CN102011233B - 用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，包括箱体、设置在箱体两端的丝束入口窗和丝束出口窗、设置在箱体内紧邻丝束入口窗的入口汽封部件、设置在箱体内紧邻丝束出口窗的出口汽封部件以及设置在箱体内且位于入口汽封部件和出口汽封部件之间的牵伸腔室，牵伸腔室由多孔材料填充而成，箱体包括用于保持牵伸腔室内温度的主体保温层，主体保温层和牵伸腔室之间设置有蒸汽室，箱体上设置有连接蒸汽室和外部水蒸汽源的水蒸气管道。本发明解决了现有的加压水蒸汽牵伸装置不能达到原丝的高倍牵伸和均匀的纤度的技术问题，本发明可以保证纤维原丝丝束在均匀恒定的温度下牵伸，并有效的提高了原丝的高取向度、高强度。

Description

用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置

技术领域

本发明涉及碳纤维原丝纺织设备技术领域，具体涉及到一种有关纤维高倍牵伸的加压水蒸汽牵伸装置。

背景技术

碳纤维是一种多学科、多技术的高新技术产品。具有高比强度、高比模量、小比重、耐高温、耐化学腐蚀、抗辐射等主要特性、并具有良好的导热、导电、阻尼、减震、降噪等一系列的综合性性能。碳纤维的应用领域也很广泛，主要适用于航空航天、汽车工业、文体器材领域，在医用器械、新能源、土木工程建筑、高强性能机械设备、海底石油等领域，都有很好的应用前景。

碳纤维制造过程中，高质量的原丝是制造高性能碳纤维的关键，加压水蒸汽牵伸装置在原丝生产中属于关键性设备，直接影响着高性能碳纤维的生产。现有的加压水蒸汽牵伸装置虽然在纺丝过程中虽然也能起到关键性作用，但是不能达到原丝的高倍牵伸和均匀的纤度。

发明内容

为了解决现有的加压水蒸汽牵伸装置不能达到原丝的高倍牵伸和均匀的纤度的技术问题，本发明提供一种纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置。

本发明的技术解决方案：

一种用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特殊之处在于：包括箱体、设置在箱体两端的丝束入口窗和丝束出口窗、设置在箱体内紧邻丝束入口窗的入口汽封部件、设置在箱体内紧邻丝束出口窗的出口汽封部件以及设置在箱体内且位于入口汽封部件和出口汽封部件之间的牵伸腔室，所述牵伸腔室由多孔材料填充而成，所述箱体包括用于保持牵伸腔室内温度的主体保温层，所述主体保温层和牵伸腔室之间设置有蒸汽室，所述箱体上设置有连接蒸汽室和外部水蒸汽源的水蒸气管道。

上述纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置还包括使纤维原丝丝束在牵伸腔室内充分展开的分纤装置，所述分纤装置设置在牵伸腔室内且靠近入口汽封部件处。

上述分纤装置为垂直于进丝方向的分纤喷嘴，所述分纤喷嘴的出口为垂直于进丝方向的扇形喷嘴，所述分纤喷嘴与高温水蒸汽源相通。。

上述箱体包括用于保持主体保温层温度的管路保温层。

上述多孔材料材质为不锈钢、镍、钛或其金属合金；所述的多孔材料的孔径为5-30μm，厚度为2-5mm，孔隙度为30％-75％。

上述的多孔材料的截面形状为矩形、圆形、椭圆形或其它异型结构。

上述扇形分纤喷嘴为不锈钢、陶瓷或金属合金。

上述入口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿；所述出口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿。

上述管路保温层为水蒸汽保温层，其两端设置有水蒸气入口及水蒸气出口，所述水蒸气入口与高温水蒸汽源相通；所述主体保温层为水蒸汽保温层，其一端与水蒸气入口相通，其另一端与水蒸气出口相通。

上述管路保温层为电加热保温层，所述主体保温层为电加热保温层。

本发明的优点：

1、本发明在牵伸腔体内填充多孔材料，多孔材料的优越性能可以保证加压水蒸汽经过供气管路进入腔体时通过不同形状的多孔材料均匀的分布于整个纤维原丝丝束的表面，不会使纤维原丝丝束在腔体内部发生振动从而产生毛丝或断丝。多孔材料在长期的高温加压水蒸汽环境下温度达到恒定，可以保证纤维原丝丝束在均匀恒定的温度下牵伸。

