一种碳纤维原丝的制备方法技术

本发明专利技术涉及碳纤维技术领域，尤其涉及一种碳纤维原丝的制备方法，原液过滤包括以下步骤：通过管道导引原液在动力作用下自上而下经过若干一级过滤孔位，一级过滤孔位为锥形孔位，顶部第一孔径小于底部第二孔径，且所有一级过滤孔位的入口流通面积之和小于管道的流通面积；自一级过滤孔位流出的原液经过若干二级过滤孔位，二级过滤孔位包括曲面收缩段和曲面扩张段，中部第三孔径小于第二孔径且大于第一孔径；自二级过滤孔位流出的原液经过若干三级过滤孔位，三级过滤孔位包括锥形段和圆柱段，二级过滤孔位的轴线与三级过滤孔位的轴线错位设置，所有圆柱段的流通面积之和等于管道的流通面积。通过本发明专利技术，可有效降低喷丝后丝束的断丝率，避免毛丝等现象。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维原丝的制备方法
本专利技术涉及碳纤维
，尤其涉及一种碳纤维原丝的制备方法。
技术介绍
碳纤维是含碳量高于90%的无机纤维，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，其微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维（carbonfiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，可用于制备众多复合型材料。碳纤维具有轴向强度和模量高、抗蠕变、耐疲劳、耐腐性、耐高温等一系列优异的性能；且纤维的密度低，热膨胀系数小，比热及导电性介于非金属和金属之间，X射线透过性好。碳纤维的抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是传统钢材料的7倍多，而它的比重不到钢的1/4，碳纤维材料的高比强度、高比模量预示了其在工程的广阔应用前景。目前，碳纤维已被广泛用于建筑，化工，体育、航天以及汽车等领域。原丝是制取高性能碳纤维的前提，而在纺丝过程中，纤维的断丝率及线密度的稳定性，影响最终得到原丝的性能，从而直接影响了碳纤维的性能，如何有效降低喷丝后丝束的断丝率，从而避免纤维纺制过程中所发生的毛丝等现象，成为了目前本领域技术人员亟待解决的问题。鉴于上述需求的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种碳纤维原丝的制备方法，使其更具有实用性。
技术实现思路
本专利技术中提供一种碳纤维原丝的制备方法，从而有效解决
技术介绍
中的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种碳纤维原丝的制备方法，包括原液制备、喷丝挤出、凝固成型、牵伸、水洗、上油、干燥和热定型步骤，还包括设置在所述原液制备和喷丝挤出之间的原液过滤，所述原液过滤包括以下步骤：增压过滤：通过管道导引原液在动力作用下自上而下通过若干一级过滤孔位，所述一级过滤孔位为锥形孔位，顶部第一孔径小于底部第二孔径，且所有一级过滤孔位的入口流通面积之和小于所述管道的流通面积；一次释压过滤：自所述一级过滤孔位流出的原液通过若干二级过滤孔位，所述二级过滤孔位沿原液流通方向包括曲面收缩段和曲面扩张段，两段中的曲面均向孔位内凸出，其中，中部瓶颈处最小的第三孔径小于所述第二孔径且大于第一孔径，所述二级过滤孔位与一级过滤孔位的轴线一一对应重合设置；二次释压过滤：自所述二级过滤孔位流出的原液经过若干三级过滤孔位，所述三级过滤孔位沿原液流通方向包括锥形段和与所述锥形段的小直径端连接的圆柱段，每个所述二级过滤孔位与至少两个所述三级过滤孔位对应，且二级过滤孔位的轴线与三级过滤孔位的轴线错位设置，其中，所有所述圆柱段的流通面积之和等于所述管道的流通面积。进一步地，所述增压过滤中增压比例小于等于10％。进一步地，所述曲面收缩段在原液流通方向上的长度和曲面变化程度大于曲面收缩段度。进一步地，所述二级过滤孔位顶部的第四孔径大于所述第二孔径。进一步地，对应关系中的至少两个所述三级过滤孔位关于所述二级过滤孔位的轴线对称设置。进一步地，所述曲面收缩段和曲面扩张段平滑过渡。进一步地，所述凝固成型包括以下步骤：通过对称设置的两第一主动辊对来自喷丝头的丝束进行夹持，并通过主动滚动所产生的摩擦力为所述丝束提供动力；令部分凝固浴形成沿丝束传播方向进行流动的液流，且液流的末端撞击在两个所述第一主动辊最高点之间的反射区域内，形成反射液流；通过在两所述第一主动辊上方沿所述丝束对称设置的两第二主动辊，对由所述反射液流而分离的断丝进行收卷，其中，所述第二主动辊与所述丝束间隔设置。进一步地，所述第二主动辊的直径小于所述第一主动辊的直径。进一步地，所述第一主动辊和第二主动辊的转动方向相同。进一步地，部分凝固浴所形成的液流的流动速度与所述丝束的移动速度相同。