一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件制造技术

本实用新型专利技术涉及一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件。该纺丝组件由组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板组成；采用所述纺丝组件将聚丙烯腈纺丝原液依次经组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板挤出。本实用新型专利技术的纺丝组件解决了24K以上大丝束原丝喷丝板直径放大后，喷丝板面上径向挤出压力不均匀造成对纤维性能的影响，实现了大丝束原丝喷丝板面上没有断丝和飘丝，原丝纤度偏差0～3.0％，提高了原丝各项性能指标和工业化稳定生产。丝各项性能指标和工业化稳定生产。丝各项性能指标和工业化稳定生产。

【技术实现步骤摘要】
一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件


[0001]本技术涉及聚丙烯腈纤维制造设备
，具体涉及一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件。

技术介绍

[0002]碳纤维由于其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、导电、导热和膨胀系数小等一系列优异性能，不仅是制造火箭、导弹、卫星航天飞机和宇宙空间站必不可少的结构材料、耐腐蚀材料、隔热材料和特种功能材料，而且也是工业、民用等领域的轻量化、高性能化的主要增强纤维，它在发达国家支柱产业乃至国民经济整体素质提高方面，正在发挥着越来越重要的作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义。
[0003]PAN基碳纤维大丝束原丝用原液是高粘弹性液体，在圆管内的流速分布呈抛物线型，中心管轴处流速最大，管壁流速为零，流速沿径向非均匀分布。随着原丝根数的增加，喷丝板直径逐步增大，径向的流速差异进一步放大，原液在喷丝板面上径向挤出压力不一致，使得每个喷丝孔的挤出原液量不均匀，原丝性能的不匀性提高，严重地导致喷丝板板面上产生断丝和飘丝，造成原丝工业化生产不稳定。
[0004]为了使高分子溶液经过大丝束原丝喷丝板时能够沿径向分布，形成柱塞流动，我们通过在纺丝组件中加入双分配板，使得高分子粘弹流体在进入喷丝板之前，流速沿着径向均匀分配，到喷丝板面上径向挤出压力均匀，从而确保喷丝板上每个喷丝孔的出料量相同，即初生纤维粗细一致，杜绝喷丝板面上的断丝和飘丝，提高原丝各项性能指标和工业化稳定生产。
[0005]中国专利技术专利CN105671669A公开的聚丙烯腈碳纤维原丝的制备方法，使用多层结构分配板和喷丝组件，解决原丝断丝率大，性能不稳定的问题。多层结构分配板和喷丝组件的过滤网的孔径中间和外圈是一致的，没有根据喷丝板直径变化进行径向调整的手段，这较适合小丝束碳纤维原丝生产，喷丝板直径小，原液在径向的速度和压力的差异小，对纤维性能影响小，不适合大丝束原丝的生产。
[0006]中国专利技术专利CN105603543A公开的聚丙烯腈溶液的喷丝方法，使用喷丝组件和纺丝组件，通过过滤和分配装置减少凝固浴中断丝多的问题。其分配板的设计只有一块，随着单股原丝中原丝根数的增加，用单块分配板不能满足大丝束原丝喷丝孔数量增大后喷丝板面上各区域对原液挤出的需求，会造成喷丝板外圈断丝和飘丝，这种布孔方式只能满足小丝束碳纤维原丝的使用。
[0007]近年来，大丝束碳纤维与小丝束碳纤维相比，以其更高效的使用成本受到市场的追捧。随着大丝束碳纤维应用的不断深入，产品供不应求。虽然目前大丝束碳纤维市场日益火爆，但是随着相关国家在高
对中国的封锁日益加剧，无法从国际上直接获得可靠的大丝束碳纤维产业化技术，其中大丝束原丝生产技术是制约国产大丝束碳纤维发展的瓶颈。

