CN110820055A - 一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学纤维制造行业喷丝板清洗技术领域，公开了一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：将现场拆解的喷丝板冷却后，刮去喷丝板表面的中间相沥青，喷丝板置于惰气氛围下高温处理；喷丝板冷却后，刮去表面的中间相沥青，喷丝板经热盐浴处理；喷丝板冷却并去除表面熔盐，喷丝板超声处理，再用压缩空气吹扫表面；喷丝板烘干后检测。本发明中的处理步骤绝非是简单的罗列加和，而是根据实际问题提出的有效解决方案，且清理效率远高于现有的清理方法，并且不会对喷丝板造成变形等不利影响。经测试可得本清理方法的合格率可达100％。

Description

一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法

技术领域

本发明属于化学纤维制造行业喷丝板清洗技术领域，特别涉及一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法。

背景技术

高性能中间相沥青基碳纤维，具有高导热、高模量、高强度等特点，是由美国、日本垄断的关键性材料，其在核工业、军事国防、航空航天等领域发挥着巨大的作用。中间相沥青基碳纤维是由中间相沥青在高温下经过熔融纺丝、预氧化、碳化、石墨化等一系列工艺制备而来的，其中熔融纺丝是纤维成型的关键步骤。中间相沥青基碳纤维熔融纺丝的喷丝板的厚度一般在10mm左右，又因其孔径较小(0.1mm-0.3mm之间)，长径比(2-4)较高；中间相沥青熔融纺丝要求喷丝板有很高的洁净度，否则极易产生断丝及丝的稳定性变异。

中间相沥青一般是由煤沥青、石油沥青以及纯芳烃化合物等高温聚合而成，是一种高温沥青。中间相沥青含碳量高，目前还没有任何一种溶剂对其能够全部溶解，所以靠传统溶剂浸泡清洗其喷丝板的方法行不通。目前化纤行业常用真空清洗炉对纺丝板进行清洗，此方法是在高温 (超过600℃)及真空下(通入少量空气)使聚合物分解，从而达到清洗的目的。对中间相沥青而言分解温度较高，且残炭(无氧情况下)超过60％，残炭与喷丝板之间有非常强的附着力，传统的超声清洗对其作用甚微。在有氧气氛时，超过600℃时中间相沥青氧化过程很漫长，且高温下金属易变形和氧化，对喷丝板损伤很大。为保证喷丝板的使用寿命以及熔融纺丝的稳定，一种高效且稳定的清洗方法是非常必要的。

发明内容

为了解决中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清理，且不会损伤喷丝板的技术问题，本申请提供一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法。

本发明的目的在于提供：一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的喷丝板冷却至室温后，刮去喷丝板表面的中间相沥青；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板置于惰气氛围下高温处理；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却至室温后，刮去表面的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热盐浴处理；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板超声处理，再用压缩空气吹扫至表面无水珠。

作为优选地，还包括步骤S7，将经步骤S6处理后的喷丝板烘干后检测；经步骤S7检测不合格时，喷丝板再次经步骤S4至S7处理。其中，喷丝板合格以镜检仪器检测为准，孔合格率在99.9％以上为合格。

作为优选地，喷丝板再次经步骤S4至S7处理时，步骤S4的处理时间为原步骤时长的1-3倍。

作为优选地，步骤S2的具体处理步骤为：将喷丝板架空平放于高温炉内，惰气氛围下处理30min-2h；所述高温炉内温度高于纺丝温度10℃ -20℃，且高温炉内温度不高于400℃。中间相沥青纺丝温度下，中间相沥青已经具有一定的流动性，但还不足以让其在重力下非常顺畅的脱离喷丝板。但高温炉温度不宜超过400℃，400℃以上沥青自身反应加快，粘度升高。喷丝板孔内会冒出很多沥青，这些沥青用机械方法除去后，会大大降低后面的清洗时间。

