阅读说明：本技术 熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法 (Melt-spun monofilament melt uniform mixing system and control method ) 是由 钱琦渊 邵新 刘熙峰 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法,涉及化学纤维新技术领域,本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统,是一种多层次熔体均匀混流的系统,通过螺杆不断推进熔体,由混合管路系统输送并混流后进入混合装置再次进行充分地融合,而后进入纺丝组件,从喷丝板中喷出熔体细流,最终冷却成型,本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法可以有效地提高熔纺纤维高分子量的分布均匀性,提高了纺丝熔体最终成纤聚合体的成型质量及单丝力学均匀性。(The invention discloses a melt spinning monofilament melt uniform mixing flow system and a control method, relating to the new technical field of chemical fibers.)

熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法

技术领域

本发明属于化学纤维新技术领域，具体地说，涉及一种熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法。

背景技术

化纤单丝在纺丝过程中，熔体细流的均匀性，是仿制单丝强度、纤度，伸长基本均匀性的前提条件。

熔体细流的均匀性，从干燥过程、熔融过程、熔体在管路中的流动以及喷出，均需要保持均匀化，其是一个系统的工程。

而现有技术中，在对单丝进行熔纺时，大多仅考虑在干燥过程或熔融过程对纺丝原料进行混合，而忽略了对原料进行熔融后至喷丝孔喷出前的均匀混合。如此一来，往往造成纺丝熔体熔融后至喷出时出现成纤聚合体单丝条不均匀的现象，这直接关系到纤维成型后单丝的力学均匀性，关乎单丝生产企业的经济效益。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法，来提高化纤单丝熔纺成型过程中的单丝均匀性和成型质量。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明提供一种熔纺单丝熔体均匀混流系统，包括：

若干料仓，用于盛放待熔纺的纺丝切片；所述料仓顶部设置有进料口，底部设置有出料口；

螺杆挤出装置，所述螺杆挤出装置的进料口与所述料仓的出料口连通，用于对纺丝切片进行熔融及高压推进；

混合装置，所述混合装置的进料口与所述螺杆挤出装置的出料口连通，用于对螺杆高压推进的熔体进行混合；

纺丝箱体，所述纺丝箱体的进料口与所述混合装置的出料口连通，所述纺丝箱体中设置有纺丝组件，所述纺丝组件包括用于熔纺单丝喷出的喷丝板；

混合管路，包括第一混合管路及第二混合管路；所述第一混合管路通过法兰无缝套接设置于所述螺杆挤出装置与所述混合装置之间；所述第二混合管路通过法兰无缝套接设置于所述混合装置与所述纺丝箱体之间；所述第一混合管路及所述第二混合管路均呈内外双管式结构，包括内管和外管；所述内管为麻花螺旋状混合输送管；所述外管套设于所述内管外壁上，所述内管和所述外管不相通，所述外管的内壁与所述内管的外壁之间存在空腔；所述空腔中流通有用于加热所述内管的加热介质。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述混合装置为静态混合器，所述静态混合器的进料口与所述螺杆挤出装置的出料口通过所述第一混合管路套角式无缝法兰连接；所述静态混合器的出料口与所述纺丝箱体的入料口通过所述第二混合管路套角式无缝法兰连接。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述混合装置包括静态混合器，还包括用于进行杂质过滤的预过滤器；所述混合管路还包括第三混合管路；所述预过滤器的进料口与所述螺杆挤出装置的出料口通过所述第一混合管路套角式无缝法兰连接；所述预过滤器的出料口与所述静态混合器的进料口通过所述第三混合管路套角式无缝法兰连接；所述静态混合器的出料口与所述纺丝箱体的入料口通过所述第二混合管路套角式无缝法兰连接；其中，所述第三混合管路呈内外双管式结构，包括内管和外管；所述内管为麻花螺旋状混合输送管；所述外管套设于所述内管外壁上，所述内管和所述外管不相通，所述外管的内壁与所述内管的外壁之间存在空腔；所述空腔中流通有用于加热所述内管的加热介质。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述纺丝组件还包括用于均匀分配单丝熔体通道的分配板、用于单丝熔体细流混流的混流板；所述分配板的进料口与所述第二混合管路的出料口连通；所述分配板的出料口与所述混流板的入料口连通；所述混流板的出料口与所述喷丝板的孔隙入口连通；所述纺丝箱体的入口处设置有计量泵，所述计量泵设置于所述第二混合管路的出口处，并设置于所述分配板的入口处。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述混流板包括若干与所述喷丝板连通的麻花螺旋状通道。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述料仓侧壁开设有进气口，所述料仓通过所述进气口与外部氮气管路密封连通；所述料仓的出料口处均设置有出料电磁阀，若干所述出料电磁阀均与一控制器电性连接。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，所述第一混合管路、所述第二混合管路、所述第三混合管路均配置为105～135°的弧形管，所述第一混合管路、所述第二混合管路、所述第三混合管路的内壁表面粗糙度为0.1～0.2微米。

