遠高于空 氣，一般以空氣作為冷卻介質(zhì)，隨手可得，生產(chǎn)成本低廉。經(jīng)恒溫恒壓恒濕處理后的空氣通 過專門設計的整流裝置，均勻地與纖維運行方向成90°夾角吹到熱的絲條表面；熔融的熔 體細流和低溫的潔凈氣流之間發(fā)生熱交換，細流沿紡程從外到內(nèi)逐漸固化成為絲條，經(jīng)導 絲輥集為一束纖維進入下一工段。常見的整流裝置為側吹風窗和環(huán)吹風頭套等。吹風整流 裝置的結構設計關鍵為吹風有效面積和整流過濾材料的選擇，以保證滿足絲條需冷量的同 時，風速均勻有效地吹到各根絲條表面，形成品質(zhì)均勻和優(yōu)良的初生纖維。吹風窗(頭套) 有效吹風高度、面積和絲條的固化點的控制、纖維的纖度大小、單紡位的產(chǎn)量密切相關。紡 絲速度長絲目前產(chǎn)業(yè)化的速度在2000 6000m/min ；短纖維在500 1800m/min。此種方 法絲條離開噴絲板后立即進入水中成型。吸收了熔體熱量的水用冷交換原理降溫，冷媒采 用< 8°C的水。雖然與空氣冷卻相比，冷卻效果很好，但是冷量的損耗非常大。適用于溶劑紡的干法紡的設備和原理與熔紡冷卻成型原理不同，它是采用高溫惰性氣體強制對流，來帶走紡絲原液細流中揮發(fā)出來的溶劑。氣體在經(jīng)過冷卻分離，再加熱循 環(huán)使用；絲條在充滿氣體的管狀甬道中冷卻成型，冷卻風與絲條運行方向相同。優(yōu)點是絲條 運行在空氣(惰性)氣體內(nèi)，運動阻尼非常小，氣流隨絲條向下牽引力的作用同向在甬道下 部流出，自然的有序的氣流減少了擾動和發(fā)生概率，有利于得到高品質(zhì)的絲條。干法溶劑紡 紡絲速度可達到2000m/min，而且紡絲設備豎向布置，占地面積小。缺點是紡絲工段建筑物 高度比溶劑紡濕紡、干噴濕法高，受到建筑物高度的制約(造價)，噴絲板孔數(shù)量和單根絲 的纖度都受到一定制約。對于分解溫度低于熔融點的成纖高聚物(或熔紡單絲纖度> 20d)的纖維多采用 濕法紡或干噴濕法(浸沒式水冷卻法)。濕法紡所用的設備如圖1所示，溶劑紡原液通過計量泵2和過濾器3進入到噴絲 板4中，噴絲板4放置在凝固浴槽14中被凝固浴液浸沒。噴絲板4噴出的原液細流在凝固 浴液中同時發(fā)生冷卻和相分離過程，以得到表面固化內(nèi)部初步產(chǎn)生相分離的絲條，然后由 導絲轉向輥8帶出纖維絲，通過導絲輥9進入后處理階段完成；一般凝固點的長度控制在 100 300cm。這種方法的優(yōu)點是，20°C水的比容是20°C空氣的4. 13倍，導熱系數(shù)是23. 73 倍；水與空氣相比，是優(yōu)良的傳熱體和貯能體；因此噴絲板4的噴絲孔數(shù)(束纖維的根數(shù)) 和單絲纖度遠遠高于熔紡，最高可達200000孔；采用水冷的熔紡的單絲纖度> 20d，甚至可 以達到200d 500d。同時浴液采用主輔槽循環(huán)，工藝條件穩(wěn)定，控制方法簡便，易操作，適 用于所有溶劑紡成纖高聚物。缺點是(1)原液細流在凝固浴液中，受液-液之間傳質(zhì)速率和兩種流體界面之間 摩擦力的影響，為了避免原液細流表面破裂，濕紡的紡絲速度控制< lOOm/min，一般僅為 15 SOm/min。因此，單紡位產(chǎn)能較低，紡絲設備投資高，占地面積大。(2)為了保證每一瞬 時凝固浴槽內(nèi)的浴液溫度和濃度的相對恒定，必須及時消化進入凝固浴液的原液帶入的熱 量和溶劑(濃相)，濕法紡(包括干噴濕法)工藝的做法是——采用大浴比方式增加凝固 浴輔槽的容積和提高凝固浴液的循環(huán)次數(shù)。輔槽設備投資、建筑占地和能耗都相應較高。