一种微量熔融纺丝方法及其装置

摘要

本发明涉及一种微量熔融纺丝方法及其装置。纺丝装置包括加压系统、纺丝系统、加料系统、冷却系统、拉伸系统和组合支架；纺丝系统的料筒直径为5～6mm，喷丝头放置于料筒的底部；熔融纺丝前，先将铸铝均热块与加热筒分别调至预设温度，自料斗中加入纺丝树脂，并用加料柱塞压入到料筒中，待树脂熔融后，通过纺丝柱塞将树脂熔体自喷丝头中挤出；挤出的熔体细流经风冷凝固后，手动牵引至导丝辊与卷绕锟上进行纺丝。本发明提供的熔融纺丝装置结构紧凑，便于拆装，占地面积小，操作便捷，单人即可完成整个流程。完成单次纺丝实验所需的树脂仅为3～5g，适合于新型合成树脂的纺丝试验。纺丝设备也适合作为课堂演示装置，满足教学需要。

权利要求

1.一种微量熔融纺丝装置，其特征在于：包括加压系统（1）、纺丝系统（2）、加料系统（3）、冷却系统（4）、拉伸系统（5）和组合支架（6）；纺丝系统（2）由组合支架（6）悬空固定，加压系统（1）置于纺丝系统（2）的上方，加料系统（3）置于纺丝系统（2）的侧边，冷却系统（4）置于纺丝系统（2）与拉伸系统（5）中间，由组合支架（6）固定；所述的纺丝系统，料筒（7）的直径为5～6mm，底部出口处设有一环形侧边，直径为4mm；喷丝头（8）的外径为5mm，内径为0.5～1.2mm，置于料筒（7）的底部；纺丝柱塞（9）置于料筒（7）中，纺丝柱塞（9）的顶部与加压系统（1）连接；料筒（7）的外部设有铸铝均热块（10），石棉保温层（11）包覆于铸铝均热块（10）的外侧，隔热板（12）分别设置在铸铝均热块（10）的上、下方；所述的加料系统（3），加料柱塞（13）与料斗（14）相连通，置于纺丝系统（2）的侧边，加料柱塞（13）与料筒（7）的轴向呈30～60°的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种微量熔融纺丝装置，其特征在于：所述的冷却系统（4）包括环形镂空铝管（15）和两个风扇（16）；风扇（16）置于环形镂空铝管（15）的外侧，呈对称排列。

3.根据权利要求1所述的一种微量熔融纺丝装置，其特征在于：所述的拉伸系统，导丝辊（17）置于喷丝头（8）的下方，卷绕辊（18）与导丝辊（17）平行排列，加热筒（19）置于导丝辊（17）与卷绕辊(18)之间。

4.一种采用如权利要求1所述的装置进行微量熔融纺丝的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将铸铝均热块和加热筒的温度分别加热至220℃～280℃，待温度稳定后，自料斗中加入纺丝树脂切片，用加料柱塞压入到料筒中；

（2）待树脂切片熔融后，通过加压系统加压于纺丝柱塞，将树脂熔体自喷丝头中挤出；

（3）挤出的熔体细流经风扇风冷凝固后，手动牵引至导丝辊与卷绕辊上进行拉伸、纺丝，拉伸温度为110℃～160℃；得到的长丝直径为30um～100um。

5.根据权利要求4所述的一种微量熔融纺丝的方法，其特征在于：导丝辊的转速为

40m/min～80m/min；卷绕辊的转速为90m/min～140m/min。

说明书

一种微量熔融纺丝方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种人造纤维的纺丝技术，具体涉及一种适用于实验室的微量熔融纺丝设备及其纺丝工艺。

背景技术

[0002] 实验室用熔融纺长丝设备的应用范围越来越广泛，市场上能买到的大部分是小型纺丝设备，如公开号为CN 202499939U的中国实用新型专利所提供的一种智能型多功能新纤维试验纺丝机，所述的试验纺丝机包括：由纺丝物料料斗、熔融螺杆挤出机、计量泵、内有熔体管道的纺丝箱体以及纺丝组件组成纺丝部分；由侧吹风系统、油嘴、导丝钩、导丝盘组成的纺丝成型部分；由第一热辊、热板、第二热辊、网络器以及卷绕头组成的卷绕部分；其特征在于所述的螺杆挤出机、纺丝箱体、侧吹风系统、第一热辊、第二热辊、卷绕头都布置在同一层面；该设备可模拟熔纺长丝的整个生产过程，单次试机所需的树脂原料的用量一般在1kg以上。然而，实验室更需要原料使用量更小的微量纺丝设备，而它们一般为静电纺丝或湿法纺丝设备，无法形成规则长丝，如公开号为CN 102071484 A的中国发明专利“一种高压静电梭纳米纺丝装置”和公开号为CN 2685358Y的中国实用新型专利“一种再生蜘蛛丝微型纺丝机”等。

