用于纺丝的热水牵伸槽及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于纺丝的热水牵伸槽，主要解决现有技术中存在的热水牵伸槽内气泡的扰动，温度场不均匀造成原丝毛丝多、断丝多、原丝缠辊的问题。本发明专利技术采用一种热水牵伸槽，包括孔眼板、至少两个孔眼板支架、主体槽体、主体槽体的夹层填充物、加热介质的出口、加热盘管和加热介质的进口；其中，孔眼板支架放置在主体槽体内，孔眼板放置在孔眼板支架上，加热介质通过加热介质的进口和加热介质的出口进出加热盘管的技术方案较好地解决了该问题，可用于涉及热水牵伸工艺的聚丙烯腈原丝的生产过程中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于生产聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝设备，具体来说是一种涉及热水牵伸工艺的热水牵伸槽。
技术介绍
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。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。如上所述，原丝的制备用到的牵伸工艺有热水牵伸和饱和水蒸汽牵伸，牵伸工序是实现原丝细旦化和高强化的必然选择。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。生产优质PAN原丝对纺丝设备和工艺提出了很高的要求，尤其是对工艺参数的要求尤其严苛。热水是实现聚丙烯腈原丝热水牵伸的重要介质，其主要是原丝在温度接近沸水的的热水里面实现高倍牵伸的工序。传统的热水牵伸槽，加热盘管位于牵伸槽的底部，孔眼板与盘管几乎接触，位于盘管的正上部，加热介质为6公斤及以上的饱和蒸汽。这样的结构，使得盘管和水的换热剧烈，致使盘管表面急剧形成气泡，气泡通过孔眼板的孔眼和孔眼板两侧的空隙，扩散至原丝附近，引起原丝产生毛丝、断丝和缠辊现象，影响正常纺丝。传统湿法纺丝生产PAN原丝的过程中，所用的凝固浴槽主要由主体槽体、分配板和溢流板组成，其中溢流板为实心无孔钢板。该种结构的凝固浴槽，在凝固液循环的过程中，上层流体更新的速度快，中层流体更新的速度慢，下层流体几乎不更新，造成了温度场和浓度场在高度方向上的不均匀性。最严重情况下，在喷丝板竖直方向3cm(约等于喷丝板的直径)的间隔下，凝固液温度的上下差距在5～7℃；凝固液浓度的上下差距在0.5％以上。传统结构设计带来的温度场和浓度场的不均匀性，会引起在高度方向上不同位置成形后的初生纤维结构和性能的差异性，由此遗传下去，造成原丝毛丝增多，断头率变高，CV值变大。专利CN201120356835公开了一种热水牵伸箱，包括：机架和热水箱体。热水箱体内设有拉伸箱、加热箱，所述拉伸箱和加热箱之间通过一热水循环路线循环联通。通过上述方式，该使用新型能够通过热水在两个箱体之间循环工作，合理的利用了工作空间，提高了热效率，使水温更加均匀地利于塑料单丝的拉伸。该专利中没有提及热水牵伸箱工作的温度范围。在接近沸水温度的热水牵伸过程中，就沸水产生的气泡对纤维拉伸的扰动影响的弊端，该专利没有提出解决方法。另外，该专利也没有就热水牵伸箱是否适合聚丙烯腈纤维的热水牵伸作出具体的说明。本专利即是基于以上问题提出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是现有技术中存在的热水牵伸槽内气泡对聚丙烯腈原丝的扰动，温度场不均匀和原丝毛丝多，断丝多和原丝缠辊的问题，提供了一种用于生产聚丙烯腈基碳纤维原丝的热水牵伸槽，该热水牵伸槽具有减少槽内气泡对原丝的扰动，提高槽内温度场的均匀性和消除纤维毛丝多，断丝多、原丝缠辊现象的优点。本专利技术所要解决的技术问题之二是提供一种解决技术问题之一所述的用于纺丝的热水牵伸槽的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题之三是提供一种解决技术问题之一所述的用于纺丝的热水牵伸槽在聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法中的应用。为了解决技术问题之一，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于纺丝的热水牵伸槽，包括孔眼板1、至少两个孔眼板支架2、主体槽体3、主体槽体的夹层填充物4、加热介质的出口5、加热盘管6和加热介质的进口7；其中传动辊位于热水牵伸槽两头，加热盘管6位于热水牵伸槽底部，热水液面下方是纤维，纤维下方孔眼板1，孔眼板1放在孔眼板支架2上；其中，孔眼板支架放置在主体槽体内，孔眼板放置在孔眼板支架上，孔眼板支架的高度为热水液面与热水牵伸槽底部距离的50％以上且小于热水液面与热水牵伸槽底部距离，加热介质通过加热介质的进口7和加热介质的出口5进出加热盘管6。