干噴濕法所用的設備如圖2所示，在濕法紡的基礎上在噴絲板4和凝固浴槽14之 間增加氣隙10，使得溶(熔)體細流離開噴絲板4進入氣隙中與周圍氣體先發(fā)生熱量交換， 表面形成一層固化薄膜，細流表面與周圍氣體介質(zhì)之間的摩擦力變小，從而提高了紡速，并 且光滑而又固化的絲條表面在降低與浴液之間的摩擦系數(shù)的同時又保留了濕法紡在凝固 浴槽中傳熱傳質(zhì)速度快的優(yōu)點，據(jù)報道，紡速在80 lOOm/min。缺點是(1)氣隙控制技術受到氣隙長度、氣流速度、氣流溫度、氣流介質(zhì)回收成本 的影響，難度非常大。(2)初生絲條與氣隙中空氣只發(fā)生熱交換表面初步冷卻固化即進入凝 固浴，受絲條內(nèi)部和浴液之間的傳質(zhì)速度影響，紡速提高受到一定限制。(3)氣隙過大，初生 纖維表面固化過快，易產(chǎn)生原纖化，影響后道可紡性；氣隙過小，固化效果不明顯，且噴絲板 面與液面距離過小，生頭操作在液下進行，難度較大，制約了噴絲孔數(shù)量的增加，根據(jù)已披 露的資料，紡絲孔最高達到30000孔/位。(4)和傳統(tǒng)濕法紡工藝一樣也采用大浴比的方式 來控制凝固浴的溫度和濃度的相對穩(wěn)定。這部分設備投資、土建占地和能耗都非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種立霧式化學纖維成型方法，該方法采用立式的凝固室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的凝固浴槽，使得向下運行的絲條在充滿霧化浴液的凝固室中進行冷 卻和固化，紡絲速度快、土建成本低。一種立霧式化學纖維成型方法，包括以下步驟1)紡絲原料經(jīng)過分配管、計量泵和過濾器后進入紡絲組件的噴絲板；2)氣隙冷卻噴絲板向下噴出絲條通過噴絲板和凝固室之間的氣隙，絲條表面初 步冷卻固化形成初生絲條；3)凝固室冷卻凝固絲條通過氣隙后進入凝固室，凝固室兩側的霧化噴嘴對絲條 噴射浴液，使得絲條在向下運行中進一步冷卻凝固；4)集束浴絲條和浴液同時連續(xù)進入集束浴槽，在集束浴槽中絲條由外至內(nèi)繼續(xù) 固化，在導絲轉向輥作用下匯集成一束絲片；5)后處理工段通過集束浴內(nèi)的導絲轉向輥導出的絲片經(jīng)過導絲輥進入后處理 工段結束紡絲流程。所述的凝固室下端安裝集束浴槽邊，其與集束浴槽相連處連為一體，另兩側敞開。初步固化的絲條進入集束浴槽后，絲條在集束浴槽中行進速度為100 350m/min。當進行溶劑紡時，所述的紡絲原料為濃度70% 90%、溫度60 90°C有機溶劑制 備的紡絲原液，凝固室中霧化噴嘴噴出的浴液為濃度10% 17%、溫度10 25°C的氧化甲 基嗎啉溶劑。所述的后處理工段包括牽伸、切斷、水洗、漂白、上油、干燥和打包。當進行熔融紡時，所述的紡絲原料為100%紡絲原料、熔體溫度200 350°C，所述 的凝固室中霧化噴嘴噴出浴液為水，溫度16 30°C。本發(fā)明的立霧式化學纖維成型方法，其立式凝固室內(nèi)形成一個霧化浴液和空氣包 圍的氣氛，替代了傳統(tǒng)濕法紡絲或干噴濕法紡絲方法中液態(tài)的絲條被液態(tài)的凝固浴介質(zhì)所 包圍的狀況，將液——液之間的摩擦運動改為液——霧+氣，使得紡絲速度很容易地提高1 倍至數(shù)倍以上，大大提高了產(chǎn)能，噴絲板面到集束液面距離從300mm可提高到500mm以上， 方便多孔生頭操作；絲條的熱量一部分散發(fā)到空氣，一部分被噴到絲條上的霧化液體帶走，霧化液體 的需求(流量、溫度和濃度)的控制可以根據(jù)絲條成型實際需求量而單獨配置，控制精度 高，節(jié)約冷量，噴絲板的孔數(shù)也可以達到200000孔以上，在同樣的產(chǎn)能下，紡位數(shù)量減少。 