專利名稱：Lyocell纖維紡絲凝固成型設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于化學纖維制造領域，尤其涉及一種以氧化甲基嗎啉(NMMO)為溶劑，再 生纖維素纖維成型設備。
背景技術：
目前已發(fā)現(xiàn)的竹纖維、棉短絨、海藻、草漿(蘆葦)、速生林(木漿)等可再生天然 纖維素纖維(LY0CELL)的紡絲技術來可分成兩大類傳統(tǒng)的粘膠法和干噴濕法兩種。根據(jù) 纖維冷卻凝固成型的介質來區(qū)分有溶液紡和溶劑紡。再生纖維素纖維濕法紡制備所用的設備如圖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，以得到表面固化內部初步產生相 分離的絲條，然后由導絲轉向輥8帶出纖維絲，通過導絲輥(盤)9進入牽伸浴槽7完成牽 伸；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。熔紡如果采 用水作為冷卻介質后，單絲纖度> 20d都可以采用，甚至可以達到IOOd 500d。傳統(tǒng)的濕法紡(干噴濕法也相同)凝固浴液的溫度和濃度控制，采用大浴比的方 法。雖然簡便易操作，但是需要配備大容積貯槽和加大浴液循環(huán)次數(shù)和循環(huán)量，來消化紡絲 原液連續(xù)帶入凝固浴液的熱量和濃相溶劑，以保證原液細流在凝固浴中運行的每一瞬間凝 固浴液的溫度、濃度相對穩(wěn)定，變化量在許可之范圍，才可得到品質相對均勻的成品纖維。適用于所有溶(液)劑紡成纖高聚物的濕法紡方法，缺點受絲條凝固速率的制約， 為了避免細流破裂，紡絲速度一般速度都< lOOm/min，因此，與熔紡相比，單位建筑面積所 獲得的纖維產能非常低，設備投資高，生產效率低。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，使得溶體細流離開噴絲板4進入氣隙10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之間的摩擦力變小，從而提高了紡速，并且 光滑而又初步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 固浴槽中傳熱傳質速度快的優(yōu)點，紡速有效地突破了百米/分大關；缺點是氣隙控制技術 受到氣隙長度、氣流速度、氣流溫度、氣流回收成本的影響，難度非常大；原液細流在空氣容 易產生原纖化，因此，噴絲板和液面之間氣隙一般< 300mm。由于間歇較小，生頭操作比較困 難，制約了噴絲孔數(shù)量的增加，紡絲孔最多能到30000孔。而且以上濕法紡或干噴濕法這兩種方法都有一個共同的缺點，均采用大浴比的凝 固浴循環(huán)系統(tǒng)來保證凝固浴液濃度偏差控制。以再生纖維素纖維工藝為例，濃度波動如果控制在在士0. 2%，且保證浴溫的相對恒定，根據(jù)經典的凝固浴的循環(huán)量計算公式如下凝固浴的循環(huán)量(Q)=原液帶入凝固浴液(W)/濃度控制偏差(e)
以原液帶入凝固浴中的溶劑為lm3/h計算，為了保持凝固浴濃度波動，最小循環(huán)量 =1 ÷ 0. 2%= 500m3/h。至少需要配置500m3/h循環(huán)泵和約100m3的貯槽。因此，溶劑回收 循環(huán)所需的能源消耗和儲備設備的投資都非?？捎^。

發(fā)明內容
本發(fā)明專利所要解決的技術問題是提供一種LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，采 用立式的凝固室代替凝固浴槽，用霧化裝置對通過噴絲板擠壓出來的紡絲原液細流在霧氣 中進行冷卻，即減少了原液細流凝固所需要的集束浴液循環(huán)量，又提高了單紡位產量，并降 低了設備和土建投資。一種LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，包括計量泵、過濾器、噴絲板、集束浴槽和 牽伸浴槽，所述的集束浴槽中裝有導絲轉向輥，集束浴槽和牽伸浴槽之間裝有導絲輥，所述 的噴絲板位于集束浴槽的正上方，所述的噴絲板下方和集束浴槽上方之間還裝有凝固室， 所述的凝固室為立式，其上端開口離開噴絲板留有一定高度的氣隙，凝固室的正對兩內側 裝有若干組霧化噴嘴，霧化噴嘴通過中間槽連接計量泵。所述的凝固室下端安裝在集束浴槽邊，操作面?zhèn)扰c集束浴槽邊連為一體，另兩側 底邊敞開。所述的凝固室上端開口離噴絲板的氣隙高度為20 100mm。