CN113279072A - 碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，涉及一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产技术领域。本发明针对传统的多台式纺丝凝固成型系统中平面式相向排列的布局方式存在的各种缺陷问题，设计了碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，改进了设备的排布方式，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资，在满足生产规模化，低成本的同时，减少了导辊对纤维的摩擦，提高了凝固成型区间恒温恒湿效果，实现了原丝纤维成型一致，保证碳纤维产品质量均一性。

Description

碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统

技术领域

本发明涉及一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产技术领域，特别是涉及一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统。

背景技术

现有湿法纺丝生产线中的凝固成型系统，一般为单台式成型系统(即一台纺丝机、一个凝固浴槽及循环系统组成)，或者为多台式成型系统(即多台纺丝机、多个凝固浴槽及相应的循环系统组成)。单台式纺丝凝固成型系统一般用于生产规模较小的原丝生产线，多台式纺丝凝固成型系统一般用于规模较大的原丝生产线。但多台式纺丝凝固成型系统中的纺丝机和凝固浴一般采用平面式相向排列，这种排列方式存在以下缺陷：1.纺丝凝固成型部分占地较长，厂房投资相对大；2.到达纺丝机之前的纺丝液管线较长，管线清洗量大；3.纤维进入凝固浴成型后为了保证各束纤维路径一致，需要由多个导辊导出，导辊对初生纤维表面发生多次摩擦，会产生较多的毛丝；4.凝固成型部位的恒温恒湿区域跨度较大，成型区间恒温恒湿效果不均，纤维成型条件存在一定的差异，最终影响碳纤维产品质量的均一性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，用于解决背景技术中出现的各种问题。本发明改进了设备的排布方式，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资，在满足生产规模化，低成本的同时，减少了导辊对纤维的摩擦，提高了凝固成型区间恒温恒湿效果，实现了原丝纤维成型一致，从而保证碳纤维产品质量均一。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，包括：供料单元、至少两个成型单元和传送单元；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述成型单元中；所述成型单元包括喷丝板和凝固浴槽，所述凝固浴槽内装有纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板安装在所述凝固浴槽内端部，所述喷丝板喷出纤维后在所述凝固浴槽中凝固成型为纺丝，各个所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；所述传送单元用于纺丝的传输与引导，所述传送单元包括：第一牵引导辊、第二牵引导辊、汇集导辊和引出导辊，每个所述成型单元上均设有所述第一牵引导辊和所述第二牵引导辊，每个所述成型单元中成型的纺丝分别经过所述第一牵引导辊和所述第二牵引导辊引至外部的所述汇集导辊上，且各个纺丝在所述汇集导辊上的轴向位置错开，最后成型的纺丝由所述引出导辊导出系统。

可选的，所述成型单元还包括循环箱，每个所述成型单元中的所述凝固浴槽与各自所述成型单元中的所述循环箱通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统用于将所述循环箱内的凝固介质循环到所述凝固浴槽内，以保证所述凝固浴槽内的温度恒定和凝固介质的浓度恒定。

可选的，还包括恒温箱，所述恒温箱设有隔热层，所述成型单元、所述第一牵引导辊、所述第二牵引导辊、所述汇集导辊和所述引出导辊的所在区域设置在所述恒温箱内部，所述恒温箱的内部区间为恒温恒湿区间。

可选的，一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，包括：供料单元、凝固浴箱、至少两个喷丝板和第一牵引导辊，汇集导辊和引出导辊；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述喷丝板中；所述凝固浴箱上设有隔热层，所述凝固浴箱内含纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板安装在所述凝固浴箱内端部，所述喷丝板喷出纤维后在所述凝固浴槽中凝固成型为纺丝，各个喷丝板上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；所述凝固浴箱中对于每个所述喷丝板均设有对应的所述第一牵引导辊对纺丝进行引导和传递，所述汇集导辊的位置高度设置于所述凝固浴箱中凝固介质的液面之上，每个所述喷丝板喷出的纺丝经过各自对应的所述第一牵引导辊引至外部的所述汇集导辊上，且各个纺丝在所述汇集导辊上的轴向位置错开，最后成型纺丝由所述引出导辊导出系统。

