一种生产聚四氟乙烯棕色纤维的设备
技术领域
本实用新型涉及一种生产聚四氟乙烯纤维的设备，特别涉及一种生产聚四氟乙烯棕色纤维的设备。
背景技术
聚四氟乙烯纤维(polytetrafluoroethylene fibre)，[-CF2-CF2-]n，中国称氟纶。由聚四氟乙烯为原料，经纺丝或制成薄膜后切割或原纤化而制得的一种合成纤维聚四氟乙烯纤维强度17.7～18.5cN/dtex，延伸率25％～50％。在其分子结构中，氟原子体积较氢原子大，氟碳键的结合力也强，起了保护整个碳-碳主链的作用，使聚四氟乙烯纤维化学稳定性极好，耐腐蚀性优于其他合成纤维品种；纤维表面有蜡感，摩擦系数小；实际使用温度120～180℃；还具有较好的耐气候性和抗挠曲性，但染色性与导热性差，耐磨性也不好，热膨胀系数大，易产生静电。聚四氟乙烯纤维主要用作高温粉尘滤袋、耐强腐蚀性的过滤气体或液体的滤材、泵和阀的填料、密封带、自润滑轴承、制碱用全氟离子交换膜的增强材料以及火箭发射台的苫布等。
乳液纺丝法是聚四氟乙烯纤维常见的生产方法之一，也是工业上采用的主要方法。是将平均分子量300万左右、粒径0.05～0.5m的聚四氟乙烯乳液(浓度60％)与粘胶丝或聚乙烯醇等成纤性载体混合后，制成纺丝液，纺丝后将载体在高温下碳化除掉，聚合物被烧结而连续形成纤维。
中国专利CN200610145032.6名称为聚四氟乙烯纤维的制备方法，公开了一种采用聚四氟乙烯浓缩分散液、聚乙烯醇、过硫酸盐纺丝，在烧结过程中采用硫酸盐氧化聚乙烯醇，快速去除聚乙烯醇的制备聚四氟乙烯纤维的方法，该方法纺丝时，凝固时间为1-5分钟，凝固时间较长，要实现不停止喷丝、工艺连续化生产，则凝固槽的长度或宽度过长、过宽不符合生产实际；如果采用普通凝固槽则需要停止喷丝，不能连续化生产，且该方法工艺复杂，工艺不易控制。
中国专利CN201310208405.X名称为一种聚四氟乙烯纤维的制备方法，公开了采用聚四氟乙烯、纤维素氨基甲酸酯、NaOH等制备聚四氟乙烯纤维，本方法制备载体是需要达到-5℃～-10℃的温度环境，工艺条件苛刻，且该专利凝固时间为1～3分钟，烧结时间为5-10分，凝固剂烧结时间均较长，不利于工业上连续化生产。
实用新型内容
本实用新型的目的是：解决现有技术中聚四氟乙烯纤维生产工艺设计不合理问题，设计出一套生产聚四氟乙烯纤维的设备。
采用本实用新型目生产设备生产聚四氟乙烯棕色纤维的工艺步骤是：(1)配置纺丝浆液； (2)纺丝；(3)凝固成形；(4)水洗；(5)上油；(6)干燥；(7)烧结；(8)牵伸；(9)冷却；(10)卷绕成条；
首先配置粘胶，粘胶由质量百分比为5-10％的ɑ-纤维素、5-10％的NaOH和80-90％的黄原酸钠组成。再将含量为60％的聚四氟乙烯分散液与粘胶混合均匀得到纺丝浆液，其中聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1-3.5:1。将纺丝浆液放入静置反应釜中静置，保持纺丝浆液的温度在10～20℃之间，存储时间不超过24小时。现有市面上符合客户要求的聚四氟乙烯棕色纤维的产品并不多，有一个重要原因就是，在工艺过程中所纺出的丝容易断裂，经实用新型人研究发现当聚四氟乙烯分散液与粘胶的质量比为：2.1-3.5:1时，纤维丝不易断裂，纤维延伸性能合适，不会在制成毡后回缩，且单纤维外观上光滑无毛刺。
然后将纺丝浆液输送到计量泵中，经喷丝板纺丝成形，其中计量泵的转速为3-8转/分，纺丝速度为6-8米/分，浆液压力为1-2kg/cm2；本实用新型喷丝板的数量设计是经过发明人不断研究和摸索的，实用新型人发现，当喷丝孔直径在0.05mm～0.10mm、每平方毫米喷丝板表面积上，设置有0.354个～0.637个喷丝孔，喷出丝后结合后续工艺，表现出较佳的性能，例如维持不断丝时间长，烧结度高等。其中，当喷丝孔直径为0.08mm时，每平方毫米喷丝板表面积上，设置0.354个～0.637个喷丝孔，例如，直径为60mm的喷丝板上，开设1800孔喷丝孔所喷出的丝后续表现出来的性能最佳。
