一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置
阅读说明：本技术 一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置 (Device for measuring impact force between tows and airflow in flash spinning process ) 是由 罗章生 余伦斌 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置,将现有技术中的偏转装置由偏转板改进为绝缘底板和压力感受器的组合。通过电刷、导线与电阻计测量出压阻材料制成的压力感受器在受到丝束与气流的冲击力后产生的电阻变化,得到所述冲击力大小,适应性改变绝缘底板的抗压距离,从而稳定该冲击力,提高丝束网被分散的均匀程度,最终提高闪蒸纺丝无纺布的单位质量均匀度。(The invention relates to a device for measuring impact force of filament bundles and air flow in a flash spinning process, which improves a deflection device in the prior art into a combination of an insulating bottom plate and a pressure sensor from a deflection plate. The pressure sensor made of piezoresistive material is measured by the electric brush, the wire and the resistance meter to generate resistance change after receiving the impact force of the filament bundle and the air flow, the impact force is obtained, the compression resistant distance of the insulating bottom plate is adaptively changed, the impact force is stabilized, the dispersed uniformity of the filament bundle net is improved, and the unit mass uniformity of the flash spinning non-woven fabric is finally improved.)
技术领域
本发明涉及纺丝及无纺布制备的技术领域，尤其涉及一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置。
背景技术
闪蒸纺丝技术主要过程是：将高分子聚合物溶解于溶剂中，形成高分子溶液后，由喷丝孔喷出进入到温度或压力与原先不同的介质区域中，形成液态细流，细流中的溶剂发生闪蒸改变了原先细流的形态，且带走了热量，溶质即高分子聚合物在析出后快速的冷却，形成溶剂气流和具有超细三维网络结构的丝束，之后以某种方法沉积收集该丝束便可制成无纺布。
传统的闪蒸纺丝装置原理如图1所示，上述主要过程发生在箱体1内，高分子溶液被泵入纺丝装置2，通过内部的降压板3，进入到一个温度或压力比之前低的低温压区域4，高分子溶液在此开始发生相分离，随后从喷丝孔5喷出到温度或压力更低的环境里形成具有超细三维网络结构的丝束6，为了更好的收集三维网络结构的丝束6，常用一种安装在轴承14上的旋转轴15所带动旋转的偏转板7将丝束和溶剂气流偏转到向着驱动轴16所带动的收集面9的方向上，丝束因为受到偏转板的反作用力从三维网络结构被分散成一定宽度的扁平网络结构即丝束网19，且偏转板与丝束碰撞的区域因为具有特殊的轮廓(未在图中示出)，使得该丝束网在偏转板与丝束接触面所在平面上，以一定的幅度和频率沿着与收集面运动方向垂直或呈一定角度的方向上摆动(中途或经过未在图中示出的静电处理使丝束网中的纤维因带同种电荷而进一步开纤)。丝束网以上述形式被较为均匀的沉积到收集面上形成无纺布前体10，再经过密封辊11，成型辊12以及一些未在图中示出的可选的后续处理，便可得到成品无纺布13。溶剂气体通过孔20到回收装置。
在上述传统生产过程中，气流与丝束一起对偏转板的表面产生冲击力，由于丝束是被偏转板的反作用力分散成扁平网络结构，所以在生产速度发生变化时该冲击力的大小波动直接影响了丝束网被分散的均匀程度，进而影响了最后成品的单位面积质量均匀度，且该冲击力无法被直接的测量，无法参考冲击力变化改变其他参数，从而无法对生产成品的单位面积质量均匀度起到较好的控制。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置，能够生产成品的单位面积质量均匀度起到较好的控制。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置，包括：绝缘底板、压力感受器、电刷、恒力弹簧、电阻计和导线；
