[发明专利]上油和干燥的装置和消除油剂粘辊的方法及应用

说明书

本发明涉及一种上油和干燥的装置及消除油剂粘辊的方法，主要解决现有技术中存在的油剂在干燥辊表面的粘留、干燥辊表面的油剂硬渍不易清除、上油均匀性差和原丝毛丝多的问题。本发明采用一种上油和干燥的装置，包括：上油机、烘干机和干燥致密化机；其中，所述上油机包括油剂槽、传动辊、上油辊和挤压胶辊；所述烘干机包括烘干机保温夹层和加热元件；所述干燥致密化机包括干燥致密化机箱和干燥致密化辊；较好地解决了该问题，可用于聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝过程中。

技术领域

本发明涉及一种消除油剂粘辊的方法，具体来说是一种用于湿法纺丝生产聚丙烯腈原丝的防止油剂粘留在干燥致密化热辊上的方法。

背景技术

从上个世纪50年代开始，发达国家为研发大型火箭和人造卫星以及全面提高飞机性能，急需新型结构材料及耐腐蚀材料，使碳纤维重新出现在新材料的舞台上，并逐步形成了PAN基碳纤维、黏胶基碳纤维和沥青基碳纤维的三大原料体系。由于PAN基碳纤维生产工艺较其他方法简单，产品的力学性能良好，因此得到了迅速发展，成为当前生产碳纤维的主流。

PAN基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、国防军事等领域。此外，在飞机工业、汽车行业、船舶制造、医疗器械、体育运动器材和新型建材等领域亦有广阔的应用前景。制备PAN基碳纤维主要包括以下环节：聚合纺丝、PAN原丝的热稳定化以及PAN稳定化纤维的碳化或进一步的石墨化。聚合纺丝过程主要包括单体聚合、脱单脱跑和纺丝。纺丝工艺有湿法、干湿法和熔融法三种，湿法纺丝是目前应用最广泛的工艺。湿法纺丝中容易控制原丝质量，得到原丝纤度离散较小、溶剂残留较少，其工艺相对较为成熟。

PAN基碳纤维是一种人工合成的无机纤维。它是由丙烯腈和共聚单体，经过聚合、纺丝、预氧化和碳化等一系列工艺处理后得到的纤维状聚合物。纺丝过程中PAN分子主要发生物理变化，形成白色的纤维状原丝，预氧化过程中，PAN原丝逐渐演变成某种耐热的含氧结构，经碳化后，得到含碳量极高的碳纤维。由于碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温和耐化学腐蚀等性能，因此它的应用领域及其广泛。

优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件，也是影响碳纤维质量最关键的因素之一。所制备的原丝要实现高纯化、高强化、细旦化和致密化；单丝之间分线性好，原丝表面不能有明显缺陷。制备高品质碳纤维的前提条件是必须使用优质的聚丙烯腈原丝，这是多年经验的总结，只有好的纺丝原液才能纺制出优质的聚丙烯腈原丝。

聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备路线，采用不同的依据，有不同的分类方法。根据纺丝使用的溶剂不同，可以分为二甲基亚砜法、硫氰酸钠水溶液法、硝酸法等，根据原丝成型工艺的不同，可以分为湿法和干喷湿法。聚丙烯腈原丝的制备涉及原液的制备和原液的纺丝两个大过程，其中原液的制备包括聚合，脱单和脱泡三道道工序，原液的纺丝包括原液的过滤、计量、凝固、热水牵伸、水洗、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型和卷绕等十几道工序。

上油是碳纤维原丝制备工艺中一个关键的步骤。上油就是在聚丙烯腈原丝表面均匀涂上一层油剂薄膜，油剂可以渗透到纤维内，但大部分的油剂仍然停留在纤维表面，油剂可以保护纤维不被刮伤，还可以提高纤维的集束性和抗静电性，避免纤维在进一步的后处理过程中发生并丝和断丝。纤维的上油量要适当，上油剂量过多，引起硅污染；油剂量过少，引起单丝之间的粘连或并丝。

干燥致密化工序是碳纤维原丝制备工艺中的另一个关键步骤。聚丙烯腈原丝在干燥致密化辊的表面走过，热量使纤维之间和纤维内部的水分蒸发，水分蒸发产生的驱动力，使纤维内部微孔隙内的空间产生负压，进一步促使孔洞闭合，提高纤维的致密性。如果上油工艺和上油量不合适，以及油剂本身的品质有问题，可能造成油剂在干燥辊表面的粘留，长时间下来，干燥辊的表面会积累油剂硬渍。该油剂硬渍不容易清除，且影响干燥辊表面的光洁度，从而影响纤维的质量和纺丝的连续性。