專利名稱：溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置及冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)纖維生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種用于紡絲工序的冷卻裝置及方法，特別是指用于溶劑法纖維素纖維紡絲工序中的冷卻裝置及冷卻方法。
背景技術(shù)：
溶劑法制備纖維素纖維較普遍都采用干濕法紡絲，即紡絲時(shí)由噴絲孔噴出的纖維素溶液細(xì)流先經(jīng)過(guò)一氣隙區(qū)，在該氣隙周圍空氣環(huán)境下溶液細(xì)流逐漸冷卻，然后進(jìn)入凝固浴被凝固成形為絲條。由于紡絲過(guò)程中，紡絲溶液溫度較高，氣隙周圍的環(huán)境條件對(duì)細(xì)流固化后形成的纖維性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響，因此氣隙區(qū)的距離可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)噴絲孔的孔數(shù)增加時(shí)，由于熱量的積聚，使溶液細(xì)流冷卻凝固成絲變得困難，無(wú)法進(jìn)行必要的噴頭拉伸以促進(jìn)纖維結(jié)構(gòu)的形成。因此需要一個(gè)冷卻吹風(fēng)過(guò)程，使溶液細(xì)流在短距離和短時(shí)間內(nèi)迅速冷卻便于拉伸成型。為了實(shí)施該過(guò)程，所使用的吹風(fēng)冷卻裝置應(yīng)保證溶液細(xì)流均勻冷卻，使每個(gè)孔噴出的單絲互相不粘結(jié)，并能承受均勻的拉伸力。冷卻裝置的冷卻工藝通常由吹風(fēng)溫度、吹風(fēng)濕度、吹風(fēng)速度和吹風(fēng)位置四個(gè)參數(shù)來(lái)決定。
20世紀(jì)90年代起，關(guān)于溶劑法纖維素纖維的干濕紡絲法中的冷卻方法和冷卻裝置已經(jīng)有多項(xiàng)專利報(bào)道，其中奧地利連津格公司的WO-93-19230專利文獻(xiàn)中指出，紡制Lyocell長(zhǎng)絲時(shí)的氣隙中有冷卻功能，冷空氣的溫度選用-5～5℃，但專利中未涉及冷卻裝置。該公司于1994年又申請(qǐng)中國(guó)專利CN1111912，其中提出了一種冷卻裝置，裝置中有一個(gè)“環(huán)形凸起風(fēng)源，通過(guò)導(dǎo)管將穿過(guò)絲束的冷卻氣流導(dǎo)向噴絲嘴平面的下方”。這種裝置的缺點(diǎn)是必須配備環(huán)形排列的噴絲帽，使裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且操作比較困難。1998年，又有中國(guó)專利CN1236403A涉及吹風(fēng)冷卻的各種條件，并提出采用“側(cè)吹風(fēng)”方法，但未見(jiàn)具體裝置圖。英國(guó)考陶爾茲的WO-96-21758專利文獻(xiàn)中也介紹了冷卻方式及工藝參數(shù)，如將氣隙分為兩個(gè)區(qū)，可選用不同或相同的吹風(fēng)溫濕度進(jìn)行冷卻，吹風(fēng)方式是采用水平側(cè)向吹風(fēng)，風(fēng)源從一側(cè)噴嘴噴出并由對(duì)面吸嘴吸入，噴嘴與吸嘴面面相對(duì)。這種吹風(fēng)方式的缺點(diǎn)是吹出風(fēng)的分布不均勻，吹風(fēng)面局限性大，其裝置結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。在我國(guó)四川宜賓化纖廠所申報(bào)的中國(guó)專利CN1209473A中，則僅提出了噴絲板與凝固浴液面之間的距離即氣隙要控制在7～600mm，并沒(méi)有敘述其冷卻條件和冷卻裝置。