集束浴槽中絲條基本成型，減小了絲條在集束浴槽中運行的摩擦阻力，提高了紡絲速度，而 且集束浴槽中浴液濃度和溫度對纖維品質(zhì)影響甚少，集束浴輔槽的容積和循環(huán)泵設置僅考 慮工藝操作彈性使用小浴比循環(huán)即可，節(jié)約了設備投資和土建投資降低了運行成本。采用立式霧化冷卻凝固，每根絲條每時每刻都被連續(xù)噴出的新鮮液膜均勻地包裹 著、更新著，每根絲條與霧化液珠射出方向呈一定夾角，與絲條內(nèi)部到表面的傳熱、傳質(zhì)方 向平行，因此冷卻固化十分均勻，避免了原纖化的產(chǎn)生，所得到的絲條機械性能具有特殊的 品質(zhì)，可以推廣應用于采用現(xiàn)有空氣作為冷卻介質(zhì)所不能紡制的粗旦熔紡纖維(> 20旦/ 根)的冷卻成型。


圖1為現(xiàn)有的濕法(凝固浴)紡原理框圖2為現(xiàn)有的干噴濕法原理框圖；圖3為本發(fā)明立霧式化學纖維成型方法的原理框圖。圖中1溶體分配管、2計量泵、3過濾器、4噴絲板、5凝固室、6集束浴槽、7集束浴 輔槽、8導絲轉向輥、9導絲輥、10氣隙、11霧化噴嘴、12中間槽、13高位槽、14凝固浴槽。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領域技術人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。實施例1如圖3所示，一種立霧式化學纖維成型方法進行溶劑紡時，首先紡絲原料為紡絲原液，溫度60 90°C、氧化甲基嗎啉(NMMO) 溶劑濃度70 90 %，從溶體分配管1送入后經(jīng)過計量泵2和過濾器3后進入紡絲組件的噴 絲板4，通過噴絲板4導孔向下擠出的原液細流(絲條)通過噴絲板4和凝固室5之間的氣 隙10，可以調(diào)整霧化噴嘴11，讓霧氣充滿氣隙10，霧液溫度為室溫，氣隙10間充滿室溫的空 氣，絲條表面初步冷卻固化成初生絲條；相對于傳統(tǒng)的干噴濕法工藝來講，初生纖維表面冷 卻固化條件溫和，原纖化發(fā)生概率大大降低，而且空氣通過氣隙隨下行絲條不斷補充進入 凝固室內(nèi)，通過氣隙高度的優(yōu)化，可調(diào)節(jié)空氣進入量和霧化量，基本可以消除原纖化發(fā)生。然后絲條通過氣隙10后進入凝固室5，凝固室5兩側的霧化噴嘴11對絲條噴射浴 液對絲條冷卻，霧化噴嘴11的分布數(shù)量根據(jù)成型狀況設定，浴液為濃度10% 17%、溫度 10 25°C的氧化甲基嗎啉溶劑；最后絲條和霧化噴嘴11噴出的浴液落入和凝固室5密封相連的集束浴槽6中， 絲條在集束浴槽6中集束，通過導絲轉向輥8匯集成一束絲片經(jīng)過導絲輥9導出直接進入 后處理工段，進行牽伸、切斷、水洗漂白、上油、干燥和打包后完成整個生產(chǎn)，因絲條在進入 集束浴槽6前表面已固化，在水中運行的摩擦阻力大大減小，因此，紡速可以提高到100 350m/mino集束浴池6中不斷從凝固室下部收集的浴液通過集束浴輔槽7進行循環(huán)使用和回 收，其中一部分送去回收工段凈化處理后為紡絲原液工段溶解使用，另一部分先送入高位 槽13濃度補正后進入中間槽12，由霧化計量泵1送入霧化噴嘴11作為霧化凝固液使用； 后處理水洗過程中產(chǎn)生的洗絲水全部被送入高位槽13作為霧化浴液濃度補正之用。所述的氣隙10的高度在本例中為20mm，在凝固室中保證霧化噴嘴11的射流角度 在垂直和水平方向均必需覆蓋所有絲條，以保證每根絲條在向下運行過程中，每一瞬間表 面都被浴液霧滴所沾附，形成薄薄的液膜，每組兩側水平對稱分布的霧化噴嘴11來自同一 臺計量泵2提供凝固浴液，每個噴嘴的噴出壓力相等，保證每一水平方向，凝固浴液霧滴對 絲條表面的瞬間的沖擊力和噴出量相同，絲條和環(huán)境之間的運動阻力為液-霧氣之間的阻 力，運動摩擦力與現(xiàn)有的浸沒式的液-液方法相比大大減小。