一种用于湿法纺丝的喷丝头及其应用制造技术

本发明专利技术属于纺丝设备技术领域，具体地说，涉及一种用于湿法纺丝的喷丝头及其应用，包括喷丝头本体和设置于喷丝头本体上的喷丝口，所述喷丝口包括沿料液的输送方向依次设置的导料段、过渡段和出料段，所述导料段和过渡段的内壁均沿料液的输送方向逐渐收缩，所述出料段的截面不变。本发明专利技术的喷丝头使纺丝原液便于流入，可减少纺丝原液入口能量，从而降低出入口压力降，避免发生不稳定流动现象，并有效减少出口处的膨化效应，改善纺丝可纺性，确保喷丝质量；同时减少纺丝中产生毛丝、疵点、断头等现象，提高丝的质量。

A spinneret for wet spinning and its application

The invention belongs to the technical field of spinning equipment, and in particular relates to a spinneret used for wet spinning and its application, including a spinneret body and a spinneret nozzle arranged on the spinneret body. The spinneret nozzle comprises a guide section, a transition section and a discharge section arranged in turn along the direction of feed liquid conveying, and the inner walls of the guide section and the transition section are gradually received along the direction of feed liquid conveying. The section of the discharging section is unchanged. The spinneret of the invention facilitates the flow of spinning stock solution, reduces the energy of spinning stock solution inlet, reduces the pressure drop at the inlet and outlet, avoids unstable flow phenomenon, effectively reduces the expansion effect at the outlet, improves spinnability, ensures spinning quality, and reduces the occurrence of wool, defects, broken ends and other phenomena in spinning, and improves the quality of the yarn.

