[发明专利]一种采用一体式溶解脱泡装置制备芳纶纺丝溶液的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于芳纶纺丝领域，具体涉及一种采用一体式溶解脱泡装置制备芳纶纺丝溶液的方法。 

背景技术

芳纶是第一个有价值并且现在仍然在大量生产和使用的高性能纤维。由于其强度高、重量轻、适用温度范围宽、耐热性好、绝缘性和抗腐蚀性能良好因而赢得“合成钢丝”的美誉。被广泛用于航空航天、国防、交通、建筑等领域。 

目前，全球最主要的芳纶生产商是美国杜邦公司和日本帝人公司。两家公司都采用湿法纺丝工艺，都需要使用脱泡装置。 

杜邦公司使用卧式连续混合器生产芳纶纺丝溶液。据美国专利US 5599623介绍，其生产流程如下：首先将PPTA树脂和硫酸固体粉末(硫酸冷冻后破碎而成)按一定比例进行混合，然后使用失重式计量秤将芳纶和硫酸混合物加入到卧式连续混合器中，并加热使硫酸粉末逐渐融化成液体，同时PPTA树脂也逐渐溶解在硫酸中，形成混合溶液。最后对混合溶液进行脱泡处理，生产出合格的芳纶纺丝溶液。生成的纺丝溶液使用双螺杆输送装置计量输送到下游装置。该工艺的主要缺点是能耗较高，主要是由于硫酸正常情况下为液体，而在该工艺中需要将液体硫酸先冷冻成固体硫酸，固体硫酸在随后的过程中又需要被加热融化成液体，因此硫酸的相变浪费较多的能量。 

日本帝人公司早期采用双螺杆挤出机生产芳纶纺丝溶液(国际专利WO2006/045517)，后来改进为采用捏合机生产芳纶纺丝溶液(国际专利WO2008/095632)。这两种工艺都是将芳纶粉体和硫酸液体分别加入到双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机的作用使两种物料充分的混合、溶胀并溶解，形成混合溶液。混合溶液在双螺杆挤出机的末端脱除挥发分，生成合格的纺丝溶液。纺丝溶液由双螺杆挤出机自身计量输送到下游设备。这两种工艺的主要区别在于其加料方式不同。上述两种工艺投入使用后，帝人公司认为双螺杆挤出机在芳纶纺丝溶液的生产方面存在以下几个缺点： 

(1)计量进料时容易发生小量偏差，使得纺丝溶液中的PPTA浓度存在偏差，最终导致纺丝不稳定。 

(2)双螺杆挤出机的容积较小，因此PPTA纺丝溶液在其中的停留时间较短，脱泡工艺控制较难。 

(3)双螺杆挤出机的设备成本较高。 

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种采用一体式溶解脱泡装置制备芳纶纺丝溶液的方法。该方法是在一台设备中完成PPTA树脂在液体浓硫酸中的混合、溶胀和溶解，形成芳纶/浓硫酸溶液，然后脱除溶液中的空气、残留单体、三氧化硫气体以及其它低分子挥发物，形成合格的芳纶纺丝溶液。 

本发明的目的可以通过以下措施达到： 

一种采用一体式溶解脱泡装置制备芳纶纺丝溶液的方法，其包括如下步骤： 

(1)采用失重式计量秤将干燥的PPTA树脂加入到一体式溶解脱泡装置内，在PPTA树脂加入0～10min后，采用硫酸计量泵将液体浓硫酸加入到所述一体式溶解脱泡装置内，在所述一体式溶解脱泡装置的第一区和第二区进行PPTA树脂和液体浓硫酸的混合、溶胀、溶解和初期脱泡，形成带有气泡的混合溶液； 

(2)所述带有气泡的混合溶液进入所述一体式溶解脱泡装置的第三区，在该区内转子和真空作用下进行脱泡，形成初期纺丝溶液； 

(3)采用计量泵将初期纺丝溶液输送至沉淀罐中进行真空静置，脱除残余的挥发组分，得到能够输送至纺丝单元的纺丝溶液； 

本发明是在一体式溶解脱泡装置基础上，采用一体式溶解脱泡装置制备芳纶纺丝溶液的方法和工艺路线，利用该方法可以解决现有芳纶纺丝溶液制备过程中存在的PPTA浓度存在偏差、停留时间不可控和设备成本较高的问题，利用该方法可实现制备芳纶纺丝溶液过程中体系停留时间可控、溶解及脱泡过程可控、可以实现连续化生产等功能。本发明中的一体式溶解脱泡装置包括驱动电机、齿轮组、壳体、转子和排气室，所述转子由轴芯和桨叶构成，转子有一个以上且设于所述壳体内，所述设在轴芯上的多个桨叶通过轴套间隔设置，转子通过所述齿轮组经由所述驱动电机控制，所述壳体内部从入料口至出料口依次分为第一区、第二区和第三区，所述排气室分别设于各区的上方。 

上述三个区主要按照功能来划分。第一区主要完成芳纶粉体与浓硫酸的加料及混合，保证两种物料顺畅加入，使两种物料尽快混合，同时桨叶还能把物料输送至第二区；第二区主要是完成芳纶在浓硫酸中的溶胀过程及溶解过程和初期脱泡，溶解好的混合物由桨叶输送至第三区；第三区完成混合溶液中挥发分的脱除(即脱泡)，合格的纺丝溶液由输送 泵输送至下游装置。