一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。装置包括：水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽；水洗机导丝辊组布置在循环水槽上方，导丝辊上下交错排布，出口有挤压辊组，经过酸洗处理的丝束通过水洗机导丝辊组和挤压辊组，进入漂洗水槽；水洗机导丝辊组上方设置有喷淋嘴；喷淋嘴与喷淋水泵连接。方法包括：1)脱盐水加热后，输送至漂洗水槽；2)漂洗水槽内脱盐水通过溢流进入水洗机循环水槽；3)丝束经过酸洗处理后进入水洗机，喷淋水从喷淋嘴喷出成雾化水，对丝束洗涤；4)丝束经洗涤后进入漂洗槽进行漂洗，丝束前进方向与脱盐水在漂洗槽的流动方向相反。本发明专利技术可以降低丝束中的钠离子，提高碳纤维原丝的质量。

Carbon fiber precursor washing device and washing method

The present invention discloses a carbon fiber precursor washing device and washing method. Device includes wire roller group, a circulating water tank, water pump, spray nozzle, rinse water by washing machine; washing machine guide roller group is arranged in a circulating water channel above the guide roller on the staggered export squeeze roller group, after pickling processing tow through washing machine roller group and extrusion roller group and into the washing tank; guide spray nozzle is arranged above the wire roller washing machine; spray nozzle is connected with the spray pump. The method includes: 1) the desalted water after heating, transported to the rinse tank; 2) rinsing tank of desalted water through the overflow into the washing machine water cycle; 3) tow after pickling processed into the washing machine, water spray from the spray nozzle ejected into the atomized water, to tow washing; 4) into the washing tank after washing through the tow rinse, tow direction and flow direction in the desalted water rinse tank opposite. The present invention can reduce the sodium ion in the tow and improve the quality of the carbon fiber precursor.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法
本专利技术涉及碳纤维生产领域，进一步地说，是涉及一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。
技术介绍
碳纤维作为一种高新技术材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、高电导和热导等优点，广泛应用于航空、汽车、文体等领域。聚丙烯腈基碳纤维原丝是制备碳纤维的重要原料，原丝的品质对碳纤维质量起到决定性作用。硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。聚合原液经过计量后，通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维经过预热浴进行预热处理和牵伸，然后进入水洗，水洗之后进行酸洗，再经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝。由于采用了硫氰酸钠为溶剂，在纺丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，影响碳纤维性能。钠离子含量过高会影响碳纤维的电、热性能，在预氧化过程中，三元共聚丙烯腈原丝中含有羧酸基，可使环化放热缓和，而钠离子对羧酸起中和作用，使环化放热趋于集中。在高温下，金属杂质逐渐逸出，残留下孔隙，致使碳纤维表面缺陷，影响碳纤维的强度。碳纤维原丝水洗的主要方法有浸洗和浸洗加喷淋两种，现有的技术中，经过酸洗处理的碳纤维丝束，浸渍通过装有脱盐水的长形洗涤槽，起到洗涤丝束的作用。这样的洗涤方式主要有两个缺陷，一方面是洗涤槽长度过短，仅6米长，丝束在水浴中停留时间短，因丝束中残留钠离子与水洗时间成正比，所以不能充分洗涤丝束。另一方面是长形洗涤槽中没有设堰分区，水洗水流动时在洗涤槽两边容易形成死区，无法保持一定的浓度差，降低了水洗的效果。
技术实现思路
