专利名称：立雾式化学纤维成型方法纤维是以天然的或合成的高聚物为原料而加工成为细长而柔韧的物质。从原料来 源来分类，化学纤维可分成再生纤维和合成纤维两大类。合成纤维是用合成高聚物(树脂) 为原料而纺制得到的纤维，其中占合成纤维总量60%以上的为聚酯纤维，也称为涤纶。还 有聚酰胺(尼龙)、聚丙烯(丙纶)、聚丙烯腈(腈纶)等；其次，聚乙烯醇(维尼龙)、聚氨 酯(氨纶)等。再生纤维为以天然的高聚物为原料，经过物理、或物理化学处理，用专用设 备而制得的纤维，如纤维素纤维(棉短绒再生粘胶纤维、玉米纤维、竹纤维、秸秆等再生纤 维)、蛋白质纤维(牛奶纤维)、甲壳质纤维等。按照纤维的长度来分类可分成长丝与短纤维。长丝是连续的，常以千米长度来计 算。短纤维是指切断成类似于天然纤维长度的纤维，长度通常以毫米计算。根据长度和用 途区分，一般可分成超短纤维、短纤维、中长纤维和毛型短纤维。目前，全世界化学纤维总产 量达到纤维总需求量的60%以上。化学纤维中90%以上为合成纤维，再生纤维素纤维不到 10%。化学纤维中长丝和短纤维的总比例基本上各为50%。纺丝成型是指以含有一定天然纤维素含量的高分子材料或合成高聚物所制备成 具有一定粘度和流动性的原液(用于溶剂纺)或熔体(用于熔融纺)，经过计量泵以一定压 力通过喷丝头孔形成的稳定的细流后，通过特殊设计的冷却(或高温挥发)成型装置，逐渐 固化成为具有一定机械性能的丝条(纤维)的过程。现有的化学纤维纺丝成型技术可分成两大类熔融纺和溶剂(溶液)纺。化学纤 维冷却成型的介质有空气(惰性气体)冷却、水冷却、溶剂(溶液)冷却等形式。具体的又 可以细分为熔体纺、干法纺、湿法纺、干喷湿法等。熔融纺要求成纤高聚物其分解温度(Td)高于熔融点(Tm)或流动温度(Ts)的分 子成线性排列的高聚物才能采用该纺丝方法。所用的熔体纺中由于其熔体温度远远高于空 气，一般以空气作为冷却介质，随手可得，生产成本低廉。经恒温恒压恒湿处理后的空气通 过专门设计的整流装置，均勻地与纤维运行方向成90°夹角吹到热的丝条表面；熔融的熔 体细流和低温的洁净气流之间发生热交换，细流沿纺程从外到内逐渐固化成为丝条，经导 丝辊集为一束纤维进入下一工段。常见的整流装置为侧吹风窗和环吹风头套等。吹风整流 装置的结构设计关键为吹风有效面积和整流过滤材料的选择，以保证满足丝条需冷量的同 时，风速均勻有效地吹到各根丝条表面，形成品质均勻和优良的初生纤维。吹风窗(头套) 有效吹风高度、面积和丝条的固化点的控制、纤维的纤度大小、单纺位的产量密切相关。纺 丝速度长丝目前产业化的速度在2000 6000m/min ；短纤维在500 1800m/min。此种方 法丝条离开喷丝板后立即进入水中成型。吸收了熔体热量的水用冷交换原理降温，冷媒采 用< 8°C的水。虽然与空气冷却相比，冷却效果很好，但是冷量的损耗非常大。适用于溶剂纺的干法纺的设备和原理与熔纺冷却成型原理不同，它是采用高温惰性气体强制对流，来带走纺丝原液细流中挥发出来的溶剂。气体在经过冷却分离，再加热循 环使用；丝条在充满气体的管状甬道中冷却成型，冷却风与丝条运行方向相同。优点是丝条 运行在空气(惰性)气体内，运动阻尼非常小，气流随丝条向下牵引力的作用同向在甬道下 部流出，自然的有序的气流减少了扰动和发生概率，有利于得到高品质的丝条。干法溶剂纺 纺丝速度可达到2000m/min，而且纺丝设备竖向布置，占地面积小。缺点是纺丝工段建筑物 高度比溶剂纺湿纺、干喷湿法高，受到建筑物高度的制约(造价)，喷丝板孔数量和单根丝 的纤度都受到一定制约。对于分解温度低于熔融点的成纤高聚物(或熔纺单丝纤度> 20d)的纤维多采用 湿法纺或干喷湿法(浸没式水冷却法)。湿法纺所用的设备如图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9进入后处理阶段完成；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；采用水冷的熔纺的单丝纤度> 20d，甚至可 以达到200d 500d。同时浴液采用主辅槽循环，工艺条件稳定，控制方法简便，易操作，适 用于所有溶剂纺成纤高聚物。缺点是(1)原液细流在凝固浴液中，受液-液之间传质速率和两种流体界面之间 摩擦力的影响，为了避免原液细流表面破裂，湿纺的纺丝速度控制< lOOm/min，一般仅为 15 SOm/min。因此，单纺位产能较低，纺丝设备投资高，占地面积大。(2)为了保证每一瞬 时凝固浴槽内的浴液温度和浓度的相对恒定，必须及时消化进入凝固浴液的原液带入的热 量和溶剂(浓相)，湿法纺(包括干喷湿法)工艺的做法是——采用大浴比方式增加凝固 浴辅槽的容积和提高凝固浴液的循环次数。辅槽设备投资、建筑占地和能耗都相应较高。