上述技术方案中，所述加热盘管6居中设置；所述加热介质的出口5优选为至少两个，分别位于加热盘管的两端且靠近主体槽体3的两侧端壁；所述加热介质的进口7优选为至少一个，位于加热盘管中间。上述技术方案中，所述加热介质出口的数目进一步优选为2～6个。上述技术方案中，所述孔眼板支架的高度为热水液面与热水牵伸槽底部距离的75％以上，进一步优选为热水液面与热水牵伸槽底部距离的75％～90％。上述技术方案中，所述孔眼板的长度不小于热水牵伸槽内长度的90％，进一步优选为热水牵伸槽内长度的75％～90％；所述孔眼板的宽度不小于热水牵伸槽内宽度的90％，进一步优选为热水牵伸槽内宽度的75％～90％。上述技术方案中，所述孔眼板和纤维的竖直距离优选为与纤维和热水液面的竖直距离相当，所述“相当”的意思是孔眼板和纤维的竖直距离与纤维和热水液面的竖直距离相等，但可以在误差范围内，更优选为所述孔眼板和纤维的竖直距离与纤维和热水液面的竖直距离相同；上述技术方案中，所述孔眼板的孔密度不低于400目，更优选为400目到800目。上述技术方案中，所述加热介质优选为饱和水蒸气，饱和水蒸气的压力优选为不高于300KPa，更优选为150KPa～300KPa；热油的温度优选为不高于110℃。为了解决上述技术问题之二，本专利技术采用的技术方案为：一种上述技术方案中任一所述的用于纺丝的热水牵伸槽的制备方法。上述技术方案中，所述的制备方法可以是本领域技术人员所熟知常规工艺方法中的任一种，例如但不限定为：根据热水牵伸槽内层槽体的使用环境和设计要求，将钢板裁剪到相应的尺寸，保证钢板的厚度在2mm以上；材质为SUS304及以上，对裁剪好的钢板进行焊接，焊接成热水牵伸槽的内层槽体，保证焊接过程中焊缝位置处无沙眼；选择和内层槽体相同的不锈钢板，裁剪到合适的尺寸，再锻压成形，使其成为热水牵伸槽的壳体，在壳体的内层填充硅酸铝岩棉，将内层槽体放入壳体，然后对接缝处焊接；焊接好后，对焊缝进行酸洗钝化处理；处理后再在热水牵伸槽的底部中心和两侧端壁挖孔，进行加热盘管的排布和焊接。为了解决上述技术问题之三，本专利技术采用的技术方案为：一种聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法，将聚丙烯腈基纺丝原液经喷丝、凝固成型、热水牵伸、水洗、上油及干燥致密化、、蒸汽牵伸、热定型及收丝得到聚丙烯腈基碳纤维原丝，其中，所述热水牵伸在上述技术方案中任一所述的热水牵伸槽中进行。上述技术方案中，所述聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法中，除了所述热水牵伸在上述技术方案中任一所述的热水牵伸槽中进行，其他工艺条件和步骤均可以采用本领域技术人员所熟知的常规工艺技术条件和步骤，均可以实现本专利技术目的。上述技术方案中，所述热水牵伸在高于90℃的热水中进行，热水牵伸更优选为在90℃～98℃的热水中进行；热水中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于纺丝的热水牵伸槽，包括孔眼板(1)、至少两个孔眼板支架(2)、主体槽体(3)、主体槽体的夹层填充物(4)、加热介质的出口(5)、加热盘管(6)和加热介质的进口(7)；其中传动辊位于热水牵伸槽两头，加热盘管(6)位于热水牵伸槽底部，热水液面下方是纤维，纤维下方孔眼板，孔眼板(1)放在孔眼板支架(2)上；其中，孔眼板支架(2)放置在主体槽体(3)内，孔眼板(1)放置在孔眼板支架(2)上，加热介质通过加热介质的进口(7)和加热介质的出口(5)进出加热盘管(6)。

【技术特征摘要】
1.一种用于纺丝的热水牵伸槽，包括孔眼板(1)、至少两个孔眼板支架(2)、主体
槽体(3)、主体槽体的夹层填充物(4)、加热介质的出口(5)、加热盘管(6)和加热
介质的进口(7)；其中传动辊位于热水牵伸槽两头，加热盘管(6)位于热水牵伸槽底部，
热水液面下方是纤维，纤维下方孔眼板，孔眼板(1)放在孔眼板支架(2)上；其中，孔
眼板支架(2)放置在主体槽体(3)内，孔眼板(1)放置在孔眼板支架(2)上，加热介
质通过加热介质的进口(7)和加热介质的出口(5)进出加热盘管(6)。
2.根据权利要求1所述的用于纺丝的热水牵伸槽，其特征在于所述加热盘管(6)居
中设置；所述加热介质的出口(5)为至少两个，分别位于加热盘管的两端且靠近主体槽
体(3)的两侧端壁；所述加热介质的进口(7)为至少一个，位于加热盘管中间。
3.根据权利要求1所述的用于纺丝的热水牵伸槽，其特征在于所述孔眼板支架的高
度为热水液面与热水牵伸槽底部距离的50％以上且小于热水液面与热水牵伸槽底部距离。
4.根据权利要求1所述的用于纺丝的热水牵伸槽，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贺团，李磊，沈志刚，赵微微，肖士洁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11