CN111962166A - 制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，使到达组件之前的熔融聚合物已经在过滤器内部多个混合流道中反复混合、杂质及凝胶的在过滤网和金属砂中多次过滤、保证了到达纺丝组件入口时的熔融聚合物是组分混合均匀，采用对称布置结构，具有两个相同的过滤流道道。由四个高温电磁球阀控制流道闭合状态，当一个过滤通道内部杂质过多，发生堵塞时，通过阀门控制，将熔融聚合物流道切换至另一个过滤通道，使生产继续进行，不受过滤堵塞影响。

Description

制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器

技术领域

本发明属于中间相沥青基碳纤维制备领域，具体涉及一种制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器。

背景技术

沥青基碳纤维是一种以石油沥青或煤沥青为原料，经沥青的精制、纺丝、预氧化、碳化或石墨化而制得的含碳量大于92％的特种纤维。是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230～430Gpa亦高于钢。其具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料，另在交通、机械、体育娱乐、休闲用品、医疗卫生和土木建筑方面也有广泛应用，这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。

在制备沥青基碳纤维过程中需要先对熔融聚合物原料进行过滤，进而送至纺丝组件成型，目前在中间相沥青基碳纤维纺丝中，对原料的过滤处理功能设置在纺丝组件中，通过在纺丝组件中增加混合多孔板与过滤网、金属砂等实现对熔融聚合物的混合过滤。中间相沥青在高温下会持续发生化学变化产生非中间相凝胶类杂质，这类凝胶类杂质不在融化，成颗粒状混合在中间相沥青熔体中，现有的纺丝生产是通过纺丝组件中的过滤网、金属砂吸附、过滤凝胶类杂质，提高最终纺丝成型碳纤维的中间相含量，保证碳纤维的品质。但是随着纺丝生产进行，过滤网、金属砂中会吸附凝胶类杂质，正常中间相沥青熔体的流动通道会被逐渐堵塞，纺丝组件的压力会逐渐上升，直至流动通道完全堵塞，纺丝生产被迫停止，只能重新更换新的纺丝组件再开始生产。此缺陷严重影响了碳纤维在长度方向的性能稳定性，碳纤维的可纺性，以及生产效率及原料利用率。不利于提高碳纤维品质及工程化大规模生产，因此急需一种新的设备来弥补这方面的缺陷，实现中间相沥青基碳纤维高品质大规模的工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，以克服现有中间相沥青基碳纤维纺丝技术的缺陷，本发明结构合理简单，容易加工成型，整体装配紧凑，所需功能齐全，使进入纺丝组件前的熔融聚合物的理化性质均匀，提高了碳纤维的性能，同时延长了碳纤维纺丝时纺丝组件的工作时间，提高了单次纺丝产能，还可在工作状态下的更换，实现了不间断纺丝，提高了工作效率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，包括进口三通管路，进口三通管路的两个出口端分别布置有第一高温电磁球阀和第三高温电磁球阀，第一高温电磁球阀的出口端依次连接有第一流道反向转换管路、第一流道直角转换管路和第一混合过滤管路，第一混合过滤管路内部从上至下依次安装有第一圆形混合多孔板、第一圆形过滤网、第二圆形混合多孔板、第二圆形过滤网、第一金属砂填充管、第三圆形过滤网、第三圆形混合多孔板、第四圆形过滤网、第四圆形混合多孔板，第一金属砂填充管内填充有金属砂；第一混合过滤管路的出口依次连接有第二流道直角转换管路、第二流道反向转换管路和第二高温电磁球阀，第二高温电磁球阀的出口端连接至出口三通管路的一个入口端；

第三高温电磁球阀的出口端依次连接有第三流道反向转换管路、第三流道直角转换管路和第二混合过滤管路，第二混合过滤管路内部从上至下依次安装有第五圆形混合多孔板、第五圆形过滤网、第六圆形混合多孔板、第六圆形过滤网、第二金属砂填充管、第七圆形过滤网、第七圆形混合多孔板、第八圆形过滤网、第八圆形混合多孔板，第二金属砂填充管内也填充有金属砂；第二混合过滤管路的出口依次连接有第四流道直角转换管路、第四流道反向转换管路和第四高温电磁球阀，第四高温电磁球阀的出口端连接至出口三通管路的另一入口端。

