本发明公开了一种恒温喷丝板及其制造方法,包括作为基板的喷丝板,其特征在于在基板上喷涂一层绝缘层,然后在绝缘层上依次喷涂导电发热层和保护膜,在导电发热层引出电极通电。本发明利用具有一定电阻的导电膜在通电状态下产生热,直接加热喷丝孔周围的金属,在喷丝板基本温度的基础上,提高并维持喷丝板温度。
1.一种恒温喷丝板,包括作为基板的喷丝板,其特征在于在基板上喷涂一层绝缘层,然后在绝缘层上依次喷涂导电发热层和保护膜,在导电发热层引出电极通电;导电发热层的厚度为100~300μm,导电发热层在喷丝板上成菱形排列、扇形或同心圆等分排列,进行串、并联组合后,最终的电阻值为5~100欧姆,导电发热层的材料为混入少量铅、铊、锑、铋或锰金属粉体占总量的0.1-3%,氧化铝、氧化钛为主体材料,占总量的80-90%,碳化钛、碳化锆或碘化铜占总量的7-19.9%,或者为PTC半导体膜材料,所述的PTC半导体膜材料的居里点温度为300~350°C。xa0
2.一种恒温喷丝板,包括作为基板的喷丝板,其特征在于在基板上依次喷涂导电发热层和保护膜,在导电发热层引出电极通电;导电发热层的厚度为100~300μm,导电发热层在喷丝板上成菱形排列、扇形或同心圆等分排列,进行串、并联组合后,最终的电阻值为5~100欧姆,导电发热层的材料为混入少量铅、铊、锑、铋或锰金属粉体占总量的0.1-3%,氧化铝、氧化钛为主体材料,占总量的80-90%,碳化钛、碳化锆或碘化铜占总量的7-19.9%,或者为PTC半导体膜材料,所述的PTC半导体膜材料的居里点温度为300~350°C。xa0
3.根据权利要求1或2所述的恒温喷丝板,其特征在于在导电发热层二端引出的电极,焊接或镶嵌在导电层上,厚度为40~50μm,引线焊接在电极上,两根引线为银或铜质金属,直径φ1mm,电极材料为镍和铝合金。xa0
4.根据权利要求1或2所述的恒温喷丝板,其特征在于保护膜厚度为10~50μm,材料为粒度小于50nm的SiO₂、TiO₂或水玻璃砂。xa0
5.根据权利要求1所述的恒温喷丝板,其特征在于绝缘层厚度为5~20μm,绝xa0缘层的材料是玻璃粉或SiO₂。xa0
6.根据权利要求2所述的恒温喷丝板,其特征在于直接将导电发热层涂覆到基板上,以基板为一个电极,再在导电发热层引出另一个电极通电,在导电发热层上喷涂保护层。xa0
7.一种如权利要求2所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于先将喷丝板做清洁处理,然后将导电陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,并在导电层上引出两个电极,最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷并磨平表面。xa0
8.一种如权利要求1所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于先将喷丝板做清洁处理,然后将绝缘陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,在绝缘陶瓷层上喷涂导电层,并在导电陶瓷膜上引出两个电极,最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷并磨平表面。xa0
9.根据权利要求7或8所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于所述喷丝板清洁处理方法是:xa0(1)、超声波水浴清洗30分钟,其中15分钟用洗涤液清洗,另15分钟用脱盐水清洗;xa0(2)、从清洗槽取出,用压缩空气吹干;xa0(3)、放入烘箱中烘干,并达到预设定温度100~220°C。xa0