【技术实现步骤摘要】
一种用于湿法纺丝的喷丝头及其应用
本专利技术属于纺丝设备
，具体地说，涉及一种用于湿法纺丝的喷丝头及其应用。
技术介绍
喷丝头作为纺丝机上最精密的一个部件，其形状及特征尺寸是保证纤维成品品质的重要条件。而湿法纺丝工艺中所用的湿纺喷丝头，无论在材质、孔数，还是在孔形、孔径等各方面，都比干纺或熔纺喷丝头要求严格。在纺丝过程中，当纺丝原液受压从直径较大的空间被压入直径很小的喷丝口孔道内时，由于直径的减小沿流动方向产生速度梯度，导致纺丝原液发生弹性形变，用于弹性形变的能量大部分将作为弹性能贮藏于原液中。同时，原液流经喷丝头毛细孔道时会迅速收敛成细流，此时将产生能量的急剧转化。结合喷丝口入口区所贮存的弹性能和毛细孔道流动中所贮存的弹性能，原液细流会发生挤出膨化现象，从而破坏了细流的稳定性，造成毛丝或断头。湿纺纺丝的喷丝头普遍采用圆锥形和圆弧形两种孔形，喷丝口分别是由圆锥形导孔或圆弧形导孔与圆柱形毛细孔两部分组成。对于目前普遍使用的圆锥形喷丝口，在毛细孔道长度不大的前提下，原液细流的弹性能在孔道中来不及松弛，从而细流在出口区出现体积膨化现象，且在高纺速下更为明显。此外，进入毛细孔入口处的圆锥形导孔和圆柱形毛细孔突变点时的能量损失可能扰乱纺丝原液的连续性，使可纺性严重变坏。圆弧形喷丝口的圆弧形导孔与圆柱形毛细孔连接无突变，液流的连续性相对稳定，但圆弧形喷丝口与圆柱形毛细孔的直线相切其曲率变化较大，所以液流仍会有一定的能量突变，圆弧形喷丝口在料液的输送方向上的曲率时刻在改变，极易产生紊流，影响了纺丝速度、丝条的成形以及纤维的性能，以致纺丝不稳定。从流体力学的角度分析来看，增大毛细孔长径比有助于纺丝原液弹性能的松弛，减轻连接处孔形突变所形成的流动紊乱，减小出口处的压力和膨化，有利于细流的成形稳定性。但是较大的长径比要求提高进喷丝口的纺丝原液压力，以克服喷丝口道加长后的能量损失，同时制造喷丝头的板材厚度和整体尺寸相应增加，从而使制造和使用时清洗的难度增加。有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于湿法纺丝的喷丝头及其应用，使纺丝原液便于流入喷丝口，可减少纺丝原液进入喷丝口的入口能量，从而降低出入口压力降，避免发生不稳定流动现象，并有效减少出口处的膨化效应，改善纺丝可纺性，确保喷丝质量；同时减少纺丝中产生毛丝、疵点、断头等现象，提高纺丝品的质量。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种用于湿法纺丝的喷丝头，包括喷丝头本体和设置于喷丝头本体上的喷丝口，所述喷丝口包括沿料液的输送方向依次设置的导料段、过渡段和出料段，所述导料段和过渡段的内壁均沿料液的输送方向逐渐收缩，所述出料段的截面不变。所述的导料段的内壁为沿料液的输送方向收缩而成的弧形内壁，所述过渡段的内壁沿料液的输送方向收缩速率恒定形成锥形内壁。所述的过渡段的锥形内壁的锥角为20-60°。根据流体力学分析，纺丝流体从大的横截面过渡到较小的横截面时，由于直径的减小沿流动方向产生速度梯度，在流动的流体中产生的抗张形变(弹性形变)占主要部分，抗张形变所引起的分子取向作用比在等径孔道中由剪切形变所引起的分子取向作用更为明显，所以在过渡段到出料段入口处张力达到最大值。因此，过渡段采用锥形结构更能够使流体平稳地过渡，当入口锥角大于120°时，流体流动时易产生旋涡；当入口锥角大于90°时，由于应力集中效应，流体急转直下，流线收缩不够平稳。当入口锥角为60°时，入口处应力集中消除，流线收缩较稳，流体流动较好。继续减小入口锥角至30°，流体速度分布由纵向流动转为剪切流动，流体在入口区域产生的剪切形变是产生分子取向的主要原因，流体的收敛程度有所减缓，流体流动相对稳定。若进一步减小入口锥角至15-30°，流体的出/入口压力降会有明显下降，原液流动的稳定性增加，可纺性得到改善。因此，在长径比不变的情况下，采用小入口角则相当于加长了入口区域。对于本专利所涉及的湿法纺丝应用领域，纺丝原液最大分子取向的入口角是在60°和0°之间，为了保证具有良好的成形条件，同时考虑到机械加工的可行性，所以过渡段锥形内壁的锥角选取为20-60°。所述的导料段在喷丝口轴线方向的剖面形状为关于轴线对称的弧线段，两段弧线段共双曲线。所述过渡段的两端分别与导料段的出料端和出料段的进料端平滑过渡；优选地，所述导料段的弧形内壁与过渡段的锥形内壁相切。所述的导料段、过渡段和出料段共轴线，锥形内壁和出料段的内壁在喷丝口轴线方向的剖面形状分别为关于轴线对称的第一直线段和第二直线段，弧线段与第一直线段平滑过渡，第一直线段和第二直线段平滑过渡；优选地，所述弧线段与第一直线段相切。