可选的，还包括循环箱，所述凝固浴箱与所述循环箱通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统用于将所述循环箱内的凝固介质循环到所述凝固浴箱内，以保证所述凝固浴箱内的温度恒定和凝固介质的浓度恒定。

可选的，还包括恒温箱，所述恒温箱设有隔热层，所述凝固浴箱、所述汇集导辊和所述引出导辊的所在区域设置在所述恒温箱内部，所述凝固浴箱外和所述恒温箱形成夹层空间，所述夹层空间为恒温恒湿区间，所述纺丝从所述凝固浴箱出来以后在所述夹层空间内保持恒温恒湿且所述凝固浴箱内的温度高于所述夹层空间内的温度。

可选的，各个所述喷丝板沿纺丝喷射的反方向呈上升阶梯布置，使得各个纺丝经过对应的所述喷丝板与所述第一牵引导辊的路径和经过所述第一牵引导辊到所述汇集导辊的路径之和相同。

可选的，所述供料单元包括供料总管和与所述喷丝板数量相等的供料支管，所述供料支管分别与对应的所述喷丝板连通。

可选的，所述凝固介质温度保持为40℃。

可选的，所述恒温恒湿区间的温度保持为30℃-35℃。

如上所述，本发明的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，至少具有以下有益效果：

1.本发明中所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置，改进了设备的平面式相向排列的排布方式，利用了垂直空间，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资。

2.本发明中设计的所述供料单元包括供料总管和与所述喷丝板数量相等的供料支管，避免了设备横向放置时纺丝液的供料管长度随着凝固成型单元数的增加而延长，减少了停车时管线的清洗工作量。

3.本发明中纺丝液纤维成型后离开所述凝固浴时由各自单元配置的牵引导辊导出，所述汇集导辊和所述引出导辊满足了各单元的纺丝的汇集和导出，不需要单元之外的其他多个导辊的引导，减少了纤维与导辊摩擦产生毛丝的几率，且各纺丝在汇集导辊的轴向方向上错开避免了各个纺丝交叉打结的问题。

4.本发明中所述循环箱与所述凝固浴槽或凝固浴箱通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统用于将所述循环箱内的凝固介质循环到所述凝固浴箱或凝固浴槽内，保证了所述凝固浴箱内的温度恒定和凝固介质的浓度恒定，满足了纺丝成型的环境条件要求。

5.本发明中所述凝固浴箱使得各个纺丝在同一凝固介质环境中凝固成型，减少了所述凝固介质与外界的热量交换，纺丝成型的温度环境条件更加稳定且更加节省能源，所述恒温箱保证了夹层空间的恒温恒湿的条件，纺丝成型条件均一，成型环境恒温恒湿均一，保证了碳纤维产品质量的均一。

附图说明

图1显示为本发明的正视角度的系统排布示意图；

图2显示为本发明中所述成型单元的侧视角度的排布示意图；

图3显示为本发明的俯视角度的系统排布示意图；

图4显示为本发明另一种实施方式的正视角度的系统排布示意图；

图5显示为本发明另一种实施方式中所述喷丝板在所述凝固浴箱中侧视角度的排列示意图；

图6显示为本发明另一种实施方式的俯视角度的系统排布示意图；

附图标记：喷丝板1，凝固浴槽2，第一牵引导辊3，第二牵引导辊4，汇集导辊5，引出导辊6，循环箱7，恒温箱8，供料总管9，供料支管10，凝固浴箱11。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

