湿法喷丝板.pdf

本发明提供一种湿法喷丝板，包括喷丝板，喷丝板板面分为多个区域设置喷丝孔，相邻区域之间设无孔带作为分界；还包括托套及温控系统，托套围在喷丝板外围，托套内具有供调温介质流动的流道并与外界相通，托套流道与温控系统连通。在一块喷丝板上挤压出数万个喷丝孔，一体式设置防止了由于长期运行和组件压力过高而导致的漏料、压力不稳等情况的出现。湿法喷丝板板薄耐高压，易于清洗，便于提高产能；喷丝孔分区域排布，所分区域与原液分配输送支路的分配口相对应，保证了纺丝原液均压、均分输送，这都为最终丝束均一性提供了铺垫。温控系统对纺丝原液温度进行调整，可延长喷丝板更换周期，提高生产效率，且可根据工艺需要对纺丝原液特性进行调节。

1.  一种湿法喷丝板，其特征在于：包括喷丝板，喷丝板上设有多个通孔作为喷丝孔，喷丝板分为多个区域设置喷丝孔，各区域与纺丝原液各分配输送支路的分配口分别相对应，保证纺丝原液的均压、均分输送，相邻区域之间设有无孔带作为分界。

2.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：还包括托套及温控系统，托套围在喷丝板外围，托套内具有供调温介质流动的流道并与外界相通，托套流道与温控系统相连通。

3.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝孔为双曲线型，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双曲线型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条曲线，出口处为与两条曲线分别连接的两条竖立的直线，曲线自上向下平滑过渡逐渐向中心轴线靠拢，曲线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。

4.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝孔为锥形，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，锥形喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条斜直线，出口处为与两条斜直线分别连接的两条竖立的直线，斜直线自上向下斜向中心轴线，斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，竖立的直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。

5.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝孔为双倒角型，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双倒角型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条第一斜直线，第一斜直线自上向下斜向中心轴线，第一斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第一斜直线下端连接分别两条第一竖立直线，第一竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变；两条第一竖立直线下端分别连接两条第二斜直线，第二斜直线自上向下斜向中心轴线，第二斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第二斜直线下端连接分别两条第二竖立直线，第二竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。

6.  根据权利要求1-5任一项所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，相邻两行的喷丝孔相错排列，任意相邻两行的相邻三个喷丝孔构成一个等边三角形。

7.  根据权利要求1-5任一项所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈一夹角θ₁，0°≤θ₁ ＜90°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线呈一夹角θ₂，0°≤θ₂＜90°。

8.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板的区域数优选为2的整数倍。

9.  根据权利要求1所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板的区域数优选为4的整数倍。

10.  根据权利要求1-9任一项所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板外形可为矩形长板、椭圆形长板、环形板或者中间矩形两端接有各种形状的长板中的任意一种，但不局限于以上几种外形。