所述的导料段和过渡段在喷丝口轴线方向的总长度大于喷丝口在该方向上的总长度的1/2，优选地，所述的导料段和过渡段在喷丝口轴线方向的总长度为喷丝口在该方向上的长度的0.55-0.95倍。所述的过渡段在喷丝口轴线方向的长度不小于导料段在该方向上长度；优选地，过渡段在喷丝口轴线方向的长度为导料段在该方向上长度的1-3倍。纺丝流体流动的稳定性随出料段孔道长度的增加而增加，直至孔长增至某一极限值。但若毛细孔过长，在锥形的过渡段中产生的分子取向会大大地降低。虽然可用增加喷丝头拉伸的方法使收敛流动部分产生的取向保持完整，但这时纺丝过程的稳定性较低。另一方面，导料段与过渡段的直径收缩比愈小，流体在导料段与过渡段获得的弹性能就愈小。从流体的流动性角度来看，虽然导料段和过渡段均采用双曲线形更加有利于纺丝，但加工较困难，只能应用于孔数较少的喷丝板。因此，导料段和过渡段的高度和喷丝口的高度之间的比例以及导料段与过渡段的比例必须折中，以便获得适当的取向度又具有良好的流动和纺丝稳定性。对于本专利技术所涉及的湿法纺丝应用领域，纺丝流体均为非牛顿粘弹性流体，其中既有高粘度流体，也有低粘度流体，根据不同流体在喷丝孔中的流动特性，为便于纺丝原液流动，减小入口能量，避免发生不稳定流动现象，同时，为了保证纺丝原液中大分子具有良好的取向，且从现有的喷丝头加工技术角度来考虑，导料段和过渡段的高度和占比选取为0.55-0.95，过渡段长度为导料段长度的1-3倍。所述出料段的截面为圆形，所述出料段的长径比0.8-1.8；优选地，所述出料段的直径为0.05mm-0.2mm。喷丝孔长径比的大小与所纺纤维的品种、纺丝溶液的粘度、纺丝速度等因素有关。湿纺纤维中喷丝孔长径比一般为0.5-2.0，长径比过小时，在大的喷丝头拉伸和较高纺速下，纺丝流体会发生过度紧张与压缩，容易造成毛丝或其它疵点。适当增加长径比，可使纺丝溶液流经毛细管的时间增加，有利于纺丝流体弹性形变的松弛，减轻连接处孔形突变所形成的流动紊乱，减小出口处的压力和膨化，有利于细流的成形稳定纺丝相对稳定性。但是较大的长径比要求提高进喷丝口的纺丝原液压力，以克服喷丝口道加长后的能量损失，同时制造喷丝头的板材厚度和整体尺寸相应增加，从而使制造和使用时清洗的难度增加。综合考虑，本专利技术中出料段毛细孔长径比选取为0.8-1.8。一种上述的喷丝头在湿法制备再生纤维素纤维、芳纶纤维或氨纶纤维中的应用。采用上述技术方案后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的喷丝头使纺丝原液便于流入喷丝口，可减少纺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，包括喷丝头本体和设置于喷丝头本体上的喷丝口，所述喷丝口包括沿料液的输送方向依次设置的导料段、过渡段和出料段，所述导料段和过渡段的内壁均沿料液的输送方向逐渐收缩，所述出料段的截面不变。

【技术特征摘要】
1.一种用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，包括喷丝头本体和设置于喷丝头本体上的喷丝口，所述喷丝口包括沿料液的输送方向依次设置的导料段、过渡段和出料段，所述导料段和过渡段的内壁均沿料液的输送方向逐渐收缩，所述出料段的截面不变。2.根据权利要求1所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，所述的导料段的内壁为沿料液的输送方向收缩而成的弧形内壁，所述过渡段的内壁沿料液的输送方向收缩速率恒定形成锥形内壁。3.根据权利要求2所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，所述的过渡段的锥形内壁的锥角为20-60°。4.根据权利要求1-3任一所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，所述的导料段在喷丝口轴线方向的剖面形状为关于轴线对称的弧线段，两段弧线段共双曲线。5.根据权利要求1-4任一所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，所述过渡段的两端分别与导料段的出料端和出料段的进料端平滑过渡；优选地，所述导料段的弧形内壁与过渡段的锥形内壁相切。6.根据权利要求4或5所述的用于湿法纺丝的喷丝头，其特征在于，所述的导料段、过渡段和出料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉山，高敏，张东，迟克栋，吴振兴，高文占，徐纪刚，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11