[0003] 目前，可纺制连续长丝的微量熔融纺丝设备，如荷兰DSM Explore公司的Micro fiber spin device 微型纺丝机，采用微型双螺杆挤出机输出树脂熔体，并通过附带的拉伸单元对纺制的纤维进行拉伸、卷绕，单次试机所需的物料最少为2ml。又如美国 DACA Instruments公司的SpinLink微型纺丝设备采用柱塞输料的方式对树脂熔体进行挤出，单次纺丝所需的树脂用量为5cc，并附带组合式拉伸组件，可采用熔融纺丝法制备连续长丝。但这些设备结构复杂，且价格昂贵。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、价格低廉，适用于实验的微量熔融纺丝装置及其纺丝方法。

[0005] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是提供一种微量熔融纺装置，包括加压系统、纺丝系统、加料系统、冷却系统、拉伸系统和组合支架；纺丝系统由组合支架悬空固定，加压系统置于纺丝系统的上方，加料系统置于纺丝系统的侧边，冷却系统置于纺丝系统与拉伸系统中间，由组合支架固定；所述的纺丝系统，料筒的直径为5～6mm，底部出口处设有一环形侧边，直径为4mm；喷丝头的外径为5mm，内径为0.5～1.2mm，置于料筒的底部；纺丝柱塞置于料筒中，纺丝柱塞的顶部与加压系统连接；料筒的外部设有铸铝均热块，石棉保温层包覆于铸铝均热块的外侧，隔热板分别设置在铸铝均热块的上、下方；所述的加料系统，加料柱塞与料斗相连通，置于纺丝系统的侧边，加料柱塞与料筒的轴向呈30～60°的夹角。

[0006] 本发明所述的冷却系统包括环形镂空铝管和两个风扇；风扇置于环形镂空铝管的外侧，呈对称排列。所述的拉伸系统，导丝辊置于喷丝头的下方，卷绕锟与导丝锟平行排列，加热筒置于导丝锟与卷绕锟之间。

[0007] 本发明技术方案还包括一种采用如上所述的装置进行微量熔融纺丝的方法，包括如下步骤：

[0008] 1、将铸铝均热块和加热筒的温度分别加热至220℃～280℃，待温度稳定后，自料斗中加入纺丝树脂切片，用加料柱塞压入到料筒中；

[0009] 2、待树脂切片熔融后，通过加压系统加压于纺丝柱塞，将树脂熔体自喷丝头中挤出；

[0010] 3、挤出的熔体细流经风扇风冷凝固后，手动牵引至导丝辊与卷绕锟上进行拉伸、纺丝，拉伸温度为110℃～160℃；得到的长丝直径为30um～100um。

[0011] 在纺丝工艺中，导丝锟的转速为40m/min～80m/min；卷绕锟的转速为90m/min～140m/min。

[0012] 与已有技术相比，本发明提供的微量熔融纺丝机的有益效果在于：纺丝机结构紧凑，便于拆装，占地面积小，操作便捷，单人即可完成整个流程。完成单次纺丝实验所需的树脂仅为3～5g，除可纺制如聚酯、尼龙、聚丙烯等常规合成树脂的纤维外，还可选择不同形状的喷丝头来制备异形纤维，适合于新型合成树脂的纺丝试验，为进一步试验提供可靠依据；同时，该种纺丝设备直观，贴近生产实际，适合作为课堂演示装置，以满足教学需要。

附图说明

[0013] 图1是本发明实施例提供的微量熔融纺丝机的结构示意图；

[0014] 图2是本发明实施例提供的微量熔融纺丝机的纺丝系统的结构示意图；

[0015] 图3是采用本发明实施例提供的微量熔融纺丝机制备的纤维的电镜照片图；

[0016] 图中，1、加压系统；2、纺丝系统；3、加料系统；4、冷却系统；5、拉伸系统；6、组合支架；7、料筒；8、喷丝头；9、纺丝柱塞；10、铸铝均热块；11、石棉保温层；12、隔热板；13、加料柱塞；14、料斗；15、环形镂空铝管；16、小型风扇；17、导丝锟；18、卷绕辊；19、加热筒；20、横向支持梁；21、纵向支架。

