碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法技术

本发明专利技术提供一种碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法，属于碳纤维制备领域，碳纤维喷丝组件包括喷丝板、供液管，供液管的第一端与喷丝板连通，供液管的第二端与纺丝原液过滤供给部件连通，供料管内具有切割结构，当纺丝原液被泵送至供液管内时，纺丝原液能够被切割结构切割为在供液管的径向方向独立的至少两部分。本发明专利技术能够对流入供液管内的纺丝原液实现切割，使纺丝原液在泵送过程中交互流动，提升纺丝原液粘度的均匀性，减缓喷丝瞬间的喷丝压力波动，避免激发喷丝组件的爆破片的保护功能，防止原液泄漏、喷丝板鼓包变形，还能够避免喷丝过程中料块糊板、断头多、CV值偏差大的缺陷，提高了原丝各项性能指标和生产运行的稳定性。运行的稳定性。运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法


[0001]本专利技术属于碳纤维加工领域，具体涉及一种碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯腈基碳纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐化学腐蚀等优点，在航天航空、风电叶片、建筑加固等领域具有广泛应用。与传统的湿法纺丝相比，干喷湿纺最大的优势在于可以实现高的收丝速度(300～500m/min)，可以极大的提升生产效率，降低生产成本。因此，采用干喷湿纺工艺制备的碳纤维已经广泛应用于上述领域。
[0003]在纺丝过程中，纺丝压力直接受纺丝原液吐出量和纺丝原液粘度影响。纺丝原液吐出量越大，粘度越高，纺丝压力越高。由于干喷湿纺喷丝速度快，且纺丝原液固含量高、粘度大，因此在干喷湿纺过程中纺丝压力偏高。
[0004]当纺丝原液经过喷丝板挤出形成原液细流时，由于流线收敛造成黏弹储能，瞬间喷丝压力很高，易激发喷丝组件爆破片的保护功能使纺丝原液发生泄漏导致喷丝板无法继续使用或使喷丝板局部受力过大发生鼓包变形。因此，在确保喷丝板面状态的前提下，应减小缓解喷丝瞬间的喷丝压力。另一方面，也应提升纺丝原液粘度的均匀性，减缓喷丝瞬间的喷丝压力的波动程度。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术提供一种碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法，能够解决现有技术中的碳纤维干喷湿纺工艺中，纺丝原液粘度均匀性不足导致喷丝压力波动过大，进而激发喷丝组件爆破片的保护功能使纺丝原液发生泄漏，喷丝板发生鼓包变形等无法继续使用的技术问题。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种碳纤维喷丝组件，包括喷丝板、供液管，所述供液管的第一端与所述喷丝板连通，所述供液管的第二端与纺丝原液过滤供给部件连通，所述供液管内具有切割结构，当纺丝原液被泵送至所述供液管内时，所述纺丝原液能够被所述切割结构切割为在所述供液管的径向方向独立的至少两部分。
[0008]在一些实施方式中，所述切割结构包括多个沿着所述供液管的轴向依次设置的切割片。
[0009]在一些实施方式中，所述切割片由长方形的金属薄板扭转预设角度形成，且所述预设角度大于0
°
。
[0010]在一些实施方式中，所述切割片的数量为6～30，和/或，所述预设角度为180
°
。
[0011]在一些实施方式中，所述切割片在所述供液管的轴向上的长度为L，所述切割片的扭转直径为D，L/D为1.0～2.0。
[0012]在一些实施方式中，相邻的两个切割片的扭转方向相反，且在所述纺丝原液的流
动方向上，处于上游的所述切割片为上游切割片，处于下游的所述切割片为下游切割片，所述上游切割片朝向所述下游切割片的刃口与所述下游切割片朝向所述上游切割片的刃口形成交叉。
[0013]在一些实施方式中，所述切割结构可拆卸地组装于所述供液管内。
[0014]在一些实施方式中，所述供液管的管壁的外圆周侧环绕设置有温度控制单元，所述温度控制单元内的温度控制介质的流向与所述供液管内的纺丝原液的流向相反。
[0015]本专利技术还提供一种干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法，采用上述的碳纤维喷丝组件执行，包括如下步骤：
[0016]喷丝步骤，启动原液泵送装置泵送纺丝原液以初始喷丝速度从所述喷丝板中喷出，并在所述初始喷丝速度稳定后分步升高喷丝速度至纺丝速度；
[0017]凝固步骤，所述纺丝原液在所述喷丝板的作用下形成纺丝原液细流，所述纺丝原液细流经过空气层进入凝固浴槽，凝固形成初生纤维；
[0018]纺丝步骤，对所述初生纤维进行水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸得到聚丙烯腈碳纤维原丝。