11.  根据权利要求1-9任一项所述的一种湿法喷丝板，其特征在于：喷丝板厚度为0.5～3mm。

湿法喷丝板
技术领域
本发明涉及一种湿法喷丝板，属于纺丝装置领域。
背景技术
Lyocell纤维作为一种再生纤维素纤维，整个生产过程对环境无污染，其制备过程依据专利US-PS2179181和EP-A0356419公开的内容，采用纤维素直接溶解于NMMO/H₂O溶剂中形成纤维素溶液，再通过凝固牵伸获得纤维素纤维。专利DD-A-218121涉及了纤维素溶液纺制成纤维的干喷湿纺工艺，溶液进入气隙冷却，拉伸至含水的沉淀剂中进行凝固相分离形成纤维。实践证明，由于干湿法的空气间隙小，可供高聚物分子链运动调整的时间短，为了达到制备高性能纤维的目的，需要在气隙处不断改进设备和工艺；再加上喷丝孔孔间距小，容易造成粘丝，从而纺制而成的纤维素丝束很难保证均一性；且由于工艺条件和设备状况等诸多问题，使得长周期高效稳定纺丝存在困难。
为了改善丝束不均一的现象，专利CN1113089A对纺丝设备进行了改进，采用层流式吹风，插入式喷丝组件，以达到吹风均匀，减少粘丝，纤维性能均一的目的。然而插入式喷丝组件不是一体化的设备，当组件压力过高、长期运行时，会出现漏料现象，输送物料的不等量必定会影响纤维的均质性；且插入式喷丝板面积有限，限制了生产效率的提高。同样，CN101089252A和CN1544717A等多篇专利均涉及组合式喷丝板，为了提高喷丝板更换的方便性，节约生产成本，设计了与喷丝板对位安装的喷丝帽，形成组合式喷丝板；但提高方便性的同时，也难以避免长期运行、压力过高时出现漏料的问题，同时组件压力的局限性也限制了生产能力的提高。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种湿法喷丝板，能够实现纤维素丝束均一性，防止漏料现象，并提高生产效率。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种湿法喷丝板，包括喷丝板，喷丝板上设有多个通孔作为喷丝孔，喷丝板分为多 个区域设置喷丝孔，各区域与纺丝原液各分配输送支路的分配口分别相对应，保证纺丝原液的均压、均分输送，相邻区域之间设有无孔带作为分界。
进一步的，还包括托套及温控系统，托套围在喷丝板外围，托套内具有供调温介质流动的流道并与外界相通，托套流道与温控系统相连通。
进一步的，喷丝孔为双曲线型，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双曲线型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条曲线，出口处为与两条曲线分别连接的两条竖立的直线，曲线自上向下平滑过渡逐渐向中心轴线靠拢，曲线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
进一步的，喷丝孔为锥形，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，锥形喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条斜直线，出口处为与两条斜直线分别连接的两条竖立的直线，斜直线自上向下斜向中心轴线，斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，竖立的直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
进一步的，喷丝孔为双倒角型，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双倒角型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条第一斜直线，第一斜直线自上向下斜向中心轴线，第一斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第一斜直线下端连接分别两条第一竖立直线，第一竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变；两条第一竖立直线下端分别连接两条第二斜直线，第二斜直线自上向下斜向中心轴线，第二斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第二斜直线下端连接分别两条第二竖立直线，第二竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
进一步的，喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，相邻两行的喷丝孔相错排列，任意相邻两行的相邻三个喷丝孔构成一个等边三角形。