2、本发明的箱体双层均采用保温层可以保证通入的加压水蒸汽的温度不会发生太大的波动，同时也可以保证整个纤维原丝丝束通道的温度恒定。

3、本发明在丝束入、出窗口出设置分纤装置，可以使纤维原丝丝束在通道中充分展开。让纤维原丝丝束在恒定的温度、干度和小的牵伸力的作用下，短距离、短时间达到高的牵伸倍率与细旦化作用，并有效的提高了原丝的高取向度、高强度，不会产生过多的毛丝与断丝，保证高质量碳纤维原丝丝束的生产制造。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明多孔材料不同的截面形状示意图；

图3为分纤装置侧视图；

其中附图标记为：1-丝束入口窗，2-丝束出口窗，3-入口汽封部件，4-出口汽封部件，5-牵伸腔室，6-箱体，7-管路保温层，8-主体保温层，9-水蒸汽管道，10-水蒸汽入口，11-水蒸汽出口，12-分纤装置，13-丝束，14-蒸汽室。

具体实施方式

如图1所示本发明的结果示意图，一种纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，包括箱体6、设置在箱体6两端的丝束入口窗1和丝束出口窗2、设置在箱体6内紧邻丝束入口窗1的入口汽封部件3、设置在箱体内紧邻丝束出口窗2的出口汽封部件4以及设置在入口汽封部件和出口汽封部件之间且位于箱体内的牵伸腔室5，牵伸腔室由多孔材料填充而成，箱体包括用于保持牵伸腔室内温度的主体保温层8以及用于保持主体保温层温度的管路保温层7，主体保温层8和牵伸腔室5之间设置有蒸汽室14，箱体6上设置有连接蒸汽室和外部水蒸汽源的水蒸气管道9。管路保温层7为电加热保温层，主体保温层8为电加热保温层。

多孔材料材质为不锈钢、镍、钛或其金属合金；的多孔材料的孔径为5-30μm，厚度为2-5mm，孔隙度为30％-75％。

纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置还包括使纤维原丝丝束在牵伸腔室内充分展开的分纤装置12，分纤装置12设置在牵伸腔室内且靠近入口汽封部件处3。分纤装置为垂直于进丝方向的分纤喷嘴，分纤喷嘴的出口为垂直于进丝方向的扇形喷嘴，分纤喷嘴与高温水蒸汽源相通。

如图2所示，多孔材料的截面形状为矩形、圆形、椭圆形或其它异型结构。扇形分纤喷嘴为不锈钢、陶瓷或金属合金。入口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿；出口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿。

管路保温层为水蒸汽保温层，其两端设置有水蒸气入口及水蒸气出口，水蒸气入口与高温水蒸汽源相通；主体保温层为水蒸汽保温层，其一端与水蒸气入口相通，其另一端与水蒸气出口相通。

入口分纤部件12为设置在丝束入口窗内壁上的扇形分纤喷嘴。扇形分纤喷嘴为不锈钢、陶瓷和其它金属合金等耐高温、耐腐蚀材料。

入口汽封部件和出口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿。

本发明结构与性能的改进，使纤维原丝丝束在恒定的温度、干度和小的牵伸力的作用下，短距离、短时间达到高的牵伸倍率与细旦化作用，并有效的提高了原丝的高取向度、高强度，不会产生过多的毛丝与断丝，保证高质量碳纤维原丝丝束的生产制造。

本发明中纤维原丝丝束经过入口汽封部件进入加压水蒸汽牵伸腔室。整个腔体外部加有保温加热元件，通过温度的控制可以保证整个腔体达到恒温状态。腔体内部由水蒸气管道通入温度为110～180℃、干度为0.90～0.99的水蒸汽，水蒸气管道在保温加热元件作用下保证了蒸汽的温度与干度，饱和蒸汽进入腔体时通过多孔材料均匀的分布于整个纤维原丝丝束的表面，保证纤维原丝丝束在腔体内部不发生上下振动，多孔材料的红外加热作用也可以保证纤维原丝丝束在均匀恒定的温度下牵伸。纤维原丝丝束进入腔体内部时由分纤装置的扇形分纤喷嘴喷出与供气内部相同温度与干度的水蒸汽，纤维原丝丝束在水蒸汽的吹扫分散下，将丝束充分展开。纤维原丝丝束在小牵伸力、温度、干度的作用下，可以短距离、短时间达到高的牵伸倍率与细旦化。最后纤维原丝丝束通过出口汽封部件出丝。在整个过程中有效的提高了原丝的高取向度、高强度，不会产生过多的毛丝与断丝，保证高质量碳纤维原丝丝束的生产制造。

