一种研究型模块化微型湿法纺丝机

摘要

本发明公开一种研究型模块化微型湿法纺丝机，包括支架、固定在支架一端的原液挤出模块和固定在支架顶部的控制箱，控制箱下方设有至少一个第二成型模块和至少一个第一成型模块，第二成型模块、第一成型模块纵向排列，原液挤出模块的出料端伸入第一成型模块内，第一成型模块一侧设有空气干燥模块，空气干燥模块一侧设有纤维绕丝模块。本发明将纤维生产的各工序进行模块化设计，各模块既可以按顺序集成控制又可以根据需求选择其中多个模块进行适应性调整，并将工序之间由常规生产设备的顺序摆放改为竖向空间层叠，因此空间利用率高，体积小，同时每个模块位置和数量可单独调整和增减，特别适用于新材料和新工艺的研究和开发使用。

说明书

技术领域

本发明涉及纤维生产设备领域，尤其涉及一种研究型模块化微型湿法纺丝机。

背景技术

湿法纺丝是一种常见的纤维生产工艺，已经广泛应用于腈纶(聚丙烯腈纤维)、维纶(聚乙烯醇缩醛纤维)、粘胶纤维、氨纶(聚氨基甲酸酯纤维)、芳纶(芳香族聚酰胺纤维)、尼龙纤维和海藻酸钠纤维的生产制造中。其传统的定义为将高聚物在溶剂中配成纺丝原液后，先后通过过滤、脱泡、计量泵最终从喷丝头挤出，在凝固浴的作用下，粘液细流内的溶剂向外扩散以及凝固剂向粘液细流内渗透，经过适当的拉伸形成纤维的方法。

而随着近年来纳米材料和再生纤维制造领域的兴起，湿法纺丝技术在多个方面都有了新的定义。首先，多种新材料的分散液也被成功使用湿法纺丝工艺得到了连续高性能的纤维，例如碳纳米管、氧化石墨烯、导电高分子(聚3,4-乙烯二氧噻吩)、纤维素纳米晶(或纳米结晶纤维素)、MXene、金银纳米棒、凯夫拉(聚对苯二甲酰对苯二胺)再生纤维、再生蜘蛛丝和再生蚕丝纤维等。同时，研究人员对于纺丝原液的凝固原理也有了新的认识，纺丝原液不仅可以通过溶剂交换实现原液固化，也可以通过化学反应实现纤维的成型。此外，纤维结构也从单一组分的实心纤维发展出了中空纤维、核壳纤维和异型纤维结构。

面对这些新材料、新纺丝原理、新纤维结构的出现，原有的大型湿法纺丝装置和工艺流程并不能完全适用。大多数的纺丝装置用于工业生产投资都需上百万资金。这些设备体积巨大，小型的也要占地几十平米，大型的占地达到几百平米。而且需要的纺丝原液量也要达到公斤级以上才能实现连续纺丝。现有小型纺丝设备的另一个弊端在于高度集成化，模块笨重，一经安装结构就十分固定，不能随着工艺的需求轻松地改变纺丝装置的组成模块。这些设备对于新材料的研究性生产和工艺学优化研究，存在诸多不便，也使得纺丝装置的开发、设计和改进十分困难。因此，急需要提出一种设计小巧、结构简单、占地面积小、成本低廉、更重要的是便于调整再组装的模块化微型湿法纺丝装置，以满足上面提到的研究性生产和设备开发需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种研究型模块化微型湿法纺丝机，以解决上述问题，本发明将纤维生产的各工序进行模块化设计，本发明的各模块既可以按顺序集成控制又可以根据需求选择其中多个模块进行适应性调整，并将工序之间由常规生产设备的顺序摆放改为竖向空间层叠，因此空间利用率高，体积小，同时每个模块位置和数量可单独调整和增减，特别适用于新材料和新工艺的研究和开发使用。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种研究型模块化微型湿法纺丝机，包括支架、固定连接在所述支架一端的原液挤出模块和固定连接在所述支架顶部的控制箱，所述控制箱位于所述原液挤出模块一侧，所述控制箱下方设置有至少一个第二成型模块和至少一个第一成型模块，所述第二成型模块、第一成型模块纵向排列且位于同一平面，所述原液挤出模块的出料端伸入所述第一成型模块内，所述第一成型模块远离所述原液挤出模块的一侧设有空气干燥模块，所述空气干燥模块远离所述原液挤出模块的一侧设有纤维绕丝模块，所述控制箱与所述第二成型模块、第一成型模块电性连接。

