專利名稱：一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的設備及方法
技術領域：
本發明涉及一種合成纖維生產方法，尤其是涉及一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩 色及功能性纖維的設備及方法。
背景技術：
目前，紡織行業纖維著色主要采用先織后染后整理染色。有色面料生產經過紡絲(紗) 、高溫高壓染色、整經織布、整理，或者紡絲、整經織布、染前處理、高溫高壓染色、整理 等多道加工環節。采用常規紡紡制的白色滌綸長絲用分散性染料在高溫高壓或載體存在下進 行染色，對纖維損傷大，色牢度差，工藝流程長，能耗大，污染嚴重。彩色纖維及功能性纖 維的生產是化學纖維生產中不斷發展的技術。隨著化學纖維工業的迅速發展，對纖維擁有多 重功能特性的要求與日俱增。開發和應用多元在線添加技術成為差別化纖維發展的急需。
現今國內生產彩色滌綸長絲也有采用共混紡絲法進行生產的。共混紡絲方法是將顏色母 粒或功能母粒加入到聚合物中，用常規切片紡絲設備進行紡絲，制得有色化纖長絲。當前幾 乎所有共混紡絲主要采用切片計量熔融方法生產，國內、外還沒有熔體直接紡生產線生產彩 色纖維或功能性纖維。切片紡間歇式工藝路線生產彩色和功能性纖維，具有投資大、能耗高 、工藝路線長，質量不易控制等缺點。
中國專利公開了一種熔體直紡在線添加技術生產有色和差別化滌綸短纖維的方法(公開 號CN 1944719A)，其包括聚酯熔融、紡絲、集束、牽伸、巻曲、松弛、切斷和打包，在 聚酯熔體進入紡絲箱體之前，注入經干燥、熔融、過濾、計量后的改性原料，與聚酯熔體一 起經高效靜態混合器充分均勻混合后，共同進入紡絲箱體進行紡絲。中國專利還公開了一種 將聚合物熔體與添加劑相混合的方法(公開號CN 1777496A)，其將聚碳酸酯熔體與液狀 、溶液狀或分散體狀添加劑混合的連續方法，包括添加劑加入到由聚合物熔體組成的主流中 ，然后混合，尤其是直接在固定混合器中與主流混合；其混合在流動管中作為主流的高粘度 聚合物熔體與來自液體側流的添加劑的連續方法，包括添加劑與部分的聚合物熔體在側流中 預混，含有添加劑的側流通過進料管路，特別是通過排列在流動管中央的管路進入主流中， 組合流在直接連接在下游的第一固定混合器中劇烈混合，此預混物在截面加寬的混合管和結 構(目寬)更細小的第二固定混合器中被粉碎，聚合物熔體是聚碳酸酯。
但這兩種方法在直紡生產過程中，根據紡絲產品不同，與添加原料共混后的熔體流動壓力、速度存在較大差異，而熔體通過靜態混合器的流動速度與靜態混合器的混合、分散效果 密切相關，當流速高時，混合效果較為充分，反之，流速低時，混合效果不理想，且流速高 時能耗大、壓力過高、不穩定，不易于生產穩定性。另外直接紡為連續化大量生產裝備，彩 色纖維或功能性纖維本身具有多色系、多品種的特點，單一的混合模式因其缺乏柔性難以適 應多變的顏色和改性添加物的混合要求，必須增加柔性來解決靈活多變的產品需求與連續化 大量生產裝置間的矛盾。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是提供一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖 維的設備及方法，其主要是解決現有技術所存在的不能隨意控制熔體流動壓力、速度，流速 低時，混合效果不理想，流速高時能耗大、壓力過高、不穩定，不易于生產穩定性，效率較 低，生產成本較高、工藝范圍窄等的技術問題。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的
