CN100593596C - 聚丙烯腈纤维蒸汽牵伸的装置和装置的密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纤维蒸汽牵伸用的蒸汽压密封装置，特别涉及用于生产高性能碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽压密封装置，和实现蒸汽压密封装置的密封方法。在水蒸汽牵伸室的两端采用与水蒸汽牵伸室同压力的高温气体密封室相连，由于高温气体密封室的水蒸汽压力和温度与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力和温度相同，有效减少了水蒸汽牵伸室与外界面的温度、压力的巨大差别，可以有效减少温度的降低及水蒸汽的渗透和凝结，从而有效保持水蒸汽牵伸室内的温度和压力。
Description
所属领域
本发明涉及纤维蒸汽牵伸用的蒸汽压密封装置，特别涉及用于生产高性能碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽压密封装置，和实现蒸汽压密封装置的密封方法。
背景技术
碳纤维做为一种高性能特种纤维，被应用于卫星、运载火箭、战术导弹、飞机上使用，既可大幅度减轻结构重量，又可提高技术性能，目前已成为航空航天飞行器不可缺少的材料。但要制备高性能的碳纤维必须生产出性能优异的聚丙烯腈原丝。
生产聚丙烯腈原丝的一个关键工艺就是蒸汽牵伸过程。在聚丙烯腈原丝成纤的全过程中大约有3次牵伸。第一次是纺丝液由喷孔喷出后，在干燥段进行牵伸：第二次是经过串联式热水浴中进行多段热水牵伸；第三次是在干燥致密化后加压水蒸汽牵伸机内实现在水蒸汽下的高倍牵伸。其中第三次牵伸，环境介质是饱和或过热水蒸汽，介质和温度均匀，在水分子的作用下，使缠结的大分子链解缠，舒展，实现了均匀的可塑性牵伸，得到的原丝无毛丝、表面光泽好的高强度、高取向度高性能原丝。实验证明如果蒸汽压保持在6kg/cm2以上进行高倍牵伸，聚丙烯腈原丝取向度可达93％以上，这将对碳纤维性能的提高起极大的作用。目前我国常用的迷宫式密封装置和实现密封的方法，由于存在的蒸汽微量泄漏，蒸汽压仅能达到3～4kg/cm2，因此如何有效提高蒸汽密封装置的蒸汽压方面，技术人员进行了很多研究。如专利号为02247164.2的实用新型专利采用在蒸汽室外再加一个蒸汽加压室来保证蒸汽压。这样虽然在一定程度上减少了蒸汽室之间的凹槽表面的蒸汽腔上的压力降，但是由于其只是增加了一个蒸汽室，依然存在蒸汽室外常温、常压与室内高温高压的温差和压差，所以蒸汽泄漏和温度的降低是难以避免的，因此很难得到稳定的蒸汽压，也就无法保证聚丙烯腈原丝蒸汽牵伸所需要的温度和压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有稳定水蒸汽压力和温度的生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽密封装置。
本发明的再一目的是提供用于生产高性能碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维的牵伸用蒸汽密封装置。
本发明的还一目的是提供实现目的一和目的二的蒸汽密封装置的密封方法。
本发明利用现有的水蒸汽牵伸室，并增加相应部件；采用与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽同压力的高温气体密封水蒸汽的方法来提供对聚丙烯腈原丝牵伸所需要的稳定的水蒸汽压力和温度，保证其水蒸汽可达到牵伸所需的压力和温度。
本发明的生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽密封装置包括水蒸汽牵伸室，蒸汽导入区，蒸汽导出区，高温气体密封室，加热层，保温层，温度检测和控制元件，压力检测和控制装置，蒸汽通道，缓冲隔板，多级缓冲隔板气体密封室；
一带有温度检测和控制元件和压力检测和控制装置的水蒸汽牵伸室，在水蒸汽牵伸室的外面是带有加热装置的加热层，在加热层的外面包裹有保温层；
在水蒸汽牵伸室的两端分别安装有管道，其中在水蒸汽牵伸室一端的管道中安装有至少三块缓冲隔板，其中水蒸汽牵伸室的聚丙烯腈纤维进口与其相邻的第一块缓冲隔板之间的管道空间为蒸汽导入区，在该管道处安装有蒸汽进入的蒸汽通道；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室，在该管道处安装有温度检测和控制元件和压力检测和控制装置，并在该管道处开有高温、高压气体导入口；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室；以此类推，在第三块缓冲隔板之后的缓冲隔板与缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室(为保证水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力恒定，可在管道中进一步安装第四块缓冲隔板、第五块缓冲隔板......，以形成多级缓冲隔板气体密封室)；