本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，优选地，进入所述螺杆挤出装置中的纺丝切片包括但不限于PET单体切片或者PA6单体切片或者PA66单体切片或者PA6单体及PA66单体的混合切片。

本发明提供一种熔纺单丝熔体的全程混流均匀控制方法，包括下列步骤：

对纺丝切片实施增粘处理，进入料仓筛选，对每一个料仓实现定位控制，保证进入螺杆挤出装置的切片停留时间完全一致；

螺杆挤出装置的螺杆连续推进切片，对切片进行连续熔融处理；

熔融后的化纤单丝熔体经第一混合管路进入预过滤器过滤后，再经第三混合管路进入静态混合器进行静态混合；

静态混合完成后的化纤单丝熔体通过第二混合管路进入纺丝箱体，进入纺丝组件再次混流后从喷丝板中喷出单丝；

单丝冷却成形成卷。

本发明提供的熔纺单丝熔体的全程混流均匀控制方法，优选地，所述步骤“对纺丝切片实施增粘处理，进入料仓筛选，对每一个料仓实现定位控制，保证进入螺杆挤出装置的切片停留时间完全一致”中，进入螺杆基础装置的切片含水率控制为10～15ppm；所述步骤“螺杆挤出装置的螺杆连续推进切片，对切片进行连续熔融处理”中，螺杆挤出装置的螺杆推进压力为30～50mpa。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本发明公开了一种熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法，涉及化学纤维新技术领域，本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，是一种多层次熔体均匀混流的系统，通过螺杆不断推进熔体，由混合管路系统输送并混流后进入混合装置再次进行充分地融合，而后进入纺丝组件，从喷丝板中喷出熔体细流，最终冷却成型，本发明提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统及控制方法可以有效地提高熔纺纤维高分子量的分布均匀性，提高了纺丝熔体最终成纤聚合体的成型质量及单丝力学均匀性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统的简要结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统的又一简要结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体的全程混流均匀控制方法的简要流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1：

现有技术中在熔融纺制单丝熔体至熔体从纺丝组件挤出时，熔体混合的均匀性往往欠佳，这样导致了单丝条不均匀，纺丝熔体纤维成形及单丝力学均匀性均不佳。为了加强熔纺化纤单丝在纺丝过程中的熔体细流均匀性，本发明实施例1提供一种熔纺单丝熔体均匀混流系统，参照图1，包括：