而一般熔融紡絲時(shí)的側(cè)向吹風(fēng)冷卻裝置，吹風(fēng)口高度為1000～2000mm，寬度為200～400mm。但由于冷卻裝置安裝位置不允許距噴絲出口太近，吹風(fēng)口上沿與噴絲板的垂直距離一般為100～500mm，吹風(fēng)速度僅為0.1～1.0m/s。(《合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)》第二版(下冊(cè))，中國(guó)紡織出版社，1996年，高等紡織院校教材，P88頁(yè)；《滌綸長(zhǎng)絲生產(chǎn)》，紡織工業(yè)出版社，1989年，P82頁(yè)；《化纖設(shè)備》，紡織工業(yè)出版社，1989年，高等紡織院校教材，P142頁(yè))發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置及冷卻方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中裝置比較復(fù)雜、操作困難和吹風(fēng)不均勻等缺陷。
本發(fā)明首先提供了一種溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置，該裝置為側(cè)向吹風(fēng)冷卻裝置，又稱為吹風(fēng)窗。將一種類似于熔融紡絲用的側(cè)吹風(fēng)冷卻裝置用于溶劑法纖維素纖維紡絲，本發(fā)明提供的冷卻裝置與熔融紡絲冷卻裝置在外型尺寸和安裝位置上做了很大變動(dòng)，該裝置包括風(fēng)機(jī)、空氣溫度調(diào)節(jié)器、控制閥、多孔板A、穩(wěn)壓室、多孔板B、絲網(wǎng)層、整流板和吹風(fēng)口；其中吹風(fēng)口的寬度為50～300mm，高度為10～300mm。
因?yàn)樵摾鋮s裝置是與紡絲裝置進(jìn)行連接，輔助纖維素纖維的紡絲，冷卻裝置與紡絲裝置之間的位置關(guān)系可看附圖2，其中冷卻裝置吹風(fēng)口上沿與紡絲裝置的噴絲板之間的垂直距離為0-10mm，吹風(fēng)口垂直面和噴絲組件中心線之間的水平距離為10～200mm。
而紡絲組件(10)由孔徑為0.07～0.25mm、100～30000孔的噴絲板(11)組成。
本發(fā)明還提供了利用上述冷卻裝置進(jìn)行溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻方法，該方法與傳統(tǒng)的熔融紡絲時(shí)采用的側(cè)向吹風(fēng)冷卻方式相似，只是根據(jù)上述冷卻裝置結(jié)構(gòu)及紡絲工藝要求的不同，調(diào)整了下述冷卻參數(shù)吹風(fēng)速度為2～12m/s，吹風(fēng)溫度為10～35℃，吹風(fēng)的相對(duì)濕度為10％～80％。
本發(fā)明專利所述的冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制吹風(fēng)的各種參數(shù)，冷卻效果好，紡絲順利。沒(méi)有單絲粘結(jié)現(xiàn)象，適用于100孔至30000孔的大型噴絲板，紡絲成品質(zhì)量?jī)?yōu)良。
與常規(guī)熔融紡絲的側(cè)向吹風(fēng)裝置相似、設(shè)備易獲得、易控制吹風(fēng)的各種參數(shù)，兩者主要不同之處是吹風(fēng)窗的尺寸大小、安裝位置和風(fēng)速。熔融紡側(cè)向吹風(fēng)窗高度達(dá)1000～2000mm，安裝位置不允許距噴絲出口平面太近，吹風(fēng)口上沿與噴絲板面的垂直距離為20～100mm，吹風(fēng)速度在0.2～1.0m/s。而本發(fā)明所述的冷卻裝置，其吹風(fēng)口較小，高度僅為10～300mm，冷卻裝置安裝位置距噴絲板較近，其吹風(fēng)口上沿與噴絲板幾乎在同一平面，其垂直距離僅0～10mm，而吹風(fēng)速度需達(dá)2～12m/s。這種裝置對(duì)紡絲細(xì)流的冷卻效果好，使紡絲順利，沒(méi)有單絲粘結(jié)現(xiàn)象，適用于100孔至3000孔的大型噴絲板的紡絲。采用本發(fā)明專利的冷卻方發(fā)及其冷卻裝置紡成的Lyocell纖維質(zhì)量穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良。


