[发明专利]一种沥青基碳纤维短丝的制取方法

摘要

本发明公开一种以沥青切片为原料生产碳纤维短丝的制取方法，包括以下步骤：螺杆熔融、过滤、计量、模头熔喷纺丝、热风切断、负压吸附成网、预氧化、松弛碳化。本发明由于直接采用沥青切片熔喷纺丝，纺丝后直接切断，形成纤维毡，再进行预氧化、碳化处理，因而具有工艺流程短、产量高、设备及厂房配套设施的投资成本低的特点。在整个生产过程中，没有废水、废气、废渣等影响环境的污染源产生，同时，由于采用了多项节能措施，设备运行成本减低，因此产品价格低廉，在国内外具有很强的竞争力。

主权项

一种以沥青切片为原料生产碳纤维短丝的制取方法，主要由螺杆熔融、过滤、计量、模头熔喷纺丝、热风切断、负压吸附成网、预氧化、松弛碳化等工序组成，其特征在于：将沥青切片经一系列工序在一组设备上一步成形，生产出沥青基碳纤维的方法，包括：a.螺杆熔融螺杆中部设置排气口，排气口前方设置阻尼环；切片在螺杆挤压机内加热熔化成液态熔体，并排出熔体内的少量气泡，然后经充分混炼、计量，熔体压力升高到4～6Mpa，螺杆转速由过滤器后方的压力传感器控制，在5～80r/min内，螺杆出料熔体压力为1～15Mpa，螺杆的套筒外围分多区电加热，温度控制在250～350℃；b.过滤采用插板式过滤器，可以在线切换，过滤器虑前压力由螺杆的转速控制，并通过电气控制系统设定，过滤精度10～80μm，过滤材料为金属滤网，过滤器外围设置电加热板保温，过滤器的过滤精度为10～80μm，过滤材料为不锈钢金属网，过滤器外围设置电加热板保温，维持温度在250℃～350℃；c.计量通过耐高温齿轮计量泵进行计量，计量泵采用同步电机变频驱动，计量泵后面的熔体管路上设置压力传感器，计量泵外围设置电加热板保温，齿轮计量泵计量精度不大于3％，泵后压力稳定在1～20MPa，波动值不大于5％，计量泵外围设置电加热板保温，维持温度在250℃～350℃；d.模头熔喷纺丝采用单衣架熔喷模头纺丝，纺丝模头为长方体锻件，剖分为2个半块，分型面上的熔腔为单衣架形状，模头四周安装电加热管，模头外围设置保温层和温度传感器，纺丝组件安装在模头的正下方，上口与模头的狭缝相连，组件内设置分配板、 金属滤网，模头温度控制在250℃～350℃，组件滤网为80～500目，喷丝孔直径为Φ0.5～5mm，长径比1∶2～1∶15，组件压力1～20Mpa，组件材料为耐热不锈钢，模头材料为耐热合金钢；e.热风切断采用热风拉伸的方法进行切断，左右两组热风的吹风角度是可调的，调整吹风角度，可以改变热风夹持丝束的力，热风采用2级或3级高压罗茨风机加压，热风切断的循环风机采用2级或3级高压罗茨风机，风压达到0.01～0.20MPa以上，风温控制在250℃～350℃；f.负压吸附成网采用负压吸附成网。负压吸附装置设置在网链的下方，吸附装置的吸风口设置锥形分配室，吸风管与锥形分配室相连，吸风管上均匀开设吸风小孔，网链吸风速度为5‑30m/min；g.预氧化采用层叠式预氧化机，一般设置2～5层或更多层，薄型风盒的高度尺寸小于500mm，预氧化过程分区控制温度和供氧量，预氧化时间不小于180分钟，网链速度0.5～5m/min，薄型风盒的喷风口风速为2～20m/min，风速均匀性不大于10％，预氧化分区控制温度和氧气量，温度从160℃～350℃阶梯设置，供氧量依次减少，预氧化机的保温层不小于150mm，保温层表面温度与环境温度差不大于25℃；h.松弛碳化采用纤维松弛碳化，炉体内设置耐高温不锈钢网链，碳化炉分区实行温度阶梯控制，炉胆材质为碳硅板，设备内通入氮气进行保护，碳化温度在1000℃以上，炉胆材质为碳硅板，炉膛两层耐火砖隔热层，上面铺针刺毯，顶部为硅酸铝纤维毡。