实施例一，请参阅图1、图2和图3，包括供料单元、至少两个成型单元和传送单元；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述成型单元中；所述成型单元包括喷丝板1和凝固浴槽2，所述凝固浴槽2内装有纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板1安装在所述凝固浴槽2内端部，所述喷丝板1喷出纤维后在所述凝固浴槽2中凝固成型为纺丝，各个所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；所述传送单元用于纺丝的传输与引导，所述传送单元包括：第一牵引导辊3、第二牵引导辊4、汇集导辊5和引出导辊6，每个所述成型单元上均设有所述第一牵引导辊3和所述第二牵引导辊4，每个所述成型单元中成型的纺丝分别经过所述第一牵引导辊3和所述第二牵引导辊4引至外部的所述汇集导辊5上，且各个纺丝在所述汇集导辊5上的轴向位置错开，最后成型的纺丝由所述引出导辊6导出系统。

所述供料单元包括供料总管9和与所述喷丝板数量相等的供料支管10，所述供料支管10分别与对应的所述喷丝板1连通，纺丝液通过所述供料单元流入到各个独立所述成型单元中，避免了设备横向放置时纺丝液的供料管长度随着凝固成型单元数的增加而延长，减少了停车时管线的清洗工作量；所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置，改进了设备的排布方式，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资；所述喷丝板1将流入的纺丝液通过细孔转变成有特定截面状的细流纤维，随后细流纤维经过在所述凝固浴槽2中的凝固介质的冷却、反应固化形成纺丝，所述纺丝经过所述第一牵引导辊3引出凝固浴槽2，随后经过第二牵引导辊4引导至所述汇集导辊5上，所述汇集导辊5的轴向长度满足各个纺丝的汇集且各个纺丝在所述汇集导辊5上的轴向位置错开互相不干涉，最后纺丝经过所述引出导辊6导出系统。

实施例二，请参阅图1，基于以上任一实施例的基础上进一步说明，所述成型单元还包括循环箱7，每个所述成型单元中的所述凝固浴槽2与各自所述成型单元中的所述循环箱7通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统通过水泵的带动将所述循环箱7内的凝固介质循环到所述凝固浴槽2内，纤维在所述凝固浴槽2中固化需要有确定的温度条件，并且纤维固化还需消耗所需的凝固介质，因此所述循环箱7可设有温度传感器和电子温度调控器以保证所述凝固浴槽2内的温度恒定，所述凝固介质温度保持为40℃，所述循环箱7可以从外添加所需凝固介质来保证所述凝固浴槽2中凝固介质的浓度恒定，满足了纺丝成型的凝固介质的温度和浓度要求。

实施例三，请参阅图1和图3，基于以上任一实施例的基础上进一步说明，还包括恒温箱8，所述恒温箱8设有隔热层，所述成型单元、所述第一牵引导辊3、所述第二牵引导辊4、所述汇集导辊5和所述引出导辊6的所在区域设置在所述恒温箱8内部，所述恒温箱8内部可设有温湿度监测仪和温湿度调节空调，以保证所述恒温箱8的内部区间为恒温恒湿区间，所述恒温恒湿区间的温度保持为30℃-35℃，所述恒温箱8保证了纺丝传送区域的温度、湿度的环境要求，保证了碳纤维产品质量的均一性，且能在局部空间调节所需的温度实现了更加节能的目的。

实施例四，请参阅图4、图5和图6，包括供料单元、凝固浴箱11、至少两个喷丝板1和第一牵引导辊3，汇集导辊5和引出导辊6；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述喷丝板1中；所述凝固浴箱11上设有隔热层，所述凝固浴箱11内含纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板1安装在所述凝固浴箱11内端部，所述喷丝板1喷出纤维后在所述凝固浴槽2中凝固成型为纺丝，各个喷丝板1上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；所述凝固浴箱11中对于每个所述喷丝板1均设有对应的所述第一牵引导辊3对纺丝进行引导和传递，所述汇集导辊5的位置高度设置于所述凝固浴箱11中凝固介质的液面之上，每个所述喷丝板1喷出的纺丝经过各自对应的所述第一牵引导辊3引至外部的所述汇集导辊5上，且各个纺丝在所述汇集导辊5上的轴向位置错开，最后成型纺丝由所述引出导辊6导出系统。