本發明的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的設備，包括一個及以 上個添加物制備裝置，其特征在于所述的添加物制備裝置通過管路連接有過濾裝置，過濾裝 置另一端連接有計量裝置，計量裝置連接在多元耦合器，多元耦合器還分別連接有增壓泵、 動態分散器，增壓泵與可將物料分散的動態分散器的另一端分別連接有第一三通閥與第二三 通閥，第一三通閥與第二三通閥之間通過管路連接，并且第二三通閥與第一三通閥、動態分 散器之間的管路各連接有一個排料閥，第二三通閥還連接有紡絲箱體；添加物制備裝置、計 量裝置、增壓泵、動態分散器以及第二三通閥的出料口都通過線路連接在數控裝置上。
在主熔體進入紡絲箱之前，從第一三通閥引出，由獨立增壓泵將主熔體引入添加系統； 同時由具有適應各種不同添加物特征抓能滿足粉、粒形態等有機或無機添加物抓的熔融設備 添加物制備裝置，確保分子量及結構與主熔體的耦合性能達到纖維生產要求，具有很強柔性 的在線多元添加物制備裝置所輸出的添加物熔體經連續過濾、精確計量裝置計量后，與以獨 立增壓泵提供動力的主熔體在多元耦合器中進行耦合，耦合后的多元熔體進入系統中可通過 溫度、分散速度、壓力等匹配最佳工藝的另一關鍵裝置抓動態分散器進行均勻分散，最終通 過第二三通閥進入紡絲箱體進行紡絲。數控裝置可將多個傳感器參數如溫度、壓力、頻率 轉速等邏輯聯動，并由一臺工業控制計算機實時精確控制和管理，并記錄、儲存、優化產品 工藝系統，實現生產過程的管理。
由于將色料和添加劑原料，通過精密在線計量與主熔體一起經多元耦合、溫度平衡注入 到動態分散器，利用控制系統對分散速度、溫度、壓力、轉速等進行動態精確控制，這種方法可靠、兼容不同原料好、精度高、變換品種方便。并可適應不同比例和流量級別的應用。 由于該在線多元添加系統可實現在線柔性添加、分散，添加物均勻分布纖維內部，其生產出 的彩色纖維或功能性纖維產品質量高、色系全、色彩亮麗鮮艷、色牢度好，功能性保持好， 產品檔次高，直接紡絲主熔體直接進行著色和改性，省去了主料切粒、運輸、干燥、熔融等 工序，同時，添加劑利用率高。因此，綜合節能和降耗效果顯著。整套設備的工藝調整方便 ，實現數字化精密控制，可利用該技術對生產工藝優化、儲存和管理。
作為優選，所述的動態分散器中設有驅動裝置，驅動裝置連接有分散旋轉軸，其軸上設 有可對物料進行剪切的組合型分散元件，組合型分散元件與動態分散器套筒的微間隙配合。 分散旋轉軸轉動時，高精度的分散元件對共混熔體進行切割分流，同時，使剪切熱最小。同 時，分散器溫度獨立控制，可選擇適當的分散溫度。
作為優選，所述的動態分散器的進口處和/或出口處連接有熱交換器。熱交換器可以對 多元熔體進行溫度平衡。
作為優選，所述的添加物制備裝置為兩個。添加物制備裝置設為多個，可以用以添加多 種特性差異的添加物。
一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的方法，其特征在于
a. 在添加物制備裝置中分別加入色料與添加劑原料，并且通過數控裝置調節添加量；
b. 將色料與添加劑原料通過過濾裝置進行過濾，然后再進入計量裝置，通過數控裝置 進行計量；
c. 從計量裝置出來的色料與添加劑原料進入多元耦合器；同時從第一三通閥注入主熔 體，主熔體進入增壓泵，通過數控裝置調節壓力，從增壓泵出來的主熔體進入多元耦合器與 色料、添加劑一起進行耦合，形成多元熔體；
d. 耦合后的多元熔體進入動態分散器中，在數控裝置的控制下由動態分散器的驅動裝 置通過分散旋轉軸帶動組合型分散元件，對多元熔體進行分散；
e. 分散后的多元熔體經過第二三通閥后進入紡絲箱體進行紡絲。