进一步的，喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈一夹角θ₁，0°≤θ₁＜90°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线呈一夹角θ₂，0°≤θ₂＜90°。
进一步的，喷丝板的区域数优选为2的整数倍。
进一步的，喷丝板的区域数优选为4的整数倍。
进一步的，喷丝板外形可为矩形长板、椭圆形长板、环形板或者中间矩形两端接有各种形状的长板中的任意一种，但不局限于以上几种外形。
进一步的，喷丝板厚度为0.5～3mm。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明提出了一种湿法喷丝板，包括喷丝板及可选择装配的托套及温控系统，适用干湿法纺制Lyocell纤维。采用挤压成型工艺在一块喷丝板上挤压出数万个喷丝孔，一体式的设置防止了由于长期运行和组件压力过高而导致的漏料、压力不稳等情况的出现。此湿法喷丝板板薄耐高压，易于清洗，便于提高产能；喷丝孔分区域排布，所分区域与原液分配输送支路的分配口相对应，保证了纺丝原液的均压、均分输送，这都为最终丝束均一性提供了铺垫。此外，与喷丝板配套的独立温控系统对原液温度进行调整，不仅可根据工艺需要调节原液特性，而且可延长喷丝板的更换周期，提高生产效率。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明湿法喷丝板的结构示意图。
图2是喷丝板上的双曲线型喷丝孔的半剖示意图。
图3是喷丝板上的锥形喷丝孔的半剖示意图。
图4是喷丝板上的双倒角型喷丝孔的半剖示意图。
图5是双曲线型喷丝孔的立体示意图。
图6是喷丝孔在喷丝板上的一种排列形式示意图。
图7是喷丝孔在喷丝板上的一种排列形式示意图。
图8是喷丝孔在喷丝板上的一种排列形式示意图。
图9为实施例一至七的测试结果。
1、喷丝板 2、托套 3、温控系统 4、无孔带 5、双曲线型喷丝孔 6、锥形喷丝孔 7、双倒角型喷丝孔。
具体实施方式
本发明提供了一种适用干湿法纺制Lyocell纤维的湿法喷丝板。湿法喷丝板包括喷丝板，还包括可选择性安装、与板配套的托套及可独立保温调温的温控系统。托套围在喷丝板外围，托套内具有供调温介质流动的流道并与外界相通，托套流道与温控系统相连通。
本发明提供的湿法喷丝板也适用于湿法纺制纤维或者干法纺制纤维。
喷丝板外形为矩形长板、椭圆形长板、环形板或者中间矩形两端接有各种形状的长板中的任意一种，但不局限于以上几种外形，也可根据需要采用其他合适的形状。
喷丝板可选择性配置温控系统，若需要对纺丝原液进行温度调控，达到某种工艺需求，可安装与喷丝板配套的独立的温控系统；考虑到温控系统的安装，每块喷丝板配有一个对应的托套，调温介质在托套内循环流动，调温介质传递热量至喷丝板，从而对纺丝原液温度进行调整。
喷丝板与托套具有不同的装配形式，分为可拆卸型、不可拆卸型。可拆卸的喷丝板易于清洗，可根据不同的需求多重利用；不可拆卸的喷丝板也有其优势，不仅可以防止物料的侧漏，也可减少密封垫等密封物品的消耗。根据不同的生产需求和目的，进行装配形式的选择。
喷丝板上设有挤压而成密集排布的通孔作为喷丝孔，喷丝板上具有数个分区，相邻区域之间设有无孔带作为分界。
纺丝过程中，纤维素原液经多级均匀分配的组件均压输送至喷丝板的不同分区，经喷丝孔挤出，冷却后形成细流进入凝固浴，牵出形成纤维，由于具有托套及温控系统，喷丝板温度可调。
喷丝板为一个整体，均匀分为2-20个区域，优选分为2的整数倍个区域，更优选分为4的整数倍个区域，与之对应的是位于喷丝板上方且与喷丝板配合的分配板的逐级分配输送支路的分配口数目，如：当分配板的逐级分配输送支路的分配口数目由一分二，直至分至十六个，均分输送纤维素纺丝原液，喷丝板也分为16个区域，各区域内分布着相同或不同数量的喷丝孔，喷丝孔的几何结构多样，优选喷丝板各区域上分布着相同几何结构、相同数量的喷丝孔。
分配板的逐级分配输送支路的分配口与喷丝板分区在数量和位置上一一对应，有益于纺丝原液的均匀、均压输送，保证各区域内纺丝原液即纤维素原液流动特性的一致性，从而制得性能均一的丝束。
为了防止喷丝板所在的喷丝装置长期运行或喷丝装置组件压力过高时喷丝板出现漏料问题，喷丝孔采用挤压成型工艺，数万喷丝孔集于一板，同时也便于喷丝板的清洗和均压、稳定纺丝。
喷丝孔的几何形状直接影响纺丝原液的流动性能，合适的喷丝孔结构及尺寸可以提高原液可纺性。从纺丝原液流动性角度看，喷丝孔内部结构可设计为双曲线型、锥形、双倒角型导孔等，尤以双曲线型喷丝孔最佳。
