一种生产bcf和idy的多功能纺丝设备
阅读说明：本技术 一种生产bcf和idy的多功能纺丝设备 (Multifunctional spinning equipment for producing BCF and IDY ) 是由 刘勇 方庆占 赖光明 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生产BCF和IDY的多功能纺丝设备,采用垂直上下空间层的布局结构,从下到上依次设置有多功能收丝装置、甬道、冷却箱、环冷器和纺丝机；多功能收丝装置包括吸切纤器和卷绕机,吸切纤器下方依次设置有上油轮、预网络器和喂入辊；右侧依次设置有分丝对辊、主网器、导丝盘及主网络器,分丝对辊下方依次设置有对辊、变形膨化器和冷却转鼓；卷绕机位于多功能收丝装置的右下角,纤维丝经过多功能收丝装置上不同的缠绕方式的牵引拉伸得到纤维BCF丝或者纤维IDY丝。该结构布置紧凑,并且利用重力效应使制作的陶瓷纤维丝更具有取向性,在同一设备上实现两种产品的生产切换,该设备布置紧凑,生产均匀连续高效。(The invention discloses multifunctional spinning equipment for producing BCF and IDY, which adopts a layout structure of vertical upper and lower space layers and is sequentially provided with a multifunctional yarn collecting device, a channel, a cooling box, an annular cooler and a spinning machine from bottom to top; the multifunctional filament collecting device comprises an absorption fiber cutting device and a winding machine, wherein an oil feeding wheel, a pre-network device and a feeding roller are sequentially arranged below the absorption fiber cutting device; the right side is sequentially provided with a wire dividing double roller, a main net device, a wire guide disc and a main net device, and the lower part of the wire dividing double roller is sequentially provided with a double roller, a deforming and expanding device and a cooling rotary drum; the winder is positioned at the lower right corner of the multifunctional yarn collecting device, and the fiber yarn is drawn and stretched in different winding modes on the multifunctional yarn collecting device to obtain the fiber BCF yarn or the fiber IDY yarn. The structure is compact in arrangement, the ceramic fiber yarn manufactured by utilizing the gravity effect has orientation, the production switching of two products is realized on the same equipment, the equipment is compact in arrangement, and the production is uniform, continuous and efficient.)