作为优选地，所述惰气为氮气。中间相沥青在有氧情况下，极易被氧化成不融状态。

作为优选地，步骤S4所述热盐浴处理中的盐为硝酸钾、亚硝酸钾、硝酸钠与亚硝酸钠中的至少一种；所述热盐浴处理温度为390℃-400℃，处理时间为1h-3h；所述热盐浴处理所在容器内设有用于热盐循环流动的搅拌装置。温度过高会导致沥青的碳化，使其粘在喷丝板上，加大清洗难度。搅拌让熔盐保持一定的流动，会加快熔盐与沥青的置换，使清洗时间大大缩短。

作为优选地，步骤S5使用热蒸馏水去除喷丝板表面熔盐；所述热蒸馏水的温度为80℃-100℃。

作为优选地，步骤S6所述超声处理使用的超声介质为蒸馏水，处理温度为60℃-80℃，处理时间为1h-2h。

作为优选地，步骤S6所述压缩空气吹扫为喷丝板的两面反复吹扫至表面无明显水珠。

作为优选地，步骤S7所述烘干的烘干温度为100℃-150℃，烘干时间为1-2h。

作为优选地，架空平放的所述喷丝板为导流口向下放置。

通过本发明提供的一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，能够带来以下至少一种有益效果：

1、因国际技术封锁原因，我国对中间相沥青制备高性能碳纤维还没有完全的产业化，其中纺丝工艺是及其关键的一步。中间相沥青是一种特殊的材料，软化点较高，纺丝温度较高，中间相沥青会在喷丝孔出口处逐渐积累结焦，使喷丝孔堵塞，从而影响纺丝。如何清洗喷丝板是非常关键的。中间相沥青在高温无氧条件下，会裂解碳化，生成沥青焦，附着在喷丝孔内壁。中间相沥青分子量较大，在有氧情况下，在600℃以上需要长时间煅烧，才能裂解完全(在测中间相沥青灰分时，氧气充足情况下，750℃高温也要灼烧几个小时)。熔融喷丝板孔径一般在0.3mm以下，且长径比较大，氧气很难扩散到喷丝孔内部，这就更加加长了焚烧时间。同时，在600℃以上时，有氧气氛下，对喷丝板氧化很严重，大大降低喷丝板使用寿命。如何在低温下，有效清洗喷丝板就显得格外重要。

2、对于中间相沥青熔融喷丝板，通过单一的清洗方法很难有效完成清理，而是需要各个环节相互配合，不能割裂的看各个分单元。

1)、在进盐浴炉之前，要尽可能的除去喷丝板上面的沥青。因为刚拆卸下来的喷丝板，上面有大量沥青附着，需要尽可能清理干净。常温下，中间相沥青很硬，喷丝孔内部沥青是很难靠机械手段进行预处理的。所以，将其平放(喷丝板导流口朝下)在惰性炉内加热，当温度升到纺丝温度以上，沥青的流动性很好，喷丝孔内部大部分的沥青会膨胀挤出，喷丝孔内部很多的沥青会冒出来，受重力场作用，会脱离喷丝板，在重力和热胀冷缩双重作用下，滴落在喷丝板下方空间。等其冷却之后，再用机械方法去除。这个过程温度很重要，温度太低，沥青流动性差，挤出来比较困难，温度较高，沥青会迅速结焦，加大清洗难度。400℃以上沥青自身反应加快，粘度升高，因而选择比纺丝温度高10-50℃，刚好能在熔融的情况下不至于沥青分解过快。

2)、经过预处理后的喷丝板，表面沥青已经处理比较干净，只剩余了孔内部少量沥青。将喷丝板放到带有搅拌的盐浴炉内，使喷丝板完全浸泡在盐浴里。盐浴就要高渗透性，在搅拌系统的作用下，熔盐能快速浸入到喷丝孔内部，对孔内沥青进行置换。同时盐浴对碳材料有氧化作用，将孔内的沥青氧化成二氧化碳和水，加快清洗过程。

从盐浴拿出来的喷丝板，其孔内完全被熔盐填充，因为盐溶于水，通过水浴超声波进行清洗，能完全将盐清洗干净。空气吹扫缩短了烘干时间。本申请的清洗方法，清洗温度低、效率高，在达到洁净度的同时可以延长喷丝板的寿命。