接着将步骤(2)所纺出的纤维丝通过含有浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的凝固浴凝固，凝固时间：4-5秒，凝固浴温度20-40℃；本工艺凝固时间非常短，得益于凝固浴的配方，凝固浴中浓硫酸、硫酸钠、硫酸锌的质量百分比为：1-6％、5-15％、0.5-4.5％，其余为水。凝固的过程是酸碱中和生成纤维的过程，其中硫酸钠的作用是控制生成纤维的速度，保证不能生成纤维的速度过快；其中硫酸锌的作用是增强纤维从凝固浴出来时的纤维合适的强度，保证后续工艺。
然后，将对纤维丝进行热水喷淋水洗，水洗时间30秒左右，水洗温度80-90℃，水洗速度-10米/分。
步骤(5)是将纤维丝经过装有油剂的油槽，在纤维丝表面包裹一层油剂，油剂包括如下质量比的组分：白油5-15份；羊毛脂0.1-1份；单甘脂0.3-3份；硅油0.1-2份；软水0.5-5份。经过上油工序后，每根纤维丝被油剂包裹，减少丝之间的摩擦，隔绝、杜绝纤维丝之间的粘连，如果粘连的话，上千根纤维丝粘连在一起，后续烧结等工艺无法顺利进行。同时，油剂增加了纤维的柔韧性，也帮助导热，促进后续的结晶。
接着让纤维丝进入干燥箱干燥，干燥箱内有多个加热辊，辊表面温度100-120℃，干燥时间30-60秒。干燥过程中，大多数油剂已经挥发。
进一步，步骤(7)烧结，经干燥的纤维丝进入烧结箱中，烧结箱有多个表面温度为380-420℃烧结辊，烧结时间为4-8秒；
进一步，步骤(8)牵伸，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱中牵伸，牵伸速度为3.5-8米/ 分，牵伸倍数为6-9倍，温度为340-360℃；
进一步，步骤(9)是将纤维丝快速通过注有6-8℃冷却水的冷却辊表面冷却，冷却时间为2-3秒，纤维丝的温度从200℃左右降到室温。此步为一个急速冷却的过程，急速冷却可以提高纤维的结晶度，同时提高纤维的强度，保证本工艺所生产纤维丝的质量。
进一步，经冷却的纤维丝被卷绕成条。
进一步本工艺还可以有(11)梳理；(12)卷曲；(13)剪切；(14)开松的工艺步骤。经过11～14的步骤就制备出符合下游制毡要求的短纤。
根据本实用新型生产聚四氟乙烯棕色纤维的方法，发明人设计出一套适合本工艺的生产聚四氟乙烯纤维的设备，包括依次设置的混料反应釜、静置反应釜、纺丝台、凝固槽、淋洗槽、油槽、干燥箱、烧结箱、压持箱、牵伸箱、收卷机，本实用新型牵伸箱与收卷机之间还设置有冷却架，冷却架内固定安装有两个或多个冷却辊，冷却辊内注有冷却水。相比现有技术本实用新型设备增加了冷却架，纤维丝在冷却架内经过急速的冷却，增加了结晶度，提高了纤维强度。
本实用新型生产聚四氟乙烯棕色纤维的设备，所述烧结箱内固定有多个烧结辊，例如3个、 5个等，本实用新型采用柱状金属烧结辊而非现有技术中平面的金属板烧结装置。相同体积的箱体，采用滚筒，热接触面积更大，采用滚筒数量少且占地面积小，平面的烧结金属板面积大；同时烧结时温度高，热辐射大，需要密闭烧结，烧结工艺保温要求高，采用滚筒占地小，更加节能。此外，更少的滚筒，在初次牵引纤维进入烧结箱时更容易操作。
本实用新型生产聚四氟乙烯棕色纤维的设备，所述牵伸箱内固定有牵伸金属板，其是表面具有弧度的拱形金属板，纤维丝经牵引进入牵伸箱，牵伸金属板不是平面金属板，其表面有弧度，也就是牵伸金属板表面是一个拱形的凸出的金属表面，纤维丝受牵引在金属板表面通过时，凸出的表面能够使得纤维丝更紧密的贴合在牵伸金属板表面上，能够使得纤维丝受热更加均匀。
当制备直接供给下游制毡企业的聚四氟乙烯棕色短纤维时，本实用新型的设备还包括依次延续前述设备后面的梳理机、卷曲机、剪切装置、开松机。
本实用新型具有积极的效果：本实用新型生产聚四氟乙烯纤维丝过程中不易断丝、凝固及烧结工序只需要数秒的时间，真正意义上实现了高效的工业连续化生产，所生产出来的聚四氟乙烯纤维丝外观棕色色泽均匀、光滑无毛刺、本实用新型设备增加了急速冷却装置，进一步保证了纤维具有较高强度。本实用新型设备设计合理，更加节能易操作。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型生产设备的结构示意图。
图2为牵伸金属板的结构示意图。
其中，1混料反应釜、2静置反应釜、3纺丝台、4凝固槽、5淋洗槽、6油槽、7干燥箱、 8烧结箱、9压持箱、10牵伸箱、11冷却架、12收卷机、81烧结辊、101牵伸金属板、111 冷却辊。
具体实施方式
