CN112779614A - 一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及原丝制备，尤其涉及一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置及其制备方法。其有效解决了沥青树脂在高温状态接触与空气接触造成树脂氧化变性现象。包括由上至下依次设置的物料罐、位于纺丝甬道内的纺丝模头组件、纺丝甬道、收丝网带；所述物料罐内设置有桨叶式搅拌器；所述纺丝模头组件具有封闭式纺丝腔。还包括用于固定物料罐和/或纺丝模头组件的机架；所述物料罐罐顶设置有罐内压力自动控制均压阀及添料口，物料罐罐底设置有出料口；所述物料罐为圆形物料罐，所述添料口为封闭式添料口。

Description

一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及原丝制备，尤其涉及一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置及其制备方法。
背景技术
纺丝机，是一种使成纤聚合物溶液或熔体形成丝状物的机器。现有离心纺丝机的纺丝模头多为敞口式，多用于高温无氧化无机材料及耐热氧化树脂或热氧化缓慢的有机树脂纺丝，碳纤维可纺沥青树脂用普通离心机纺丝在高温热融状态下氧化变性速度非常快，致使纺丝板堵塞，无法正常出丝。纺出的纤维丝径也非常不均匀，严重影响碳纤维质量。
而且，现有离心纺丝机由于没有倒流设施在纺丝中纤维丝之间互相缠绕，造成纺丝成网均匀性不好，直接影响下一道工序，产品质量非常不稳定。
再者，熔喷纺丝机由于纺丝中拉丝方式是用气流牵伸，在高软化点的高粘度碳纤维可纺沥青树脂纺丝中会出现丝径不均匀及偏粗现象，另外高粘度沥青树脂在该纺丝方式中物料流动不均匀加腔体及纺丝板堵塞速度很快，也无法保障质量及产量。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用新型沥青基碳纤维原丝制备装置，包括由上至下依次设置的物料罐、位于纺丝甬道内的纺丝模头组件、纺丝甬道、收丝网带；其特征在于，所述物料罐内设置有桨叶式搅拌器；所述纺丝模头组件具有封闭式纺丝腔。
进一步地，还包括用于固定物料罐和/或纺丝模头组件的机架。
进一步地，所述物料罐罐顶设置有罐内压力自动控制均压阀及添料口，物料罐罐底设置有出料口；所述物料罐为圆形物料罐，所述添料口为封闭式添料口。
进一步地，所述物料罐内设置有加热器，罐体内壁设置有保温装置。
进一步地，所述纺丝甬道包括上圆下方型导流道，所述收丝网带包括负压腔、传动辊及输送网带。
进一步地，所述纺丝模头组件包括由多个扇形流道单元构成的圆柱体，多个扇形流道单元共用一底部，且多个扇形流道单元两两间形成流道纺丝腔；圆柱体外设置有多片式纺丝板，圆柱体上方设置有模头封闭端板；封闭端板、多片式纺丝板与底板共同形成封闭式纺丝腔。
更进一步地，所述多片式纺丝板包括多块圆弧型瓦片状纺丝板，每块纺丝板均采用网格状多孔；所述模头封闭端板分别与多块弧型瓦片状纺丝板顶部相连，多块弧型瓦片状纺丝板均与圆柱体外壁通过紧固件可拆卸式相连。
具体地，所述紧固件包括螺钉或螺栓。
更进一步地，所述纺丝模头组件上方设置有纺丝风叶。
更进一步地，所述圆柱体中心、多个扇形流道单元顶部共同围成熔体通道，所述模头封闭端板上开设有开孔，所述模头封闭端板与一管轴的第一端相连，且管轴第一端与所述开孔相连通，所述管轴的第二端与物料罐的出料管相连通；使得，出料管、管轴、熔体通道三者相连通。
更进一步地，所述物料罐的出料口经出料管与纺丝模头的所述管轴（模头入口管）通过机械密封相连；所述管轴中部通过轴承安装于机架上，该管轴与带轮传动机构相连；该带轮传动机构包括主动轮、从动轮及与两者相连的带轮，所述主动轮由电机驱动，所述从动轮安装于管轴外壁。
沥青基碳纤维原丝制备方法，包括以下步骤：
固态颗粒沥青树脂通过间歇方式分段加入加热物料罐进行热熔融，再通过罐内桨叶搅拌器均匀搅拌，并通过罐顶均压阀使物料以稳压状态通过出料管进入离心纺丝头；熔融树脂通过旋转纺丝模头离心力在纺丝模头内封闭式纺丝腔、流道纺丝腔进行均匀分配；纺丝树脂通过多块圆弧型瓦片状多孔纺丝板借助旋转离心力均匀出丝；原丝通过模头导流风叶产生的气流带入上圆下方的纺丝甬道，在通过甬道将丝均匀分配在负压收丝运动网带上。
