专利名称：Lyocell纤维纺丝凝固成型设备的制作方法目前已发现的竹纤维、棉短绒、海藻、草浆(芦苇)、速生林(木浆)等可再生天然 纤维素纤维(LY0CELL)的纺丝技术来可分成两大类传统的粘胶法和干喷湿法两种。根据 纤维冷却凝固成型的介质来区分有溶液纺和溶剂纺。再生纤维素纤维湿法纺制备所用的设备如图1所示，溶剂纺原液通过计量泵2和 过滤器3进入到喷丝板4中，喷丝板4放置在凝固浴槽14中被凝固浴液浸没。喷丝板4喷 出的原液细流在凝固浴液中同时发生冷却和相分离过程，以得到表面固化内部初步产生相 分离的丝条，然后由导丝转向辊8带出纤维丝，通过导丝辊(盘)9进入牵伸浴槽7完成牵 伸；一般凝固点的长度控制在100 300cm。这种方法的优点是，20°C水的比容是20°C空气 的4. 13倍，导热系数是23. 73倍；水与空气相比，是优良的传热体和贮能体；因此喷丝板4 的喷丝孔数(束纤维的根数)和单丝纤度远远高于熔纺，最高可达200000孔。熔纺如果采 用水作为冷却介质后，单丝纤度> 20d都可以采用，甚至可以达到IOOd 500d。传统的湿法纺(干喷湿法也相同)凝固浴液的温度和浓度控制，采用大浴比的方 法。虽然简便易操作，但是需要配备大容积贮槽和加大浴液循环次数和循环量，来消化纺丝 原液连续带入凝固浴液的热量和浓相溶剂，以保证原液细流在凝固浴中运行的每一瞬间凝 固浴液的温度、浓度相对稳定，变化量在许可之范围，才可得到品质相对均勻的成品纤维。适用于所有溶(液)剂纺成纤高聚物的湿法纺方法，缺点受丝条凝固速率的制约， 为了避免细流破裂，纺丝速度一般速度都< lOOm/min，因此，与熔纺相比，单位建筑面积所 获得的纤维产能非常低，设备投资高，生产效率低。干喷湿法所用的设备如图2所示，在湿法纺的基础上在喷丝板4和凝固浴槽14之 间增加气隙10，使得溶体细流离开喷丝板4进入气隙10中与周围气体先发生热量交换，表 面形成一层固化薄膜，细流表面与周围气体介质之间的摩擦力变小，从而提高了纺速，并且 光滑而又初步固化的丝条表面在降低与浴液之间的摩擦系数的同时又保留了湿法纺在凝 固浴槽中传热传质速度快的优点，纺速有效地突破了百米/分大关；缺点是气隙控制技术 受到气隙长度、气流速度、气流温度、气流回收成本的影响，难度非常大；原液细流在空气容 易产生原纤化，因此，喷丝板和液面之间气隙一般< 300mm。由于间歇较小，生头操作比较困 难，制约了喷丝孔数量的增加，纺丝孔最多能到30000孔。而且以上湿法纺或干喷湿法这两种方法都有一个共同的缺点，均采用大浴比的凝 固浴循环系统来保证凝固浴液浓度偏差控制。以再生纤维素纤维工艺为例，浓度波动如果控制在在士0. 2%，且保证浴温的相对恒定，根据经典的凝固浴的循环量计算公式如下凝固浴的循环量(Q)=原液带入凝固浴液(W)/浓度控制偏差(e)以原液带入凝固浴中的溶剂为lm3/h计算，为了保持凝固浴浓度波动，最小循环量 =1 ÷ 0. 2%= 500m3/h。至少需要配置500m3/h循环泵和约100m3的贮槽。因此，溶剂回收 循环所需的能源消耗和储备设备的投资都非常可观。
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种LY0CELL纤维纺丝凝固成型设备，采 用立式的凝固室代替凝固浴槽，用雾化装置对通过喷丝板挤压出来的纺丝原液细流在雾气 中进行冷却，即减少了原液细流凝固所需要的集束浴液循环量，又提高了单纺位产量，并降 低了设备和土建投资。一种LY0CELL纤维纺丝凝固成型设备，包括计量泵、过滤器、喷丝板、集束浴槽和 牵伸浴槽，所述的集束浴槽中装有导丝转向辊，集束浴槽和牵伸浴槽之间装有导丝辊，所述 的喷丝板位于集束浴槽的正上方，所述的喷丝板下方和集束浴槽上方之间还装有凝固室， 所述的凝固室为立式，其上端开口离开喷丝板留有一定高度的气隙，凝固室的正对两内侧 装有若干组雾化喷嘴，雾化喷嘴通过中间槽连接计量泵。