技术领域
本发明涉及纤维丝的多功能设备技术领域，具体涉及一种生产BCF和IDY的多功能纺丝 设备。
背景技术
膨体长丝(BCF)具有膨松性高、柔软度好、有优良的保暖作用和覆盖能力。还可以赋 予纱条具有短纤维纱线特有的毛茸感与柔和光泽外观，但通常使用的丙纶BCF丝的染色性较 差，色谱不全等问题。工业丝(IDY)具有高强度、尺寸稳定、巨大的耐久性与宽广的纤度 范围，虽然苛刻的生产工艺保证了高利润率，但是同时也为长丝制造商和系统供应商提出了 一个巨大的挑战。
目前在大量研究开发的以生物基PA56或者PA66为主要原料生产BCF或者IDY，其生物基 PA56主要原料来源于可再生生物质原料，具有低碳、环保优势，性能与经典的PA66相媲美， 甚至在某些方面性能更优于PA66，生物基PA56优良的性能，如良好的自熄性、流动性以及高 韧性和高耐磨性等，可应用于服装、汽车轮胎帘子布、地毯、管道、电子仪器、汽车零部件 等诸多领域。
随着生物基PA56生产技术的逐步成熟及产能的提升，更多的高校及科研单位正夜以继日 的研发其用途的广泛性作努力，生物基PA56对PA66的替代性将不断增强。且市场上生产BCF 或者IDY丝的设备主要是单一式设备，或者简单的改进进行复合式生产BCF或者IDY。其现在 生产设备布置不合理，原料混合成型过程在一定压力和温度条件下进行，目前的生产设备密 封效果不佳、温度控制不准确，装卸不便、为维护清理工作增大了难度等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺点，本发明提供一种生产BCF和IDY的多功能纺丝设备，通过 合理的布置纺丝机构、冷却控风系统和收丝装置能够实现在一套设备上生产BCF和IDY丝， 该设备布置紧凑，生产均匀连续高效。
本发明的生产BCF和IDY的多功能纺丝设备，通过以下技术方案实现：
一种生产BCF和IDY的多功能纺丝设备，采用垂直上下空间层的布局结构，所述空间层 具有四层结构，从下到上依次为第一层、第二层、第三层和第四层，从下到上依次设置有多 功能收丝装置、甬道、冷却箱、环冷器和纺丝机；所述第一层设置有所述多功能收丝装置， 所述第二层设置有甬道和工业空调，所述多功能收丝装置位于所述甬道正下方，所述多功能 收丝装置包括吸切纤器和卷绕机，所述吸切纤器设置在所述多功能收丝装置的左上角的入丝 口处，所述吸切纤器下方依次设置有上油轮、预网络器和喂入辊；所述吸切纤器右侧依次设 置有第一分丝对辊、主网器、第二分丝对辊和导丝盘及主网络器，所述主网络器位于所述导 丝盘下方；所述第二分丝对辊下方依次设置有第三对辊、变形膨化器和冷却转鼓；所述第一 分丝对辊下方依次设置有第二对辊和第一对辊；所述变形膨化器和冷却转鼓右侧设置有所述 卷绕机，所述卷绕机位于所述多功能收丝装置的右下角；所述卷绕机用于收卷纤维丝；所述 纤维丝经过所述多功能收丝装置上不同的缠绕方式的牵引拉伸得到纤维BCF丝或者纤维IDY 丝。该纤维丝在多功能收丝装置的牵引取向下依次经过甬道进一步固化，最后经过卷丝机卷 绕在丝筒上。采用从下至上的布置方式布置多功能收丝装置、冷却箱和纺丝机，该结构布置 紧凑，并且利用重力效应使制作的陶瓷纤维丝更具有取向性，同时以纤维BCF丝和纤维IDY 丝在同一设备上实现两种产品的生产切换，该设备布置紧凑，生产均匀连续高效，有效地解 决了客户厂房空间限制与成本的问题。
进一步的，所述陶瓷纤维丝依次经过所述吸切纤器、上油轮、预网络器、喂入辊、第一 对辊、第二对辊、第三对辊、变形膨化器、冷却转鼓、第一分丝对辊、主网器、第二分丝对辊和主网络器的牵引膨化冷却处理及拉伸得到纤维BCF丝，所述纤维BCF丝再进入所述卷绕机收卷；
所述纤维丝依次经过所述吸切纤器、上油轮、预网络器、喂入辊、第一对辊、第二对辊、 第三对辊、导丝盘和主网络器的牵引及拉伸得到纤维IDY丝，所述纤维IDY丝再进入所述卷 绕机收卷。