若干料仓1，用于盛放待熔纺的纺丝切片；所述料仓1顶部设置有进料口，底部设置有出料口；

螺杆挤出装置2，所述螺杆挤出装置2的进料口与所述料仓1的出料口连通，用于对纺丝切片进行熔融及高压推进；

混合装置3，所述混合装置3的进料口与所述螺杆挤出装置2的出料口连通，用于对螺杆高压推进的熔体进行混合；

纺丝箱体4，所述纺丝箱体4的进料口与所述混合装置3的出料口连通，所述纺丝箱体4中设置有纺丝组件41，所述纺丝组件41包括用于熔纺单丝喷出的喷丝板411；

混合管路5，包括第一混合管路51及第二混合管路52；所述第一混合管路51通过法兰无缝套接设置于所述螺杆挤出装置2与所述混合装置3之间；所述第二混合管路52通过法兰无缝套接设置于所述混合装置3与所述纺丝箱体4之间；所述第一混合管路51及所述第二混合管路52均呈内外双管式结构，包括内管和外管；所述内管为麻花螺旋状混合输送管；所述外管套设于所述内管外壁上，所述内管和所述外管不相通，所述外管的内壁与所述内管的外壁之间存在空腔；所述空腔中流通有用于加热所述内管的加热介质。

通过本发明实施例1提供的上述熔纺单丝熔体均匀混流系统结构，料仓1中的纺丝切片从底部出料口输送至螺杆挤出装置2内，螺杆挤出装置2的螺杆不断将料仓1中的切片原料推进熔融，熔融后的熔体从第一混合管路51进入混合装置3中进行进一步搅拌或混合。对于混合装置3，只要能够实现在进入纺丝箱体前进行熔体均匀混合即可，不限于具体的形式(例如，可以采用具有电动搅拌功能的混合设备来进行熔体混合)，混合装置3对熔融的单丝熔体进行混合加工，有利于保障进入纺丝箱体后单丝的力学均匀性。在混流的过程中，本发明实施例1中，将螺杆挤出装置2熔融推出的熔体通过第一混合管路51、第二混合管路52实现在熔融熔体在混合装置3及纺丝箱体4的熔体输送，管路采用套角式法兰无缝连通，能够防止熔体在混合管路中的湍流，实现高效平稳的熔体输送。第一混合管路51、第二混合管路52均是内外双管结构，内管麻花螺旋状实现了输送过程的均匀混流，外管空腔承载有加热介质，在均匀混流输送的同时，提供了加强混流效果的温度，防止流体粘结。通过在熔体混合管路的内外管之间流通加热介质，可以间接向内管传递热量，且热稳定性较好，例如，所述加热介质包括但不限于联苯醚。相对于传统技术中熔体输送的直管、弯管来说，不仅起到了系统输送的效果，还形成了更好的均匀混流功能，有助于防止熔体进入纺丝箱体4前出现粘流分层，不均匀输送等现象而影响后续纺丝加工成型质量。

作为一种实施方式，参照图1，所述混合装置3为静态混合器(该实施方式中静态混合器为图1中的标号3)，所述静态混合器的进料口与所述螺杆挤出装置2的出料口通过所述第一混合管路51套角式无缝法兰连接；所述静态混合器的出料口与所述纺丝箱体4的入料口通过所述第二混合管路52套角式无缝法兰连接。将混合装置3设置为静态混合器，具有成本低，无污染的优点，无需机械搅拌无需可动部件、无污染、借助静态混合器中自身的内部管路结构，在很宽的雷诺数范围内对单丝熔体进行混合，例如，可采用扭旋叶片交错排列而成的静态混合器，流体自身动能作用下进入交错排列的螺旋元件管道，在流动中流体被迫切割、扭曲、分离和混合。静态混合器是一种没有运动部件、依靠混合单元的特殊结构和流体运动，实现了高效且经济性较好的熔体混合效果。

