一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡方法与流程

1.本发明属于高性能纤维加工领域，具体涉及一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡方法。


背景技术：

2.高性能纤维具有突出的综合性能，在国防军工、航天航空及特种民用领域有着广泛的应用，因此在近几年得到了迅速的发展。为得到高强度、高模量和高耐热性等优良性能，高性能纤维通常采用刚性强的芳杂环结构，比较有代表性的如聚对苯撑苯并二噁唑(pbo)、聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)、聚酰亚胺(pi)等，这类芳杂环结构聚合物溶解能力都较差，因此高性能纤维纺丝流体通常粘度非常大，脱泡极为困难。纺丝流体中残留气泡会导致纺丝过程中断头、毛丝大量增加，成品纤维中形成微孔缺陷，造成纤维力学性能差、耐热性和耐候性大幅降低。因此在纺丝之前必须采取有效措施将气泡完全脱除掉，但高粘度纺丝流体中气泡扩散速度较慢，气泡脱除效率低，制约了后续纤维的生产效率和产品性能的提升。
3.目前国内高粘度纺丝流体脱泡通常有真空静置脱泡法、真空搅拌脱泡法和薄膜脱泡法等。真空静置脱泡通常在脱泡釜中抽真空，静置纺丝流体中的气泡在压差的作用下从内部溢出至液面以上，完成脱泡过程。其缺点是脱泡时间过长，无法连续作业，效率低。真空搅拌脱泡法是在搅拌的同时进行抽真空，气泡在压差和机械搅拌力的共同作用下，从纺丝流体中脱除。其缺点是搅拌的过程中可能再次卷入气泡，影响最终的脱泡效果。薄膜脱泡法通常是使流体流过伞形件，流体在重力的作用下沿伞形件流动形成薄层液膜，在此过程中抽真空即可将气泡脱除。其问题是对于粘度超高的流体，很难在伞形件上形成薄层液膜，粘度越大，效率越低。
4.因此如何更好的解决高粘度纺丝流体连续快速脱泡问题，成为本领域的难题之一。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡方法，将高粘度流体经过滤后输送至双螺杆挤出机，由挤出机输送至增压筛板，增压筛板安装于双螺杆挤出机下出料口，流体在螺杆强制输送作用下，以高压溶液细流的形式从增压筛板挤出，进入真空室，从高压到真空的剧烈压力变化，促使气泡从溶液细流内部迅速溢出，被真空系统带走，完成脱泡过程，脱泡后的高粘度纺丝流体经螺杆输出装置送至后续纺丝环节，从而实现高粘度纺丝流体连续快速脱泡，效率高，可连续作业，而且高粘度纺丝流体以溶液细流的形式脱泡，比表面积大大增加，高压到真空的急剧压力变化会迫使气泡主动溢出，脱泡效果极佳，尤其适合pbo纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等高粘度纺丝流体连续脱泡。
6.本发明的具体技术方案是：
7.一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡方法，具体步骤如下：
8.将高粘度纺丝流体经输送管路输送至熔体过滤器，控制熔体过滤器的前后压差在6mpa以内，纺丝流体经熔体过滤器过滤后，由滤后流体输送管道进入到双螺杆挤出机上进料口，经双螺杆强制输送从下出料口的增压筛板挤出，高粘度纺丝流体以溶液细流的形式从增压筛板挤出后，直接进入真空室，真空室内部达到-0.03mpa～-0.06mpa的真空度，利用真空促使高粘度纺丝细流内部的气泡主动溢出实现脱泡；脱泡后的高粘度纺丝细流落入螺杆输出装置，经其输送进入流体输出管路，进行后续纺丝工序，
9.其中所采用的高粘度纺丝流体连续快速脱泡设备，包括双螺杆挤出机，其上进料口连接有熔体过滤器，双螺杆挤出机下出料口上设置有增压筛板，并直接与真空室连接，真空室下端连接有螺杆输出装置。
10.高粘度纺丝流体连续快速脱泡设备更加具体的结构如下：
11.双螺杆挤出机的入口端连接有熔体过滤器，熔体过滤器入口连接有流体输入管道，流体输入管道上设置有滤前压力表，熔体过滤器通过滤后流体输送管道与双螺杆挤出机上进料口连接；双螺杆挤出机下出料口上设置有增压筛板，且通过该增压筛板直接连接有真空室，真空室下端连接有螺杆输出装置。
12.优选的，增压筛板安装于双螺杆挤出机下出料口处，形状为圆形，直径50-150mm，厚度3～5mm，板上分布4～8图小孔，孔径为0.3～0.6mm，孔间距为3～8mm；