在本实施例中，选择为双曲线型喷丝孔，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双曲线型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条曲线，出口处为与两条曲线分别连接的两条竖立的直线，曲线自上向下平滑过渡逐渐向中心轴线靠拢，曲线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
正是由于双曲线型喷丝孔无死角和突变的收缩比，使纺丝原液的剪切应变速率提高一个数量级。纺丝原液在喷丝孔中粘性流动的同时，会发生弹性形变，剪切应变速率越高弹性形变越大，相应的能量损失越大，可回复的弹性能越小，有利于消除流体的不稳定；同时可回复弹性能小会削减挤出胀大效应，提高细流的可纺性和冷却成型的稳定性。
在其他实施例中，喷丝孔为锥形，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，锥形喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条斜直线，出口处为与两条斜直线分别连接的两条竖立的直线，斜直线自上向下斜向中心轴线，斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，竖立的直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
或者，在其他实施例中，喷丝孔为双倒角型，喷丝板以进口在上、出口在下的状态放置时，双倒角型喷丝孔轴向截面的轮廓线自中心轴线左右对称，其进口处为左右两条第一斜直线，第一斜直线自上向下斜向中心轴线，第一斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第一斜直线下端连接分别两条第一竖立直线，第一竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变；两条第一竖立直线下端分别连接两条第二斜直线，第二斜直线自上向下斜向中心轴线，第二斜直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径逐渐变小，两条第二斜直线下端连接分别两条第二竖立直线，第二竖立直线所在的喷丝孔段的喷丝孔直径不变。
喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，孔阵形式多样。孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈一夹角θ₁，0°≤θ₁＜90°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线呈一夹角θ₂，0°≤θ₂＜90°。优选地，0°≤θ₁＜45°，0°≤θ₂＜45°。以上排布形式都是为了防止流体冷却的互相干扰，保证每根单丝的冷却环境一致，从而保证丝束性能的均一性。
优选地，θ₁及θ₂均为0。相邻两行的喷丝孔相错排列，任意相邻两行的相邻三个喷丝孔构成一个等边三角形。这样，相邻的四个喷丝孔排布为菱形，能更好地实现以上目的。
喷丝板厚度为0.5-3mm，最优厚度为0.5-1.2mm，相比于现有喷丝板，此类喷丝板在板薄的同时，仍旧能耐高压，如：在板厚度1mm的情形下可耐压6Mpa。这源于板面上均匀分布的数个无孔带，无孔带在作为分界域的同时，起到了支撑板面结构的作用， 防止喷丝板变形，这使得此类喷丝板相比于同等厚度的板更能承受压力。
在相同的长径比下，此类喷丝板由于板薄的原因，喷丝孔直径可进一步缩小，增大孔间距，减小粘丝等现象的出现；同时，在相同尺寸的喷丝板下，孔数也可增多，达到提高产能的目的，该板最高孔密度可达到7holes/mm²，孔径为0.05-0.15mm，孔间距为0.45-2mm，相对于现有喷丝板，丝束形成效率更高，更易于细旦化。
实施例一
在图1中，喷丝板1为中间矩形、两端接有半圆柱的长板，为了简化图例，本实施例中的喷丝板与托套、温控系统的装配可参考图1，只是本实施例中的喷丝板外形为矩形，相应地，托套内圈、外圈也为矩形。
参考图1所示，本发明的一个优选实施例的湿法喷丝板，是由具有分区的喷丝板1、托套2、温控系统3组成的。喷丝板1为矩形，材质为不锈钢，厚1.2mm，长600mm，宽18.5mm，分为8个均分区，无孔带4作为分界，与纺丝原液输送至八个支路相对应，每个区域内含有相同数量的喷丝孔，喷丝孔的导孔结构为双曲线型，见图2(标号5)，采用挤压成型工艺挤压而成的喷丝孔长径比为2:1。喷丝孔的排布形式采用三个喷丝孔形成等边三角形，即四个喷丝孔排布为菱形的形式，如图6所示。在图6中，喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线平行，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线平行。相邻两行的喷丝孔相错排列，任意相邻两行的相邻三个喷丝孔构成一个等边三角形。这样，相邻的四个喷丝孔排布为菱形。图6中喷丝孔上的连线是为了更方便地示出孔阵的行列及孔的排列情况。喷丝板孔数30000孔，孔径0.075mm，喷丝板1与托套2不可拆卸。