与现有技术相比本发明有益效果。
本发明基于沥青基碳纤维纺丝树脂的特性，基于常规离心纺丝设备纺该沥青树脂极容易造成沥青纺丝树脂变性，从而导致纺丝板孔堵塞无法正常出丝，为了解决上述问题将离心纺丝机的离心纺丝腔体改为封闭式。其有效解决了沥青树脂在高温状态接触与空气接触造成树脂氧化变性现象，纺丝板堵塞问题迎刃而解，纺丝效率也比其他纺丝提高了将近5倍。
本发明离心封闭式纺丝更适合纺高软化点高粘度物料，如高含量中间相沥青树脂，其他高粘度复合树脂纺丝，为高导热中间相沥青基碳纤维生产开辟一种新方法。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明整体侧剖结构示意图。
图3是本发明纺丝模头结构示意图。
图4是图3 A处放大示意图。
图中，1.均压阀 、2.搅拌器、3.添料口、4.物料罐、5.管轴、6.纺丝动力7.纺丝模头8.纺丝甬道、9.收丝网带、10.机架、11.电机、12.皮带、13.主动轮、14.纺丝风叶、15.扇形流道纺丝腔、16.纺丝板、17.封闭端板、18.机械密封。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明沥青基碳纤维原丝制备装置由物料罐、离心纺丝组件、机架、纺丝甬道、收丝网带、动力六大部分组成；适用于各向同性沥青树脂、各向异性沥青树脂。
一、物料罐：罐顶部装有罐内压力自动控制的均压阀1、罐内装有桨叶式搅拌器2、罐顶部有封闭式添料口3，罐底部有出料口与模头入口管通过机械密封18连接、物料罐5为圆形、罐体装有加热器及保温装置。
二、纺丝模头组件：模头上部有空心管轴5，空心管轴5与物料管成一体式，纺丝风叶14、扇形流道单元15、封闭式纺丝腔、圆形瓦片式纺丝板16、密封端板17。
三、纺丝动力：电机11、皮带12、皮带轮（主动轮13、从动轮）。
四、纺丝甬道：上圆下方型导流道8。
五、收丝网带9：有负压腔、传动棍及输送网带组成。
六、机架10：由方管连接机架。
具体实施方式一、通过方管(机架10)将设备组件连接固定成整体；物料罐4上部有可封闭式可开启加料口，下部有液态物料出料管，罐体有保温及伴热装置。物料管内部有桨叶式搅拌器2，罐内固态颗粒沥青树脂通过罐体加热进行熔融，再通过罐内桨叶搅拌器2使其物料更加均匀。再通过罐顶部装有罐内压力自动控制均压阀1使物料以稳压状态通过出料管进入离心纺丝模头7，该设计使物料熔融温度和粘度均匀，模头供料更加均衡。
具体实施方式二、物料罐底部出料口与模头入口管通过机械密封18连接，采用弹簧压力对接式，静动密封采用高强石墨密封环解决了动态管与静态管连接问题。
具体实施方式三、圆柱形纺丝模头7内部有封闭式多个流道纺丝腔15，纺丝腔密封采用模头密封端板17，该设计防止物料接触空气造成氧化变性，扇形流道设计使树脂物料分配更加均匀。流道纺丝腔外装有多块圆弧型瓦片状多孔纺丝板16，使拆装更加方便，网格式多孔排列纺丝能力更大。纺丝模头7上部有空心管轴5与物料管道为一体式结构，使动力轴与物料管线融为一体的简捷设计便于下部出丝成网。
具体实施方式四、在圆柱形纺丝模头上方装有圆盘叶轮式纺丝风叶14，将纺出的纤维进行导流，通过风叶旋转产生的气流经过纺丝甬道8将纤维丝分配得更加均匀，也解决了模头旋转出丝缠绕现象，使纤维丝到收丝网带9铺网更加均匀。纺丝模头7旋转动力由可变频调速异步电机11、皮带轮（主动轮13、从动轮）、传动皮带12组成，将模头旋转速度可自动调节，使丝径和长度及出丝量更加可控。
固态颗粒沥青树脂通过间歇方式分段加入加热物料罐进行热熔融，再通过罐内桨叶搅拌器均匀搅拌，在通过管顶部装有灌内压力自动控制均压阀使物料以稳压状态通过出料管进入离心纺丝头；熔融树脂通过旋转模头离心力在纺丝模头内封闭式多道式扇形腔体进行均匀分配，纺丝树脂通过模头外壁装有多块圆弧型瓦片状多孔纺丝板借助旋转离心力均匀出丝；原丝通过模头导流风叶产生的气流带入上圆下方的纺丝甬道，在通过甬道将丝均匀分配在负压收丝运动网带上。
本发明有益效果还包括：
1.物料罐：罐内桨叶搅拌器使其物料更加均匀，在通过罐顶部装有罐内压力自动控制均压阀使物料以稳压状态通过出料管进入离心纺丝头，使物料熔融温度和粘度均匀，模头供料更加均衡。