10.根据权利要求8所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于绝缘层的喷涂方法用等离子弧做热源,使局部熔化金属和无机粉体两者紧密结合。xa0
11.根据权利要求7或8所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于导电膜的制备方法是用等离子喷涂技术,在高频电流的作用下,使工作气体氩气电离,产生出电子离子流,在钨钍阴极与水冷铜阳极间形成等离子体电弧,使半导体xa0粉体或导电陶瓷粉体料瞬间融化并与金属或非金属结合成一体形成较致密的膜,导电膜的厚度为100~300μm,导电膜的排列分布是菱形排列,在圆周上排布扇型导电模,或是同心圆等分排列。xa0
12.根据权利要求7或8所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于导电膜的电极引出采用陶瓷引线或纤焊技术,在导电陶瓷膜两端喷涂上镍和铝合金膜,厚度为40~50μm,引线焊接在这合金膜上。xa0
13.根据权利要求7或8所述的恒温喷丝板的制造方法,其特征在于保护层选用粒径<50nm的二氧化钛,用等离子喷涂方法喷涂,喷涂厚度为10~50μm,最后经增加陶瓷与金属结合力的调质处理后,用砂轮磨床磨平表面,再作研磨处理使其光洁度达到1.6μm即可。xa0技术领域
本发明涉及一种恒温喷丝板及其制造方法,更特别的,涉及一种使喷丝板上喷丝孔基本保持均一温度的技术方法。
背景技术
熔融纺丝的喷丝板其材质一般为1Cr18Ni9Ti不锈钢,(SUS316、SUS630等)直径与厚度相比一般为6~18,直径大于100mm的喷丝板,中心区域与边缘会相差2~12°C。纤维成形工艺熔融纺丝、干法纺丝、干湿法纺丝都离不开喷丝板、纺丝组件、纺丝箱体两级传热结构。喷丝板安装在组件的底部,组件放入纺丝箱体的中间部位,组件靠箱体供热,主要通过对流和辐射传热方式获得热量,传导传热的接触面积一般小于8cm²,因此靠此传热方式供给热量的比例很小,而喷丝板的出丝面暴露在空气中不断的散热,板面温度的保持靠组件传热和熔体流经导孔的热交换。不言而喻,这种状况下的喷丝板面温度是不可能均匀的。举一个Φ160mm直径的喷丝板实例,组件外形尺寸Φ200mm,组件与纺丝箱的间隙1mm左右,喷丝板中心和边缘的温度在组件没有熔体的条件下,温差在10°C以上,即使走熔体,进行正常纺丝,中心与边缘的板面温度也会差2~3°C以上,要知道,喷丝板上不同区域喷丝孔的温度相差1°C,就造成对纺丝液粘度的影响,其流量将差4~5%,单根成形纤维的纤度差别是当前任何一种纺丝设备无法解决的。本发明的着眼点是使喷丝板自身主动发热,从而解决喷丝板出丝面的均一温度场问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种恒温喷丝板及其制造方法。本发明专利以解决整块喷丝板的温度分布均匀为目的,利用具有一定电阻的导电膜在通电状态下产生热,直接加热喷丝孔周围的金属,在喷丝板基本温度的基础上,提高并维持喷丝板温度。本发明的技术方案是:本发明的恒温喷丝板,包括作为基板的喷丝板,在基板上喷涂一层绝缘层,然后在绝缘层上依次喷涂导电发热层和保护膜,在导电发热层引出电极通电。可以选择的是,本发明的恒温喷丝板,包括作为基板的喷丝板,在基板上依次喷涂导电发热层和保护膜,在导电发热层引出电极通电。在本发明的恒温喷丝板中,导电发热层的厚度为100~300μm,导电发热层在喷丝板上成菱形排列或同心圆等分排列,进行串、并联组合后,即在菱形或同心圆形导电发热层之间喷涂导电膜,按照串、并联需求对导电发热层进行连接组合,最终的电阻值为5~100欧姆。导电膜的排列分布一是菱形排列,在圆周上排布扇型导电模;二是同心圆等分排列。喷丝孔间距一般6~14mm,导孔直径Φ2~Φ3,这样在每一个孔之间有5~10mm宽的带状区域。