施加可調控磁場的溼法紡絲裝置及方法
2023-06-06 20:54:26
專利名稱：施加可調控磁場的溼法紡絲裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種溼法紡絲裝置及其方法，特別是一種施加可調控磁場的溼法紡絲
裝置及其方法。
背景技術：
隨著當今科學技術的迅猛發展，人們對於材料性能的要求越來越高，如何通過傳 統紡絲裝置得到高性能纖維逐漸成為一個研究熱點。目前研究人員主要通過兩個途徑提高 纖維的性能一個是通過紡絲裝置的設計，實現紡絲工藝的改進，進而實現纖維聚集態結構 的優化，性能提高；另一途徑是對纖維紡絲液進行改性，實現性能的提高。纖維的性能不僅 僅取決於紡絲液本身的結構，還與紡絲過程緊密相關。Forrest等人(Forrest B J，Reeves L W. ChemRev， 1981,81 :1 13.)和S. I. Stupp (S. I. Stupp. Pulling polymer into line-Science News. 129 (19) ，297 (1986))進行的磁場對液晶高分子及半晶高分子取向結晶影響 進行了研究。對於聚合物在溼法紡絲過程中施加一輔助的磁場，誘導紡絲液、大分子細流及 纖維的聚集態結構構築以實現性能的提高，尚未見報導。
發明內容
本發明的目的之一在於在現有聚合物纖維紡絲裝置上增加輔助磁場，提供一種施 加可調控磁場的溼法紡絲裝置。 本發明的目的之二在於提供一種採用該裝置進行溼法紡絲的方法。 —種施加可調控磁場的溼法紡絲裝置，包括溼法紡絲裝置和可控磁場發生裝置，
其特徵在於所述的可控磁場發生裝置中的一對支架分別置於紡絲裝置的兩側，所述的支架
的結構為平行放置的第一銅杆和第二銅杆之間水平放置有可上下移動的第三銅杆，磁場
發生器在第三銅杆上水平滑動，以保證對不同紡程上施加磁場。 上述的溼法紡絲裝置的結構是原料輸送裝置，噴絲裝置，凝固浴槽，水洗槽，乾燥 箱，牽伸裝置，巻繞裝置順序連接。 —種施加可調控磁場的溼法紡絲的方法，採用上述的裝置進行溼法紡絲，其特徵 在於該方法通過調節水平支架和磁場發生器位置來控制磁場中心線的位置，對不同紡程上 施加磁場，其磁場強度的範圍為0. IT 4T。 本發明的創新之處在於從紡絲原液的製備至纖維巻裝收集整個紡程中分段施加 了一個可調控的磁場，實現聚合物聚集態結構的重新構築，改善其取向和結晶行為。
圖1為本發明的施加可調控磁場的溼法紡絲裝置結構示意圖； 圖2為在凝固浴拉伸階段有無施加磁場的聚碸醯胺纖維的XRD對比圖，其中a為 在凝固浴拉伸階段經過磁場作用的聚碸醯胺纖維，b為未經過磁場作用即傳統溼法紡絲得 到的聚碸醯胺纖維；
圖3為在熱定型階段有無施加磁場的聚碸醯胺纖維的XRD對比圖，其中c為在熱 定型階段經過磁場作用的聚碸醯胺纖維，b為未經過磁場作用即傳統溼法紡絲得到的聚碸 醯胺纖維。
具體實施例方式
以聚碸醯胺纖維的溼法紡絲過程為例，對本發明方法加以說明本發明的紡絲裝 置包括聚合物輸送結構(含聚合物脫泡階段)、噴絲裝置、凝固浴槽、水洗槽、乾燥箱、牽伸 裝置、巻繞軸以及可調控磁場裝置。 整個紡絲過程主要可分為四個部分(1)製備紡絲原液；(2)將原液從噴絲孔壓出 形成細流；(3)原液細流凝固成初生纖維；(4)纖維經乾燥熱定型後進行巻繞收集。
所述的紡絲原液可以是濃度為14% 20%的聚碸醯胺(PSA)-N， N二甲基甲醯胺 (DMF)溶液；所述凝固浴為N， N二甲基甲醯胺(DMF)與水的混合溶液，其中DMF的濃度為 30% 70%，凝固浴的溫度為20°C 70°C ;所述的纖維熱處理溫度為150°C 280°C ;所述巻 繞裝置可以是可控速率的轉動軸，轉速為lm/mirT30m/min。所述可控磁場強度為0. 1T 4T
由圖1可見，本發明溼法紡絲裝置包括
聚合物輸送結構1 ，安裝有常規計量泵； 噴絲裝置2 ;凝固浴槽3 ，凝固浴為N， N- 二甲基甲醯胺(DMF)-水混合溶液，DMF的 濃度為40% 60%，凝固浴溫度為20°C 70°C ;
水洗槽4，槽內為去離子水； 乾燥箱5，其量程為20°C 30(TC，主要用於除去初生纖維內殘留的溶劑和水；