优选的，所述第一成型模块数量为一个，所述第二成型模块数量为n个，所述第一成型模块位于最下方，所述第二成型模块依次位于所述第一成型模块上方，相邻两个所述第二成型模块沿竖直中线镜像设置。

优选的，所述第二成型模块数量为两个，所述第一成型模块位于最下方，所述第二成型模块依次位于所述第一成型模块上方，两个所述第二成型模块沿竖直中线镜像设置。

优选的，所述原液挤出模块包括固定连接在所述支架上的连接件，所述支架固定连接有第一电机，所述第一电机的输出轴轴接有微量齿轮泵，所述微量齿轮泵的进口端连通有注射器的出口端，所述注射器的进口端连通有气体连接器，所述微量齿轮泵的出口端连通有弯管的一端，所述弯管另一端可拆卸连接有喷丝头，所述喷丝头伸入所述第一成型模块内。

优选的，所述第一成型模块包括与所述支架固定连接的第一水槽，所述第一水槽底部固定连接有第一加热片，所述第一加热片电性连接有第一温度控制器,所述第一水槽的侧壁连通有第一微型循环泵，所述第一微型循环泵电性连接有第一循环水调速器，所述支架的前侧壁固定连接有前覆盖面板，所述支架的后侧壁固定连接有后覆盖面板，所述后覆盖面板固定连接有第二电机，所述第二电机输出轴齿轮传动有第一导丝轮，所述第一导丝轮的下部位于所述第一水槽内且远离所述原液挤出模块设置，所述后覆盖面板外侧固定连接有第一控制盒，所述第一控制盒上固接有第一控制线接头，所述第一温度控制器、第一循环水调速器位于所述第一控制盒内，所述第二电机通过所述第一控制线接头与所述控制箱电性连接。

优选的，所述第二成型模块包括与所述支架固定连接的第二水槽,所述第二水槽底部固定连接有第二加热片，所述第二加热片电性连接有第二温度控制器，所述第二水槽的侧壁连通有第二微型循环泵，所述第二微型循环泵电性连接有第二循环水调速器，所述支架的前侧壁固定连接有第一覆盖面板，所述支架的后侧壁固定连接有第二覆盖面板，所述第二覆盖面板固定连接有左侧电机和右侧电机，所述左侧电机通过第一齿轮组啮合传动有第一导丝轮组，所述第一导丝轮组包括三个第二导丝轮，所述右侧电机通过第二齿轮组啮合传动有第二导丝轮组，所述第二导丝轮组包括两个第三导丝轮，其中一个所述第二导丝轮、第三导丝轮的下部位于所述第二水槽内的两端，所述第二覆盖面板外侧固定连接有第二控制盒，所述第二控制盒上固定连接有第二控制线接头，所述第二温度控制器、第二循环水调速器位于所述第二控制盒内，所述左侧电机、右侧电机通过所述第二控制线接头与所述控制箱电性连接。

优选的，所述空气干燥模块包括烘干支架，所述烘干支架的前侧壁上部固定连接有上面板，所述烘干支架的前侧壁下部固定连接有下面板，所述烘干支架的后侧壁上部固定连接有上覆盖板，所述烘干支架的后侧壁下部固定连接有下覆盖板，所述烘干支架中部固定连接有电加热器，所述电加热器电性连接有干燥控制盒，所述上覆盖板外侧轴接有上电机，所述上电机通过第三齿轮组啮合传动有上多轨道导丝轮，所述下覆盖板外侧固定连接有下电机，所述下电机通过第四齿轮组有下多轨道导丝轮，所述电加热器的前侧覆盖有加热盖，所述电加热器的后侧覆盖有加热器外壳，所述加热器外壳上设有风扇，所述风扇与所述干燥控制盒电性连接，所述上电机、下电机与所述控制箱电性连接。