根据该喷丝板所适应的纺丝工艺条件决定导电膜的分布、组合与组合后的电阻直接关联,也决定每一块喷丝板供热的功率。在导电发热层二端引出的电极,焊接或镶嵌在导电陶瓷膜上,厚度为40~50μm,引线焊接在电极上,两根引线为银或铜质金属,直径φ1mm左右,电极材料为镍和铝合金。导电发热层的材料为混入少量铅、铊、锑、铋或锰金属粉体占总量的0.1-3%,氧化铝,氧化钛为主体材料,占总量的80%-90%,碳化钛、碳化锆或碘化铜占总量的7%-19.9%。导电膜材料选用能长时间在300±20°C环境下工作,并在500°C高温度焙烧6小时左右不影响材料的导电性能的材料;其次,为了能使选定的导电膜自动恒温,可选用制备PTC半导体膜,故选择PTC材料的居里点是保证板面温度恒定在一刻点处是本技术的关键,本发明中选择PTC材料的居里点是300~350°C。导电膜的喷涂面积分布与整块板的温度均匀性密切相关,最简便的方法是环形分布中间留一空白处,以防中心温度偏高,因为喷丝板主动发热温度肯定比周围箱体高,热量由中间向四周发散传出,与此同时也向中心传热,因此中心部位一定面积是不能喷涂导电膜的,如果喷丝板的孔是菱形排列分布,孔排成网格式最为理想。在本发明的恒温喷丝板中,保护层厚度为10~50μm,用等离子喷涂,材料为粒度小于50nm的SiO₂、TiO₂或水玻璃砂。绝缘层厚度为5~20μm,绝缘层的粉体材料选择导热系数大,传热效果好,电阻值大,导电性为绝缘体的材料,绝缘层的材料是玻璃粉或SiO₂。在本发明的恒温喷丝板中,可以直接将导电发热层涂覆到基板上,以基板为一个电极,再在导电发热层引出另一个电极通电,在导电发热层上喷涂保护层。在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,先将喷丝板做清洁处理,然后将导电陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,并在导电陶瓷膜上引出两个电极,最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷并磨平表面。可以选择的是,在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,先将喷丝板做清洁处理,然后将绝缘陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,在绝缘陶瓷层上喷涂导电陶瓷膜,并在导电陶瓷膜上引出两个电极,最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷并磨平表面。在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,所述喷丝板清洁处理方法是:(1)、超声波水浴清洗30分钟,其中15分钟用洗涤液清洗,另15分钟用脱盐水清洗;(2)、从清洗槽取出,用压缩空气吹干;(3)、放入烘箱中烘干,并达到预设定温度100~220°C,烘干时间为:(?)。在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,绝缘层的喷涂方法用等离子弧做热源,使局部熔化金属和无机粉体两者紧密结合。在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,导电膜的制备方法是用等离子喷涂技术,在高频电流的作用下,使工作气体氩气电离,产生出电子离子流,在钨钍阴极与水冷铜阳极间形成等离子体电弧,使半导体粉体或导电陶瓷粉体料瞬间溶化并与金属或非金属结合成一体形成较致密的膜,导电膜的厚度为100~300μm,导电膜的排列分布是菱形排列,在圆周上排布扇型导电模,或是同心圆等分排列。