所述的凝固室下端安装在集束浴槽边，操作面侧与集束浴槽边连为一体，另两侧 底边敞开。所述的凝固室上端开口离喷丝板的气隙高度为20 100mm。所述的喷丝板为长方形多单元组合喷丝板，喷丝板孔数为1000 200000孔所述的若干排雾化喷嘴共用一个计量泵。所述的计量泵有多个，每台计量泵分别供应浴液给不同排的雾化喷嘴，同一排雾 化喷嘴的浴液浓度均一。所述的凝固室为长方柱型高度300 800mm，三面封闭，一面设有可开启的镶有玻 璃视窗的操作门。本发明的凝固浴采用立雾式的凝固室，一部分热量随向下自然流动的空气带走， 降低了雾化浴液带入集束浴槽中的热量；根据纤维成型状况，将雾化喷出液调配量控制至 最小，既可以节约冷却凝固浴液所需冷量，又可以提高回收溶剂的浓度。不需要用传统大浴 比控制方法来保持凝固浴液的恒温和恒浓度。集束浴液循环的目的是维持集束浴槽内瞬间 浓度均勻，不需要再考虑浴液浓度变化和温度变化的稳定，循环泵和浴液贮槽的容量都可 缩小80 90%，节约了设备投资和土建投资，降低了运行成本。本发明的喷丝板通过长方形多单元组合式设计形式，使其在部分孔损坏后可以只 更换损坏孔所在的单元，因此，提高了喷丝板总体使用寿命，节约了生产成本；同时采用溶 体分配管进入各个单元喷丝板，保证了溶体在高粘度下挤出压力分配均勻，因此，纺丝纤度 的均勻性提高。本发明的另一个特点是采用长方形喷丝板，一旦工艺调整优化以后，若需增加单 纺位产量只要增加喷丝板长度方向的单元数量，宽度方向维持不变。纤维通过的凝固室也 相应增加其喷雾嘴安装的数量即可，喷出的流量和流速、温度和浓度都将维持不变，生产工 艺控制非常方便，大大节约了投料试生产的成本和周期。图1为湿法纺设备结构示意图；图2为干喷湿法设备结构示意图；图3为本发明凝固式化学短纤维成型设备结构示意图。图中1溶体分配管、2计量泵、3过滤器、4喷丝板、5凝固室、6集束浴槽、7牵伸浴 槽、8导丝转向辊、9导丝辊、10气隙、11雾化喷嘴、12中间槽、13高位槽、14凝固浴槽。
凝固室5密封安装在集束浴槽6上。浴液仅来自于雾化液和纺丝原液中析出的溶 剂，因此，通过一定的工艺手段，控制其浓度和温度使之基本满足原液制备的溶解工艺所需 要的范围内是完全可行的集束浴槽6接受凝固室5丝条带下来的高浓度的浴液，经过循环 泵定期定量送回到高位槽13循环回收利用，凝固室5的浴液喷出量则根据凝固工艺要求而 设计，喷出量的设计控制在理论计算值的1 3倍，节省了粘胶法的凝固浴液贮槽的容积和 大容量的循环泵。本发明因雾化量的流量控制非常准确，仅理论计算值的1 3倍，因此，冷却雾化 凝固液所需要的冷却量很少。每纺位的喷丝孔数最多可达到200000孔，纺丝速度能达到200 350m/min，单纺 位集束总旦数最高可达40X 104dteX。假定年产1. 0万吨2. 22dteXX51mm短纤维计算现 有干喷湿法采用喷丝孔30000孔，纺丝速度lOOm/min计，若需要配备30个纺丝位。本发明 的200000孔喷丝板，纺丝速度200m/min时，只要配备3个纺丝位，大大降低设备占地面积， 缩短了纺丝车间的长度和土建投资。


本发明属于化学纤维制造领域，尤其涉及一种以氧化甲基吗啉为溶剂，再生纤维素纤维成型设备。一种LYOCELL纤维纺丝凝固成型设备，包括计量泵、过滤器、喷丝板、集束浴槽和牵伸浴槽，所述的喷丝板下方和集束浴槽上方之间装有凝固室，所述的凝固室为立式，其上端开口离开喷丝板留有一定高度的气隙，凝固室的正对两内侧装有若干组雾化喷嘴，雾化喷嘴通过中间槽连接计量泵。本发明的纺丝成型设备竖向布置，凝固系统设备占地面积小；长方形多单元组合式喷丝板使用寿命长，节约了喷丝板的维修成本和生产成本；采用立雾式的凝固室，既可以节约冷却凝固浴液所需冷量又可以提高回收溶剂的浓度，节约了回收设备及土建的投资，降低了运行成本。