所述绝缘底板为圆柱形结构，所述绝缘底板的一底面迎着丝束运动方向，另一底面的中心连接闪蒸纺丝装置的旋转轴，所述绝缘底板迎丝束面有圆环柱形的凹槽用于承接所述压力感受器，所述凹槽绕设于一柱形凸起，所述压力感受器是由压阻材料制成，所述压力感受器嵌设于所述凹槽内随着所述绝缘底板一起旋转，所述压力感受器的表面分为内环形区域和外环形区域，内环形区域负责接受冲击力从而产生电阻值的变化，外环形区域接触有两个所述电刷，所述电刷被所述恒力弹簧压在所述外环形区域上，所述恒力弹簧保证了所述电刷对所述压力感受器的表面的压力是均匀一致的，所述电刷不随着所述偏转装置和所述压力感受器旋转，所述电阻计通过所述导线与所述电刷电连接，所述电阻计与电刷配合测定所述压力感受器的电阻值。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：将背景技术中的偏转装置由偏转板改进为绝缘底板和压力感受器的组合。通过电刷、导线与电阻计测量出压阻材料制成的压力感受器在受到丝束与气流的冲击力后产生的电阻变化，得到所述冲击力大小，适应性改变绝缘底板的抗压距离，从而稳定该冲击力，提高丝束网被分散的均匀程度，最终提高闪蒸纺丝无纺布的单位质量均匀度。
附图说明
图1为本发明背景技术中传统闪蒸纺丝装置的结构示意图；
图2为本发明测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置安装至闪蒸纺丝装置的结构示意图；
图3为本发明测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置的俯视剖视图；
图4为本发明测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置的右视图；
图5为本发明测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置的恒力弹簧的结构示意图；
图6为本发明测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置的电阻计的结构示意图；
【附图标记说明】
1、箱体；2、纺丝装置；3、降压板；4、低温压区域；5、喷丝孔；6、丝束；
7、偏转板；70、绝缘底板；
8、压力感受器；9、收集面；10、无纺布前体；11、密封辊；12、成型辊；13、成品无纺布；14、轴承；15、旋转轴；16、驱动轴；17、电刷；18、导线；19、丝束网；20、孔；
51、内固定端；52、外端；
61、电阻计。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
请参照图2至图6所示，一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置，包括：绝缘底板、压力感受器、电刷、恒力弹簧、电阻计和导线；
所述绝缘底板为圆柱形结构，所述绝缘底板的一底面迎着丝束运动方向，另一底面的中心连接闪蒸纺丝装置的旋转轴，所述绝缘底板迎丝束面有圆环柱形的凹槽用于承接所述压力感受器，所述凹槽绕设于一柱形凸起，所述压力感受器是由压阻材料制成，所述压力感受器嵌设于所述凹槽内随着所述绝缘底板一起旋转，所述压力感受器的表面分为内环形区域和外环形区域，内环形区域负责接受冲击力从而产生电阻值的变化，外环形区域接触有两个所述电刷，所述电刷被所述恒力弹簧压在所述外环形区域上，所述恒力弹簧保证了所述电刷对所述压力感受器的表面的压力是均匀一致的，所述电刷不随着所述偏转装置和所述压力感受器旋转，所述电阻计通过所述导线与所述电刷电连接，所述电阻计与电刷配合测定所述压力感受器的电阻值。
本发明在进行压力测量工作时执行以下步骤：在所需要测量的闪蒸纺丝条件(如温度，气压，绝缘底板转速等)下，预先通过所述电阻计与电刷测量出所述压力感受器的电阻与其所受压力的函数对应关系，在实际生产中通过所述电阻计与电刷测得压力感受器的电阻值，通过该阻值对照出所述压力感受器承受的压力。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将背景技术中的偏转装置由偏转板改进为绝缘底板和压力感受器的组合。通过电刷、导线与电阻计测量出压阻材料制成的压力感受器在受到丝束与气流的冲击力后产生的电阻变化，得到所述冲击力大小，适应性改变绝缘底板的抗压距离，从而稳定该冲击力，提高丝束网被分散的均匀程度，最终提高闪蒸纺丝无纺布的单位质量均匀度。
进一步的，所述绝缘底板选用氧化铝陶瓷材料制成。
从上述描述可知，氧化铝陶瓷材料有较好的传导性、机械强度和耐高温性，从而能够在不干扰压力计算的同时，满足其高机械强度和高温的工作要求。
进一步的，所述压力感受器具体选用SiCN陶瓷材料制成。
从上述描述可知，压力感受器的材料为SiCN陶瓷，SiCN陶瓷在微波频段下，其介温特性呈现出很好的线性关系，降低了温度对于压力检测的影响。
进一步的，所述压力感受器的压阻系数为1000-3500。
进一步的，所述压力感受器为与所述圆环柱形的凹槽形状适配的圆环柱形。
从上述描述可知，使得压力感受器的外侧面与绝缘底板迎着丝束运动的底面在同一平面上，避免两者之间产生的凹陷或不平整使得丝束在碰到压力感受器后运动轨迹发生变化。
进一步的，所述电刷的形状为扇环形柱体。