在水蒸汽牵伸室的另一端的管道中安装有至少三块缓冲隔板，其中水蒸汽牵伸室的聚丙烯腈纤维出口与其相邻的第一块缓冲隔板之间的管道空间为蒸汽导出区，在该管道处安装有蒸汽导出的蒸汽通道；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室，在该管道处安装有温度检测和控制元件和压力检测和控制装置，并在该管道处开有高温、高压气体导入口；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室；以此类推，在第三块缓冲隔板之后的缓冲隔板与缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室(为保证饱和水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力恒定，可在管道中进一步安装第四块缓冲隔板、第五块缓冲隔板......，以形成多级缓冲隔板气体密封室)；
所述的缓冲隔板上开有聚丙烯腈纤维通道，它可以显著的减少气体的外泄。
所述的水蒸汽牵伸室两端的蒸汽通道之间有一将两蒸汽通道相连通的管路，形成一个蒸汽内循环系统。
在开始生产高性能碳纤维原丝时，为方便聚丙烯腈纤维的安装方便，所述的安装在水蒸汽牵伸室两端的管道能够活动掀开，以便聚丙烯腈纤维能够从缓冲隔板的聚丙烯腈纤维通道及水蒸汽牵伸室中穿过。
所述的在第三块缓冲隔板之后安装的缓冲隔板，其缓冲隔板与缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室。
本发明的生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽压密封装置的密封方法，是在生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维时，分别通过水蒸汽牵伸室两端的高温气体密封室中的温度检测和控制元件，以及压力检测和控制装置，将水蒸汽牵伸室两端的高温气体密封室，以及蒸汽导入区和蒸汽导出区中的水蒸汽压力和温度控制在与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力和温度相同，并通过缓冲隔板密封，以达到高温气体密封水蒸汽牵伸室，并保证了水蒸汽牵伸室的密封效果。
本发明所述的水蒸汽可以是饱和水蒸汽或过热水蒸汽。
聚丙烯腈纤维原丝先进入多级缓冲隔板气体密封室，然后进入高温气体密封室，通过蒸汽导入区后进入水蒸汽牵伸室，并在水蒸汽牵伸室内进行牵伸，然后通过蒸汽导出区、高温气体密封室和多级缓冲隔板气体密封室完成牵伸，收卷。
所述的牵伸是通过纤维走速不同进行的，也可通过控制牵伸张力达到等张力牵伸。
在水蒸汽牵伸室的两端采用与水蒸汽同压力的高温气体密封室相连，由于高温气体密封室的水蒸汽压力和温度与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力和温度相同，有效减少了水蒸汽牵伸室与外界面的温度、压力的巨大差别，可以有效减少温度的降低及水蒸汽的渗透和凝结，从而有效保持水蒸汽牵伸室内的温度和压力。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明的密封方法采用在水蒸汽牵伸室的两端与水蒸汽牵伸室同高温气体密封室，有效的减少了水蒸汽牵伸室内外的温度与压力的梯度，保证了水蒸汽牵伸室的压力稳定。
2.聚丙烯腈原丝束由多级缓冲隔板气体密封室进入水蒸汽牵伸室，其温度和压力是逐步升高，在水蒸汽牵伸室达到稳定，并进行牵伸。并且高温气体密封室和水蒸汽牵伸室的温度和压力差可以根据需要条节。
3.由于密封效果好，高温气体密封室内的蒸汽压可在1～7Kg/cm2范围内调节。
附图说明
图1。本发明装置的结构示意图。
附图标记
1.水蒸汽牵伸室 2.蒸汽导入区 3.蒸汽导出区
4、5.高温气体密封室 6.加热层 7.保温层
8、11、21.温度检测和控制元件 9、10、12.压力检测和控制装置
13、14.高温、高压气体导入口 15、16.蒸汽通道
17.缓冲隔板 19、20.多级缓冲隔板气体密封室
18.聚丙烯腈纤维通道
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行进一步的说明。
请参见图1。生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽压密封装置包括水蒸汽牵伸室1，蒸汽导入区2，蒸汽导出区3，高温气体密封室4、5，加热层6，保温层7，温度检测和控制元件8、11、21，压力检测和控制装置9、10、12，蒸汽通道15、16，带有聚丙烯腈纤维通道18的缓冲隔板17，多级缓冲隔板气体密封室19、20；
一带有温度检测和控制元件8和压力检测和控制装置9的水蒸汽牵伸室1，在水蒸汽牵伸室1的外面是带有加热装置的加热层6，在加热层6的外面包裹有保温层7；
在水蒸汽牵伸室1的两端分别安装有管道，其中在水蒸汽牵伸室1一端的管道中安装有5块缓冲隔板17，其中水蒸汽牵伸室1的聚丙烯腈纤维进口与其相邻的第一块缓冲隔板17之间的管道空间为蒸汽导入区2，在该管道处安装有蒸汽进入的蒸汽通道15；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室4，在该管道处安装有温度检测和控制元件11和压力检测和控制装置12，并在该管道处开有高温、高压气体导入口13；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室19；以此类推，第三块缓冲隔板与第四块缓冲隔板之间，第四块缓冲隔板与第五块缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室；以保证水蒸汽牵伸室1中的水蒸汽压力恒定；
