[发明专利]碳纤维PAN原丝离子溶液预处理装置及方法

说明书

本发明公开了碳纤维PAN原丝离子溶液预处理装置及方法，所述装置包括清洗槽、离子溶液浸渍槽、驱动装置和预氧化炉，原丝先通过清洗槽，再进入浸渍槽，然后经驱动装置牵引进入到预氧化炉中。所述方法包括：(1)将原丝通过清洗槽进行清洗；(2)经过离子溶液处理；(3)通过压辊或热辊干燥装置除去原丝上附着的溶液；(4)将原丝牵引进入到预氧化炉中进行预氧化。本发明采用离子溶液作为碳纤维的浸渍剂，能够使碳纤维在较低的温度下达到稳定的结构；实现对碳纤维PAN原丝的预处理，大幅降低了碳纤维的生产制造成本。本发明不仅节省生产场地，方便生产，而且能够降低生产成本，提高产品质量。

技术领域

本发明涉及碳纤维生产技术领域，具体是一种碳纤维PAN原丝离子溶液预处理装置及方法。

背景技术

碳纤维是含碳量高于92％的无机高分子纤维，其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低。用碳纤维复合的工程材料优于金属材料，其抗拉强度高于钢材的3-4倍，耐疲劳高2倍，重量比钢材轻3-4倍，热膨胀小4-5倍；石墨纤维可以做到零变异。碳纤维被广泛应用于航天航空、高速轨道交通、体育用品、化工机械、纺织机械等领域。

传统的碳纤维碳化生产工艺包括放丝工序、氧化工序、低温碳化工序、高温碳化工序、表面处理工序、水洗工序、热辊干燥工序；上浆工序、水平干燥工序、第二热辊干燥工序和收丝工序。传统的预浸料生产工艺包括放丝工序、展纱工序、热压含浸工序、冷却工序、覆膜工序、栽切工序和收卷工序。

碳纤维材料高昂的制造成本中很大一部分来自碳纤维生产中的能耗和碳纤维原丝。预氧化是碳纤维经历的第一个关键步骤，碳纤维丝束经过预氧化后形成稳定的结构，并为之后的碳化工序做准备。传统的碳纤维生产成本高，工艺复杂，不仅生产效率低，而且产品质量不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维PAN原丝离子溶液预处理装置及方法，采用离子溶液作为碳纤维的浸渍剂，使碳纤维在较低的温度下达到稳定结构；实现对碳纤维PAN原丝的预处理，大幅降低了碳纤维的生产制造成本。

本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

碳纤维PAN原丝离子溶液预处理装置，所述预处理装置包括依次设置的油剂清洗槽、离子溶液浸渍槽、驱动装置和预氧化炉，碳纤维PAN原丝先通过油剂清洗槽，再进入离子溶液浸渍槽，然后经驱动装置牵引进入到预氧化炉中。

作为本发明的优选技术方案，所述离子溶液浸渍槽和驱动装置之间设有热辊干燥装置。

作为本发明的优选技术方案，所述预氧化炉包括第一预氧化炉和第二预氧化炉，所述第一预氧化炉由一号炉区和二号炉区构成，第二预氧化炉由三号炉区和四号炉区构成。

作为本发明的优选技术方案，所述油剂清洗槽内放置乙醇溶液。

作为本发明的优选技术方案，所述离子溶液浸渍槽内放置1-丁基-3-甲基咪唑乙酸离子溶液。

碳纤维PAN原丝离子溶液预处理方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维PAN原丝通过油剂清洗槽进行清洗，再进入离子溶液浸渍槽内进行处理；

(2)在离子溶液浸渍槽内放置1-丁基-3-甲基咪唑乙酸离子溶液，将洗去油剂的碳纤维PAN原丝经过所述离子溶液进行处理；

(3)然后通过压辊或热辊干燥装置除去碳纤维PAN原丝上附着的溶液；

(4)最后通过驱动装置将碳纤维PAN原丝牵引进入到预氧化炉中进行预氧化。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)的油剂清洗槽内放置乙醇溶液，碳纤维PAN原丝通过乙醇溶液进行清洗。