本实用新型生产聚四氟乙烯棕色长纤维的设备包括依次排成一列并分别固定在车间地面上的混料反应釜1、静置反应釜2、纺丝台3、凝固槽4、淋洗槽5、油槽6、干燥箱7、烧结箱8、压持箱9、牵伸箱10、冷却架11、收卷机12。其中混料反应釜1、静置反应釜2、纺丝台3三者依序通过管道连接。烧结箱8内固定有多个烧结辊81牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，冷却架11内固定有两个或多个冷却辊111。
本实用新型生产聚四氟乙烯棕色短纤维的设备包括依次排成一列并分别固定在车间地面上的混料反应釜1、静置反应釜2、纺丝台3、凝固槽4、淋洗槽5、油槽6、干燥箱7、烧结箱8、压持箱9、牵伸箱10、冷却架11、收卷机12、梳理机、卷曲机、剪切装置、开松机。其中混料反应釜1、静置反应釜2、纺丝台3三者依序通过管道连接。烧结箱8内固定有多个烧结辊81牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，冷却架11内固定有两个或多个冷却辊111。
(实施例1)
按如下配方称取粘胶各组分：
ɑ-纤维素 5kg
NaOH 10kg
黄原酸钠 85kg
将上述混合均匀得粘胶
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分加入凝固槽中混合均匀得凝固浴。
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分混合后加入油槽中。
按如下配方配置纺丝浆液：
聚四氟乙烯分散液(60％) 39.27kg
粘胶 18.71kg
将聚四氟乙烯分散液与粘胶放入混料反应釜1中，混合均匀，然后通过真空泵过滤并输送到静置反应釜2中静置2小时以上，然后纺丝浆液被输送到纺丝台3上的喷丝装置内，经计量泵和喷丝板喷出纤维丝，计量泵转速3转/分，计量泵容量0.6CC/转，浆液压力1kg/cm2，喷丝板为圆形面喷丝板，喷丝面直径60mm，喷丝孔孔径0.08mm，喷丝孔的数量1800个,即每平方毫米喷丝板表面积上，设置有0.637个喷丝孔。纤维丝经牵引进入凝固槽4，凝固槽中凝固浴温度为20℃，纤维丝经过凝固槽4的总时间为4秒，然后纤维丝被牵引到淋洗槽5中，经80℃水淋洗30秒，水洗速度为6m/分，接着纤维丝被牵引到油槽6内上油，上油温度为常温，经上油后的纤维丝被牵引至干燥箱7内，干燥箱7内有5个加热的加热辊，辊表面温度100-120℃，纤维丝经过加热辊的总干燥时间30-40秒，然后纤维丝被牵引至烧结箱8 内，烧结箱8内固定有5个表面温度为380-420℃烧结辊81，烧结时间为4-6秒，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱10中牵伸，牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，牵伸速度为3.5米/分，牵伸倍数为6倍，温度为340-360℃，牵伸后的纤维丝被牵引至冷却架11 内，冷却架11内固定有2个冷却辊111，辊内注有6～8℃的软水，最后经冷却的纤维丝被收卷机12卷绕成条。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-1。
(实施例2)
按如下配方称取粘胶各组分：
ɑ-纤维素 8kg
NaOH 7kg
黄原酸钠 85kg
将上述混合均匀得粘胶
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分加入凝固槽中混合均匀得凝固浴。
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分混合后加入油槽中。
按如下配方配置纺丝浆液：
聚四氟乙烯分散液(60％) 44.43kg
粘胶 16.57kg