牽伸裝置6，主要用於提高纖維的機械性能；
巻繞裝置7，可以是用電動馬達控制速率的轉動軸； 可控磁場發生裝置中的一對支架分別置於紡絲裝置的兩側，所述的支架的結構 為平行放置的第一銅杆801和第二銅杆802之間水平放置有可上下移動的第三銅杆803， 磁場發生器804在第三銅杆803上水平滑動，以保證對不同紡程上施加磁場。
實施例一 將的一定量的濃度為16%的PSA-DMF紡絲原液置於聚合物輸送機構1 進行脫泡，脫泡後的紡絲原液經計量泵計量由噴絲裝置2流出，進入凝固浴槽3立凝，凝固 浴為DMF和水的混合溶液，凝固浴的溫度為45°C，DMF的濃度為52%，固化後的纖維進入水 洗槽4，去除溶劑DMF，水洗後的纖維進入乾燥箱5乾燥，設置乾燥箱的溫度為160°C，以去除 殘留的溶劑和水，乾燥後的纖維通過牽伸裝置6進行拉伸，其牽伸溫度設置為27(TC，最後 由巻繞軸收集得到成品纖維，巻繞軸的轉速設為2m/min。得到的纖維的結晶性能見圖2 (b) 和圖3(b)。 實施例二 本實施例基本與實施例1相同，所不同的是調節磁場發生器804置於 凝固浴槽3處。用磁強計測得磁場強度為0. 5T，製得的纖維的結晶性能見圖2 (a)。
實施例3 :本實施例與實施例2基本相同，所不同的是調節磁場發生器804位置 於牽伸裝置6處。用磁強計測得磁場強度為0. 5T，製得的纖維的結晶性能見圖3(c)。
通過上述有無磁場情況下聚碸醯胺溼法紡絲的實驗對比，結合圖2和圖3，可以發 現，與傳統溼法紡絲裝置相比，利用本發明的溼法紡絲裝置所得纖維的結晶性能明顯提高。 通過計算發現，實施例1所得纖維相比，實施例2和實施例3所得纖維的結晶度分別提高了34. 2%和25. 7%。上述對實例的描述是為了便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用 本發明。熟悉本領域的技術人員可以容易的對這些實施實例做出各種修改，並把在此說明 的一般性原理應用在其它應用實例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡 的實施實例，可以採用溼法紡絲的聚合物纖維都可採用本發明的裝置進行紡絲。本領域技 術人員根據本發明的揭示，對本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種施加可調控磁場的溼法紡絲裝置，包括溼法紡絲裝置和可控磁場發生裝置，其特徵在於所述的可控磁場發生裝置中的一對支架分別置於紡絲裝置的兩側，所述的支架的結構為平行放置的第一銅杆(801)和第二銅杆(802)之間水平放置有可上下移動的第三銅杆(803)，磁場發生器(804)在第三銅杆(803)上水平滑動，以保證對不同紡程上施加磁場。
2. 根據權利要求1所述的施加可調控磁場的溼法紡絲裝置，其特徵在於所述的溼法紡 絲裝置的結構是原料輸送裝置(l)，噴絲裝置(2)，凝固浴槽(3)，水洗槽(4)，乾燥箱(5)， 牽伸裝置(6)，巻繞裝置(7)順序連接。
3. —種施加可調控磁場的溼法紡絲的方法，採用根據權利要求1所述的裝置進行溼法 紡絲，其特徵在於該方法通過調節水平支架和磁場發生器位置來控制磁場中心線的位置，對不同紡程上施加磁場，其磁場強度的範圍為0. 1T 4T。
全文摘要
本發明涉及一種施加可調控磁場的溼法紡絲裝置及其方法。它包括溼法紡絲裝置和可控磁場發生裝置，其特徵在於所述的可控磁場發生裝置中的一對支架分別置於紡絲裝置的兩側，所述的支架的結構為平行放置的第一銅杆和第二銅杆之間水平放置有可上下移動的第三銅杆，磁場發生器在第三銅杆上水平滑動，以保證對不同紡程上施加磁場。本發明的創新之處在於從紡絲原液的製備至纖維卷裝收集整個紡程中分段施加了一個可調控的磁場，實現聚合物聚集態結構的重新構築，改善其取向和結晶行為。
文檔編號D01D5/06GK101781804SQ20101002310
公開日2010年7月21日 申請日期2010年1月21日 優先權日2010年1月21日
發明者劉麗, 吳文潭, 顧巍巍 申請人:上海大學