进一步地，进口三通管路是一进两出的三通流道管路，两个出口管路左右对称布置，进口管路垂直于出口管路轴线并位于两个出口管路的对称轴上，进口三通管路的整体外形是长方体结构，进口三通管路的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与前端熔料设备连接；进口三通管路的左右出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接。

进一步地，第一高温电磁球阀、第二高温电磁球阀、第三高温电磁球阀、第四高温电磁球阀的阀体外形均是长方体结构，所述第一高温电磁球阀、第二高温电磁球阀、第三高温电磁球阀、第四高温电磁球阀能够在高温下电动控制开启、闭合。

进一步地，第一流道反向转换管路、第二流道反向转换管路、第三流道反向转换管路、第四流道反向转换管路是进出口方向相反的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在进出口流道端面有圆形安装定位凸台。

进一步地，第一流道直角转换管路、第二流道直角转换管路、第三流道直角转换管路、第四流道直角转换管路是进出口方向垂直的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在一侧流道端面有与圆形安装定位凸台配合圆形安装定位凹台，另一侧流道的形状为内凹圆锥形结构。

进一步地，所述第一混合过滤管路和第二混合过滤管路外形是长方体结构，内部是圆形孔流道结构。

进一步地，第一圆形混合多孔板、第二圆形混合多孔板、第三圆形混合多孔板、第四圆形混合多孔板、第五圆形混合多孔板、第六圆形混合多孔板、第七圆形混合多孔板和第八圆形混合多孔板是圆柱体结构，沿轴向方向，在多个同心圆圆周上以圆形阵列均布有若干圆孔形流道，圆柱体结构外径与第一混合过滤管路、第二混合过滤管路的内部圆形孔流道内径相等。

进一步地，第一金属砂填充管和第二金属砂填充管是圆管结构，圆管外径与第一混合过滤管路、第二混合过滤管路的内部圆形孔流道内径相等。

进一步地，第一圆形过滤网、第二圆形过滤网、第三圆形过滤、第四圆形过滤网、第五圆形过滤网、第六圆形过滤网、第七圆形过滤网和第八圆形过滤网是圆形结构，其外径与第一混合过滤管路、第二混合过滤管路的内部圆形孔流道内径相等。

进一步地，出口三通管路是两进一出的三通流道管路，两个进口管路左右对称布置，出口管路垂直于进口管路轴线并位于两个进口管路的对称轴上，出口三通管路的整体外形是长方体结构，出口三通管路左右两边的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接；出口三通管路的出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与后端设备连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1、结构合理简单，容易加工成型，整体装配紧凑，所需功能齐全。

本发明制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器(以下简称过滤器)，空间尺寸小，结构布局合理，结构简单，易于加工成型。每个结构单元之间配合可靠，便于安装拆卸，过滤器整体采用对接拼装结构。

功能段采用片层组合结构，将混合、均压、过滤、去除凝胶等功能集成在一起，可根据实际工艺需要增加或删减其功能模块，使其使用工艺范围更灵活多变。

2、使进入纺丝组件前的熔融聚合物的理化性质均匀，提高了碳纤维的性能。

本发明过滤器使到达组件之前的熔融聚合物已经在过滤器内部多个混合流道中反复混合、杂质及凝胶的在过滤网和金属砂中多次过滤、保证了到达纺丝组件入口时的熔融聚合物是组分混合均匀，杂质凝胶过滤干净的，从而使纺出的纤维品质提高，纤维性能的一致性和纺丝过程的稳定性得到改善。

3、延长了碳纤维纺丝时纺丝组件的工作时间，提高了单次纺丝产能。

本发明过滤器将纺丝组件实现的混合、过滤、均压功能转移到自身，由于纺丝组件及纺丝箱的结构限制，纺丝组件内部过滤模块性能不能大幅度提高，但是在过滤器中，可以根据实际需要，增加过滤层数、改变过滤型式，使其过滤杂质的能力提高，过滤网堵塞发生的时间延缓。相比只用纺丝组件实现混合、过滤功能而言，过滤器是整条纺丝线的单次的纺丝时间延长，提高了单次纺丝产能。