进一步的，所述第一对辊的辊面温度为165℃±1℃，所述第二对辊的辊面温度为185℃ ±1℃，所述第三对辊的辊面温度为205℃±1℃；生物基PA56其三级热辊牵伸的总牵伸倍数 (纤维IDY丝)为4.0～5.0；或者(纤维BCF丝)为3.2～3.8。通过设置了三级对辊的热辊 牵伸，满足IDY与BCF同时生产的需要，这样可以大大满足工艺要求的灵活性，牵伸比的大 小，避免纤维生产产量、品质、断裂强度、断裂伸长率及沸水收缩率等影响。
进一步的，所述变形膨化器的膨化温度145℃±1℃,膨化压力0.3～0.6MPa；所述冷却转 鼓的冷却温度85℃±1℃；其变形膨化是实现纤维BCF丝膨体长丝，长丝经过热牵伸定型后 进入变形室，加热至要求温度的高压、高温压缩空气，高速进入变形叶片室后填塞流道中瞬 间膨化变形，再通过堆积管喷出至冷却鼓槽中负压冷却定型，得到性能优异的纤维BCF丝。
进一步的，所述工业空调通过依次垂直设置的风道和调风机构与侧吹风装置连接，所述 调风机构用于调节所述侧吹风装置的风量；所述工业空调位于所述侧吹风装置的下方所述第 二层处，所述侧吹风装置位于所述第三层的所述冷却箱的侧边。通过把工业空调和侧吹风装 置分离设置，并用加长的风道连接，这样的设置方式，可以避免互相之间的影响，从工业空 调出来的冷风经过风道和调风机构再进入冷却箱冷却纤维丝，使侧吹风装置流出的冷风更平 稳连续。
进一步的，所述冷却箱顶部设置有环冷器，所述环冷器内部设置有纺丝箱，所述纺丝箱 内部设置有纺丝组件和计量泵，所述计量泵上连接有传动器；计量泵控制加料量，通过把纺 丝组件和计量泵设置在纺丝箱，而纺丝箱外部还设置有环冷器的结构，可以有效保证纺丝组 件的喷丝效率，并且容易控制工作温度，进一步提供设备的利用率。
进一步的，所述第四层设置有纺丝机，所述纺丝机的入料口上设置有加料装置，所述加 料装置包括连接器，所述连接器通过管道与控制器连接进行原料预加热。这样的结构设置， 实现了热量的集中控制和调整，减少热量损失，且热量更加均匀，使纺丝机的纺丝质量更好、 温度控制灵敏，维护简单。
进一步的，所述环冷器独立设置在所述冷却箱上方，所述纺丝机设置在所述环冷器上方， 所述纺丝机通过流道与纺丝组件连通。该环冷器采用独立设计，安装维修方便，且环冷器的 温度和热量调整方便，使纺丝机的纺丝质量更好。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
1、本发明的生产BCF和IDY的多功能纺丝设备，纤维丝经过多功能收丝装置上不同的缠 绕方式的牵引拉伸得到纤维BCF丝或者纤维IDY丝。该纤维丝在多功能收丝装置的牵引取向 下依次经过甬道进一步固化，最后经过卷丝机卷绕在丝筒上，且采用从下至上的布置方式布 置收丝装置、拉丝机构、冷却箱和纺丝机，该结构布置紧凑，并且利用重力效应使制作的陶 瓷纤维丝更具有取向性，同时以纤维BCF丝和纤维IDY丝在同一设备上实现两种产品的生产 切换，该设备布置紧凑，生产均匀连续高效，有效地解决了客户厂房空间限制与成本的问题。
2、通过设置了三级对辊的热辊牵伸，满足IDY与BCF同时生产的需要，这样可以大大 满足工艺要求的灵活性，牵伸比的大小，避免纤维生产产量、品质、断裂强度、断裂伸长率 及沸水收缩率等影响。
3、计量泵控制加料量，通过把纺丝组件和计量泵设置在纺丝箱，而纺丝箱外部还设置有 环冷器的结构，可以有效保证纺丝组件的喷丝效率，并且容易控制工作温度，进一步提供设 备的利用率。其变形膨化是实现纤维BCF丝膨体长丝，长丝经过热牵伸定型后进入变形室， 加热至要求温度的高压、高温压缩空气，高速进入变形叶片室后填塞流道中瞬间膨化变形， 再通过堆积管喷出至冷却鼓槽中负压冷却定型，得到性能优异的纤维BCF丝。
附图说明
图1是该生产BCF和IDY的多功能纺丝设备主视图；
图2是该生产BCF和IDY的多功能纺丝设备侧视图；
图3是该生产BCF和IDY的多功能纺丝设备的多功能收丝装置布局图；
图4是该生产BCF和IDY的多功能纺丝设备的纤维BCF丝在多功能收丝装置上走丝图；