作为一种更优选的实施方式，参照图2，所述混合装置3除了包括静态混合器(图2中的标号31)之外，还包括用于进行杂质过滤的预过滤器32(参见图2)；所述混合管路5还包括第三混合管路53；所述预过滤器32的进料口与所述螺杆挤出装置2的出料口通过所述第一混合管路51套角式无缝法兰连接；所述预过滤器32的出料口与所述静态混合器31的进料口通过所述第三混合管路53套角式无缝法兰连接；所述静态混合器31的出料口与所述纺丝箱体4的入料口通过所述第二混合管路52套角式无缝法兰连接；其中，所述第三混合管路53呈内外双管式结构，包括内管和外管；所述内管为麻花螺旋状混合输送管；所述外管套设于所述内管外壁上，所述内管和所述外管不相通，所述外管的内壁与所述内管的外壁之间存在空腔；所述空腔中流通有用于加热所述内管的加热介质。

参照图2，将混合装置3设置为包括预过滤器32与静态混合器31的结构，当熔融的化纤单丝熔体从螺杆挤出装置2中推出时，可以先通过第一混合管路51进入预过滤器32，预过滤器32可以先行对熔融的熔体进行进行杂质过滤，而后再进入静态混合器31进行进一步的混合流程，可以提高单丝熔体的品质，减少杂质对成丝品质和性能的影响。在预过滤器32和静态混合器31中增设第三混合管路53，能够进一步增加输送过程中的混合效果，防止熔体粘结，增强分子量的均匀性。

考虑到熔体经均匀混合后进入纺丝箱体4后，从喷丝板411中喷出时还会存在一定的熔体细流均匀性欠佳的问题，在前述熔纺单丝熔体均匀混流系统结构的基础上，为了实现更好的混合效果，优选地，所述纺丝组件41还包括用于均匀分配单丝熔体通道的分配板412、用于单丝熔体细流混流的混流板413；所述分配板412的进料口与所述第二混合管路52的出料口连通；所述分配板412的出料口与所述混流板413的入料口连通；所述混流板413的出料口与所述喷丝板411的孔隙入口连通，通过在纺丝组件41中设置分配板412、混流板413及喷丝板411，使得从混合装置3中混合完成的单丝熔体进入纺丝组件41后能够进一步分配和混合后从喷丝板中喷出，加强了熔体细丝的均匀性。对于混流板413的结构，本发明实施例1不限于具体的结构，例如可以将混流板413设计为包括若干麻花螺旋状通道的结构，以实现熔体细流喷出成型前的再度均匀混合，提高高分子混合的力学均匀性，最后经过喷丝板53的孔隙中挤出，形成待卷绕的单丝细流，有利于保障熔纺单丝熔体全程混流的均匀挤出，能够实现从原料端至熔融至喷出的全程均匀混流，有利于保障纤维成型及单丝的力学均匀性。优选地，所述纺丝箱体4的入口处设置有计量泵42，所述计量泵42设置于所述第二混合管路52的出口处，并设置于所述分配板412的入口处。通过设置计量泵42，使得熔体从第二混合管路52混流输送后能够增压，并定量地更加均匀地泵入分配板51的各个通道，使得通过分配板51高效均匀分配，而后再经混流板52实现细流均匀混合，纺丝细流能够从喷丝板53的孔隙中均匀喷出。

为了进一步提高熔纺化纤单丝的品质，所述料仓1侧壁开设有进气口11，所述料仓1通过所述进气口11与外部氮气管路密封连通。料仓在实现存储待加工化纤纺丝切片的同时，通过通入氮气可以排除混杂在纺丝切片原料中的空气，以防止纺丝切片原料中的空气进入螺杆挤出装置2熔融时发生氧化，影响化纤单丝的质量。

优选地，本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统的第一混合管路51、第二混合管路52、第三混合管路53均配置为105～135°的弧形管，且第一混合管路51、第二混合管路52、第三混合管路53内壁表面粗糙度为0.1～0.2微米，具有镜面加工精度，以实现高效的熔体混流和输送，在混流的同时减少在管路中停留的时间，提高输送的效率。