4、过滤器可在工作状态下的更换，实现了不间断纺丝，提高了工作效率。

本发明过滤器采用对称布置结构，具有两个相同的过滤流道。由四个高温电磁球阀控制流道闭合状态，当一个过滤通道内部杂质过多，发生堵塞时，通过阀门控制，将熔融聚合物流道切换至另一个过滤通道，使生产继续进行，不受过滤堵塞影响。且过滤器采用对接拼装结构，可将已堵塞的过滤器在生产线运行的状态下拆卸清理，在同时换上新的过滤器备用。如此反复，即可实现不间断的纺丝生产，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器结构图。

其中，1、进口三通管路；21、第一高温电磁球阀；22、第二高温电磁球阀；23、第三高温电磁球阀；24、第四高温电磁球阀；31、第一流道反向转换管路；32、第二流道反向转换管路；33、第三流道反向转换管路；34、第四流道反向转换管路；41、第一流道直角转换管路；42、第二流道直角转换管路；43、第三流道直角转换管路；44、第四流道直角转换管路；51、第一圆形混合多孔板；52、第二圆形混合多孔板；53、第三圆形混合多孔板；54、第四圆形混合多孔板；55、第五圆形混合多孔板；56、第六圆形混合多孔板；57、第七圆形混合多孔板；58、第八圆形混合多孔板；61、第一金属砂填充管；62、第二金属砂填充管；71、第一混合过滤管路；72、第二混合过滤管路；81、第一圆形过滤网；82、第二圆形过滤网；83、第三圆形过滤网；84、第四圆形过滤网；85、第五圆形过滤网；86、第六圆形过滤网；87、第七圆形过滤网；88、第八圆形过滤网；9、出口三通管路；Ⅰ、金属砂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，包括进口三通管路1，进口三通管路1的后面布置有第一高温电磁球阀21、第三高温电磁球阀23，第一高温电磁球阀21的后面依次布置有第一流道反向转换管路31，第一流道直角转换管路41，第一混合过滤管路71，在第一混合过滤管路71内部依次安装有第一圆形混合多孔板51、第一圆形过滤网81、第二圆形混合多孔板52、第二圆形过滤网82、第一金属砂填充管61、第三圆形过滤网83、第三圆形混合多孔板53、第四圆形过滤网84、第四圆形混合多孔板54，在第一金属砂填充管61内填充有金属砂Ⅰ。在第一混合过滤管路71的后面依次布置有第二流道直角转换管路42，第二流道反向转换管路32，第二高温电磁球阀22，最后与出口三通管路9对接。

在第三高温电磁球阀23的后面依次布置有第三流道反向转换管路33，第三流道直角转换管路43，第二混合过滤管路72，在第二混合过滤管路72内部依次安装有第五圆形混合多孔板55、第五圆形过滤网85、第六圆形混合多孔板56、第六圆形过滤网86、第二金属砂填充管62、第七圆形过滤网87、第七圆形混合多孔板57、第八圆形过滤网88、第八圆形混合多孔板58，在第二金属砂填充管62内也填充有金属砂Ⅰ。在第二混合过滤管路72的后面依次布置有第四流道直角转换管路44，第四流道反向转换管路34，第四高温电磁球阀24，最后与出口三通管路9对接。