13.熔体过滤器选用双缸连续切换熔体过滤器，过滤精度为5～20μm，工作温度100～230℃，许用压差6～10mpa；熔体过滤器在连续工作时，当前后压差超过10mpa，进行过滤器切换，由另一缸过滤器进行工作，从而实现连续高效过滤，避免增压筛板被杂质堵塞，因此选用市购的双缸连续切换熔体过滤器。
14.采用的双螺杆挤出机螺杆长径比为1∶30～1∶50，螺纹元件采用导程为48～64mm的输送块，控温范围80～230℃，螺杆转速为30～60rpm，工作机头压力为5-15mpa；
15.双螺杆挤出机对纺丝流体进行连续输送时，挤出机各区温度和螺杆转速根据纺丝流体从增压筛板挤出的状态进行调整，通过温度的变化控制流体的表观粘度，通过螺杆转速控制流体的输送压力，进而调控从流体从增压筛板孔道挤出时的剪切速率和应力，避免出现熔体破裂而沾板或粘连，使纺丝流体以细流状成股落下，增大比表面积，提升脱泡效率。
16.上述真空室上还安装有温度表、观察窗和真空表，真空室经气路连接至真空泵；更进一步的真空室的直径为50-150mm，大于等于增压筛板的直径，高度为50～100mm，侧面安装观察窗，可观察抽真空情况；真空泵优选为水环式；
17.螺杆输出装置中的螺杆形式可为单螺杆或双螺杆，更优选的螺杆1到3阶为输送段，导程为48～64mm，4～6阶为啮合段，导程为48～64mm，保持该段良好的物料充满度用以保证整个螺杆输出装置16内的良好的气封，确保真空室8内的真空度，7～9阶同样为输送段，导程为48～64mm，流体输出管路连接在该输送段内；螺杆输出装置外侧设置有外加热夹套，为其提供稳定的温度环境。
18.采用上述脱泡方法，高粘度纺丝流体经输送管路输送至熔体过滤器，过滤器前后分别安装有滤前压力表和滤后压力表，控制熔体过滤器的前后压差在6mpa以内，纺丝流体经熔体过滤器过滤后，由滤后流体输送管道进入到双螺杆挤出机上进料口，经双螺杆强制
输送从下出料口的增压筛板挤出，本发明中的双螺杆挤出机可为高粘度纺丝流体提供5-15mpa的挤出压力，高粘度纺丝流体以溶液细流的形式从增压筛板挤出后，直接进入真空室，真空室内部可达到-0.03mpa～-0.06mpa的真空度，此时高粘度纺丝细流在高压的挤出机机头增压筛板强制挤出进入真空室后，压力的急剧变化可促使高粘度纺丝细流内部的气泡主动溢出，且增压筛板挤出后的纺丝细流比表面积明显更大，大大提高了真空脱泡效率；脱泡后的高粘度纺丝细流落入螺杆输出装置，经其输送进入流体输出管路，进行后续纺丝工序。
19.综上所述，采用本发明提供的脱泡设备，高粘度流体经过滤后输送至双螺杆挤出机，由挤出机输送至增压筛板，增压筛板安装于双螺杆挤出机下出料口，流体在螺杆强制输送作用下，以高压溶液细流的形式从增压筛板挤出，进入真空室，从高压到真空的剧烈压力变化，促使气泡从溶液细流内部迅速溢出，被真空系统带走，完成脱泡过程，脱泡后的高粘度纺丝流体经螺杆输出装置送至后续纺丝环节，从而实现高粘度纺丝流体连续快速脱泡，效率高，可连续作业，而且高粘度纺丝流体以溶液细流的形式脱泡，比表面积大大增加，高压到真空的急剧压力变化会迫使气泡主动溢出，脱泡效果极佳，尤其适合pbo纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等高粘度纺丝流体连续脱泡。
附图说明
20.图1为本发明所述高粘度纺丝流体连续快速脱泡设备的结构示意图，
21.图2为增压筛板的结构示意图，
22.图中1为纺丝原液输送管道、2为熔体过滤器、3为滤前压力表、4为滤后压力表、5为滤后流体输送管道、6为双螺杆挤出机、7为增压筛板、8为真空室、9为温度表、10为观察窗、11为纺丝溶液细流、12为真空表、13为真空气路、14为真空泵、15为外加热夹套、16为螺杆输出装置、17为传动带、18为转动电机、19为流体输出管路。
具体实施方式
23.下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.实施例1工艺实施例
25.一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡方法，具体步骤如下：