在聚酯熔體進入紡絲箱體之前，由多臺添加物制備裝置，添加物制備裝置的功能是根據 添加物不同性質，在不同的溫度、壓力控制下對添加物熔融，將兩種或多種添加原料經過濾 裝置過濾后，通過計量裝置精確計量進入多元耦合器；同時主熔體通過三通閥經過增壓泵進 行壓力調整后進入多元偶合器與一種或數種添加物偶合，再一同注入到動態分散器中。動態 分散器可針對添加物特性、熔體壓力、流動速度等，利用C0NT1和C0NT2程序控制單元，該單 元連接上位工業計算機，根據生產工藝參數要求，對溫度、速度、壓力、多元添加物制備裝置的注入量、轉速等各項工藝參數進行精確的系統控制，由動態分散器中的驅動裝置帶動高 效分散旋轉軸，其軸上設有特殊排列的組合型分散元件，與動態分散器套筒的微間隙配合； 軸轉動時，高精度的分散元件對共混熔體進行切割分流，同時，使剪切熱最小。多元熔體經 三通閥后進入紡絲箱體進行紡絲。控制單元根據中的各傳感器參數，溫度、壓力、頻率轉速 等邏輯聯動，分段調節，優化工藝。動態分散器中的高效分散旋轉軸也可獨立調速，使得多 元在線添加系統可在確保紡絲工藝要求的前提下，實現多元熔體的理想分散。
獨立的添加物制備單元可保證各種添加物在最佳的熔體特性條件下，以最短的停留時間 進行紡絲，通過調節各添加單元溫度與動態分散器協調配合，確保整個系統的柔性化。
由于將色料和添加劑原料，通過精密在線計量與主熔體一起經多元耦合、溫度平衡注入 到動態分散器，利用控制系統對分散速度、溫度、壓力、轉速等進行動態精確控制實現充分 地分散效果，這種方法可靠、兼容不同原料、精度高、變換品種方便。
作為優選，所述的步驟a中添加物制備裝置的溫度為260 29(TC、壓力為80 110Kg/cm2。添加物制備裝置可以設為多臺。
作為優選，所述的步驟c中的主熔體為常規聚酯或改性聚酯。
作為優選，所述的步驟c中主熔體的溫度為275 29(TC 。
作為優選，所述的步驟d動態分散器中的分散旋轉軸轉速為20 60m/min時，動態分散次 數為1500 4500次。根據物料特性分散次數連續可調，可選擇與物料性能相匹配的轉速，轉 速越高，分散次數越多，
作為優選，所述的步驟d中，耦合后的多元熔體先經過熱交換器后再進入動態分散器中 ，熱交換后的多元熔體溫度為270 285'C;;經過動態分散器分散后的多元熔體再經過熱交 換器進行熱交換，熱交換后的多元熔體溫度為275 29(TC 。
因此，本發明具有省去了主料切粒、運輸、干燥、熔融等工序，同時，添加劑利用率高 ，生產出的彩色纖維或功能性纖維產品質量高、色系全、色彩亮麗鮮艷、色牢度好，功能性 保持好，產品檔次高，生產成本較低、工藝范圍較廣，色差易于控制，設備結構簡單、合理 等特點。
附圖l是本發明設備的一種結構示意圖。
圖中零部件、部位及編號多元耦合器l、增壓泵2、動態分散器3、第一三通閥4、第二 三通閥5、排料閥6、數控裝置7、第一添加物制備裝置8、第二添加物制備裝置9、第一過濾 裝置IO、第二過濾裝置ll、第一計量裝置12、第二計量裝置13、第一熱交換器14、第二熱交換器15。
具體實施例方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。 實施例l:本例的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的設備，如圖 1，有第一添加物制備裝置8與第二添加物制備裝置9，第一添加物制備裝置8通過管路依次連 接第一過濾裝置IO、第一計量裝置12，第二添加物制備裝置9通過管路依次連接第二過濾裝 置ll、第二計量裝置13。另外，主熔體通入處設有一個第一三通閥4，第一三通閥4通過管路 連接有增壓泵2。增壓泵2、第一計量裝置12、第二計量裝置13都與多元耦合器1連通，多元 耦合器1的出口處連接有第一熱交換器14，第一熱交換器14另一端連接有動態分散器3，動態 分散器3出口處通過第二熱交換器15連接有第二三通閥5，第一三通閥4與第二三通閥5之間通 過管路連通，并且第二三通閥5與第一三通閥4、動態分散器3之間的管路各連接有一個排料 閥6。第二三通閥5的出料口連接紡絲箱體。第一添加物制備裝置8、第二添加物制備裝置9、 第一計量裝置12、第二計量裝置13、增壓泵2、動態分散器3以及第二三通閥5的出料口都通 過線路連接在數控裝置7上。
本例的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色功能性纖維的方法，生產單元6紡絲位 ，如圖l箭頭所示，其步驟為