所述供料单元包括供料总管9和与所述喷丝板数量相等的供料支管10，所述供料支管10分别与对应的所述喷丝板1连通，纺丝液通过所述供料单元流入到所述凝固浴箱11中各个独立的所述喷丝板1中，避免了设备横向放置时纺丝液的供料管长度随着凝固成型单元数的增加而延长，减少了停车时管线的清洗工作量；所述凝固浴箱11上设有隔热层，且所述凝固浴箱11为封闭结构，因此减少了所述凝固介质与外界的热量交换，纺丝成型的温度环境条件更加稳定且更加节省能源，所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置，改进了设备的排布方式，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资；所述喷丝板1将流入的纺丝液通过细孔转变成有特定截面状的细流纤维，随后细流纤维经过在所述凝固浴槽2中的凝固介质的冷却、反应固化形成纺丝，所述纺丝经过所述第一牵引导辊3引出凝固浴槽2后引导至所述汇集导辊5上，所述汇集导辊5的轴向长度足以满足各个纺丝的汇集且各个纺丝在所述汇集导辊5上的轴向位置错开互相不干涉，最后纺丝经过所述引出导辊6导出系统。

实施例五，请参阅图4，基于实施例四的基础上进一步说明，还包括循环箱7，所述凝固浴箱11与所述循环箱7通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统通过水泵的带动将所述循环箱7内的凝固介质循环到所述凝固浴箱11内，纤维在所述凝固浴槽2中固化需要有确定的温度条件，并且纤维固化还需消耗所需的凝固介质，因此所述循环箱7可设有温度传感器和电子温度调控器以保证所述凝固浴箱11内的温度恒定，所述凝固介质温度保持为40℃，所述循环箱7可以从外添加所需凝固介质来保证所述凝固浴箱11中凝固介质的浓度恒定，满足了纺丝成型的凝固介质的温度和浓度要求。

实施例六，请参阅图4和图6，基于实施例四的基础上进一步说明，还包括恒温箱8，所述恒温箱8设有隔热层，所述成型单元、所述第一牵引导辊3、所述第二牵引导辊4、所述汇集导辊5和所述引出导辊6的所在区域设置在所述恒温箱8内部，所述恒温箱8内部可设有温湿度监测仪和温湿度调节空调，以保证所述恒温箱8的内部区间为恒温恒湿区间，所述恒温恒湿区间的温度保持为30℃-35℃，所述恒温箱8保证了纺丝传送区域的温度、湿度的环境要求，保证了碳纤维产品质量的均一性，且能在局部空间调节所需的温度实现了更加节能的目的。

实施例七，请参阅图4，基于实施例四的基础上进一步说明，各个所述喷丝板1沿纺丝喷射的反方向呈上升阶梯布置，使得各个纺丝经过对应的所述喷丝板1与所述第一牵引导辊3的路径和经过所述第一牵引导辊3到所述汇集导辊5的路径之和相同，进而使得各个纺丝在所述凝固浴箱11中的凝固时间一样，实现了各个纺丝成型质量的均一性。

综上所述，本发明针对传统的多台式纺丝凝固成型系统中平面式相向排列的布局方式存在的各种缺陷问题，改进了设备的排布方式，缩短了纺丝厂房的长度要求，减低了厂房投资，在满足生产规模化，低成本的同时，减少了导辊对纤维的摩擦，提高了凝固成型区间恒温恒湿效果，实现了原丝纤维成型一致，从而保证碳纤维产品质量均一。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于，所述一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统包括供料单元、至少两个成型单元和传送单元；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述成型单元中；