从上述描述可知，扇环形柱体电刷具有较大的截面积，减小了电刷的电阻，使测量过程中压力感受器的电阻变化得到了更好的体现，同时还适当减小了恒力弹簧通过电刷对压力感受器的压强，在能稳定的与压力感受器接触的情况下，延缓了的电刷的磨损。
进一步的，所述电刷的截面圆弧所对应的圆心角大小在45°-75°之间，所述电刷的弧宽为16-30mm。
进一步的，所述内环形区域的弧宽为40-80mm，所述凸起的顶面直径为40-60mm。
实施例一
请参照图2至图6所示，一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置，包括：绝缘底板70、压力感受器8、电刷17、恒力弹簧、电阻计61和导线18；
所述绝缘底板70为圆柱形结构，所述绝缘底板70的一底面迎着丝束运动方向，另一底面的中心连接闪蒸纺丝装置的旋转轴，所述绝缘底板70迎丝束面有圆环柱形的凹槽用于承接所述压力感受器8，所述凹槽绕设于一柱形凸起，所述压力感受器8是由压阻材料制成，所述压力感受器8嵌设于所述凹槽内随着所述绝缘底板70一起旋转，所述压力感受器8的表面分为内环形区域和外环形区域，内环形区域负责接受冲击力从而产生电阻值的变化，外环形区域接触有两个所述电刷17，所述电刷17被所述恒力弹簧压在所述外环形区域上，所述恒力弹簧保证了所述电刷17对所述压力感受器8的表面的压力是均匀一致的，所述电刷17不随着所述偏转装置和所述压力感受器8旋转，所述电阻计61通过所述导线18与所述电刷17电连接，所述电阻计61与电刷17配合测定所述压力感受器8的电阻值。
具体地，如图5所示，所述恒力弹簧的材质为SUS301不锈钢，一端为内固定端51，另一端为对电刷17施加恒力的外端52。
具体地，如图6所示，所述电阻计61通过两端的导线18分别与图3中在压力感受器8上两个间隔设置的所述电刷17相连接。
其中，所述绝缘底板70选用氧化铝陶瓷材料制成。
其中，所述压力感受器8具体选用SiCN陶瓷材料制成。
其中，所述压力感受器8的压阻系数为1000-3500。
其中，所述压力感受器8为与所述圆环柱形的凹槽形状适配的圆环柱形。
其中，所述电刷17选用石墨材料制成。
其中，所述电刷17的形状为扇环形柱体。扇环形柱体电刷17具有较大的截面积，减小了电刷17的电阻，使测量过程中压力感受器8的电阻变化得到了更好的体现，同时还适当减小了恒力弹簧通过电刷17对压力感受器8的压强，在能稳定的与压力感受器8接触的情况下，延缓了的电刷17的磨损。
其中，经试验测得，所述电刷17的截面圆弧所对应的圆心角大小在45°-75°之间，所述电刷17的弧宽为16-30mm时，为较优的选择范围，继续增大电刷17截面需要增加压力感受器8不产生电阻变化区域的比例(即压力感受器8的外环形区域)，使得压力感受器8整体在受压后电阻变化率减小，反而不利于电阻测量的精确度。
其中，经实验测得，所述内环形区域(即压力感受器8负责接收冲击力产生电阻变化部分)的弧宽为40-80mm，所述凸起的顶面直径为40-60mm时，为较优选择。
为了更好的说明通过本发明能使生产工艺参数变动时候，提升成品的单位面积质量均匀度，采用图1所示的现有设备与图2所示的改进设备，在同样的生产速度变化条件下，生产无纺布产品，并在GB/T24218.1-2009标准下比较两设备所生产无纺布的单位面积质量的变异系数百分比。变异系数越低说明所生产无纺布的均匀度越好。
使用同一批次聚乙烯的三氯氟甲烷溶液作为闪蒸纺丝原料，同时用图1中背景技术提到的现有设备(记作设备A)与图2经本发明技术改装后的设备(记作设备B)进行生产，设置两纺丝设备纺丝速度在10000-15000m/min范围内以100m/min的速度上升，其他参数相同且不变。分别生产40g/m2，50g/m2，60g/m2，70g/m2的无纺布，在纺丝速度变化过程中，图2设备能根据所测得压力感受器8所受丝束与气流冲击力大小，动态调节喷丝装置2与偏转装置之间的距离，从而使该冲击力始终稳定。图1设备因为无法测得冲击力变化，无法做出相应调整。生产的无纺布的均匀度在GB/T 24218.1-2009标准下比较单位面积质量的变异系数百分比，结果如下表所示。
可以看出设备B即装有本发明装置的设备，无论是在平均单位面积质量上，还是变异系数上都是优于现有的设备A。这说安装有明本发明装置的设备在生产速度变动时候，能提升成品的单位面积质量均匀度。由此可知，装有本发明的闪蒸纺丝设备，在生产过程中能在不影响产品质量的情况下，调节生产速度，对实际生产的工艺控制起到了很好的效果。
除上述实施例中通过调节纺丝装置与偏转装置距离的方式来稳定丝束与气流对偏转装置的冲击力，亦可采用其他改变闪蒸速度的方式(如，纺丝环境的气压，温度等)来控制丝束与气流对偏转装置的冲击力，以达到上述实施例近似的产品效果控制。
综上所述，本发明提供的一种测量闪蒸纺丝过程中丝束与气流冲击力的装置，将背景技术中的偏转装置由偏转板改进为绝缘底板和压力感受器的组合。通过电刷、导线与电阻计测量出压阻材料制成的压力感受器在受到丝束与气流的冲击力后产生的电阻变化，得到所述冲击力大小，适应性改变绝缘底板的抗压距离，从而稳定该冲击力，提高丝束网被分散的均匀程度，最终提高闪蒸纺丝无纺布的单位质量均匀度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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