将聚四氟乙烯分散液与粘胶放入混料反应釜1中，混合均匀，然后通过真空泵过滤并输送到静置反应釜2中静置2小时以上，然后纺丝浆液被输送到纺丝台3上的喷丝装置内，经计量泵和喷丝板喷出纤维丝，计量泵转速4转/分，计量泵容量0.6CC/转，浆液压力1kg/cm2，喷丝板为圆形面喷丝板，喷丝面直径60mm，喷丝孔孔径0.08mm，喷丝孔的数量1800个。纤维丝经牵引进入凝固槽4，凝固槽中凝固浴温度为25℃，纤维丝经过凝固槽4的总时间为4秒，然后纤维丝被牵引到淋洗槽5中，经85℃水淋洗35秒，水洗速度为7m/分，接着纤维丝被牵引到油槽6内上油，上油温度为常温，经上油后的纤维丝被牵引至干燥箱7内，干燥箱 7内有7个加热的加热辊，辊表面温度100-120℃，纤维丝经过加热辊的总干燥时间40-50秒，然后纤维丝被牵引至烧结箱8内，烧结箱8内固定有7个表面温度为400-420℃烧结辊81，烧结时间为4-5秒，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱10中牵伸，牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，牵伸速度为5.5米/分，牵伸倍数为7倍，温度为340-360℃，牵伸后的纤维丝被牵引至冷却架11内，冷却架11内固定有2个冷却辊111，辊内注有7～8℃的软水，最后经冷却的纤维丝被收卷机12卷绕成条。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-2。
(实施例3)
按如下配方称取粘胶各组分：
ɑ-纤维素 9kg
NaOH 5.5kg
黄原酸钠 85.5kg
将上述混合均匀得粘胶
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分加入凝固槽中混合均匀得凝固浴。
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分混合后加入油槽中。
按如下配方配置纺丝浆液：
聚四氟乙烯分散液(60％) 19.33kg
粘胶 57.99kg
将聚四氟乙烯分散液与粘胶放入混料反应釜1中，混合均匀，然后通过真空泵过滤并输送到静置反应釜2中静置2小时以上，然后纺丝浆液被输送到纺丝台3上的喷丝装置内，经计量泵和喷丝板喷出纤维丝，计量泵转速5转/分，计量泵容量0.6CC/转，浆液压力1.5kg/cm2，喷丝板为圆形面喷丝板，喷丝面直径60mm，喷丝孔孔径0.08mm，喷丝孔的数量1800个。纤维丝经牵引进入凝固槽4，凝固槽中凝固浴温度为35℃，纤维丝经过凝固槽4的总时间为5秒，然后纤维丝被牵引到淋洗槽5中，经88℃水淋洗30秒，水洗速度为8m/分，接着纤维丝被牵引到油槽6内上油，上油温度为常温，经上油后的纤维丝被牵引至干燥箱7内，干燥箱 7内有5个加热的加热辊，辊表面温度100-120℃，纤维丝经过加热辊的总干燥时间50-60秒，然后纤维丝被牵引至烧结箱8内，烧结箱8内固定有9个表面温度为400-420℃烧结辊81，烧结时间为4-5秒，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱10中牵伸，牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，牵伸速度为7.5米/分，牵伸倍数为8倍，温度为350-360℃，牵伸后的纤维丝被牵引至冷却架11内，冷却架11内固定有3个冷却辊111，辊内注有7～8℃的软水，最后经冷却的纤维丝被收卷机12卷绕成条。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-3。
(实施例4)
按如下配方称取粘胶各组分：
ɑ-纤维素 9.7kg
NaOH 5.0kg
黄原酸钠 85.3kg
将上述混合均匀得粘胶
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分加入凝固槽中混合均匀得凝固浴。
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分混合后加入油槽中。
按如下配方配置纺丝浆液：
聚四氟乙烯分散液(60％) 45.12kg
粘胶 12.89kg