优选的，所述纤维绕丝模块包括绕丝支架，所述绕丝支架上竖直固定连接有绕丝前面板、绕丝后面板，所述绕丝前面板外侧转动连接有压丝杆、绕丝轴，所述压丝杆靠近所述空气干燥模块设置，所述绕丝轴外侧可拆卸连接有线轴固定器，所述线轴固定器外侧可拆卸连接有线轴，所述绕丝后面板外侧固定连接有绕丝电机，所述绕丝支架固定连接有丝杆固定块，所述丝杆固定块与所述绕丝前面板之间转动连接有往复丝杆，所述丝杆固定块与所述绕丝前面板之间固定连接有导轨，所述往复丝杆配合设置有导丝器，所述导丝器与所述导轨滑动配合，所述绕丝电机电性连接有速度控制盒，所述绕丝电机通过第五齿轮组驱动所述往复丝杆、绕丝轴。

本发明具有如下技术效果：

本发明将常规的生产线体由横向改为纵向布置，节省了占地空间，可以使整个装置应用在实验室的研究中，并将第一成型模块和第二成型模块进行独立的控制，形成单独化的模块，第二成型模块具有和第一成型模块相同的功能，通过独立调整，第一成型模块、第二成型模块的不同参数，实现凝固、拉伸的功能，从而为实验的阶段的研究提供更多的配合方式为纤维投产前的试生产研究提供相关辅助支持，使得不用为纤维生产购置成品生产装置，极大的节省了投产前的成本消耗。

本发明采用模块化设计，对各个纺丝模块进行了优化集成，设计精巧，结构简单。其占地面积小为进入实验室提供了便利条件。

独立式的模块设计中包含了集成的温度控制和循环水控制，使各个模块之间互不干扰，并可以实现各自独立控制，最大可能的满足了对纺丝工艺的参数的调节要求。并可以对各个模块的数量和位置做任意调节，方便搭配和使用。

使用微量齿轮泵可以实现对不同纺丝原液的输送，并精确控制原液的流速，控制纺丝速度。

独特的第二成型模块使纤维可以在很小的空间内往复运动，并且将控制模块集合到一个控制箱中，操作简便。

干燥模块使用多轨道导丝轮，实现纤维的往复干燥，既节约了能源也提高了干燥效率。

压丝杆和往复丝杆的使用，使纤维可以均匀的收集在线轴上。

纺丝装置采用的电机为小型步进电机，成本低廉，并且调速精确，提高了纺丝过程中纤维纺丝速度的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明原液挤出模块结构示意图；

图3为本发明第一成型模块结构示意图；

图4为本发明第二成型模块结构示意图；

图5为本发明空气干燥模块结构示意图；

图6为本发明纤维绕丝模块结构示意图。

其中，1、支架；2、原液挤出模块；201、连接件；202、第一电机；203、微量齿轮泵；204、注射器；205、气体连接器；206、弯管；207、喷丝头；3、第一成型模块；301、第一水槽；302、第一加热片；303、第一导丝轮；304、第一温度控制器；305、第一循环水调速器；306、前覆盖面板；307、后覆盖面板；308、第二电机；309、第一控制盒；310、第一微型循环泵；311、第一控制线接头；4、第二成型模块；401、第一导丝轮组；402、第一覆盖面板；403、第二温度控制器；404、第二循环水调速器；405、第二水槽；406、第二加热片；407、左侧电机；408、右侧电机；409、第二控制盒；410、第二控制线接头；411、第二微型循环泵；412、第二覆盖面板；413、第二导丝轮组；5、控制箱；6、空气干燥模块；601、上面板；602、上多轨道导丝轮；603、加热盖；604、下面板；605、下多轨道导丝轮；606、烘干支架；607、干燥控制盒；608、电加热器；609、上电机；610、上覆盖板；611、风扇；612、加热器外壳；613、下覆盖板；614、下电机；7、纤维绕丝模块；701、速度控制盒；702、绕丝前面板；703、绕丝支架；704、压丝杆；705、导丝器；706、往复丝杆；707、丝杆固定块；708、导轨；709、线轴固定器；710、线轴；711、绕丝轴；712、绕丝后面板；713、绕丝电机。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-6所示，本实施例提供一种研究型模块化微型湿法纺丝机，包括支架1、固定连接在支架1一端的原液挤出模块2和固定连接在支架1顶部的控制箱5，控制箱5位于原液挤出模块2一侧，控制箱5下方设置有至少一个第二成型模块4和至少一个第一成型模块3，第二成型模块4、第一成型模块3纵向排列且位于同一平面，原液挤出模块2的出料端伸入第一成型模块3内，第一成型模块3远离原液挤出模块2的一侧设有空气干燥模块6，空气干燥模块6远离原液挤出模块2的一侧设有纤维绕丝模块7，控制箱5与第二成型模块4、第一成型模块3电性连接。