[0019]在一些实施方式中，所述初始喷丝速度为所述纺丝速度的0.5～0.7；和/或，分步升高喷丝速度的调整幅度为1.5～3.0m/min。
[0020]本专利技术提供的一种碳纤维喷丝组件及干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法，通过在供液管内设置切割结构，能够对流入供液管内的纺丝原液实现切割，进而能够使纺丝原液在泵送过程中交互流动，减小纺丝原液粘度的波动程度，如此能够减缓喷丝瞬间的喷丝压力波动，避免激发喷丝组件的爆破片的保护功能，防止原液泄漏、喷丝板鼓包变形现象发生，同时还能够避免喷丝过程中料块糊板、断头多、CV值偏差大的缺陷，提高了原丝各项性能指标和生产运行的稳定性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例的碳纤维喷丝组件所在的干喷湿纺制备碳纤维原丝生产系统的示意图；
[0022]图2为图1中的碳纤维喷丝组件内的切割结构的立体示意图，图中箭头示出了纺丝原液的流动方向；
[0023]图3本专利技术另一实施例的干喷湿纺制备碳纤维原丝的方法中分步升高喷丝速度至纺丝速度时的喷丝压力随时间的变化趋势图。
[0024]附图标记表示为：
[0025]1、喷丝板；12、供液管；2、切割结构；21、切割片；3、温度控制单元；4、凝固浴槽。
具体实施方式
[0026]结合参见图1至图3所示，根据本专利技术的实施例，提供一种碳纤维喷丝组件，包括喷丝板1、供液管12，供液管12的第一端与喷丝板1连通，供液管12的第二端与纺丝原液过滤供给部件(含泵送装置，图中未示出)连通，供液管12内具有切割结构2，当纺丝原液被泵送至供液管12内时，纺丝原液能够被切割结构2切割为在供液管12的径向方向独立的至少两部分。该技术方案中，通过在供液管12内设置切割结构2，能够对流入供液管12内的纺丝原液
实现切割，进而能够使纺丝原液在泵送过程中交互流动，提升纺丝原液粘度的均匀性，如此能够减缓喷丝瞬间的喷丝压力波动，避免激发喷丝组件的爆破片的保护功能，防止原液泄漏、喷丝板鼓包变形现象发生，同时还能够避免喷丝过程中料块糊板、断头多、CV值偏差大的缺陷，提高了原丝各项性能指标和生产运行的稳定性。
[0027]切割结构2具有可以采用一个较长的切割片21来实现。在一个优选的实施例中，切割结构2包括多个沿着供液管12的轴向依次设置的切割片21，通过多个切割片21来组合形成该切割结构2能够减小各个切割片21的长度，如此可以增加切割次数，提升切割效率，同时也便于切割结构2与供液管12之间的组装，在一个优选的实施例中，切割结构2可拆卸地组装于供液管12内，如此可以在纺丝完毕后将切割结构2从供液管12内卸除进行维护与清洗。能够理解的是，供液管12的管内壁应该具有相应的限位结构，以使切割结构2处于目标位置。
[0028]在一些实施方式中，切割片21由长方形的金属薄板扭转预设角度形成，且预设角度大于0
°
，通过金属薄板的扭转形成的切割片21在纺丝原液的流动方向上形成一定的偏转角度，如此有利于纺丝原液在输送过程中的交互流动，能够进一步提升纺丝原液粘度的均匀性，从而减缓喷丝瞬间的喷丝压力的波动。在一个优选地实施例中，前述的预设角度为180
°
，采用扭转180
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维喷丝组件，其特征在于，包括喷丝板(1)、供液管(12)，所述供液管(12)的第一端与所述喷丝板(1)连通，所述供液管(12)的第二端与纺丝原液过滤供给部件连通，所述供液管(12)内具有切割结构(2)，当纺丝原液被泵送至所述供液管(12)内时，所述纺丝原液能够被所述切割结构(2)切割为在所述供液管(12)的径向方向独立的至少两部分。2.根据权利要求1所述的碳纤维喷丝组件，其特征在于，所述切割结构(2)包括多个沿着所述供液管(12)的轴向依次设置的切割片(21)。3.根据权利要求2所述的碳纤维喷丝组件，其特征在于，所述切割片(21)由长方形的金属薄板扭转预设角度形成，且所述预设角度大于0
°
。4.根据权利要求3所述的碳纤维喷丝组件，其特征在于，所述切割片(21)的数量为6～30，和/或，所述预设角度为180
°
。5.根据权利要求3所述的碳纤维喷丝组件，其特征在于，所述切割片(21)在所述供液管(12)的轴向上的长度为L，所述切割片(21)的扭转直径为D，L/D为1.0～2.0。6.根据权利要求2所述的碳纤维喷丝组件，其特征在于，相邻的两个切割片(21)的扭转方向相反，且在所述纺丝原液的流动方向上，处于上游的所述切割片(21)为上游切...

【专利技术属性】
技术研发人员：马跃文，王敬华，郝俊杰，常春报，贾东森，李登华，
申请(专利权)人：山西钢科碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：