a. 在第一添加物制備裝置8中加入色料，調節溫度為275r、壓力為 80Kg/cm2，在第 二添加物制備裝置9中加入抗菌母料，調節溫度為280°C、壓力為80Kg/cm2，并且通過數控 裝置7調節添加量；
b. 將色料熔體與抗菌母料熔體分別通過第一過濾裝置IO、第二過濾裝置ll進行過濾， 過濾掉異常粒子及雜質，然后再分別進入第一計量裝置12、第二計量裝置13通過數控裝置7 進行計量；
c. 從計量裝置出來的色料與抗菌原料進入多元耦合器l;同時從第一三通閥4注入主熔 體，主熔體為聚酯，主熔體的溫度為285'C，主熔體進入增壓泵2，通過數控裝置7調節壓力 至80Kg/cm2，從增壓泵2出來的主熔體進入多元耦合器1與色料、添加劑一起進行耦合，形成 多元熔體；
d. 耦合后的多元熔體先進入第一熱交換器14進行熱交換，使得熱交換后的多元熔體溫 度為282'C;然后多元熔體進入動態分散器3中，在數控裝置7的控制下由動態分散器的驅動 裝置帶動高效分散旋轉軸部件，對多元熔體進行分散，其中高效分散旋轉軸部件的轉速為 40轉/分， 一共分散3000次；從動態分散器3出口出來的多元熔體再進入第二熱交換器15進行熱交換，使得熱交換后的多元熔體溫度為285'C;
e.分散后的多元熔體經過第二三通閥5后進入紡絲箱體進行紡絲。
實施例2:本例的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色功能性纖維的設備，同實施例l。
本例的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色功能性纖維的方法，生產單元12紡絲位 ，如圖l箭頭所示，其步驟為
a. 在第一添加物制備裝置8中加入色料，調節溫度為275。C、壓力為 120Kg/cm2在第 二添加物制備裝置9中加入阻燃母料，調節溫度為27(TC、壓力為120Kg/cm2，并且通過數控 裝置7調節添加量；
b. 將阻燃劑與添加劑原料熔體分別通過第一過濾裝置IO、第二過濾裝置ll進行過濾， 過濾掉異常粒子及雜質，然后再分別進入第一計量裝置12、第二計量裝置13通過數控裝置7 進行計量；
c. 從計量裝置出來的色料及阻燃熔體進入多元耦合器l;同時從第一三通閥4注入主熔 體，主熔體為聚酯，主熔體的溫度為278 °C，主熔體進入增壓泵2，通過數控裝置7調節壓力 至120 Kg/cm2，從增壓泵2出來的主熔體進入多元耦合器1與阻燃劑、添加劑一起進行耦合， 形成多元熔體；
d. 耦合后的多元熔體先進入第一熱交換器14進行熱交換，使得熱交換后的多元熔體溫 度為275'C;然后多元熔體進入動態分散器3中，在數控裝置7的控制下由動態分散器的驅動 裝置帶動高效分散旋轉軸部件，對多元熔體進行分散，其中高效分散旋轉軸部件的轉速為 30轉/分， 一共分散2250次；從動態分散器3出口出來的多元熔體再進入第二熱交換器15進行 熱交換，使得熱交換后的多元熔體溫度為276'C;
e. 分散后的多元熔體經過第二三通閥5后進入紡絲箱體進行紡絲。
權利要求
權利要求1一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的設備，包括一個及以上個添加物制備裝置，其特征在于所述的添加物制備裝置通過管路連接有過濾裝置，過濾裝置另一端連接有計量裝置，計量裝置連接在多元耦合器(1)，多元耦合器(1)還分別連接有增壓泵(2)、動態分散器(3)，增壓泵(2)與可將物料分散的動態分散器(3)的另一端分別連接有第一三通閥(4)與第二三通閥(5)，第一三通閥(4)與第二三通閥(5)之間通過管路連接，并且第二三通閥(5)與第一三通閥(4)、動態分散器(3)之間的管路各連接有一個排料閥(6)，第二三通閥(5)還連接有紡絲箱體；添加物制備裝置、計量裝置、增壓泵(2)、動態分散器(3)以及第二三通閥(5)的出料口都通過線路連接在數控裝置(7)上。