本发明将常规的生产线体由横向改为纵向布置，节省了占地空间，可以使整个装置应用在实验室的研究中，并将第一成型模块3和第二成型模块4进行独立的控制，形成单独化的模块，第二成型模块4具有和第一成型模块3相同的功能，通过独立调整，第一成型模块3、第二成型模块4的不同参数，实现凝固、拉伸的功能，从而为实验的阶段的研究提供更多的配合方式为纤维投产前的试生产研究提供相关辅助支持，使得不用为纤维生产购置成品生产装置，极大的节省了投产前的成本消耗。

进一步优化方案，第一成型模块3数量为一个，第二成型模块4数量为两个，第一成型模块3位于最下方，第二成型模块4依次位于第一成型模块3上方，两个第二成型模块4沿竖直中线镜像设置。

进一步优化方案，原液挤出模块2包括固定连接在支架1上的连接件201，支架1固定连接有第一电机202，第一电机202的输出轴轴接有微量齿轮泵203，微量齿轮泵203的进口端连通有注射器204的出口端，注射器204的进口端连通有气体连接器205，微量齿轮泵203的出口端连通有弯管206的一端，弯管206另一端可拆卸连接有喷丝头207，喷丝头207伸入第一成型模块3内。

将气体连接器205接通气源，纺丝原液在气体压力作用下，从注射器204的出口端注入至微量齿轮泵203的进口端，在第一电机202的带动下，微量齿轮泵203运行，将纺丝原液计入至弯管206内，然后在从喷丝头207挤出，进入至第一成型模块3内。喷丝数量或形状可以根据需要进行更换不同孔数、形状的喷丝头207。

进一步优化方案，第一成型模块3包括与支架1固定连接的第一水槽301，第一水槽301底部固定连接有第一加热片302，第一加热片302电性连接有第一温度控制器304,第一水槽301的侧壁连通有第一微型循环泵310，第一微型循环泵310电性连接有第一循环水调速器305，支架1的前侧壁固定连接有前覆盖面板306，支架1的后侧壁固定连接有后覆盖面板307，后覆盖面板307固定连接有第二电机308，第二电机308输出轴齿轮传动有第一导丝轮303，第一导丝轮303的下部位于第一水槽301内且远离原液挤出模块2设置，后覆盖面板307外侧固定连接有第一控制盒309，第一控制盒309上固接有第一控制线接头311，第一温度控制器304、第一循环水调速器305位于第一控制盒309内，第二电机308通过第一控制线接头311与控制箱5电性连接。

第一水槽301内添加有具有凝固作用的溶液，该溶液为本领域现有技术，在此不再赘述，第一温度控制器304可以控制第一水槽301底部的第一加热片302调节第一水槽301内温度，第一循环水调速器305控制第一微型循环泵310对第一水槽301内水流速度和均匀性进行调节，从喷丝头207喷出的纤维经过第一水槽301的加热凝固后绕过第一导丝轮303向上进入第二成型模块4。

进一步优化方案，第二成型模块4包括与支架1固定连接的第二水槽405,第二水槽405底部固定连接有第二加热片406，第二加热片406电性连接有第二温度控制器403，第二水槽405的侧壁连通有第二微型循环泵411，第二微型循环泵411电性连接有第二循环水调速器404，支架1的前侧壁固定连接有第一覆盖面板402，支架1的后侧壁固定连接有第二覆盖面板412，第二覆盖面板412固定连接有左侧电机407和右侧电机408，左侧电机407通过第一齿轮组啮合传动有第一导丝轮组401，第一导丝轮组401包括三个第二导丝轮，右侧电机408通过第二齿轮组啮合传动有第二导丝轮组413，第二导丝轮组413包括两个第三导丝轮，其中一个第二导丝轮、第三导丝轮的下部位于第二水槽405内的两端，第二覆盖面板412外侧固定连接有第二控制盒409，第二控制盒409上固定连接有第二控制线接头410，第二温度控制器403、第二循环水调速器404位于第二控制盒409内，左侧电机407、右侧电机408通过第二控制线接头410与控制箱5电性连接。