圖1溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置示意2冷卻裝置與紡絲裝置之間的位置關(guān)系示意中1-空氣溫度調(diào)節(jié)器 9-導(dǎo)管2-控制閥 10-噴絲組件3-多孔板A11-噴絲板4-穩(wěn)壓室 12-絲束5-多孔板B13-導(dǎo)絲輥6-絲網(wǎng)層 14-凝固浴7-整流板 15-風(fēng)機(jī)8-紡絲計(jì)量泵 16-吹風(fēng)口
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1見(jiàn)圖1，在溶劑法纖維素纖維紡絲設(shè)備噴絲組件10的噴絲板11的下方安裝一個(gè)冷卻裝置，其是一個(gè)主要由風(fēng)機(jī)15、空氣溫度調(diào)節(jié)器1、控制閥2、多孔板A3、穩(wěn)壓室4、多孔板B5、金屬絲網(wǎng)層6、整流板7和吹風(fēng)口16組成的吹風(fēng)裝置。吹風(fēng)口16的寬度200mm，高度130mm，吹風(fēng)口16上沿與紡絲裝置的噴絲板11的面處于同一平面，即兩者垂直距離為0。吹風(fēng)口16垂直面與噴絲組件10中心線間的水平距離為200mm。將聚合度(DP)為600的纖維素原料溶解在NMMO水溶液中，纖維素含量為10％，制成的纖維素紡絲溶液的折光指數(shù)為1.4860、溫度達(dá)98℃、粘度為1000Pa·s，呈淡棕色透明狀。該紡絲溶液經(jīng)增壓泵增壓及預(yù)過(guò)濾器過(guò)濾后，進(jìn)入紡絲箱體并由紡絲計(jì)量泵8經(jīng)導(dǎo)管9送入噴絲組件10，組件由孔徑為0.08mm、4000孔的噴絲板11組成。再通過(guò)上述冷卻裝置的氣隙區(qū)。冷卻參數(shù)采用吹風(fēng)溫度為10℃的冷風(fēng)，風(fēng)經(jīng)冷卻裝置從吹風(fēng)口以側(cè)向水平方式冷卻纖維素纖維絲束12。吹風(fēng)速度選用4.5m/s，吹風(fēng)相對(duì)濕度控制在30％。絲束12繞經(jīng)導(dǎo)絲輥13，再經(jīng)凝固浴14，即成需要的纖維素纖維。在這樣情況下，紡出的絲條成型良好，紡絲速度可達(dá)80m/min，經(jīng)水洗和干燥后，纖維線密度為2.2dtex，單纖維干態(tài)強(qiáng)度達(dá)4.0cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)為8.0％。
對(duì)比例上述實(shí)施例1中，如果不加裝本發(fā)明專利所述的冷卻裝置進(jìn)行冷卻，而其余條件相同時(shí)，紡絲時(shí)噴絲孔噴出的絲條液會(huì)呈團(tuán)狀滴下，或只有少量斷裂狀絲其余皆為團(tuán)狀物，無(wú)法卷繞成絲束。
實(shí)施例2在溶劑法纖維素纖維紡絲設(shè)備噴絲組件10的噴絲板11面的下方安裝一個(gè)與實(shí)施例1相同的冷卻裝置，但吹風(fēng)口的寬度為250mm，高度100mm，吹風(fēng)口上沿與噴絲板11面的垂直距離為4mm，吹風(fēng)口面與噴絲嘴10中心線的水平距離為150mm。采用聚合度(DP)為700的纖維素及NMMO水溶液為原料，制備成纖維素含量為13％的紡絲溶液，該溶液的折光指數(shù)為1.4870，溫度為99℃，粘度為1200Pa·s，棕色透明。經(jīng)增壓泵增壓后，再經(jīng)熔體過(guò)濾器，進(jìn)入紡絲計(jì)量泵8，并經(jīng)導(dǎo)管9進(jìn)入噴絲組件10，從噴絲孔孔徑為0.075mm，孔數(shù)為6000孔的噴絲板11中噴出。冷風(fēng)以側(cè)向水平方式吹風(fēng)冷卻，吹風(fēng)溫度為15℃，吹風(fēng)速度為6m/s，吹風(fēng)濕度為50％，卷繞速度為95m/min，經(jīng)水洗和干燥切斷后，纖維的質(zhì)量指標(biāo)為線密度達(dá)1.8dtex，單纖維干態(tài)強(qiáng)度為3.5cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)10％。
