[发明专利]一种大丝束多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸装置及方法

说明书

本发明公开了一种大丝束多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸装置及方法。牵伸装置包括牵伸腔、减压腔、预热腔、消声腔、排冷凝水口、排气口和参数控制系统，减压腔装有多级陶瓷密封装置。该方法特点是纤维丝束由牵伸装置纺丝入口进入纺丝通道，穿过消声腔、预热腔和减压腔进入牵伸腔。纺丝通道中的水蒸汽压力沿纺丝方向阶梯式增大，其牵伸温度阶梯式升高，使得大丝束纤维先预热，然后再通过减压腔加压牵伸区；当大丝束纤维丝束从另一端的减压腔、预热腔和消声腔穿出时，实现大丝束纤维高倍率牵伸。本发明方法实现了大丝束聚丙烯腈纤维在高压水蒸汽中高倍、均匀牵伸，提高纤维的取向度，减少甚至避免毛丝毛团产生。

技术领域

本发明涉及一种大丝束多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸装置及方法，属于大丝束纤维的牵伸领域。

背景技术

碳纤维作为一种高性能纤维，广泛应用于航空航天、战略武器、交通、能源、建筑、体育器材、医疗器械、机械工业等领域。碳纤维可分为大丝束和小丝束，目前市场上大丝束碳纤维发展迅速，主要原因是：1）市场需求，小丝束碳纤维价格高，限制它的应用，同时24K以上碳纤维的性能也可满足航天、航空工业的需求，性能和价格比占有一定的优势；2）可大量生产，碳纤维原料成本较低。聚丙烯腈原丝丝束量愈大，价格愈低；3）大丝束碳纤维制造加工成本较低。制备高性能大丝束碳纤维的关键是生产高性能、大丝束原丝。大丝束聚丙烯腈基原丝在纺丝过程中，饱和加压牵伸是纤维牵伸的主要阶段。在饱和蒸汽加压牵伸过程中，利用高压饱和水蒸气的高温和水分子的增塑作用，纤维可以实现较高的牵伸倍数，实现纤维细旦化，提高原丝的取向度，从而改善原丝的力学性能。

现有的蒸汽加压牵伸方法及装置主要适用于小丝束高倍牵伸，且只有一个温区，无法应用于大丝束纤维生产，无法保证大丝束纤维均匀、高倍牵伸要求，达不到快速牵伸的目的，无法实现高倍牵伸后大丝束纤维无明显毛丝毛团，且不适用于高速纺丝。大丝束牵伸装置可以提高纤维的质量，提高效率、节约能源和降低成本。

发明内容

本发明旨在提供一种大丝束多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸装置及方法，能实现大丝束快速高倍牵伸的多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸方法，并应用于大丝束聚丙烯腈原丝的纺丝过程中。

本发明提供了一种大丝束多纺位聚丙烯腈纤维蒸汽加压牵伸装置，包括饱和蒸汽加压牵伸装置，该装置包括壳体，壳体内设有依次连接的第一消声腔、第一减压腔、第一预热腔、第二减压腔、牵伸腔、第三减压腔、第二预热腔、第四减压腔、第二消声腔，相邻两腔室之间密封；壳体内中部设有纤维通道穿过每个腔室；第一消声腔端部设有多纺位进丝口，第二消声腔端部设有多纺位出丝口；

牵伸腔位于壳体的中部，牵伸腔和第一、第二预热腔的上方设有测压口和测温口，下方设有进气口，牵伸腔、第一、第二预热腔、第一、第二消声腔中间的纤维通道上设有孔，第二、第三减压腔上方设有测压管，二、第三减压腔中间纤维通道的中部开有纵向的孔并与测压管和排冷凝水口相连，第一、第二、第三、第四减压腔中间的纤维通道中装有密封组件，第一、第二消声腔上方设有排气口，每个腔室下方均设有排冷凝水口。

上述装置中，所述的牵伸腔、两个预热腔、四个减压腔和两个消声腔位于同一水平面上。

上述装置中，所述的纤维通道为多个通道平行排列，多个纤维通道位于腔体的中部且均匀分布于同一水平面上。

上述装置中，所述的多纺位出丝口和多纺位进丝口分别与相应的纤维通道相连并位于同一水平面上。

上述装置中，所述的密封组件是迷宫式陶瓷密封组件，由多个迷宫式陶瓷密封件串联组成，该密封组件为外圆内方形结构。密封组件紧密摆放在第一、第二、第三、第四减压腔中的各个纺丝通道内，且通过限位环将密封组件固定。

进一步地，所述消声腔与减压腔连接处的密封组件中设有限位环，限位环位于纤维通道管壁内侧。所述预热腔与减压腔的连接处的密封组件中设有限位管，限位管位于纤维通道管壁内侧。