[发明专利]一种卧式多级水洗装置及用其制备聚丙烯腈基碳纤维原丝的方法

说明书

本发明公开了一种卧式多级水洗装置，结构为：包括箱体和设置在箱体中依次平行排列的一级拉伸模块、二级拉伸模块和三级拉伸模块，每级拉伸模块中均设有平行排布的热辊；拉伸模块之间设有可活动拆卸的挡板，挡板上设有走丝通孔；每级拉伸模块配有凝固液循环箱，凝固液进口和凝固液出口设置在两个相对的侧壁上，凝固液循环箱内设有浓度检测装置。本发明卧式多级水洗装置将三个单独的拉伸模块组合在一起，和现有多个凝固浴串联的原丝生产线相比，可以明显减少凝固浴之间的丝路辅助设备，减少成本投入，同时缩短走丝距离，避免了对纤维没必要的磨损。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备，尤其涉及一种卧式多级水洗装置及用其制备聚丙烯腈基碳纤维原丝的方法。

背景技术

碳纤维(carbonfiber，CF)是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的纤维材料，在国防军工和民用方面都具有广泛的应用。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性。根据碳纤维的原材料来源，可将碳纤维细分为聚丙烯腈基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维，其中，粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维的综合性能相比于聚丙烯腈基碳纤维较低，高性能碳纤维多数由聚丙烯腈制得。

由于碳纤维的制备对各环节的要求极度苛刻，对碳纤维原丝的要求同样如此。低品质的聚丙烯腈原丝缺陷严重，在预氧化或碳化的时候会发生断裂，从而制备不出性能稳定的预氧丝或碳纤维。聚丙烯腈初生丝制备成碳纤维原丝要经过多次水洗牵伸，在不同浓度和成分的凝固浴中进行多次拉伸，纤维中的溶剂逐步从纤维中扩散到凝固液中，纤维逐渐固化，再经水洗上油、致密化等处理，获得性能优良的碳纤维原丝。

多级凝固浴不仅会使用到大量的溶剂，而且过于复杂的设备布局还会增加纤维的走丝距离，并且每一级凝固浴都要针对性地调试工艺，会提高故障率，这些均不利于高性能碳纤维原丝的制备。

发明内容

针对制备碳纤维原丝设备布局和工艺控制过于复杂的问题，本发明提供一种卧式多级水洗装置，该装置的结构为：卧式多级水洗装置包括箱体和设置在箱体中的一级拉伸模块、二级拉伸模块和三级拉伸模块，一级拉伸模块、二级拉伸模块和三级拉伸模块依次平行排列，每级拉伸模块中均设有平行排布的热辊；一级拉伸模块和二级拉伸模块之间、二级拉伸模块和三级拉伸模块之间均设有可活动拆卸的挡板，挡板上设有走丝通孔；每级拉伸模块配有凝固液循环箱，凝固液进口和凝固液出口设置在两个相对的侧壁上，凝固液循环箱内设有浓度检测装置。

本发明卧式多级水洗装置将三个单独的拉伸模块组合在一起，和现有多个凝固浴串联的原丝生产线相比，可以明显减少凝固浴之间的丝路辅助设备，减少成本投入，同时缩短走丝距离，避免了对纤维没必要的磨损。

本发明卧式多级水洗装置采用多级热辊加热和差速拉伸的原理，根据凝固液的温度和预设牵伸率的要求，每级拉伸模块中设置2～4个热辊，每两个热辊间设有一个温度传感器，从而精确控制温度，避免自身循环凝固液和相邻拉伸模块温差对凝固液温度的扰动。除此之外，挡板可采用隔热材料制备，且具有足够的厚度，活动连接的接触面做密封处理，尽可能减少挡板两侧凝固液的交换。

进一步，每一级拉伸模块的凝固液进口处设有阀门，凝固液出口处设有浓度传感器，每一级拉伸模块的凝固液循环箱内设有循环泵和加热盘管，并配有浓度传感器连接的凝固液补充罐。由于相邻拉伸模块中凝固液的浓度和温度存在一定的差异，虽然挡板在一定程度上可以阻挡凝固液混流，但随着设备的长时间运转，总会不可避免地受到相邻拉伸模块中凝固液的影响，因此每一级拉伸模块单独设置凝固液循环箱，当浓度传感器检测到异常时可及时调节凝固液的浓度。

更进一步，每一级拉伸模块的凝固液循环箱设置在对应拉伸模块的下方，从而使设备更简洁。