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(熔)体细流离开喷丝板4进入气隙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，据报道，纺速在80 lOOm/min。缺点是(1)气隙控制技术受到气隙长度、气流速度、气流温度、气流介质回收成本 的影响，难度非常大。(2)初生丝条与气隙中空气只发生热交换表面初步冷却固化即进入凝 固浴，受丝条内部和浴液之间的传质速度影响，纺速提高受到一定限制。(3)气隙过大，初生 纤维表面固化过快，易产生原纤化，影响后道可纺性；气隙过小，固化效果不明显，且喷丝板 面与液面距离过小，生头操作在液下进行，难度较大，制约了喷丝孔数量的增加，根据已披 露的资料，纺丝孔最高达到30000孔/位。(4)和传统湿法纺工艺一样也采用大浴比的方式 来控制凝固浴的温度和浓度的相对稳定。这部分设备投资、土建占地和能耗都非常高。
本发明所要解决的技术问题是提供一种立雾式化学纤维成型方法，该方法采用立式的凝固室代替传统的凝固浴槽，使得向下运行的丝条在充满雾化浴液的凝固室中进行冷 却和固化，纺丝速度快、土建成本低。一种立雾式化学纤维成型方法，包括以下步骤1)纺丝原料经过分配管、计量泵和过滤器后进入纺丝组件的喷丝板；2)气隙冷却喷丝板向下喷出丝条通过喷丝板和凝固室之间的气隙，丝条表面初 步冷却固化形成初生丝条；3)凝固室冷却凝固丝条通过气隙后进入凝固室，凝固室两侧的雾化喷嘴对丝条 喷射浴液，使得丝条在向下运行中进一步冷却凝固；4)集束浴丝条和浴液同时连续进入集束浴槽，在集束浴槽中丝条由外至内继续 固化，在导丝转向辊作用下汇集成一束丝片；5)后处理工段通过集束浴内的导丝转向辊导出的丝片经过导丝辊进入后处理 工段结束纺丝流程。所述的凝固室下端安装集束浴槽边，其与集束浴槽相连处连为一体，另两侧敞开。初步固化的丝条进入集束浴槽后，丝条在集束浴槽中行进速度为100 350m/min。当进行溶剂纺时，所述的纺丝原料为浓度70% 90%、温度60 90°C有机溶剂制 备的纺丝原液，凝固室中雾化喷嘴喷出的浴液为浓度10% 17%、温度10 25°C的氧化甲 基吗啉溶剂。所述的后处理工段包括牵伸、切断、水洗、漂白、上油、干燥和打包。当进行熔融纺时，所述的纺丝原料为100%纺丝原料、熔体温度200 350°C，所述 的凝固室中雾化喷嘴喷出浴液为水，温度16 30°C。本发明的立雾式化学纤维成型方法，其立式凝固室内形成一个雾化浴液和空气包 围的气氛，替代了传统湿法纺丝或干喷湿法纺丝方法中液态的丝条被液态的凝固浴介质所 包围的状况，将液——液之间的摩擦运动改为液——雾+气，使得纺丝速度很容易地提高1 倍至数倍以上，大大提高了产能，喷丝板面到集束液面距离从300mm可提高到500mm以上， 方便多孔生头操作；丝条的热量一部分散发到空气，一部分被喷到丝条上的雾化液体带走，雾化液体 的需求(流量、温度和浓度)的控制可以根据丝条成型实际需求量而单独配置，控制精度 高，节约冷量，喷丝板的孔数也可以达到200000孔以上，在同样的产能下，纺位数量减少。 集束浴槽中丝条基本成型，减小了丝条在集束浴槽中运行的摩擦阻力，提高了纺丝速度，而 且集束浴槽中浴液浓度和温度对纤维品质影响甚少，集束浴辅槽的容积和循环泵设置仅考 虑工艺操作弹性使用小浴比循环即可，节约了设备投资和土建投资降低了运行成本。采用立式雾化冷却凝固，每根丝条每时每刻都被连续喷出的新鲜液膜均勻地包裹 着、更新着，每根丝条与雾化液珠射出方向呈一定夹角，与丝条内部到表面的传热、传质方 向平行，因此冷却固化十分均勻，避免了原纤化的产生，所得到的丝条机械性能具有特殊的 品质，可以推广应用于采用现有空气作为冷却介质所不能纺制的粗旦熔纺纤维(> 20旦/ 根)的冷却成型。图1为现有的湿法(凝固浴)纺原理框图2为现有的干喷湿法原理框图；图3为本发明立雾式化学纤维成型方法的原理框图。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集束浴 辅槽、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。

本发明属于化学纤维制造领域，尤其涉及一种立雾式化学纤维成型方法。一种立雾式化学纤维成型方法，包括以下步骤1)纺丝原料经过分配管、计量泵和过滤器后进入纺丝组件的喷丝板；2)气隙冷却；3)凝固室冷却凝固；4)集束浴；5)后处理工段。本发明冷却固化十分均匀，避免了原纤化的产生，所得到的丝条机械性能具有特殊的品质；喷丝板面到集束液面距离＞500mm，生头操作方便；纺丝速度能达到200～350m/min，大大提高了产能，节约了设备投资和土建投资降低了运行成本，可以推广应用于采用现有空气作为冷却介质所不能纺制的粗旦熔纺纤维(＞20旦/根)的冷却成型。