在水蒸汽牵伸室1的另一端的管道中安装有5块缓冲隔板17，其中水蒸汽牵伸室1的聚丙烯腈纤维出口与其相邻的第一块缓冲隔板17之间的管道空间为蒸汽导出区3，在该管道处安装有蒸汽导出的蒸汽通道16；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室5，在该管道处安装有温度检测和控制元件21和压力检测和控制装置10，并在该管道处开有高温、高压气体导入口14；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室20；以此类推，第三块缓冲隔板与第四块缓冲隔板之间，第四块缓冲隔板与第五块缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室；以保证水蒸汽牵伸室1中的水蒸汽压力恒定；
所述的安装在水蒸汽牵伸室1两端的管道能够活动掀开，以便聚丙烯腈纤维能够从缓冲隔板的聚丙烯腈纤维通道18及水蒸汽牵伸室1中穿过。
所述的水蒸汽牵伸室1两端的蒸汽通道15和蒸汽通道16之间有一将两蒸汽通道相连通的管路，形成一个蒸汽内循环系统。
在生产高性能碳纤维原丝时，分别通过水蒸汽牵伸室1两端的高温、高压气体导入口13和高温、高压气体导入口14，将高温、高压气体导入高温气体密封室4和高温气体密封室5中，并通过其各自的温度检测和控制元件，以及压力检测和控制装置，将水蒸汽牵伸室1两端的高温气体密封室，以及蒸汽导入区和蒸汽导出区中的水蒸汽压力和温度控制在与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力和温度相同，并通过缓冲隔板密封，以达到高温气体密封水蒸汽牵伸室，并保证了水蒸汽牵伸室的密封效果。
通过纤维走速不同，或通过控制牵伸张力达到等张力牵伸，对聚丙烯腈纤维进行牵伸。
Claims (6)
1.一种生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维牵伸用蒸汽压密封装置，该装置包括水蒸汽牵伸室，蒸汽导入区，蒸汽导出区，高温气体密封室，加热层，保温层，温度检测和控制元件，压力检测和控制装置，蒸汽通道，缓冲隔板，多级缓冲隔板气体密封室；其特征是：
所述水蒸汽牵伸室带有所述温度检测和控制元件和压力检测和控制装置，在水蒸汽牵伸室的外面是带有加热装置的加热层，在加热层的外面包裹有保温层；
在水蒸汽牵伸室的两端分别安装有管道，其中在水蒸汽牵伸室一端的管道中安装有至少三块缓冲隔板，其中水蒸汽牵伸室的聚丙烯腈纤维进口与其相邻的第一块缓冲隔板之间的管道空间为蒸汽导入区，在该管道处安装有蒸汽进入的蒸汽通道；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室，在该管道处安装有温度检测和控制元件和压力检测和控制装置，并在该管道处开有高温、高压气体导入口；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室；
在水蒸汽牵伸室的另一端的管道中安装有至少三块缓冲隔板，其中水蒸汽牵伸室的聚丙烯腈纤维出口与其相邻的第一块缓冲隔板之间的管道空间为蒸汽导出区，在该管道处安装有蒸汽导出的蒸汽通道；第一块缓冲隔板与第二块缓冲隔板之间的管道空间为高温气体密封室，在该管道处安装有温度检测和控制元件和压力检测和控制装置，并在该管道处开有高温、高压气体导入口；第二块缓冲隔板与第三块缓冲隔板之间的管道空间为多级缓冲隔板气体密封室；
所述的缓冲隔板上开有聚丙烯腈纤维通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的安装在水蒸汽牵伸室两端的管道能够活动掀开。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的在第三块缓冲隔板之后安装的缓冲隔板，其缓冲隔板与缓冲隔板之间的管道空间均为多级缓冲隔板气体密封室。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是：所述的水蒸汽牵伸室两端的蒸汽通道之间有一将两蒸汽通道相连通的管路，形成一个蒸汽内循环系统。
5.一种根据权利要求1～4任一项所述的装置的密封方法，其特征是：在生产碳纤维原丝的聚丙烯腈纤维时，分别通过水蒸汽牵伸室两端的高温气体密封室中的温度检测和控制元件，以及压力检测和控制装置，将水蒸汽牵伸室两端的高温气体密封室，以及蒸汽导入区和蒸汽导出区中的水蒸汽压力和温度控制在与水蒸汽牵伸室中的水蒸汽压力和温度相同，并通过缓冲隔板密封，以达到高温气体密封水蒸汽牵伸室。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：所述的水蒸汽是饱和水蒸汽或过热水蒸汽。
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