所述的噴絲板為長方形多單元組合噴絲板，噴絲板孔數(shù)為1000 200000孔所述的若干排霧化噴嘴共用一個計量泵。所述的計量泵有多個，每臺計量泵分別供應浴液給不同排的霧化噴嘴，同一排霧 化噴嘴的浴液濃度均一。所述的凝固室為長方柱型高度300 800mm，三面封閉，一面設有可開啟的鑲有玻 璃視窗的操作門。本發(fā)明的凝固浴采用立霧式的凝固室，一部分熱量隨向下自然流動的空氣帶走， 降低了霧化浴液帶入集束浴槽中的熱量；根據(jù)纖維成型狀況，將霧化噴出液調配量控制至 最小，既可以節(jié)約冷卻凝固浴液所需冷量，又可以提高回收溶劑的濃度。不需要用傳統(tǒng)大浴 比控制方法來保持凝固浴液的恒溫和恒濃度。集束浴液循環(huán)的目的是維持集束浴槽內瞬間 濃度均勻，不需要再考慮浴液濃度變化和溫度變化的穩(wěn)定，循環(huán)泵和浴液貯槽的容量都可 縮小80 90%，節(jié)約了設備投資和土建投資，降低了運行成本。本發(fā)明的噴絲板通過長方形多單元組合式設計形式，使其在部分孔損壞后可以只 更換損壞孔所在的單元，因此，提高了噴絲板總體使用壽命，節(jié)約了生產成本；同時采用溶 體分配管進入各個單元噴絲板，保證了溶體在高粘度下擠出壓力分配均勻，因此，紡絲纖度 的均勻性提高。本發(fā)明的另一個特點是采用長方形噴絲板，一旦工藝調整優(yōu)化以后，若需增加單 紡位產量只要增加噴絲板長度方向的單元數(shù)量，寬度方向維持不變。纖維通過的凝固室也 相應增加其噴霧嘴安裝的數(shù)量即可，噴出的流量和流速、溫度和濃度都將維持不變，生產工 藝控制非常方便，大大節(jié)約了投料試生產的成本和周期。


圖1為濕法紡設備結構示意圖；圖2為干噴濕法設備結構示意圖；圖3為本發(fā)明凝固式化學短纖維成型設備結構示意圖。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牽伸浴 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。如圖3所示，一種凝固式化學短纖維成型設備，包括計量泵2、過濾器3、噴絲板4、 凝固室5、集束浴槽6和牽伸浴槽7，計量泵2連接供應紡絲原料的溶體分配管1，所述的噴 絲板4為長方形多單元組合噴絲板，寬度為100 300mm，長度為250 16000mm，噴絲孔數(shù) 為1000 200000孔；采用溶體分配器多個溶(熔)體入口，以保證各個單元的溶(熔)體 壓力分配均勻；所述的凝固室5為立式，當采用長方柱型結構，高度300 800mm，可以相對兩側同 時操作，也可以單面操作，主要根據(jù)噴絲板的長度和操作的便捷而定；裝有霧化噴嘴的兩個 側面封閉，可作為操作面的兩側面設可開啟的鑲有上下兩扇玻璃窗門，上部玻璃窗門開啟 后便于觀察紡絲原液噴出離開噴絲板4后的狀況，下部玻璃窗門開啟后便于生頭操作。所 述的集束浴槽6中裝有導絲轉向輥8，集束浴槽6和牽伸浴槽7之間裝有導絲輥9，所述的 噴絲板4位于集束浴槽6的正上方，所述的凝固室5位于噴絲板4和集束浴槽6之間，其上 端開口離開噴絲板4留有可自由調節(jié)的高度為20 IOOcm的氣隙10，下端開口處與集束浴 槽6相連的側邊與集束浴槽邊連為一體，防止凝固室5內的浴液漏出，另兩側底邊敞開；氣 隙10能加速絲條表面凝固速度，提高紡絲牽引速度，氣隙內的冷卻氣體可以為室內空氣也 可以采用恒溫恒濕空調裝置通過管道輸送空氣。凝固室5的內側相對的兩邊裝有至少2排(組)霧化噴嘴11，每組霧化噴嘴11位 于同一水平面上，每組霧化噴嘴11可以分別與一個獨立的計量泵2相連也可共用一個計量 泵2，保證同一組霧化噴嘴內的浴液濃度均一，霧化噴嘴11與計量泵2之間裝有中間槽12， 凝固室5內壁兩側的霧化噴嘴11成十字形或交錯排列，相對而噴，方向正對垂直下行的原 液細流(絲條)，霧化噴嘴11之間間距可上下、左右調整；霧化噴嘴11數(shù)量的設計根據(jù)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，每一瞬間絲條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提供浴液，每個噴嘴的噴出壓力、流量、溫度、濃度均 相等，保證每一水平方向，浴液霧滴對絲條表面的瞬間的沖擊力和噴出量是相同。溶體分配管1通過計量泵、過濾器進入紡絲噴絲板。凝固浴液高位貯槽13與中間 槽12的相連。所述的高位槽13凝固浴液來自于集束浴槽6和牽伸浴槽7通過輸送泵、管 道經比例調配成一定濃度和溫度備用。高位槽13根據(jù)濃度要求，可以2臺，也可以數(shù)臺。