第二水槽405内添加有洗涤溶液，洗涤溶液为本领域现有技术，在此不赘述，参照图1所示，从第一导丝轮303送出的纤维绕过第二成型模块4的两个第三导丝轮绕过并向左进入第二水槽405，再绕过三个第二导丝轮送入位于最上方的第二成型模块4。第二温度控制器403调控第二水槽405液体温度，第二循环水调速器404和第二微型循环泵411使槽内液体均匀流动，保持温度一致。第二导丝轮、第三导丝轮分别由左侧电机407和右侧电机408，通过控制箱5控制左侧电机407和右侧电机408的不同转速，可以控制纤维在两个第二成型模块中的拉伸比例。纤维将从位于上方的第二导丝轮送出，进入空气干燥模块6。控制箱5可选用PLC控制器，控制箱5上可以根据需求安装对应的调速旋钮。

进一步优化方案，空气干燥模块6包括烘干支架606，烘干支架606的前侧壁上部固定连接有上面板601，烘干支架606的前侧壁下部固定连接有下面板604，烘干支架606的后侧壁上部固定连接有上覆盖板610，烘干支架606的后侧壁下部固定连接有下覆盖板613，烘干支架606中部固定连接有电加热器608，电加热器608电性连接有干燥控制盒607，上覆盖板610外侧轴接有上电机609，上电机609通过第三齿轮组啮合传动有上多轨道导丝轮602，下覆盖板613外侧固定连接有下电机614，下电机614通过第四齿轮组啮合传动有下多轨道导丝轮605，电加热器608的前侧覆盖有加热盖603，电加热器608的后侧覆盖有加热器外壳612，加热器外壳612上设有风扇611，风扇611与干燥控制盒607电性连接，上电机609、下电机614与控制箱5电性连接。

在空气干燥模块6中，上电机609和下电机614分别带动上多轨道导丝轮602、下多轨道导丝轮605将纤维传递至干燥器中。纤维在上多轨道导丝轮602、下多轨道导丝轮605之间可以缠绕多次从而使纤维往返进入空气干燥模块6增加纤维的干燥时间。空气干燥模块6内温度调节通过干燥控制盒607控制风扇611和电加热器608实现。纤维干燥后从下多轨道导丝轮605进入纤维绕丝模块7。

进一步优化方案，纤维绕丝模块7包括绕丝支架703，绕丝支架703上竖直固定连接有绕丝前面板702、绕丝后面板712，绕丝前面板702外侧转动连接有压丝杆704、绕丝轴711，压丝杆704靠近空气干燥模块6设置，绕丝轴711外侧可拆卸连接有线轴固定器709，线轴固定器709外侧可拆卸连接有线轴710，绕丝后面板712外侧固定连接有绕丝电机713，绕丝支架703固定连接有丝杆固定块707，丝杆固定块707与绕丝前面板702之间转动连接有往复丝杆706，丝杆固定块707与绕丝前面板702之间固定连接有导轨708，往复丝杆706配合设置有导丝器705，导丝器705与导轨708滑动配合，绕丝电机713电性连接有速度控制盒701，绕丝电机713通过第五齿轮组驱动往复丝杆706、绕丝轴711。

通过调整压丝杆704的不同角度可以实现调节纤维的松紧程度，调节纤维在线轴710上的缠绕松紧程度，导丝器705在往复丝杆706和导轨708的控制下前后往返运动，并带动纤维均匀的收集到线轴710上。线轴固定器709可以取下，用以更换线轴710。绕丝速度通过固定在上方的速度控制盒701控制绕丝电机713转速进行调节。

实施例二：

本实施例的纺丝机与实施例一的区别仅在于，第二成型模块4数量为四个，第一成型模块3位于最下方，第二成型模块4依次位于第一成型模块3上方，相邻两个第二成型模块4沿竖直中线镜像设置，从上往下数第二个第二成型模块4的第二水槽405内添加溶液与第一成型模块3的第一水槽301内溶液相同，控制箱5控制从上往下数第二个第二成型模块4的左侧电机407和右侧电机408转速，使第二导丝轮和第三导丝轮以相同的速度转动，使纤维丝在对应的第二水槽405内不再进行拉伸，以适应材料的试验研究。

本发明可以根据实际试验情况适应性调整第二成型模块4的数量，并调整第一成型模块3、第二成型模块4的相关使用参数，如凝固、拉伸、温度、水流流速等，使装置适应新材料的生产研究。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。