實(shí)施例3在溶劑法纖維素纖維紡絲設(shè)備噴絲組件10的噴絲板11面的下方安裝一個(gè)與實(shí)施例一相同的冷卻裝置，但吹風(fēng)口的寬度為280mm，高度90mm，吹風(fēng)口上沿與噴絲板11面的垂直距離為2mm，吹風(fēng)口的面與噴絲組件10中心線的水平距離為180mm。用聚合度(DP)為700的纖維素及NMMO水溶液為原料，制備成纖維素濃度為9％的紡絲溶液，使溶液的折光指數(shù)為1.4850，溫度為92℃，粘度為1200Pa·s的棕色透明體。經(jīng)增壓泵增壓，再經(jīng)熔體過(guò)濾器后，進(jìn)入紡絲計(jì)量泵8、并經(jīng)由導(dǎo)管9進(jìn)入噴絲組件10，從噴絲孔孔徑為0.18mm的1000孔噴絲板11中噴出。冷風(fēng)以側(cè)向水平方式吹風(fēng)冷卻，吹風(fēng)溫度為30℃，吹風(fēng)速度為4.2m/s，吹風(fēng)濕度為65％，卷繞速度為45m/min，紡絲正常，無(wú)液滴。經(jīng)水洗和干燥切斷后，纖維的線密度達(dá)3.8dtex，單纖維干態(tài)強(qiáng)度為3.2cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)11％。
權(quán)利要求
1.一種溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置，包括風(fēng)機(jī)(15)、空氣溫度調(diào)節(jié)器(1)、控制閥(2)、多孔板A(3)、穩(wěn)壓室(4)、多孔板B(5)、絲網(wǎng)層(6)、整流板(7)和吹風(fēng)口(16)；其中出口孔(16)的寬度為50～300mm，高度為10～300mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于吹風(fēng)口(16)上沿與噴絲板(11)之間的垂直距離為0-10mm，吹風(fēng)口(16)垂直面和噴絲組件(10)中心線之間的水平距離為10～200mm。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的冷卻裝置進(jìn)行溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻方法，其特征在于吹風(fēng)速度為2～12m/s，吹風(fēng)溫度為10～35℃，吹風(fēng)的相對(duì)濕度為10％～80％。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溶劑法纖維素纖維紡絲的冷卻裝置及冷卻方法，采用側(cè)向吹風(fēng)冷卻裝置，其吹風(fēng)速度為2～12m/s，吹風(fēng)溫度為10～ 35℃，吹風(fēng)的相對(duì)濕度為10％～80％。本發(fā)明所公開(kāi)的冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制吹風(fēng)的各種參數(shù)，冷卻效果好，紡絲順利，沒(méi)有單絲粘結(jié)現(xiàn)象，適用于100孔至30000孔的大型噴絲板，紡絲成品質(zhì)量?jī)?yōu)良。
文檔編號(hào)D01D10/00GK1924122SQ20061011624
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者胡學(xué)超, 邵惠麗, 章潭莉 申請(qǐng)人:東華大學(xué)