导电膜的电极引出采用陶瓷引线或纤焊技术,在导电陶瓷膜两端喷涂上镍和铝合金膜,厚度为40~50μm,引线焊接在这合金膜上。在本发明的恒温喷丝板的制造方法中,保护层选用粒径<50nm的二氧化钛,用等离子喷涂方法喷涂,喷涂厚度为10~50μm,最后经增加陶瓷与金属结合力的调质处理,调质处理能消除材料的内应力和增加陶瓷与金属分子间的结合力;调质处理由升温、缓慢降温组成,是一种公知技术,然后用砂轮磨床磨平表面,再作研磨处理使其光洁度达到1.6μm左右即可。涂了导电陶瓷膜的喷丝板通电后产生的热量迅速传递给每一个喷丝板孔周围的金属,使喷丝板出丝面温度均一,板面温度略比熔体温度高1~6°C,熔体流经导孔1秒钟左右时间的传热,使熔体在毛细孔管壁均一温度条件下,瞬间喷出喷丝孔,达到流量均等,即成形纤维的纤度一致。在本发明中,陶瓷膜与金属的结合力高;输入电极与导电陶瓷膜的结合强度大;输入电极高温状态下的绝缘引出好。喷涂陶瓷膜耐500°C高温下喷丝板焙烧处理;至少循环使用十次以上导电陶瓷膜传热效果仍然良好。本发明的保持出丝面温度均匀的喷丝板着眼点是使喷丝板主动发热,通过层状结构并紧密附着在喷丝板金属表面,使喷丝板上导电加热层通过电流,转变为热能,使喷丝板的温度高于熔体温度1°C以上,并做到整个喷丝板的出丝面温度均匀一致,真正实现恒温下的稳态纺丝本发明喷丝板的特点如下:1、使用等离子喷涂技术,实施导电陶瓷粉体与金属板面的融化结合,形成一层致密的膜,该膜与金属板实体结合力好,传热效率高,通电后,电能转化为热量能迅速传递至喷丝孔导孔的管壁,使高粘熔体流经部位的温度比熔体真实温度均匀地高出1~5°C,达到熔体流出毛细孔的瞬间,几十、几百、几千条细流热历史一致。2、本发明专利用的喷涂陶瓷膜的配方可进行调整,达到某一熔体或纺丝液所要求的最佳纺丝温度范围,一旦温度超越,导电膜的电阻值会猛升,不会产生温度失控问题。3、本发明从节能降耗来评定,可真正实现低温输送高粘度纺丝熔体或溶液,达到瞬间高温纺丝的理念,对稳定高分子聚合物的分子量,提高成形纤维的机械物理性能,降低化纤成形工艺能耗,将作出实质性贡献。4、本发明的涂膜喷丝板经久耐用,经得起马福炉500°C熔烧,经得起三甘醇、碱等化学溶剂、试剂的作用,整个喷丝板清理工序对导电膜不会产生任何有害影响。5、本发明的涂导电陶瓷喷丝板,加热成本低,使用寿命长,基本上可利用现有纺丝设备经适当改造,将原有成形纤维质量提高一个等级水平,达到投入少、产出大的综合经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意剖视图。图2为本发明的另一种结构示意剖视图。图3为导电加热层的分布结构。图4为导电加热层的另一种分布结构。图5为导电陶瓷膜温度与电阻值变化曲线。在图1-图4中:符号1代表喷丝板;符号2代表绝缘层;符号3代表导电发热层;符号4代表保护膜;符号5代表电极。
具体实施方式
实施例1先将喷丝板做清洁处理,喷丝板清洁处理方法是:(1)、超声波水浴清洗30分钟,其中15分钟用洗涤液清洗,另15分钟用脱盐水清洗。(2)、从清洗槽取出,用压缩空气吹干。(3)、放入烘箱中烘干,并达到预设定温度120°C。在喷丝板导孔处插入保护装置,将绝缘陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,绝缘层的粉体材料选择SiO₂。采用用等离子弧做热源,绝缘层厚度为6μm。在绝缘陶瓷层上喷涂导电陶瓷膜,导电膜材料选用PTC半导体膜,PTC材料的居里点温度300°C,用等离子喷涂技术,将粉体材料熔化喷涂于绝缘层上,形成四块扇形导电膜,将导电膜串联。此时加100v电压,导电陶瓷膜电阻20欧姆,电流为5A,功率为500w。在导电陶瓷膜上引出两个电极,采用纤焊技术,在导电陶瓷膜两端喷涂上镍和铝合金膜,厚度为40μm,引线焊接在这合金膜上。