本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，对于料仓1中的纺丝单体切片，包括但不限于对PA6(聚酰胺-6)切片单独进行熔纺、对PA66(聚己二酰己二胺)切片单独进行熔纺、对PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)切片进行单独熔纺；在实际的需求中，也可以对PA6和PA66进行混合熔纺，PA66耐磨，具有较好的电绝缘性，熔体较PA6高，熔融态树脂的流动性高，基于熔点差异，对PA6及PA66进行混合熔纺能够改善流变性能，加工符合预期柔软度合平滑度的产品。

本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统在实施时，当对两种或两种以上纺丝单体切片进行熔融混纺时，料仓1为多个(附图未示出)，且每个料仓1的出料口处均设置有出料电磁阀，若干出料电磁阀均与一控制器电性连接。这样一来，可以通过控制器对各个料仓1出料的时间和分量进行定量定时控制，以控制待熔融混合的单体切片能够均匀进入螺杆，以确保后续流程混流的质量和分子量均匀性。

基于本发明实施例1提供的熔纺单丝熔体均匀混流系统，本发明提供一种熔纺单丝熔体全程混流均匀控制方法，参照图3，包括下列步骤：

S101对纺丝切片实施增粘处理，进入料仓筛选，对每一个料仓实现定位控制，保证进入螺杆挤出装置的切片停留时间完全一致；

S111螺杆挤出装置的螺杆连续推进切片，对切片进行连续熔融处理；

S121熔融后的化纤单丝熔体经第一混合管路进入预过滤器过滤后，再经第三混合管路进入静态混合器进行静态混合；

S131静态混合完成后的化纤单丝熔体通过第二混合管路进入纺丝箱体，进入纺丝组件再次混流后从喷丝板中喷出单丝；

S141单丝冷却成形成卷。

本发明所提供的熔纺单丝熔体全程混流均匀控制方法，能够实现从原料熔融端至单丝细流喷出端的全程均匀混流，通过混合管路实现连续均匀的系统输送，多个层次上进行均匀混流控制和配合，大大增强了熔体细流均匀的程度。切片进入螺杆挤出装置的时间可通过电磁阀定时定量控制，保证进入螺杆的时间一致，为分子量的均匀混合奠定基础。而后，纺丝切片在螺杆挤出装置内沿螺槽向前运行摩擦和被挤压，切片受热熔化；螺杆熔融后，通过第一混合管路的混流输送进入预过滤器，可以将熔体混合后的内部杂质及凝胶粒子等进行过滤，防止杂质堵塞喷丝孔及影响混合质量，接着在导热油的保护下熔体通过第三混合管路进入静态混合器，从静态混合器中混合完成后经过第二混合管路进入纺丝组件进一步通过分配板混流板进行混合，而后均匀化的细流从喷丝板中喷出，而后可经过侧吹风冷却固化成纤，而后经过导丝及卷绕过程卷绕成丝筒。

优选地，所述步骤S101“对纺丝切片实施增粘处理，进入料仓筛选，对每一个料仓实现定位控制，保证进入螺杆挤出装置的切片停留时间完全一致”中，切片含水率控制为10～15ppm，以去除切片中的水分，避免纺丝过程中在高温下产生剧烈水解使分子量降低，纤维的可纺性变差，引起气泡或造成毛丝飘丝甚至断头；所述步骤S111“螺杆挤出装置的螺杆连续推进切片，对切片进行连续熔融处理”的螺杆推进压力设置为30～50mpa，以实施高压输送，保障在混合管路中高流动性所需的推进压力。

对于本发明说明书中述及的通信连接可以通过有线或无线方式进行数据传输或信号传输，所述的电性连接可以采用集成电路、电线等多种方式，且省去了一定的关于驱动电路、放大电路等功能性电路的描述，对于本发明说明书中述及的实施方法，可以基于公开的思路实现电路设计或程序化控制，对于所属领域技术人员来说是能够理解的，并不影响本领域技术人员依据本发明公开的产品或系统架构及得到具体层面的技术方案，这是本领域技术人员清楚和理解的。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。