下面参照示意图对本发明的实施例进行说明：

本发明主要适用于碳纤维原丝纺织设备技术领域。主要作用是降低过多的毛丝与断丝的产生，提高碳纤维原丝的高取向度、高强度。提高碳纤维原丝的成品率。

本发明其组成结构主要如图1所示。

本发明中多孔材料采用不锈钢、镍、钛及其它金属合金等耐高温、耐腐蚀材料。由于多孔材料具有耐高温、耐腐蚀、抗热震，良好的透过性和导热性等优越性能。保证加压水蒸汽经过供气管路进入腔体时通过多孔材料均匀的分布于整个纤维原丝丝束的表面，不会使纤维原丝丝束在腔体内部不发生上下浮动从而产生毛丝或断丝。多孔材料在长期的高温加压水蒸汽环境下温度达到恒定，可以保证纤维原丝丝束在均匀恒定的温度下牵伸。

本发明中保温加热元件包括主体保温层和供气管道保温层等。主体保温加热元件可以采用加热丝加热或采用高温水蒸汽夹套加热，保证主体温度(110～180℃)达到恒定。供气管路保温加热元件可以采用加热丝加热或采用高温水蒸汽夹套加热，保证供气管路内部提供的水蒸汽温度(110～180℃)与干度(0.90～0.99)达到恒定，保证整个主体温度(110～180℃)达到恒定。

本发明中分纤装置是通过安装于纤维原丝丝束通道内部的扇形分纤喷嘴(可采用不锈钢、陶瓷及其它金属合金等耐高温、耐腐蚀材料)，喷出的加压水蒸汽将丝束充分展开。

本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：包括箱体、设置在箱体两端的丝束入口窗和丝束出口窗、设置在箱体内紧邻丝束入口窗的入口汽封部件、设置在箱体内紧邻丝束出口窗的出口汽封部件以及设置在箱体内且位于入口汽封部件和出口汽封部件之间的牵伸腔室，所述牵伸腔室由多孔材料填充而成，所述箱体包括用于保持牵伸腔室内温度的主体保温层，所述主体保温层和牵伸腔室之间设置有蒸汽室，所述箱体上设置有连接蒸汽室和外部水蒸汽源的水蒸气管道；

用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置还包括使纤维原丝丝束在牵伸腔室内充分展开的分纤装置，所述分纤装置设置在牵伸腔室内且靠近入口汽封部件处。

2.根据权利要求1所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述分纤装置为垂直于进丝方向的分纤喷嘴，所述分纤喷嘴的出口为垂直于进丝方向的扇形喷嘴，所述分纤喷嘴与高温水蒸汽源相通。

3.根据权利要求1或2所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述箱体包括用于保持主体保温层温度的管路保温层。

4.根据权利要求3所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述多孔材料材质为镍、钛、镍合金或钛合金；所述的多孔材料的孔径为5-30μm，厚度为2-5mm，孔隙度为30％-75％。

5.根据权利要求4所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述的多孔材料的截面形状为矩形、圆形、椭圆形或其它异型结构。

6.根据权利要求5所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述分纤喷嘴为陶瓷或金属合金。

7.根据权利要求6所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述入口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿；所述出口汽封部件为设置在箱体内壁上的迷宫密封齿。

8.根据权利要求7所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述管路保温层为水蒸汽保温层，其两端设置有水蒸气入口及水蒸气出口，所述水蒸气入口与高温水蒸汽源相通；所述主体保温层为水蒸汽保温层，其一端与水蒸气入口相通，其另一端与水蒸气出口相通。

9.根据权利要求8所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述管路保温层为电加热保温层，所述主体保温层为电加热保温层。

10.根据权利要求3所述的用于纤维牵伸的加压水蒸汽牵伸装置，其特征在于：所述多孔材料材质为不锈钢；所述的多孔材料的孔径为5-30μm，厚度为2-5mm，孔隙度为30％-75％。