将聚四氟乙烯分散液与粘胶放入混料反应釜1中，混合均匀，然后通过真空泵过滤并输送到静置反应釜2中静置2小时以上，然后纺丝浆液被输送到纺丝台3上的喷丝装置内，经计量泵和喷丝板喷出纤维丝，计量泵转速7转/分，计量泵容量0.6CC/转，浆液压力2.5kg/cm2，喷丝板为圆形面喷丝板，喷丝面直径60mm，喷丝孔孔径0.08mm，喷丝孔的数量1600个。纤维丝经牵引进入凝固槽4，凝固槽中凝固浴温度为45℃，纤维丝经过凝固槽4的总时间为5秒，然后纤维丝被牵引到淋洗槽5中，经88℃水淋洗35秒，水洗速度为7m/分，接着纤维丝被牵引到油槽6内上油，上油温度为常温，经上油后的纤维丝被牵引至干燥箱7内，干燥箱 7内有5个加热的加热辊，辊表面温度100-120℃，纤维丝经过加热辊的总干燥时间50-60秒，然后纤维丝被牵引至烧结箱8内，烧结箱8内固定有9个表面温度为400-420℃烧结辊81，烧结时间为4-5秒，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱10中牵伸，牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，牵伸速度为8米/分，牵伸倍数为9倍，温度为350-355℃，牵伸后的纤维丝被牵引至冷却架11内，冷却架11内固定有3个冷却辊111，辊内注有7～8℃的软水，最后经冷却的纤维丝被收卷机12卷绕成条。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-4。
(实施例5)
按如下配方称取粘胶各组分：
ɑ-纤维素 9kg
NaOH 5.5kg
黄原酸钠 85.5kg
将上述混合均匀得粘胶
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分加入凝固槽中混合均匀得凝固浴。
按如下配方称取凝固浴各组分：
将上述各组分混合后加入油槽中。
按如下配方配置纺丝浆液：
聚四氟乙烯分散液(60％) 19.33kg
粘胶 57.99kg
将聚四氟乙烯分散液与粘胶放入混料反应釜1中，混合均匀，然后通过真空泵过滤并输送到静置反应釜2中静置2小时以上，然后纺丝浆液被输送到纺丝台3上的喷丝装置内，经计量泵和喷丝板喷出纤维丝，计量泵转速5转/分，计量泵容量0.6CC/转，浆液压力1.5kg/cm2，喷丝板为圆形面喷丝板，喷丝面直径60mm，喷丝孔孔径0.08mm，喷丝孔的数量1500个。纤维丝经牵引进入凝固槽4，凝固槽中凝固浴温度为35℃，纤维丝经过凝固槽4的总时间为5秒，然后纤维丝被牵引到淋洗槽5中，经88℃水淋洗30秒，水洗速度为8m/分，接着纤维丝被牵引到油槽6内上油，上油温度为常温，经上油后的纤维丝被牵引至干燥箱7内，干燥箱7内有5个加热的加热辊，辊表面温度100-120℃，纤维丝经过加热辊的总干燥时间50-60秒，然后纤维丝被牵引至烧结箱8内，烧结箱8内固定有9个表面温度为400-420℃烧结辊81，烧结时间为4-5秒，将烧结后的纤维丝进入牵伸箱10中牵伸，牵伸箱10内固定有表面为拱形的牵伸金属板101，牵伸速度为7.5米/分，牵伸倍数为8倍，温度为350-360℃，牵伸后的纤维丝被牵引至冷却架11内，冷却架11内固定有3个冷却辊111，辊内注有7～8℃的软水，最后经冷却的纤维丝被收卷机12卷绕成条。然后卷绕成条的纤维丝再经梳理机梳理、按市场要求进行卷曲机卷曲，卷曲的波度为3～10毫米，再经剪切机剪切成长度为50～100毫米的短丝，最后再经开松机开松成均匀的聚四氟乙烯短纤维。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-5。
(实施例6)
本实施例的喷丝板上喷丝孔1000个，即喷丝孔孔径0.08mm,每平方毫米喷丝板表面积上，设置有0.354个喷丝孔，其余与(实施例1)相同。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-6。
(实施例7)
本实施例为对比例，喷丝板上喷丝孔2500个，其余与(实施例1)相同。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-7。
(实施例8)
本实施例为对比例，喷丝板上喷丝孔3000个，其余与(实施例1)相同。
本实施例生产出的纤维丝编号为P-8。
由上表可以看出本实用新型方法生产出的纤维丝外观优质，纤维强度高。同时可以看出，喷丝孔孔径0.08mm，每平方毫米喷丝板表面积上，设置有0.354个～0.637个喷丝孔，即喷丝板喷丝面直径为60mm时，喷丝孔孔数为1000～1800时最合适，其中1800最优。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