所述成型单元包括喷丝板和凝固浴槽，所述凝固浴槽内装有纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板安装在所述凝固浴槽内端部，所述喷丝板喷出纤维后在所述凝固浴槽中凝固成型为纺丝，各个所述成型单元上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；

所述传送单元用于纺丝的传输与引导，所述传送单元包括：第一牵引导辊、第二牵引导辊、汇集导辊和引出导辊，每个所述成型单元上均设有所述第一牵引导辊和所述第二牵引导辊，每个所述成型单元中成型的纺丝分别经过所述第一牵引导辊和所述第二牵引导辊引至外部的所述汇集导辊上，且各个纺丝在所述汇集导辊上的轴向位置错开，最后成型的纺丝由所述引出导辊导出系统。

2.根据权利要求1所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：所述成型单元还包括循环箱，每个所述成型单元中的所述凝固浴槽与各自所述成型单元中的所述循环箱通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统用于将所述循环箱内的凝固介质循环到所述凝固浴槽内，以保证所述凝固浴槽内的温度恒定和凝固介质的浓度恒定。

3.根据权利要求1所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：还包括恒温箱，所述恒温箱设有隔热层，所述成型单元、所述第一牵引导辊、所述第二牵引导辊、所述汇集导辊和所述引出导辊的所在区域设置在所述恒温箱内部，所述恒温箱的内部区间为恒温恒湿区间。

4.一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于，所述一种碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统包括供料单元、凝固浴箱、至少两个喷丝板和第一牵引导辊，汇集导辊和引出导辊；所述供料单元用于将纺丝液送入到所述喷丝板中；

所述凝固浴箱上设有隔热层，所述凝固浴箱内含纺丝成型所需的凝固介质，所述喷丝板安装在所述凝固浴箱内端部，所述喷丝板喷出纤维后在所述凝固浴槽中凝固成型为纺丝，各个喷丝板上下排列且在垂直于喷丝方向上阶梯布置；

所述凝固浴箱中对于每个所述喷丝板均设有对应的所述第一牵引导辊对纺丝进行引导和传递，所述汇集导辊的位置高度设置于所述凝固浴箱中凝固介质的液面之上，每个所述喷丝板喷出的纺丝经过各自对应的所述第一牵引导辊引至外部的所述汇集导辊上，且各个纺丝在所述汇集导辊上的轴向位置错开，最后成型纺丝由所述引出导辊导出系统。

5.根据权利要求4所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：还包括循环箱，所述凝固浴箱与所述循环箱通过管道和水泵连接形成循环系统，所述循环系统用于将所述循环箱内的凝固介质循环到所述凝固浴箱内，以保证所述凝固浴箱内的温度恒定和凝固介质的浓度恒定。

6.根据权利要求4所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：还包括恒温箱，所述恒温箱设有隔热层，所述凝固浴箱、所述汇集导辊和所述引出导辊的所在区域设置在所述恒温箱内部，所述凝固浴箱外和所述恒温箱形成夹层空间，所述夹层空间为恒温恒湿区间，所述纺丝从所述凝固浴箱出来以后在所述夹层空间内保持恒温恒湿且所述凝固浴箱内的温度高于所述夹层空间内的温度。

7.根据权利要求4所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：各个所述喷丝板沿纺丝喷射的反方向呈上升阶梯布置，使得各个纺丝经过对应的所述喷丝板与所述第一牵引导辊的路径和经过所述第一牵引导辊到所述汇集导辊的路径之和相同。

8.根据权利要求1或权利要求4所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：所述供料单元包括供料总管和与所述喷丝板数量相等的供料支管，所述供料支管分别与对应的所述喷丝板连通。

9.根据权利要求2或权利要求5所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：所述凝固介质温度保持为40℃。

10.根据权利要求3或权利要求6所述的碳纤维用原丝立体式湿法纺丝凝固成型系统，其特征在于：所述恒温恒湿区间的温度保持为30℃-35℃。

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