2.纺丝模头流道：内部有封闭式多道式扇形分配腔，封闭设计防止物料接触空气造成氧化变性，扇形流道设计使树脂物料分配更加均匀。
3.纺丝板：多片可拆式纺丝板使装配拆卸更加方便，网格式多孔排列纺丝能力更大。
4.物料管道及动力轴：动力管式管轴与物料管道设计成一体式结构，使动力轴与物料管线融为一体的简捷设计便于下部出丝成网。
5.纺丝导流：纺丝模头上部装有圆盘叶轮式纺丝倒流风叶，通过风叶旋转产生的气流通过甬道将纺丝分配得更加均匀，也解决了模头旋转出丝缠绕现象。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于，包括由上至下依次设置的物料罐、位于纺丝甬道内的纺丝模头组件、纺丝甬道、收丝网带；其特征在于，所述物料罐内设置有桨叶式搅拌器；所述纺丝模头组件具有封闭式纺丝腔；
还包括用于固定物料罐和/或纺丝模头组件的机架；
所述物料罐罐顶设置有罐内压力自动控制均压阀及添料口，物料罐罐底设置有出料口；所述物料罐为圆形物料罐，所述添料口为封闭式添料口。
2.根据权利要求1所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述物料罐内设置有加热器，罐体内壁设置有保温装置。
3.根据权利要求1所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述纺丝甬道包括上圆下方型导流道，所述收丝网带包括负压腔、传动辊及输送网带。
4.根据权利要求1所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述纺丝模头组件包括由多个扇形流道单元构成的圆柱体，多个扇形流道单元共用一底部，且多个扇形流道单元两两间形成流道纺丝腔；圆柱体外设置有多片式纺丝板，圆柱体上方设置有模头封闭端板；封闭端板、多片式纺丝板与底板共同形成封闭式纺丝腔。
5.根据权利要求4所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述多片式纺丝板包括多块圆弧型瓦片状纺丝板，每块纺丝板均采用网格状多孔；所述模头封闭端板分别与多块弧型瓦片状纺丝板顶部相连，多块弧型瓦片状纺丝板均与圆柱体外壁通过紧固件可拆卸式相连。
6.根据权利要求5所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述紧固件包括螺钉或螺栓。
7.根据权利要求4所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述纺丝模头组件上方设置有纺丝风叶。
8.根据权利要求4所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述圆柱体中心、多个扇形流道单元顶部共同围成熔体通道，所述模头封闭端板上开设有开孔，所述模头封闭端板与一管轴的第一端相连，且管轴第一端与所述开孔相连通，所述管轴的第二端与物料罐的出料管相连通；使得，出料管、管轴、熔体通道三者相连通。
9.根据权利要求8所述的一种新型沥青基碳纤维原丝制备装置，其特征在于：所述物料罐的出料口经出料管与纺丝模头的所述管轴通过机械密封相连；所述管轴中部通过轴承安装于机架上，该管轴与带轮传动机构相连；该带轮传动机构包括主动轮、从动轮及与两者相连的带轮，所述主动轮由电机驱动，所述从动轮安装于管轴外壁。
10.沥青基碳纤维原丝制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
固态颗粒沥青树脂通过间歇方式分段加入加热物料罐进行热熔融，再通过罐内桨叶搅拌器均匀搅拌，并通过罐顶均压阀使物料以稳压状态通过出料管进入离心纺丝头；
熔融树脂通过旋转纺丝模头离心力在纺丝模头内封闭式纺丝腔、流道纺丝腔进行均匀分配；
纺丝树脂通过多块圆弧型瓦片状多孔纺丝板借助旋转离心力均匀出丝；原丝通过模头导流风叶产生的气流带入上圆下方的纺丝甬道，在通过甬道将丝均匀分配在负压收丝运动网带上。
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