图5是该生产BCF和IDY的多功能纺丝设备的纤维IDY丝在多功能收丝装置上走丝图。
附图标记：1-干燥装置，11-连接器，12-管道，13-调控器；2-纺丝机，21-入料口；3-纺丝箱，31-计量泵，32-传动器，33-纺丝组件；4-环冷器；5-侧吹风装置，51-调风机构， 52-风道；6-冷却箱；7-甬道；8-工业空调；9-多功能收丝装置，910-吸切纤器，911-上油轮，912-预网络器，913-喂入辊，914-第一对辊，915-第二对辊，916-第三对辊，917-导丝盘，918-主网络器，919-卷绕机，920-变形膨化器，921-冷却转鼓，922-第一分丝对辊，923-主网器，924-第二分丝对辊；10-纤维丝。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。在本发明 的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、 “逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位 置关系。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示 或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个， 三个等，除非另有明确具体的限定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于 解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，本发明一实施例的生产BCF和IDY的多功能纺丝设备，采用垂直上下空 间层的布局结构，空间层具有四层结构，从下到上依次为第一层、第二层、第三层和第四层， 从下到上依次设置有多功能收丝装置9、甬道7、冷却箱6、环冷器4和纺丝机2；第一层设置有多功能收丝装置9，第二层设置有甬道7和工业空调8，多功能收丝装置9位于甬道7正下方，多功能收丝装置9包括吸切纤器910和卷绕机919，吸切纤器910设置在多功能收丝装置9的左上角的入丝口处，吸切纤器910下方依次设置有上油轮911、预网络器912和喂入辊913；吸切纤器910右侧依次设置有第一分丝对辊922、主网器923、第二分丝对辊924和导 丝盘917及主网络器918，主网络器918位于导丝盘917下方；第二分丝对辊924下方依次设 置有第三对辊916、变形膨化器920和冷却转鼓921；第一分丝对辊922下方依次设置有第二 对辊915和第一对辊914；变形膨化器920和冷却转鼓921右侧设置有卷绕机919，卷绕机919 位于多功能收丝装置9的右下角；卷绕机919用于收卷纤维丝10；如图4所示，陶瓷纤维丝10依次经过吸切纤器910、上油轮911、预网络器912、喂入辊913、第一对辊914、第二对 辊915、第三对辊916、变形膨化器920、冷却转鼓921、第一分丝对辊922、主网器923、第 二分丝对辊924和主网络器918的牵引膨化冷却处理及拉伸得到纤维BCF丝，纤维BCF丝再 进入卷绕机919收卷；如图5所示，纤维丝10依次经过吸切纤器910、上油轮911、预网络 器912、喂入辊913、第一对辊914、第二对辊915、第三对辊916、导丝盘917和主网络器 918的牵引及拉伸得到纤维IDY丝，纤维IDY丝再进入卷绕机919收卷。纤维丝10经过多功 能收丝装置9上不同的缠绕方式的牵引拉伸得到纤维BCF丝或者纤维IDY丝。该纤维丝在多 功能收丝装置的牵引取向下依次经过甬道进一步固化，最后经过卷丝机卷绕在丝筒上。采用 从下至上的布置方式布置多功能收丝装置、冷却箱和纺丝机，该结构布置紧凑，并且利用重 力效应使制作的陶瓷纤维丝更具有取向性，同时以纤维BCF丝和纤维IDY丝在同一设备上实 现两种产品的生产切换，该设备布置紧凑，生产均匀连续高效，有效地解决了客户厂房空间 限制与成本的问题。