进口三通管路1是一进两出的三通流道管路，两个出口管路左右对称布置，进口管路垂直于出口管路轴线并位于两个出口管路的对称线上。进口三通管路1的整体外形是长方体结构，进口三通管路1的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与前端熔料设备连接。进口三通管路1的左右出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接。，第一高温电磁球阀21、第二高温电磁球阀22、第三高温电磁球阀23、第四高温电磁球阀24阀体外形是长方体结构，其能够在高温下可电动控制开启、闭合。第一流道反向转换管路31、第二流道反向转换管路32、第三流道反向转换管路33、第四流道反向转换管路34是进出口方向相反的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在进出口流道端面有圆形安装定位凸台。第一流道直角转换管路41、第二流道直角转换管路42、第三流道直角转换管路43、第四流道直角转换管路44是进出口方向垂直的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在一侧流道端面有圆形安装定位凹台，另一侧流道端面有圆形安装定位凸台，此侧流道口形状为内凹圆锥结构。第一混合过滤管路71和第二混合过滤管路72外形是长方体结构，内部是圆形孔流道结构。第一圆形混合多孔板51、第二圆形混合多孔板52、第三圆形混合多孔板53、第四圆形混合多孔板54、第五圆形混合多孔板55、第六圆形混合多孔板56、第七圆形混合多孔板57和第八圆形混合多孔板58是圆柱体结构，沿轴向方向，在多个同心圆圆周上以圆形阵列均布有若干圆孔形流道圆柱体结构外径与第一混合过滤管路71、第二混合过滤管路72的内部圆形孔流道内径相等。第一金属砂填充管61和第二金属砂填充管62是圆管结构，圆管外径与第一混合过滤管路71、第二混合过滤管路72的内部圆形孔流道内径相等。第一圆形过滤网81、第二圆形过滤网82、第三圆形过滤83、第四圆形过滤网84、第五圆形过滤网85、第六圆形过滤网86、第七圆形过滤网87和第八圆形过滤网88是圆形结构，其外径与第一混合过滤管路71、第二混合过滤管路72的内部圆形孔流道内径相同。出口三通管路9是两进一出的三通流道管路，两个进口管路左右对称布置，出口管路垂直于进口管路轴线并位于两个进口管路的对称线上。出口三通管路9的整体外形是长方体结构，出口三通管路9左右两边的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接。出口三通管路9的出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与后端设备连接。

下面结合附图对本发明实施过程做详细描述：

参见图1，本发明在使用时，熔融聚合物原料从进口三通管路1的进口进入，第一高温电磁球阀21打开，第二高温电磁球阀22打开，第三高温电磁球阀23关闭，第四高温电磁球阀24关闭。熔融聚合物原料经第一高温电磁球阀21、第一流道反向转换管路31、第一流道直角转换管路41到达第一混合过滤管路71，然后依次通过第一混合过滤管路71中设置的第一圆形混合多孔板51、第一圆形过滤网81、第二圆形混合多孔板52、第二圆形过滤网82、第一金属砂填充管61(其中设置金属砂Ⅰ)、第三圆形过滤网83、第三圆形混合多孔板53、第四圆形过滤网84、第四圆形混合多孔板54进行过滤，然后再依次经过第二流道直角转换管路42、第二流道反向转换管路32、第二高温电磁球阀22流至出口三通管路9，进而进入纺丝组件进行纺丝。

也可以关闭第一高温电磁球阀21和第二高温电磁球阀22，打开第三高温电磁球阀23和第四高温电磁球阀24，从图1所示的右侧通道进行过滤。也可以同时打开第一高温电磁球阀21、第二高温电磁球阀22、第三高温电磁球阀23、第四高温电磁球阀24，提高过滤效率。当一侧过滤通道内部杂质过多，发生堵塞时，还可以通过阀门控制，将熔融聚合物流道切换至另一侧过滤通道，使生产继续进行，不受过滤堵塞影响。然后将堵塞的过滤通道拆除更换新的过滤通道，等另一侧过滤通道堵塞后，再切换回这侧过滤通道继续进行生产，如此反复操作，实现中间相沥青基碳纤维纺丝的连续不间断生产。

Claims (10)

1.制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，包括进口三通管路(1)，进口三通管路(1)的两个出口端分别布置有第一高温电磁球阀(21)和第三高温电磁球阀(23)，第一高温电磁球阀(21)的出口端依次连接有第一流道反向转换管路(31)、第一流道直角转换管路(41)和第一混合过滤管路(71)，第一混合过滤管路(71)内部从上至下依次安装有第一圆形混合多孔板(51)、第一圆形过滤网(81)、第二圆形混合多孔板(52)、第二圆形过滤网(82)、第一金属砂填充管(61)、第三圆形过滤网(83)、第三圆形混合多孔板(53)、第四圆形过滤网(84)、第四圆形混合多孔板(54)，第一金属砂填充管(61)内填充有金属砂(Ⅰ)；第一混合过滤管路(71)的出口依次连接有第二流道直角转换管路(42)、第二流道反向转换管路(32)和第二高温电磁球阀(22)，第二高温电磁球阀(22)的出口端连接至出口三通管路(9)的一个入口端；