2 根據權利要求l所述的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及 功能性纖維的設備，其特征在于所述的動態分散器(3)中設有驅動裝置，驅動裝置連接有 分散旋轉軸，其軸上設有可對物料進行剪切的組合型分散元件，組合型分散元件與動態分散 器套筒的微間隙配合。
3 根據權利要求l所述的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及 功能性纖維的設備，其特征在于所述的動態分散器(3)的進口處和/或出口處連接有熱交換器。
4 根據權利要求3所述的一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及 功能性纖維的設備，其特征在于所述的添加物制備裝置為兩個。
5 一種使用權利要求1或2或3或4所述設備的方法，其特征在于a. 在添加物制備裝置中分別加入色料與添加劑原料，并且通過數控裝置(7)調節添 加量；b. 將色料與添加劑原料通過過濾裝置進行過濾，然后再進入計量裝置，通過數控裝置 (7)進行計量；c. 從計量裝置出來的色料與添加劑原料進入多元耦合器(1);同時從第一三通閥(4)注入主熔體，主熔體進入增壓泵(2)，通過數控裝置(7)調節壓力，從增壓泵(2)出 來的主熔體進入多元耦合器(1)與色料、添加劑一起進行耦合，形成多元熔體；d. 耦合后的多元熔體進入動態分散器(3)中，在數控裝置(7)的控制下由動態分散 器的驅動裝置通過分散旋轉軸帶動組合型分散元件，對多元熔體進行分散；e. 分散后的多元熔體經過第二三通閥(5)后進入紡絲箱體進行紡絲。
6. 根據權利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步驟a中添加物 制備裝置的溫度為260 290。C、壓力為80 110Kg/cm2。
7. 根據權利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步驟c中的主熔 體為常規聚酯或改性聚酯。
8. 根據權利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步驟c中主熔體 的溫度為275 29(TC。
9. 根據權利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步驟d動態分散 器(3)中的分散旋轉軸轉速為20 60m/min時，動態分散次數為1500 4500次。
10. 根據權利要求5所述的的方法，其特征在于所述的步驟d中，耦合 后的多元熔體先經過熱交換器后再進入動態分散器(3)中，熱交換后的多元熔體溫度為 270 285°C;經過動態分散器(3)分散后的多元熔體再經過熱交換器進行熱交換，熱交換 后的多元熔體溫度為275 29(TC 。
全文摘要
本發明涉及一種合成纖維生產方法，尤其是涉及一種熔體直接紡絲在線多元添加生產彩色及功能性纖維的設備及方法。其主要是解決現有技術所存在的不能隨意控制熔體流動壓力、速度，效率較低，生產成本較高、工藝范圍窄等的技術問題。本發明的設備，包括有添加物制備裝置、過濾裝置、計量裝置、多元耦合器、增壓泵、動態分散器、第一三通閥、第二三通閥、排料閥、數控裝置。本發明的方法是在添加物制備裝置中分別加入色料與添加劑原料，并且通過數控裝置調節添加量，然后經過過濾裝置、計量裝置、多元耦合器，主熔體進入多元耦合器與色料、添加劑一起進行耦合，耦合后的多元熔體進入動態分散器中進行分散，最后進行紡絲。
文檔編號D01D1/00GK101498056SQ20091030034
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月4日 優先權日2009年2月4日
發明者曹欣羊 申請人:浙江華欣新材料股份有限公司