如图5所示，第一对辊914的辊面温度为165℃±1℃，第二对辊915的辊面温度为185℃ ±1℃，第三对辊916的辊面温度为205℃±1℃；生物基PA56其三级热辊牵伸的总牵伸倍数 (纤维IDY丝)为4.0～5.0；或者(纤维BCF丝)为3.2～3.8。通过设置了三级对辊的热辊 牵伸，满足IDY与BCF同时生产的需要，这样可以大大满足工艺要求的灵活性，牵伸比的大 小，避免纤维生产产量、品质、断裂强度、断裂伸长率及沸水收缩率等影响。变形膨化器920 的膨化温度145℃±1℃,膨化压力0.3～0.6MPa；冷却转鼓921的冷却温度85℃±1℃；其变 形膨化是实现纤维BCF丝膨体长丝，长丝经过热牵伸定型后进入变形室，加热至要求温度的 高压、高温压缩空气，高速进入变形叶片室后填塞流道中瞬间膨化变形，再通过堆积管喷出 至冷却鼓槽中负压冷却定型，得到性能优异的纤维BCF丝。
作为进一步改进，如图2所示，工业空调8通过依次垂直设置的风道52和调风机构51 与侧吹风装置5连接，调风机构51用于调节侧吹风装置5的风量；工业空调8位于侧吹风装 置5的下方第二层处，侧吹风装置5位于第三层的冷却箱6的侧边。通过把工业空调和侧吹 风装置分离设置，并用加长的风道连接，这样的设置方式，可以避免互相之间的影响，从工 业空调出来的冷风经过风道和调风机构再进入冷却箱冷却纤维丝，使侧吹风装置流出的冷风 更平稳连续。
如图1和2所示，冷却箱6顶部设置有环冷器4，环冷器4内部设置有纺丝箱3，纺丝箱3内部设置有纺丝组件33和计量泵31，计量泵31上连接有传动器32；计量泵控制加料量， 通过把纺丝组件和计量泵设置在纺丝箱，而纺丝箱外部还设置有环冷器的结构，可以有效保证纺丝组件的喷丝效率，并且容易控制工作温度，进一步提供设备的利用率。
如图2所示，其第四层设置有纺丝机2，纺丝机2的入料口21上设置有加料装置1，加料装置1包括连接器11，连接器11通过管道12与控制器13连接进行原料预加热。这样的结构设置，实现了热量的集中控制和调整，减少热量损失，且热量更加均匀，使纺丝机的纺丝质量更好、温度控制灵敏，维护简单。环冷器4独立设置在冷却箱6上方，纺丝机2设置在 环冷器4上方，纺丝机2通过流道与纺丝组件33连通。该环冷器采用独立设计，安装维修方 便，且环冷器的温度和热量调整方便，使纺丝机的纺丝质量更好。
由于生产纤维IDY丝与纤维BCF长丝时两者的牵伸、变形、主网络等工序有所不同，又 为了可以实现共用配置，特需要采取相应改变各自工艺路径和控制来实现。
牵伸是将纤维丝在外力作用中使纤维线径变小周长变长，纤维顺着作用力方向发生变形， 分子键发生舒展且单向变形、重排和取向，同时产生结晶作用。经过合理的工艺牵伸可以稳 定生产，且达到纤维品质的同时提高纤维断裂强度。此试验机在生产IDY和BCF时采用共用 牵伸热辊配置只需调整转速和辊面温度工艺，实现一机多功能目的。为了能满足IDY与BCF 的工艺需求，我们设置了喂入辊和三级热辊牵伸，这样可以大大满足工艺要求的灵活性，牵 伸比的大小对纤维生产产量、品质、断裂强度、断裂伸长率及沸水收缩率都是重要影响因素， 按PA56实验结果其三级热辊牵伸的总牵伸倍数均IDY为：4.0-5.0倍，BCF为：3.2-3.8倍。
变形是实现BCF膨体长丝重要工序，当长丝经过热牵伸定型后进入变形室，由加热至工 艺要求温度的高压、高温压缩空气，高速进入变形叶片室后填塞流道中瞬间膨化变形，再通 过堆积管喷出至冷却鼓槽中负压冷却定型。BCF的变形膨体效果主要有卷曲率决定。
本卷绕机可以很好的满足卷绕张力、速度、落筒时间及成型角等操控性能，可以轻松实 现IDY与BCF之间的丝饼卷绕任务，以生物基PA56原料为例，各卷绕成型角设置参数见表1。
表1卷绕成型角
卷绕直径(cm)
成型角(°)
卷绕直径(cm)
成型角(°)
80
12-12.5
160
14-14.5
100
12.5-13
＞160
12.5-16
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因 此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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