3、喷丝板架空平放在高温炉内，出丝孔方向向上，导流孔方向向下。高温炉温度一般选择比纺丝温度高10℃-50℃。中间相沥青纺丝温度下，中间相沥青已经具有一定的流动性，但还不足以让其在重力下非常顺畅的脱离喷丝板。但高温炉温度不宜超过400℃，400℃以上沥青自身反应加快，粘度升高。经试验证明，390℃-400℃的温度区间最好，低于390℃时，熔盐对沥青的置换效果不好；高于400℃时，对喷丝板有损伤，本发明是低温清洗沥青纺丝喷丝板。

本发明中的处理步骤绝非是简单的罗列加和，而是根据实际问题提出的有效解决方案，且清理效率远高于现有的清理方法，并不会对喷丝板造成变形等不利影响。单次经过步骤S1-S7时(不再次经步骤S4-S7处理的喷丝板测试)，本发明清理方法清洗后的喷丝板测其合格率就普遍可达100％。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面说明本发明的具体实施方式。

实施例1

一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块200孔喷丝板(孔径0.3mm，长径比4)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内。炉内通氮气，渐渐升温至390℃，维持1.5h；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热硝酸钾盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在400℃，并开启搅拌装置，持续搅拌2h；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板取出，用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板，80℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S7、将经步骤S6处理后的喷丝板放入120℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为100％。

实施例2

一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.28mm，长径比2)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为255℃，纺丝温度为320℃；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内。炉内通氮气，渐渐升温至360℃，维持2h；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热亚硝酸钠盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在390℃，并开启搅拌装置，持续搅拌1.5h；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板取出，用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板，80℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S7、将经步骤S6处理后的喷丝板放入120℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为100％。

实施例3

一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.28mm，长径比2)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内；炉内通氮气，渐渐升温至380℃，维持1h；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热硝酸钾与亚硝酸钠混合盐盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在390℃，并开启搅拌装置，持续搅拌 3h；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板取出，用98℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板，60℃下超声处理清洗2h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S7、将经步骤S6处理后的喷丝板放入100℃烘箱，烘2h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为100％。

实施例4

一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.1mm，长径比2)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内。炉内通氮气，渐渐升温至370℃，维持30min；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热硝酸钾与亚硝酸钠混合盐盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在390℃，并开启搅拌装置，持续搅拌 1h；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板取出，用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板，60℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S7、将经步骤S6处理后的喷丝板放入100℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为100％。

对比例1

中间相沥青熔融纺丝喷丝板的清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.1mm，长径比2)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S3、将喷丝板经热硝酸钾与亚硝酸钠混合盐盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在390℃，并开启搅拌装置，持续搅拌1h；

S4、将喷丝板取出，用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S5、将喷丝板60℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S6、将喷丝板放入100℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为83％；

重复步骤S3-S6，步骤S3增加反应时长，条件变为经390℃盐浴处理2h；经步骤S3-S6处理后取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为90％，但是导流口中仍有较多的残留。

对比例2

中间相沥青熔融纺丝喷丝板的清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.1mm，长径比2)冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将处理后的喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内；炉内通氮气，渐渐升温至370℃，维持 30min；

S3、将处理后的喷丝板冷却至室温后，铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青；

S4、将喷丝板用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却；

S5、将喷丝板60℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S6、将喷丝板放入100℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为0％；

S7、重复步骤S4-S6处理后，取出冷却，后用镜检仪器检测，合格率为0％，喷丝板的外表面任有较多的中间相沥青残留。

对比例3

中间相沥青熔融纺丝喷丝板的清洗方法，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的一块500孔喷丝板(孔径0.1mm，长径比2)冷却至室温；中间相沥青软化点为280℃，纺丝温度为360℃；

S2、将喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下(粗口)，放在高温炉内；炉内通氮气，渐渐升温至370℃，维持30min；