26.将高粘度纺丝流体经输送管路输送至熔体过滤器，控制熔体过滤器的前后压差在6mpa以内，纺丝流体经熔体过滤器过滤后，由滤后流体输送管道进入到双螺杆挤出机上进料口，经双螺杆强制输送从下出料口的增压筛板挤出，高粘度纺丝流体以溶液细流的形式从增压筛板挤出后，直接进入真空室，真空室内部达到-0.03mpa～-0.06mpa的真空度，利用真空促使高粘度纺丝细流内部的气泡主动溢出实现脱泡；脱泡后的高粘度纺丝细流落入螺杆输出装置，经其输送进入流体输出管路，进行后续纺丝工序。
27.其中熔体过滤器选用双缸连续切换熔体过滤器，在连续工作时，当前后压差超过10mpa，进行过滤器切换，由另一缸过滤器进行工作，从而实现连续高效过滤，避免增压筛板被杂质堵塞。
28.采用双螺杆挤出机对纺丝流体进行连续输送时，挤出机各区温度和螺杆转速根据
纺丝流体从增压筛板挤出的状态进行调整，通过温度的变化控制流体的表观粘度，通过螺杆转速控制流体的输送压力，进而调控从流体从增压筛板孔道挤出时的剪切速率和应力，避免出现熔体破裂而沾板或粘连，使纺丝流体以细流状成股落下，增大比表面积，提升脱泡效率。
29.采用这上述方法可实现高粘度纺丝流体连续快速脱泡，效率高，可连续作业，而且高粘度纺丝流体以溶液细流的形式脱泡，比表面积大大增加，高压到真空的急剧压力变化会迫使气泡主动溢出，脱泡效果极佳，尤其适合pbo纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维等高粘度纺丝流体连续脱泡。
30.实施例2设备实施例
31.如图1-2所示，一种高粘度纺丝流体连续快速脱泡设备，双螺杆挤出机6的入口端连接有熔体过滤器2，熔体过滤器2入口连接有流体输入管道1，流体输入管道1上设置有滤前压力表3，熔体过滤器2通过滤后流体输送管道5与双螺杆挤出机6上进料口连接；双螺杆挤出机下出料口上设置有增压筛板7，且通过该增压筛板7直接连接有真空室8，真空室8下端连接有螺杆输出装置16；滤后流体输送管道5上设置有滤后压力表4；
32.优选的，增压筛板7安装于双螺杆挤出机下出料口处，形状为圆形，直径50-150mm，厚度3～5mm，板上分布4～8图小孔，孔径为0.3～0.6mm，孔间距为3～8mm；
33.采用上述结构后，高粘度纺丝流体经输送管路1输送至熔体过滤器2，过滤器前后分别安装有滤前压力表3和滤后压力表4，控制熔体过滤器2的前后压差在6mpa以内，纺丝流体经熔体过滤器2过滤后，由滤后流体输送管道5进入到双螺杆挤出机上进料口，经双螺杆强制输送从下出料口的增压筛板7挤出，本发明中的双螺杆挤出机可为高粘度纺丝流体提供5-15mpa的挤出压力，高粘度纺丝流体以溶液细流的形式从增压筛板7挤出后，直接进入真空室8，真空室8内部可达到-0.03mpa～-0.06mpa的真空度，此时高粘度纺丝细流11在高压的挤出机机头增压筛板强制挤出进入真空室后，压力的急剧变化可促使高粘度纺丝细流11内部的气泡主动溢出，且增压筛板挤出后的纺丝细流比表面积明显更大，大大提高了真空脱泡效率；脱泡后的高粘度纺丝细流11落入螺杆输出装置16，经其输送进入流体输出管路19，进行后续纺丝工序；
34.熔体过滤器2选用市购的双缸连续切换熔体过滤器，过滤精度为5～20μm，工作温度100～230℃，许用压差6～10mpa；
35.采用的双螺杆挤出机螺杆长径比为1∶30～1∶50，螺纹元件采用导程为48～64mm的输送块，控温范围80～230℃，螺杆转速为30～60rpm，工作机头压力为5-15mpa；
36.上述真空室8上还安装有温度表9、观察窗10和真空表12，真空室8经气路13连接至真空泵14；更进一步的真空室的直径为50-150mm，大于等于增压筛板7的直径，高度为50～100mm，侧面安装观察窗10，可观察抽真空情况；真空泵14优选为水环式；
37.螺杆输出装置16中的螺杆形式可为单螺杆或双螺杆，更优选的螺杆1到3阶为输送段，导程为48～64mm，4～6阶为啮合段，导程为48～64mm，用以保证整个螺杆输出装置16内的良好的气封，确保真空室8内的真空度，7～9阶同样为输送段，导程为48～64mm，流体输出管路19连接在该输送段内；螺杆输出装置16外侧设置有外加热夹套15，为其提供稳定的温度环境，螺杆输出装置16外还设置有转动电机18，通过传送带17驱动螺杆输出装置16中的螺杆转动。
38.以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内，根据发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在发明的保护范围之内。