采用了硫氰酸钠为溶剂制备碳纤维原丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，影响碳纤维性能。为解决现有技术中出现的问题，本专利技术提供了一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。进行二次水洗，降低原丝中的钠离子含量，提高碳纤维原丝质量。本专利技术的目的之一是提供一种碳纤维原丝洗涤装置。包括：水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽；水洗机导丝辊组布置在循环水槽上方，导丝辊上下交错排布，出口有挤压辊组，经过酸洗处理的丝束通过水洗机导丝辊组和挤压辊组，进入漂洗水槽；水洗机导丝辊组上方设置有喷淋嘴；喷淋嘴与喷淋水泵连接。其中，优选：所述循环水槽底部设有蛇形加热盘管。所述循环水槽分为三段水槽，每段单独循环水，逐层溢流；所述循环水槽设有溢流堰和溢流口。所述漂洗槽设有溢流堰和溢流口。所述洗涤装置设置有挡水板，挡水板设置在相邻上下交错的两个导丝辊之间，与丝束在相邻上下两个导丝辊组运行方向平行，丝束在喷淋管和挡水板之间通过。挡水板与丝束间隔距离可调节。脱盐水罐、脱盐水输送泵、板式换热器依次连接后分别连接漂洗水槽和循环水槽。本专利技术的目的之二是提供一种碳纤维原丝洗涤方法。包括：1)脱盐水加热后，分别输送至水洗机和漂洗水槽；2)漂洗水槽内脱盐水通过溢流进入水洗机循环水槽，和水洗机补加脱盐水在循环水槽逐层溢流，方向与丝束前进方向相反；3)丝束经过酸洗处理后进入水洗机，喷淋水从喷淋嘴喷出成雾化水，对丝束洗涤；4)丝束经洗涤后进入漂洗槽进行漂洗，丝束前进方向与脱盐水在漂洗槽的流动方向相反。其中，优选：脱盐水温度为45-55℃；喷淋水温度为50-60℃。初生纤维丝束在所述装置内停留时间为60-144秒；初生纤维丝束在漂洗水槽停留时间为1-5秒。本专利技术具体可采用以下技术方案：脱盐水罐内的脱盐水由脱盐水泵输送，通过板式换热器加热后输送至漂洗水槽和水洗机循环水槽。漂洗水槽内脱盐水溢流后进入到水洗机循环水槽，水洗机循环水槽内洗涤水从后至前逐层溢流，洗涤水的流动方向与丝束前进方向相反。初生纤维丝束经过酸洗处理以后，会有酸洗残留物和钠离子吸附在纤维内部，丝束进入水洗机后，循环水槽内的洗涤水通过喷淋水泵输送至喷淋管，洗涤水有喷淋嘴喷出，与挡水板之间形成雾状水幕，丝束在雾状水幕中穿过，置换丝束内部水分达到洗涤的目的，洗涤后的水顺着挡水板回流到循环水槽进行循环，为了保证洗涤的效果，水洗机循环水槽保持一定量的脱盐水补加，由水洗机溢流口流出的洗涤水输送至污水处理进行处理。纤维丝束经过水洗机洗涤以后进入到漂洗槽内，丝束在脱盐水浴中进行漂洗，丝束牵引方向与脱盐水流动方向相反。专利技术的效果：采用了硫氰酸钠为溶剂制备碳纤维原丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，酸洗处理后不进行二次水洗，纤维丝束直接经过上油、干燥得到碳纤维原丝，分析检测碳纤维原丝中的钠离子含量为340ppm。在酸洗处理后提供水洗装置，对PAN基碳纤维原丝进行二次水洗，水洗温度≥55℃，丝束在水洗装置停留时间＞60秒，洗涤后纤维丝束经过上油、干燥等过程，得到碳纤维原丝，分析检测碳纤维原丝中的钠离子含量降低到150ppm以下。本专利技术装置中水洗机的导丝辊组上下交错排列，增加了丝束在水洗机的有效行程，洗涤长度可达60米，并设有三段水槽，每段单独循环，逐层溢流，与丝束运行方向相反，保持一定的浓度差，提高了水洗的效率，降低了丝束中钠离子，改善了原丝的质量。所以本专利技术装置和方法能够有效的洗涤PAN基原丝，降低纤维丝束的钠离子，从而提高碳纤维原丝质量。附图说明图1本专利技术的碳纤维原丝洗涤装置示意图；附图标记说明：1脱盐水罐；2脱盐水输送泵；3板式换热器；4酸洗牵引辊组；5喷淋水泵；6循环水槽；7蛇形加热盘管；8喷淋嘴；9水洗机导丝辊组；10漂洗水槽；11漂洗牵引辊组；12挡水板；13蒸汽；14冷凝液。具体实施方式下面结合实施例，进一步说明本专利技术。实施例1如图1所示，一种洗涤碳纤维原丝的装置。所述装置设置在纺丝工艺中酸洗处理以后。所述装置包括：水洗机导丝辊组9、循环水槽6、蛇形加热盘管7、喷淋水泵5、喷淋嘴8、漂洗水槽10、挡水板12；蛇形加热盘管7铺设在循环水槽6的底部，加热水洗机循环水槽的洗涤水。水洗机导丝辊组9设置在循环水槽6的上方，由酸洗牵引辊组4出来的丝束，经水洗机导丝辊组9牵引通过水洗机，进入漂洗槽10，再由漂洗牵引辊组11牵引至下道工序。循环水槽6内的洗涤水，由喷淋水泵5输送至喷淋管，通过喷淋嘴8将洗涤水喷淋在丝束上，洗涤后的水回落到循环水槽，进行循环。所述漂洗水槽10设有溢流口；所述水洗机循环水槽6设有溢流口。脱盐水罐1、脱盐水输送泵2、板式换热器3依次连接；洗涤水由脱盐水泵2输送。所述洗涤装置设置有挡水板12，挡水板12设置在相邻上下交错的两个导丝辊之间，与丝束在相邻上下两个导丝辊组运行方向平行，丝束在喷淋管和挡水板之间通过。挡水板与丝束间隔距离可调节。采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，使用图1的装置进行二次水洗洗涤处理。酸洗溶液浓度1％，温度75℃，丝束经过酸洗溶液，进入洗涤装置进行二次水洗，喷淋水温度50℃，丝束在水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于所述装置包括：水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽；水洗机导丝辊组布置在循环水槽上方，导丝辊上下交错排布，出口有挤压辊组，经过酸洗处理的丝束通过水洗机导丝辊组和挤压辊组，进入漂洗水槽；水洗机导丝辊组上方设置有喷淋嘴；喷淋嘴与喷淋水泵连接。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于所述装置包括：水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽；水洗机导丝辊组布置在循环水槽上方，导丝辊上下交错排布，出口有挤压辊组，经过酸洗处理的丝束通过水洗机导丝辊组和挤压辊组，进入漂洗水槽；水洗机导丝辊组上方设置有喷淋嘴；喷淋嘴与喷淋水泵连接。2.如权利要求1所述的碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于：所述循环水槽底部设有蛇形加热盘管。3.如权利要求2所述的碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于：所述循环水槽分为三段水槽，每段单独循环水，逐层溢流；所述循环水槽设有溢流堰和溢流口。4.如权利要求1所述的碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于：所述漂洗槽设有溢流堰和溢流口。5.如权利要求1～4之一所述的碳纤维原丝洗涤装置，其特征在于：所述洗涤装置设置有挡水板，挡水板设置在相邻上下交错的两个导丝辊之间，与丝束在相邻上下两个导丝辊组运行方向平行，丝束在喷淋管和挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斐，尚文武，刘扬，宋勇军，
申请(专利权)人：兰州蓝星纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62