本方案采用纤维素浓度为12％的纺丝原液，途径多层逐级分配输送，直至到达喷丝板1，板面温度为90℃，喷丝板板面温度由托套内的调温介质传递，调温介质的温度由温控系统控制。托套套在喷丝板四周，托套流道与温控系统相连通。
经过双曲线型喷丝孔挤出，流体处于吹吸风窗口之间，15～20℃冷却气体由吹风窗吹出，吸风窗吸走，对纺丝细流进行冷却，随即流入凝固浴，其浓度为20％NMMO，温度为20℃，进行凝固相分离，经牵引装置引导丝束牵出，进入后续工序。
测试结果见图9。
实施例二
参考附图1，本发明的一个优选实施例的喷丝板，是由具有分区的喷丝板1、托套2、温控系统3组成的。喷丝板1为中间矩形、两端接有半圆柱的长板，材质为不锈钢，厚 1.2mm，长700mm，宽18.5mm，托套内圈、外圈为矩形，与实施例一不同，本实施例中喷丝板分为2个均分区，与原液输送至两个支路相对应。每个区域内含有相同数量的喷丝孔，喷丝孔的导孔结构为双曲线型，见图2(标号5)，采用挤压成型工艺挤压而成的喷丝孔长径比为2:1。喷丝孔的排布形式采用三个喷丝孔形成等边三角形，即四个喷丝孔排布为菱形的形式，如图6所示。在图6中，喷丝板上的喷丝孔逐行逐列排列形成孔阵，孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线平行，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线平行。相邻两行的喷丝孔相错排列，任意相邻两行的相邻三个喷丝孔构成一个等边三角形。这样，相邻的四个喷丝孔排布为菱形。图6中孔上的连线是为了更方便地示出孔阵的行列及孔的排列情况。喷丝板孔数30000孔，孔径0.075mm，喷丝板1与托套2不可拆卸。
本方案采用纤维素浓度为12％的纺丝原液，途径多层逐级分配输送，直至到达喷丝板1，板面温度为90℃，喷丝板板面温度由托套内的调温介质传递，调温介质的温度由温控系统控制。托套套在喷丝板四周，托套流道与温控系统相连通。
经过双曲线型喷丝孔挤出，流体处于吹吸风窗口之间，15～20℃冷却气体由吹风窗吹出，吸风窗吸走，对纺丝细流进行冷却，随即流入凝固浴，其浓度为20％NMMO，温度为20℃，进行凝固相分离，经牵引装置引导丝束牵出，进入后续工序。
测试结果见图9。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于：如图7所示，喷丝孔排布形式采用孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈15°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线平行平行的形式。
图7中喷丝孔上的连线是为了更方便地示出孔阵的行列排列情况。
测试结果见图9。
实施例四
本实施例与实施例一的不同之处在于：如图8所示，喷丝孔排布形式采用孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈35°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线呈15°的形式。
测试结果见图9。
实施例五
本实施例与实施例一的不同之处在于：喷丝板为椭圆体，厚1.2mm，长轴长600mm，短轴长18.5mm。如图3所示，喷丝孔为锥形喷丝孔6。
测试结果见图9。
实施例六
本实施例与实施例一的不同之处在于：喷丝板为环形板，相应的，托套内圈、外圈也为环形，环形板内径长86.3mm，厚1.2mm，宽18.5mm。板面温度为95℃。如图4所示，喷丝孔为双倒角型喷丝孔7。
测试结果见图9。
实施例七
本发明的一个优选实施例的湿法喷丝板，喷丝板为分区矩形长板，无托套和温控系统，喷丝板厚1.2mm，长600mm，宽18.5mm，分为16个不等分区域，每个区域内含有不定数量的喷丝孔，喷丝孔的导孔结构为双倒角型，见图4所示。喷丝孔的排布形式采用孔阵的列与喷丝板的宽所在的直线呈75°，孔阵的行与喷丝板的长所在的直线呈15°的形式，喷丝板孔数30000孔，孔径0.075mm。本方案采用纤维素浓度为12％的纺丝原液，途径多层逐级输送，直至到达喷丝板板面，经过双倒角型喷丝孔挤出，流体处于吹吸风窗口之间，15～20℃冷却气体由吹风窗吹出，吸风窗吸走，对纺丝细流进行冷却，随即流入凝固浴，凝固浴其浓度为20％NMMO，温度为20℃，进行凝固相分离，经牵引装置引导丝束牵出，进入后续工序。
测试结果见图9。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。