最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷,选用粒径<50nm的二氧化钛,也用等离子喷涂,其喷涂厚度为10μm,最后经增加陶瓷与金属结合力的调质处理后,用砂轮磨床磨平表面,再作研磨处理使其光洁度达到1.6μm。实施例2先将喷丝板做清洁处理,喷丝板清洁处理方法是:(1)、超声波水浴清洗30分钟,其中15分钟用洗涤液清洗,另15分钟用脱盐水清洗。(2)、从清洗槽取出,用压缩空气吹干。(3)、放入烘箱中烘干,并达到预设定温度210°C。在喷丝板导孔处插入保护装置,将绝缘陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,绝缘层的粉体材料选择SiO₂。采用用等离子弧做热源,绝缘层厚度为20μm。在绝缘陶瓷层上喷涂导电陶瓷膜,导电膜材料选用PTC半导体膜,PTC材料的居里点温度350°C,用等离子喷涂技术,将粉体材料熔化喷涂于绝缘层上,形成环形导电膜。在导电陶瓷膜上引出两个电极,采用纤焊技术,在导电陶瓷膜两端喷涂上镍和铝合金膜,厚度为50μm,引线焊接在这合金膜上。最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷,选用粒径<50nm的二氧化钛,也用等离子喷涂,其喷涂厚度为50μm,最后经增加陶瓷与金属结合力的调质处理后,用砂轮磨床磨平表面,再作研磨处理使其光洁度达到1.6μm。实施例3先将喷丝板做清洁处理,喷丝板清洁处理方法是:(1)、超声波水浴清洗30分钟,其中15分钟用洗涤液清洗,另15分钟用脱盐水清洗。(2)、从清洗槽取出,用压缩空气吹干。(3)、放入烘箱中烘干,并达到预设定温度150°C。在喷丝板导孔处插入保护装置,将绝缘陶瓷喷涂在清洁后的喷丝板上,绝缘层的粉体材料选择SiO₂。采用用等离子弧做热源,绝缘层厚度为15μm。在绝缘陶瓷层上喷涂导电陶瓷膜,导电膜材料选用PTC半导体膜,PTC材料的居里点温度325°C,用等离子喷涂技术,将粉体材料熔化喷涂于绝缘层上,形成扇形导电膜。在导电陶瓷膜上引出两个电极,采用纤焊技术,在导电陶瓷膜两端喷涂上镍和铝合金膜,厚度为35μm,引线焊接在这合金膜上。最后在导电陶瓷膜上喷涂保护陶瓷,选用粒径<50nm的二氧化钛,也用等离子喷涂,其喷涂厚度为35μm,最后经增加陶瓷与金属结合力的调质处理后,用砂轮磨床磨平表面,再作研磨处理使其光洁度达到1.6μm。实施例41、导电陶瓷膜随温度变化电阻值:由于配方不同喷涂形成的膜,室温30°C,电阻值168Ω,当温度升到240°C时电阻值69Ω,温度继续升高到280°C电阻值基本不变,从30°C升到120°C电阻值降得很快7.8Ω/10°C,从120升到240电阻值降低幅度2.4Ω/10°C,超过240°C,电阻值基本不变,配方应做到>300°C或310°C,电阻值猛升不导电,加热停止。见图5,温度与电阻值变化曲线。2、在一块Φ165mm喷丝板基础温度达到280°C时,若热量从边缘传入,中心与边缘温差8~16°C,这与升温速率有关,当达到设定温度,加热对象处于平衡时,温差2~4°C,若喷丝板喷涂导电陶瓷膜,喷涂厚度为135μm,通电后中心温度可以比边缘高2~3°C,基础加热和喷涂陶瓷加热达到整体平衡时,温差仅±1°C左右。3、选Φ146mm喷丝板一块,上面菱形分布了126个喷丝孔,在喷丝板导孔流入面喷涂了导电陶瓷膜,厚度150μm,通入60v交流电,电流达3.5A,在基础箱体温度达308°C时,喷丝板面温度还不到290°C,在“ZL200620148535.4专利”纺丝箱部件的高频感应加热装置作用下,喷丝板面温度可达308--310°C,但中心区域与边缘温差仍达5~6°C差距,走熔体时这一差值会缩小些,但仍有3°C的差别,使用本发明喷丝板后,喷丝板的温度差别能控制在1°C之内。