第三高温电磁球阀(23)的出口端依次连接有第三流道反向转换管路(33)、第三流道直角转换管路(43)和第二混合过滤管路(72)，第二混合过滤管路(72)内部从上至下依次安装有第五圆形混合多孔板(55)、第五圆形过滤网(85)、第六圆形混合多孔板(56)、第六圆形过滤网(86)、第二金属砂填充管(62)、第七圆形过滤网(87)、第七圆形混合多孔板(57)、第八圆形过滤网(88)、第八圆形混合多孔板(58)，第二金属砂填充管(62)内也填充有金属砂(Ⅰ)；第二混合过滤管路(72)的出口依次连接有第四流道直角转换管路(44)、第四流道反向转换管路(34)和第四高温电磁球阀(24)，第四高温电磁球阀(24)的出口端连接至出口三通管路(9)的另一入口端。

2.根据权利要求1所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，进口三通管路(1)是一进两出的三通流道管路，两个出口管路左右对称布置，进口管路垂直于出口管路轴线并位于两个出口管路的对称轴上，进口三通管路(1)的整体外形是长方体结构，进口三通管路(1)的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与前端熔料设备连接；进口三通管路(1)的左右出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接。

3.根据权利要求1所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一高温电磁球阀(21)、第二高温电磁球阀(22)、第三高温电磁球阀(23)、第四高温电磁球阀(24)的阀体外形均是长方体结构，所述第一高温电磁球阀(21)、第二高温电磁球阀(22)、第三高温电磁球阀(23)、第四高温电磁球阀(24)能够在高温下电动控制开启、闭合。

4.根据权利要求1所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一流道反向转换管路(31)、第二流道反向转换管路(32)、第三流道反向转换管路(33)、第四流道反向转换管路(34)是进出口方向相反的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在进出口流道端面有圆形安装定位凸台。

5.根据权利要求4所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一流道直角转换管路(41)、第二流道直角转换管路(42)、第三流道直角转换管路(43)、第四流道直角转换管路(44)是进出口方向垂直的一进一出流道管路，其整体外形是矩形六面体结构，在一侧流道端面有与圆形安装定位凸台配合圆形安装定位凹台，另一侧流道的形状为内凹圆锥形结构。

6.根据权利要求1所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，所述第一混合过滤管路(71)和第二混合过滤管路(72)外形是长方体结构，内部是圆形孔流道结构。

7.根据权利要求6所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一圆形混合多孔板(51)、第二圆形混合多孔板(52)、第三圆形混合多孔板(53)、第四圆形混合多孔板(54)、第五圆形混合多孔板(55)、第六圆形混合多孔板(56)、第七圆形混合多孔板(57)和第八圆形混合多孔板(58)是圆柱体结构，沿轴向方向，在多个同心圆圆周上以圆形阵列均布有若干圆孔形流道，圆柱体结构外径与第一混合过滤管路(71)、第二混合过滤管路(72)的内部圆形孔流道内径相等。

8.根据权利要求6所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一金属砂填充管(61)和第二金属砂填充管(62)是圆管结构，圆管外径与第一混合过滤管路(71)、第二混合过滤管路(72)的内部圆形孔流道内径相等。

9.根据权利要求6所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，第一圆形过滤网(81)、第二圆形过滤网(82)、第三圆形过滤(83)、第四圆形过滤网(84)、第五圆形过滤网(85)、第六圆形过滤网(86)、第七圆形过滤网(87)和第八圆形过滤网(88)是圆形结构，其外径与第一混合过滤管路(71)、第二混合过滤管路(72)的内部圆形孔流道内径相等。

10.根据权利要求1所述的制备中间相沥青基碳纤维的双通道热态切换混合过滤器，其特征在于，出口三通管路(9)是两进一出的三通流道管路，两个进口管路左右对称布置，出口管路垂直于进口管路轴线并位于两个进口管路的对称轴上，出口三通管路(9)的整体外形是长方体结构，出口三通管路(9)左右两边的进口端面加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺柱与高温电磁球阀连接；出口三通管路(9)的出口端面也加工有圆周均布的螺纹孔，通过螺栓与后端设备连接。

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