[发明专利]施加可调控磁场的湿法纺丝装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿法纺丝装置及其方法，特别是一种施加可调控磁场的湿法纺丝装置及其方法。

背景技术

随着当今科学技术的迅猛发展，人们对于材料性能的要求越来越高，如何通过传统纺丝装置得到高性能纤维逐渐成为一个研究热点。目前研究人员主要通过两个途径提高纤维的性能：一个是通过纺丝装置的设计，实现纺丝工艺的改进，进而实现纤维聚集态结构的优化，性能提高；另一途径是对纤维纺丝液进行改性，实现性能的提高。纤维的性能不仅仅取决于纺丝液本身的结构，还与纺丝过程紧密相关。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))进行的磁场对液晶高分子及半晶高分子取向结晶影响进行了研究。对于聚合物在湿法纺丝过程中施加一辅助的磁场，诱导纺丝液、大分子细流及纤维的聚集态结构构筑以实现性能的提高，尚未见报道。

发明内容

本发明的目的之一在于在现有聚合物纤维纺丝装置上增加辅助磁场，提供一种施加可调控磁场的湿法纺丝装置。

本发明的目的之二在于提供一种采用该装置进行湿法纺丝的方法。

一种施加可调控磁场的湿法纺丝装置，包括湿法纺丝装置和可控磁场发生装置，其特征在于所述的可控磁场发生装置中的一对支架分别置于纺丝装置的两侧，所述的支架的结构为：平行放置的第一铜杆和第二铜杆之间水平放置有可上下移动的第三铜杆，磁场发生器在第三铜杆上水平滑动，以保证对不同纺程上施加磁场。

上述的湿法纺丝装置的结构是：原料输送装置，喷丝装置，凝固浴槽，水洗槽，干燥箱，牵伸装置，卷绕装置顺序连接。

一种施加可调控磁场的湿法纺丝的方法，采用上述的装置进行湿法纺丝，其特征在于该方法通过调节水平支架和磁场发生器位置来控制磁场中心线的位置，对不同纺程上施加磁场，其磁场强度的范围为0.1T～4T。

本发明的创新之处在于从纺丝原液的制备至纤维卷装收集整个纺程中分段施加了一个可调控的磁场，实现聚合物聚集态结构的重新构筑，改善其取向和结晶行为。

附图说明：

图1为本发明的施加可调控磁场的湿法纺丝装置结构示意图；

图2为在凝固浴拉伸阶段有无施加磁场的聚砜酰胺纤维的XRD对比图，其中a为在凝固浴拉伸阶段经过磁场作用的聚砜酰胺纤维，b为未经过磁场作用即传统湿法纺丝得到的聚砜酰胺纤维；

图3为在热定型阶段有无施加磁场的聚砜酰胺纤维的XRD对比图，其中c为在热定型阶段经过磁场作用的聚砜酰胺纤维，b为未经过磁场作用即传统湿法纺丝得到的聚砜酰胺纤维。

具体实施方式

以聚砜酰胺纤维的湿法纺丝过程为例，对本发明方法加以说明：本发明的纺丝装置包括聚合物输送结构(含聚合物脱泡阶段)、喷丝装置、凝固浴槽、水洗槽、干燥箱、牵伸装置、卷绕轴以及可调控磁场装置。

整个纺丝过程主要可分为四个部分：(1)制备纺丝原液；(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)原液细流凝固成初生纤维；(4)纤维经干燥热定型后进行卷绕收集。

所述的纺丝原液可以是浓度为14％~20％的聚砜酰胺(PSA)-N，N二甲基甲酰胺(DMF)溶液；所述凝固浴为N，N二甲基甲酰胺(DMF)与水的混合溶液，其中DMF的浓度为30％～70％，凝固浴的温度为20℃~70℃；所述的纤维热处理温度为150℃~280℃；所述卷绕装置可以是可控速率的转动轴，转速为1m/min~30m/min。所述可控磁场强度为0.1T~4T

由图1可见，本发明湿法纺丝装置包括：

聚合物输送结构1，安装有常规计量泵；

喷丝装置2；凝固浴槽3，凝固浴为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)-水混合溶液，DMF的浓度为40％~60％，凝固浴温度为20℃~70℃；

水洗槽4，槽内为去离子水；

干燥箱5，其量程为20℃~300℃，主要用于除去初生纤维内残留的溶剂和水；

牵伸装置6，主要用于提高纤维的机械性能；

卷绕装置7，可以是用电动马达控制速率的转动轴；

可控磁场发生装置中的一对支架分别置于纺丝装置的两侧，所述的支架的结构为：平行放置的第一铜杆801和第二铜杆802之间水平放置有可上下移动的第三铜杆803，磁场发生器804在第三铜杆803上水平滑动，以保证对不同纺程上施加磁场。