絲條表面始終包裹著液體，防 止了細流表面的過早固化，產(chǎn)生原纖化等造成后處理拉伸性能差。紡絲速度也可以1倍乃 至數(shù)倍于傳統(tǒng)的濕紡和干噴濕紡，絲條依靠自身的重力，穿過氣隙、凝固室，進入集束浴槽中在此過程中基本形成初生纖維，從噴絲板到集束浴槽液面距離> 500mm，方便生頭操作， 噴絲板的孔數(shù)也可以達到200000孔以上。因此，在提高生產(chǎn)效率的同時，大大縮短了紡絲 車間的長度和寬度，降低了設備和土建投資。以下3個案例產(chǎn)品規(guī)格相同=2. 22dtex,總的噴絲板孔數(shù)相等=160000孔，紡 絲成型工藝不同，產(chǎn)能和土建比較的數(shù)據(jù)如下表所示
權利要求
一種立霧式化學纖維成型方法，其特征是，包括以下步驟1)紡絲原料經(jīng)過分配管、計量泵和過濾器后進入紡絲組件的噴絲板；2)氣隙冷卻噴絲板向下噴出絲條通過噴絲板和凝固室之間的氣隙，絲條表面初步冷卻固化形成初生絲條；3)凝固室冷卻凝固絲條通過氣隙后進入凝固室，凝固室兩側的霧化噴嘴對絲條噴射浴液，使得絲條在向下運行中進一步冷卻凝固；4)集束浴絲條和浴液同時連續(xù)進入集束浴槽，在集束浴槽中絲條由外至內(nèi)繼續(xù)固化，在導絲轉向輥作用下匯集成一束絲片；5)后處理工段通過集束浴槽內(nèi)的導絲轉向輥導出的絲片經(jīng)過導絲輥進入后處理工段結束紡絲流程。
2.如權利要求1所述的立霧式化學纖維成型方法，其特征是所述的凝固室下端安裝 集束浴槽邊，其與集束浴槽相連處連為一體，另兩側敞開。
3.如權利要求1所述的立霧式化學纖維成型方法，其特征是初步固化的絲條進入集 束浴槽后，絲條在集束浴槽中行進速度為100 350m/min。
4.如權利要求1 3中任意一權利要求所述的立霧式化學纖維成型方法，其特征是 當進行溶劑紡時，所述的紡絲原料為濃度70% 90%、溫度60 90°C的氧化甲基嗎啉溶劑 的紡絲原液，凝固室中霧化噴嘴噴出的浴液為濃度10% 17%、溫度10 25°C的氧化甲基 嗎啉溶劑。
5.如權利要求4所述的立霧式化學纖維成型方法，其特征是所述的后處理工段包括 牽伸、切斷、水洗、漂白、上油、干燥和打包。
6.如權利要求1 3中任意一權利要求所述的立霧式化學纖維成型方法，其特征是 當進行熔融紡時，所述的紡絲原料為100%紡絲原料、熔體溫度200 350°C，所述的凝固室 中霧化噴嘴噴出浴液為水，溫度16 30°C。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學纖維制造領域，尤其涉及一種立霧式化學纖維成型方法。一種立霧式化學纖維成型方法，包括以下步驟1)紡絲原料經(jīng)過分配管、計量泵和過濾器后進入紡絲組件的噴絲板；2)氣隙冷卻；3)凝固室冷卻凝固；4)集束浴；5)后處理工段。本發(fā)明冷卻固化十分均勻，避免了原纖化的產(chǎn)生，所得到的絲條機械性能具有特殊的品質(zhì)；噴絲板面到集束液面距離＞500mm，生頭操作方便；紡絲速度能達到200～350m/min，大大提高了產(chǎn)能，節(jié)約了設備投資和土建投資降低了運行成本，可以推廣應用于采用現(xiàn)有空氣作為冷卻介質(zhì)所不能紡制的粗旦熔紡纖維(＞20旦/根)的冷卻成型。
文檔編號D01D10/00GK101988217SQ20091005589
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權日2009年8月4日
發(fā)明者來可華 申請人:上海太平洋紡織機械成套設備有限公司