本专利技术的有益效果为：本专利技术中，通过三层过滤孔位的设置，使得原液中不同粒径的杂质获得各自的过滤方式，且最终保证原液以相对稳定的压力而到达喷丝板，可有效降低喷丝后丝束的断丝率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一级过滤孔位、二级过滤孔位和三级过滤孔位之间的位置关系；图2为一级过滤孔位的结构示意图；图3为二级过滤孔位的结构示意图；图4为三级过滤孔位的结构示意图；图5为实施凝固成型的设备框架图；附图标记：1、一级过滤孔位；11、第一孔径；12、第二孔径；2、二级过滤孔位；21、曲面收缩段；22、曲面扩张段；23、第三孔径；24、第四孔径；3、三级过滤孔位；31、锥形段；32、圆柱段；4、喷丝头；5、第一主动辊；6、反射区域；7、第二主动辊。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。如图1~4所示，一种碳纤维原丝的制备方法，包括原液制备、喷丝挤出、凝固成型、牵伸、水洗、上油、干燥和热定型步骤，原液过滤包括以下步骤：S1.增压过滤：通过管道导引原液在动力作用下自上而下通过若干一级过滤孔位1，一级过滤孔位1为锥形孔位，顶部第一孔径11小于底部第二孔径12，且所有一级过滤孔位1的入口流通面积之和小于管道的流通面积；在工作过程中，通过第一孔径11对原液中的杂质进行阻挡，实现一级的阻隔过滤，所有一级过滤孔位1设置在板体结构上；此步骤中的过滤主要针对无法通过第一孔径11的较大尺寸杂质，另外通过上述孔径的尺寸设置，在管道到一级过滤孔位1之间的区域内，因一级过滤孔位1的节流而形成增压区域，本专利技术中增压的目的在于为后续的过程提供适当的动力提升，当然需要严格控制提升比例，不得超过10％，从而避免对溶剂、丙烯腈、共聚单体和引发剂等聚合得到的纺丝原液造成影响；S2.一次释压过滤：自一级过滤孔位1流出的原液通过若干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维原丝的制备方法，包括原液制备、喷丝挤出、凝固成型、牵伸、水洗、上油、干燥和热定型步骤，其特征在于，还包括设置在所述原液制备和喷丝挤出之间的原液过滤，所述原液过滤包括以下步骤：/n增压过滤：通过管道导引原液在动力作用下自上而下通过若干一级过滤孔位，所述一级过滤孔位为锥形孔位，顶部第一孔径小于底部第二孔径，且所有一级过滤孔位的入口流通面积之和小于所述管道的流通面积；/n一次释压过滤：自所述一级过滤孔位流出的原液通过若干二级过滤孔位，所述二级过滤孔位沿原液流通方向包括曲面收缩段和曲面扩张段，两段中的曲面均向孔位内凸出，其中，中部瓶颈处最小的第三孔径小于所述第二孔径且大于第一孔径，所述二级过滤孔位与一级过滤孔位的轴线一一对应重合设置；/n二次释压过滤：自所述二级过滤孔位流出的原液经过若干三级过滤孔位，所述三级过滤孔位沿原液流通方向包括锥形段和与所述锥形段的小直径端连接的圆柱段，每个所述二级过滤孔位与至少两个所述三级过滤孔位对应，且二级过滤孔位的轴线与三级过滤孔位的轴线错位设置，其中，所有所述圆柱段的流通面积之和等于所述管道的流通面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维原丝的制备方法，包括原液制备、喷丝挤出、凝固成型、牵伸、水洗、上油、干燥和热定型步骤，其特征在于，还包括设置在所述原液制备和喷丝挤出之间的原液过滤，所述原液过滤包括以下步骤：
增压过滤：通过管道导引原液在动力作用下自上而下通过若干一级过滤孔位，所述一级过滤孔位为锥形孔位，顶部第一孔径小于底部第二孔径，且所有一级过滤孔位的入口流通面积之和小于所述管道的流通面积；
一次释压过滤：自所述一级过滤孔位流出的原液通过若干二级过滤孔位，所述二级过滤孔位沿原液流通方向包括曲面收缩段和曲面扩张段，两段中的曲面均向孔位内凸出，其中，中部瓶颈处最小的第三孔径小于所述第二孔径且大于第一孔径，所述二级过滤孔位与一级过滤孔位的轴线一一对应重合设置；
二次释压过滤：自所述二级过滤孔位流出的原液经过若干三级过滤孔位，所述三级过滤孔位沿原液流通方向包括锥形段和与所述锥形段的小直径端连接的圆柱段，每个所述二级过滤孔位与至少两个所述三级过滤孔位对应，且二级过滤孔位的轴线与三级过滤孔位的轴线错位设置，其中，所有所述圆柱段的流通面积之和等于所述管道的流通面积。


2.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于，所述增压过滤中增压比例小于等于10％。


3.根据权利要求1所述的碳纤维原丝的制备方法，其特征在于，所述曲面收缩段在原液流通方向上的长度和曲面变化程度大于所述曲面收缩段。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：谈昆伦，刘时海，季小强，张亚康，王秀岗，何梦瑶，曹义超，蒋丽霞，
申请(专利权)人：常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32