技术实现思路

[0008]本技术提供了一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件，以解决针对24K以上大丝束原丝喷丝板直径放大后，喷丝板面上径向挤出压力不均匀造成对纤维性能的影响。
[0009]本技术提供的一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件，所述纺丝组件由组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板组成；采用所述纺丝组件将聚丙烯腈纺丝原液依次经组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板挤出。
[0010]进一步的，所述纺丝组件由组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板组成；其中，
[0011]所述的组合式过滤网由三层过滤网组成；
[0012]所述预分配板上设有2圈开孔圈，所述开孔圈的中心与所述预分配板的中心重合，预分配板上的开孔呈环形分布；
[0013]所述分配板上设有n个开孔圈，所述开孔圈的中心与所述分配板的中心重合，分配板上的开孔呈环形分布；
[0014]所述喷丝板喷丝孔数目在24000孔以上。
[0015]进一步的，所述纺丝组件由组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板组成；其中，
[0016]所述的组合式过滤网由三层过滤网组成，中间层过滤网采用过滤精度大于 400目的过滤网，其余两边过滤网采用过滤精度10～100目的过滤网；
[0017]所述预分配板上设有2圈开孔圈，所述开孔圈的中心与所述预分配板的中心重合，围绕所述预分配板的中心点，第一开孔圈的直径D1为0.1D≤D1≤0.5D，第二开孔圈的直径D2为0.55D≤D2≤0.95D；其中，D为所述预分配板的直径；预分配板上的开孔呈环形分布，开孔直径a范围为2～7mm；
[0018]所述分配板上设有n个开孔圈，所述开孔圈的中心与所述分配板的中心重合，围绕所述分配板的中心点，第一开孔圈的直径d1为为0.1D≤d1≤0.2D；最外圈开孔圈的直径dn为0.85D≤dn≤0.95D；每个开孔圈之间的间距在15～17mm；其中，D为所述分配板的直径；分配板上的开孔呈环形分布，开孔直径b由第一开孔圈至最外圈开孔圈依次递增，第一开孔圈的开孔直径b1为2～3mm，最外圈开孔圈的开孔直径bn为3～4mm；
[0019]所述喷丝板喷丝孔数目在24000孔以上。
[0020]进一步的，所述预分配板上的第一开孔圈的直径D1为0.33D≤D1≤0.40D；第二开孔圈的直径D2为0.67D≤D1≤0.75D。
[0021]进一步的，所述预分配板上的第一开孔圈的开孔面积S
预1
占预分配板总面积的0.2％～3.1％，第二开孔圈的开孔面积S
预2
占预分配板总面积的0.7％～4.7％。
[0022]进一步的，所述预分配板上的第一开孔圈的开孔面积S
预1
占预分配板总面积的1.5％～2.0％；第二开孔圈的开孔面积S
预2
占预分配板总面积的1.9％～2.6％。
[0023]进一步的，所述预分配板上的第一开孔圈的开孔数量为第一开孔圈的开孔面积S
预1
/(π/4*a*a)；第二开孔圈的开孔数量为第二开孔圈的开孔面积S
预2
/(π /4*a*a)；其中，a为开孔直径,范围为2～7mm。
[0024]进一步的，所述预分配板上的开孔呈环形分布，开孔直径a范围为4～5mm。
[0025]进一步的，所述预分配板的中心区域设置有凸台，防止滤网贴在分配板上，使得分配板失去作用。
[0026]进一步的，所述分配板上的第一开孔圈的直径d1为0.15D≤d1≤0.17D；最外圈开
孔圈的直径dn为0.90D≤dn≤0.93D。
[0027]进一步的，所述分配板上的开孔呈环形分布，开孔直径b由第一开孔圈至最外圈开孔圈依次递增，第一开孔圈的开孔直径b1为2.4～2.6mm，最外圈开孔圈的开孔直径bn为3.4～3.6mm。
[0028]进一步的，所述分配板上的n个开孔圈开孔面积总和S
分
占分配板总面积的 5.8％～14.0％，开孔面积由第一开孔圈至最外圈开孔圈依次递增；其中，第一开孔圈的开孔面积S
分1
占分配板总面积的0.17％～0.40％；最外圈开孔圈的开孔面积S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件，其特征在于：所述纺丝组件由组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板组成；采用所述纺丝组件将聚丙烯腈纺丝原液依次经组合式过滤网、预分配板、分配板和喷丝板挤出；其中，所述的组合式过滤网由三层过滤网组成；所述预分配板上设有2圈开孔圈，所述开孔圈的中心与所述预分配板的中心重合，预分配板上的开孔呈环形分布；所述分配板上设有n个开孔圈，所述开孔圈的中心与所述分配板的中心重合，分配板上的开孔呈环形分布；所述喷丝板喷丝孔数目在24000孔以上。2.根据权利要求1所述的一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件，其特征在于：所述预分配板上的第一开孔圈的直径D1为0.33D≤D1≤0.40D；第二开孔圈的直径D2为0.67D≤D2≤0.75D，其中，D为所述预分配板的直径。3.根据权利要求1所述的一种大丝束碳纤维原丝用纺丝组件，其特征在于：所述预分配板上的第一开孔圈的开孔面积S
预1
占预分配板总面积的0.2％～3.1％；第二开孔圈的开孔面积S
预2
占...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁玉红，黄翔宇，辛美音，季春晓，吴嵩义，宋文迪，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：新型
国别省市：