具体实施方式

[0017] 实施例1

[0018] 参见附图1，它是本实施例提供的微量熔融纺丝机的结构示意图；微量熔融纺丝机包括加压系统1、纺丝系统2、加料系统3、冷却系统4、拉伸系统5和组合支架6；纺丝系统2由组合支架6悬空固定，加压系统1置于纺丝系统2的上方，加料系统3置于纺丝系统2的一侧，冷却系统4置于纺丝系统2与拉伸系统5之间，并由组合支架6固定，拉伸系统5置于整机的最下方。

[0019] 冷却系统4包括环形镂空铝管15和两个小型风扇16，小型风扇16置于环形镂空铝管15的外侧，并呈对称排列。

[0020] 拉伸系统5包括导丝锟17、卷绕辊18和加热筒19，导丝辊17置于卷于喷丝头所对应的正下方位置，卷绕锟18与导丝锟17平行排列，加热筒19置于导丝锟17与卷绕锟18中间。

[0021] 组合支架6包括横向支持梁20和纵向支架21，横向支撑梁20固定于纺丝系统2及冷却系统4两侧，纵向支架21与横向支撑梁20的端部连接。

[0022] 参见附图2，它是本实施例提供的微量熔融纺丝机的纺丝系统的结构示意图；加料系统置于纺丝系统的一侧，加料系统的加料柱塞13与料斗14相连通，加料柱塞13与料筒7的轴向呈30～60°的夹角。纺丝系统2中，料筒7的直径为5～6mm，其底部出口位置有一环形侧边，直径为4mm，喷丝头8放置于料筒7的底部，喷丝头8的外径为5mm，内径为0.5～1.2mm，其横截面的形状可以是圆形、三角形、正方形、椭圆形、十字形和菱形等；纺丝柱塞9置于料筒7中，顶部与加压系统1连接，控制其加载压力；料筒7的外部包覆铸铝均热块10，石棉保温层11包覆于铸铝均热块10的外侧，隔热板12分别设置在铸铝均热块10的上、下方。

[0023] 在进行熔融纺丝实验前，先将铸铝均热块10与加热筒19分别调至预设温度，待温度稳定后，自料斗14中加入纺丝树脂，并用加料柱塞13压入到料筒7当中。预热1～5min，待树脂熔融后，通过纺丝柱塞9将树脂熔体自喷丝头7中挤出；挤出的熔体细流经小型风扇16风冷凝固后，手动牵引至导丝辊17与卷绕锟18上。然后分别将导丝锟17与卷绕锟18调节至预设转速，进行纺丝。

[0024] 在本实施例中，预设纺丝温度230℃、拉伸温度120℃。待温度稳定后，将5g聚丙烯切片倒入料斗14中，并用加料柱塞13压实，预热1min；然后，通过纺丝柱塞9将树脂熔体自喷丝头7中挤出。熔体细流经小型风扇16冷却后，手动牵引至导丝锟17和卷绕辊18上，并将导丝锟17与卷绕锟18的转速分别调节至50m/min与100m/min，进行纺丝，得到均匀、连续的长丝。参见附图3，它是采用本实施例提供的微量熔融纺丝机制备的纤维的电镜照片图，所纺得的纤维直径约为55um。

[0025] 实施例2

[0026] 采用实施例1提供的微量熔融纺丝机进行纺丝，工艺条件为：预设纺丝温度260℃、拉伸温度130℃。待温度稳定后，将4g尼龙6切片倒入料斗中，并用加料柱塞压实，预热1min；然后，通过纺丝柱塞将树脂熔体自喷丝头中挤出。熔体细流经冷小型风扇却后，手动牵引至导丝锟和卷绕辊上，并将导丝锟与卷绕锟的转速分别调节至70m/min与120m/min，进行纺丝。所纺得的纤维直径约为50um。

[0027] 实施例3

[0028] 采用实施例1提供的微量熔融纺丝机进行纺丝，工艺条件为：预设纺丝温度268℃、拉伸温度150℃。待温度稳定后，将3g聚对苯二甲酸乙二醇酯切片倒入料斗之中，并用加料柱塞压实，预热1min；然后，通过纺丝柱塞将树脂熔体自喷丝头中挤出。熔体细流经冷小型风扇却后，手动牵引至导丝锟和卷绕辊上，并将导丝锟与卷绕锟的转速分别调节至
60m/min与120m/min，进行纺丝。所纺得的纤维直径约为40um。