S3、将处理后的喷丝板冷却至室温；

S4、将喷丝板经热硝酸钾与亚硝酸钠混合盐盐浴处理，盐浴炉内，盐浴温度控制在390℃，并开启搅拌装置，持续搅拌1h；

S5、将喷丝板用80℃的蒸馏水冲刷喷丝板对其冷却并去除表面熔盐；

S6、将喷丝板60℃下超声处理清洗1h，将喷丝板取出并固定好，用纯净空气吹扫30min；

S7、将喷丝板放入100℃烘箱，烘1h；取出冷却后，用镜检仪器检测，合格率为85％；

重复步骤S4-S7，除步骤S4的时常延迟至2h外，步骤S5-S7的处理相同，用镜检仪器检测，合格率为95％，喷丝板的外表面有较多的中间相沥青残留。

对比例1(在重复步骤S3-S6之前)与实施例4的区别的在于，实施例4中经历了喷丝板平放在自制的喷丝板支撑架上，导流口方向向下 (粗口)，高温炉内氮气保护下使得导流口中的沥青在热胀冷缩与重力作用下低落，喷丝板内部沥青减少，缩短了清洗时间。就算再次经历步骤 S3-S6其合格率仍只有90％。

对比例2(在重复步骤S4-S7之前)与实施例4的区别点在于，实施例4中的喷丝板经热硝酸钾与亚硝酸钠混合盐盐浴处理，而对比例2中没有。经盐浴处理后，盐浴炉内高温搅拌下反应；盐浴高渗透性，在搅拌系统的作用下，熔盐快速浸入到喷丝孔内部，对孔内沥青进行置换。同时盐浴对碳材料有氧化作用，将孔内的沥青氧化成二氧化碳和水，加快清洗过程。热熔盐的盐浴处理步骤是必须步骤，如果省去这个步骤，合格率为0。因为喷丝孔内部的沥青，无法全部洗干净，再怎么重复步骤S4-S7也不会对合格率有较多的改善。

对比例3(在重复步骤S4-S7之前)与实施例4的区别点在于，实施例4的步骤S1和S3中均有用铜刀轻轻刮去喷丝板表面上粘连的中间相沥青，因物理作用的去除大部分的中间相沥青，大大缩短了清洗时间，相同处理条件下增加了本实施例的合格率。就算是重复了S4-S7，仍只有95％的合格率。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将现场拆解的喷丝板冷却后，刮去喷丝板表面的中间相沥青；

S2、将经步骤S1处理后的喷丝板置于惰气氛围下高温处理；

S3、将经步骤S2处理后的喷丝板冷却后，刮去表面的中间相沥青；

S4、将经步骤S3处理后的喷丝板经热盐浴处理；

S5、将经步骤S4处理后的喷丝板冷却并去除表面熔盐；

S6、将经步骤S5处理后的喷丝板超声处理，再用压缩空气吹扫表面。

2.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在于：还包括步骤S7，将经步骤S6处理后的喷丝板烘干后检测；当检测不合格时，喷丝板再次经步骤S4至S7处理。

3.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在于，步骤S2的具体处理步骤为：将喷丝板架空平放于高温炉内，惰气氛围下处理30min-2h；所述高温炉内温度高于纺丝温度10℃-50℃。

4.根据权利要求3所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在于：步骤S2所述高温炉内温度不高于400℃；所述惰气为氮气。

5.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在于：步骤S4所述热盐浴处理中的盐为硝酸钾、亚硝酸钾、硝酸钠与亚硝酸钠中的至少一种；所述热盐浴处理温度为390℃-400℃，处理时间为1h-3h；所述热盐浴处理所在容器内设有用于热盐循环流动的搅拌装置。

6.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在：步骤S5使用热蒸馏水去除喷丝板表面熔盐；所述热蒸馏水的温度为80℃-100℃。

7.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在：步骤S6所述超声处理使用的超声介质为蒸馏水，处理温度为60℃-80℃，处理时间为1h-2h。

8.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在：步骤S6所述压缩空气吹扫为喷丝板的两面反复吹扫至表面无水珠。

9.根据权利要求1所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在：步骤S7所述烘干的烘干温度为100℃-150℃，烘干时间为1h-2h。

10.根据权利要求3所述的中间相沥青熔融纺丝喷丝板的高效清洗方法，其特征在：架空平放的所述喷丝板为导流口向下放置。