凝固室5密封安裝在集束浴槽6上。浴液僅來自于霧化液和紡絲原液中析出的溶 劑，因此，通過一定的工藝手段，控制其濃度和溫度使之基本滿足原液制備的溶解工藝所需 要的范圍內是完全可行的集束浴槽6接受凝固室5絲條帶下來的高濃度的浴液，經過循環(huán) 泵定期定量送回到高位槽13循環(huán)回收利用，凝固室5的浴液噴出量則根據(jù)凝固工藝要求而 設計，噴出量的設計控制在理論計算值的1 3倍，節(jié)省了粘膠法的凝固浴液貯槽的容積和 大容量的循環(huán)泵。本發(fā)明因霧化量的流量控制非常準確，僅理論計算值的1 3倍，因此，冷卻霧化 凝固液所需要的冷卻量很少。每紡位的噴絲孔數(shù)最多可達到200000孔，紡絲速度能達到200 350m/min，單紡 位集束總旦數(shù)最高可達40X 104dteX。假定年產1. 0萬噸2. 22dteXX51mm短纖維計算現(xiàn) 有干噴濕法采用噴絲孔30000孔，紡絲速度lOOm/min計，若需要配備30個紡絲位。本發(fā)明 的200000孔噴絲板，紡絲速度200m/min時，只要配備3個紡絲位，大大降低設備占地面積， 縮短了紡絲車間的長度和土建投資。
權利要求
一種LYOCELL纖維紡絲凝固成型設備，包括計量泵、過濾器、噴絲板、集束浴槽和牽伸浴槽，所述的集束浴槽中裝有導絲轉向輥，集束浴槽和牽伸浴槽之間裝有導絲輥，所述的噴絲板位于集束浴槽的正上方，其特征是所述的噴絲板下方和集束浴槽上方之間還裝有凝固室，所述的凝固室為立式，其上端開口離開噴絲板留有一定高度的氣隙，凝固室的正對兩內側裝有若干排霧化噴嘴，霧化噴嘴通過中間槽連接計量泵。
2.如權利要求1所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的凝固室下 端安裝在集束浴槽邊，其中相對兩側與集束浴槽邊連為一體，另兩側底邊敞開。
3.如權利要求1或2所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的凝固 室上端開口離噴絲板的氣隙高度為20 100mm。
4.如權利要求3所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的噴絲板為 長方形多單元組合噴絲板，噴絲板孔數(shù)為1000 200000孔。
5.如權利要求4所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的若干排霧 化噴嘴共用一個計量泵。
6.如權利要求4所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的計量泵有 多個，每臺計量泵分別供應浴液給不同排的霧化噴嘴，同一排霧化噴嘴的浴液濃度均一。
7.如權利要求4所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的凝固室為 長方柱型，高度300 800mm，一面為操作面，設有可開啟的鑲有玻璃視窗的操作門。
8.如權利要求4所述的LY0CELL纖維紡絲凝固成型設備，其特征是所述的凝固室為 長方柱型，內側裝有霧化噴嘴的兩個側面封閉。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學纖維制造領域，尤其涉及一種以氧化甲基嗎啉為溶劑，再生纖維素纖維成型設備。一種LYOCELL纖維紡絲凝固成型設備，包括計量泵、過濾器、噴絲板、集束浴槽和牽伸浴槽，所述的噴絲板下方和集束浴槽上方之間裝有凝固室，所述的凝固室為立式，其上端開口離開噴絲板留有一定高度的氣隙，凝固室的正對兩內側裝有若干組霧化噴嘴，霧化噴嘴通過中間槽連接計量泵。本發(fā)明的紡絲成型設備豎向布置，凝固系統(tǒng)設備占地面積??；長方形多單元組合式噴絲板使用壽命長，節(jié)約了噴絲板的維修成本和生產成本；采用立霧式的凝固室，既可以節(jié)約冷卻凝固浴液所需冷量又可以提高回收溶劑的濃度，節(jié)約了回收設備及土建的投資，降低了運行成本。
文檔編號D01D13/02GK101988219SQ20091005589
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)明者劉必前, 來可華, 趙炯心 申請人:上海太平洋紡織機械成套設備有限公司