聚丙烯腈基碳纤维前躯体的干燥致密化设备制作方法

刘强, 汪晓峰, 沈立萍

2002年7月17日

2001年11月20日

2001年11月20日

上海市合成纤维研究所

D01D10/06GK2500692SQ0125478

聚丙烯腈 碳纤维 致密 躯体 干燥

1.聚丙烯腈基碳纤维前躯体的干燥致密化设备，由箱体、干燥罗拉、蒸汽热交换器等组成，其特征在于设有一对丝束的导向罗拉13，所述导向罗拉13位于箱体6内6只干燥罗拉2的下方，蒸汽热交换器4的上方2.如权利要求1所述的干燥致密化设备，其特征在于箱体6底部、顶端分别设有进、出风口一个，同时设有连接所述进、出风口的风管12、风机11、控制风量的阀门10，形成一个循环鼓风风道系统；蒸汽管5分成两路，其中一路连接蒸汽热交换器4，另一路则与箱体6底部进风口前的一段风管12相通3.如权利要求1或2所述的干燥致密化设备，其特征在于所述的一对导向罗拉13是回转时角度可变化的偏心轴结构的不锈钢滚筒4.如权利要求2所述的干燥致密化设备，其特征在于所述风机11为罗茨风机，阀门10为蝶阀5.如权利要求2所述的干燥致密化设备，其特征在于所述另一路蒸汽管接有针形阀9和转子流量计8

本实用新型涉及化学纤维制造业中，制备聚丙烯腈基碳纤维前躯体的干燥致密化设备所制得的碳纤维具有高强、高模、防热防腐、耐磨、导电等性能，可广泛用于航天、航空、能源、交通、化工、建筑及体育器材、医疗器械等领域②背景技术聚丙烯腈基碳纤维前躯体的制备过程中，干燥致密化是相当重要的中间工序之一，它是碳纤维前躯体湿法纺丝纤维刚形成经初拉伸之后，即将进行第二次拉伸、热定型、预氧化、碳化等后工序之前的中间工序此时碳纤维前躯体丝束内部存在大量被拉细的微孔和一定数量的裂缝，以及高达100％～200％含水量上述情况严重影响后工序的加工效果，因而必须对聚丙烯腈基碳纤维前躯体做干燥致密化处理，处理时随着水分蒸发，其纤维内部的空洞逐渐缩小而趋于消失纤维由原来的失透转向透明；与此同时纤维的轴向和横向均发生大幅的收缩，使纤维结构变得均匀和密实，纤维的光泽和结晶度都有所增加，最终使碳纤维成品的强度、模量等有较大提高干燥致密化过程不是一个简单的蒸发水分过程，影响其效果的因素主要有丝束加热器(干燥罗拉表面)的温度、干燥致密化工作空间(箱体内剩余空间)的温度和相对湿度、致密化处理时间(丝束在箱体内停留时间)因此，用作干燥致密化的设备必须由满足上述工艺条件的若干部件所构成原有干燥致密化设备主要包括丝束行程部分(即箱体)和箱体内温湿度调控部分所组成箱体是有保温层的长方形壳体，在箱体左右两侧面上各有一个供丝束进出的孔道，即右侧上端的孔道为进丝口，在左侧下端的孔道为出丝口在箱体内设有6只干燥罗拉，它们以一定的中心距以两排三列方式固定在箱体后侧面上，其干燥罗拉由内芯与外壳两部分组成，内芯部分是由6根固定在箱体后侧面上、功率1kW的电热棒组成，外壳是套在内芯外面的不锈钢辊筒6只干燥罗拉外壳是由同一电动机传动的，当外壳转动时其内芯并不转动干燥罗拉外壳的温度由内芯电热棒提供丝束从箱体右侧进丝口进入，根据致密化处理时间不同要求选择不同走丝行程，可在4～6只干燥罗拉表面单程缠绕经过，通过干燥罗拉表面热量蒸发纤维中水分，再从箱体左侧出丝口出来进入后工序——二次拉伸箱内温湿度调控部分是由翅片式蒸汽热交换器、蒸汽阀及存水盆组成热交换器设于箱体的底部，蒸汽通过蒸汽阀进入热交换器的内管，蒸汽热量从内管经翅片式散热片传递于箱体内空间，用以调控箱体内温度；在散热片的上方，置有两只存水盆，水盆中盛有水，工作时，靠热交换器表面散热而蒸发水分，调控箱体内相对湿度从上述结构可看出该设备是利用箱体底部的散热片单向散热和蒸发水分而达到控制其箱体温湿度的，因此必然导致箱体上下各部分温湿度不一致；其丝束行程受6只干燥罗拉固定位置的限制，丝束只能选择经过4～6只罗拉单程缠绕行进，因而在箱体内停留时间选择范围仅20～40秒，不能满足工艺的要求；存水盆的水是由人工加入的，箱体剩余空间较小，带来操作不便，稍不小心会发生烫伤事故③发明内容本实用新型要解决的问题是设计一种适应性更强、工艺稳定、操作简便的聚丙烯腈基碳纤维前躯体的干燥设备为解决上述问题采用以下设计结构方案(1)在箱体内上方的干燥罗拉与下方的蒸汽热交换器之间增设一对导向罗拉，它与6只干燥罗拉组合后，可使丝束在箱体内走2～5次循环在每一次循环行程中丝束可选择在4～6只干燥罗拉的长度方向上不同部位缠绕经过，走丝行程越长则丝束停留时间也越长，使丝束在箱体内干燥致密化处理时间可调范围越大，能达20～360秒上述导向罗拉是偏心轴结构的不锈钢辊筒，因而回转时不断改变角度，用以在丝束多程循环行进时控制丝束的间距，避免丝束绕行时重叠(2)在箱体底部、顶端各开有进、出风口一个，同时设有连接所述进、出风口的风管、风机、控制风量的阀门，风机为罗茨风机，阀门为蝶阀，并作如下连接风机进风口→风机出风口→箱体内→箱体顶端出风口→风管→再回转至风机进风口而形成一个循环鼓风风道系统同时将蒸汽管分成两路，其中一路连接蒸汽热交换器，以提高箱体内温度，而另一路则与箱体底部进风口前的风管接通，并设有针形阀、转子流量计控制蒸汽流量，使规定量的蒸汽连续不断进入上述鼓风循环风道内，这种强制反复循环系统可使整个箱体内各处温湿度保持恒定与均匀本实用新型结构简单、可靠，对工艺条件(例箱体内温湿度等)的控制均匀、恒定，可调范围增大，相对湿度可调范围10％～80％，处理时间可调范围为20～360秒，该设备操作方便，劳动强度低，能满足不同用途的聚丙烯腈基碳纤维前躯体对干燥致密化不同加工条件的要求④

本实用新型涉及化学纤维制造工业中,制备聚丙烯腈基碳纤维前躯体的干燥致密化设备。其特征设有一对回转角度变化的偏心轴结构的不锈钢辊筒,即导向罗拉。它们与干燥罗拉相组合后,丝束的行程从单程转向多程,且在多程走丝时控制丝束的间距,使处理时间范围扩大为20～360秒;同时设有一个鼓风循环风道系统,该系统由箱体外的风机、蝶阀、风管等机构,并通过箱体顶端出风口、箱体底部的进风口与箱体相连。另将蒸汽分两路通行,一路进入蒸汽阀蒸汽热交换器,靠其散热片提高箱体内温度;另一路通过针形阀、流量计进入进风口前的一段风管上,参与箱内循环以保证箱体内部温湿度的一致。该设备简单、操作方便,能满足碳纤维前躯体的干燥致密化的不同工艺要求。