CN115369504B - 一种纺丝辅助装置、纺丝设备、控制方法及碳纤维原丝 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纺丝辅助装置、纺丝设备、控制方法及碳纤维原丝，所述纺丝辅助装置包括安装座和扩幅组件，所述扩幅组件具有平滑表面；扩幅组件可活动的安装于安装座上，具有第一位置和第二位置；所述扩幅组件在第一位置与第二位置之间移动时，所述平滑表面与安装座之间在第一方向上的距离发生变化。本发明的纺丝辅助装置可在纺丝设备每次开车时，通过移动扩幅组件可以使平滑表面向丝束靠近并接触，使原本行进路径为直线的丝束需改变行进方向绕过平滑表面，进而使丝束中的单丝受到拉伸作用，进一步在张力作用下沿平滑表面分散，降低其密集程度，可在纺丝开始阶段快速分散单丝，缩短得到合格的碳纤维原丝所用的时间。

Description

一种纺丝辅助装置、纺丝设备、控制方法及碳纤维原丝

技术领域

本发明属于纺丝工艺技术领域，具体地说，涉及一种纺丝辅助装置、纺丝设备、控制方法及碳纤维原丝。

背景技术

碳纤维原丝的制备工艺一般包括以下步骤：纺丝原液制备及喷丝、凝固浴成型、一次或多次水洗牵伸、上油、烘干以及卷绕收丝，通常在纺丝设备上完成。凝固浴成型后的丝束依次缠绕在多个纺丝辊上，在纺丝辊的引导下进入水洗槽、上油槽等，完成水洗牵伸、上油等步骤。

在纺丝设备持续运行的过程中，丝束中的单丝可以相对分散的缠绕在纺丝辊上，使得相邻纺丝辊之间的丝束中的单丝分布也较为分散，进而可以在水洗槽或上油槽中，使单丝与水或油浆充分接触，实现均匀的水洗或上油效果。但由于碳纤维原丝的强度较大，水洗温度较高，且在既定的工艺条件下牵伸倍数较大，在纺丝设备每次开车初期，新产生的丝束中单丝会在较大牵伸力的作用下聚集在一起，若单丝密集分布无法快速分开，丝束直接进入水洗槽或上油槽中时，水或油浆无法充分浸润整个丝束，造成部分单丝被包裹而无法接触到水或油浆，无法达到理想的水洗或上油效果。

未能充分水洗或上油的丝束可能发生断丝等问题，产生大量废丝，只有在纺丝设备持续运行一段时间后，才能得到单丝较为分散的丝束。因此，纺丝设备每次停车并再次开车后的较长时间内，无法得到合格的碳纤维原丝产品。上述问题的存在导致碳纤维原丝生产过程中，每次开车后直至得到合格产品之间的时间过长，此期间仅能产生市场价格较低的废丝和不合格原丝，造成了原料及纺丝设备运行成本的浪费，需要能够缩短纺丝设备启动后得到合格产品所需时间的解决办法。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种升车辅助装置、纺丝设备、控制方法及碳纤维原丝，所述升车辅助装置具有可活动的扩幅组件，可在纺丝设备每次开车时，通过移动扩幅组件使平滑表面向丝束靠近并接触，使原本可以沿直线行进的丝束需改变行进方向绕过平滑表面，进而使丝束中的单丝受到拉伸作用，进一步在张力作用下沿平滑表面分散，降低其密集程度，可在纺丝开始阶段快速分散单丝，缩短得到合格的碳纤维原丝所用的时间。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种纺丝辅助装置，包括安装座和扩幅组件，所述扩幅组件具有平滑表面；扩幅组件可活动的安装于安装座上，具有第一位置和第二位置；

所述扩幅组件在第一位置与第二位置之间移动时，所述平滑表面与安装座之间在第一方向上的距离发生变化。

进一步地，所述扩幅组件包括沿第二方向延伸一定长度的柱状体，所述第二方向与第一方向垂直；所述平滑表面为凸起于柱状体的侧表面的圆弧凸面，所述圆弧凸面的中心轴线与第二方向平行；

优选地，所述柱状体为圆柱体，所述圆柱体的直径大于圆弧凸面所对应的圆周的直径。

进一步地，所述扩幅组件一体成型，形成侧表面上具有圆弧凸面的柱状体；

或者，所述扩幅组件包括形成所述圆柱体的第一圆杆，以及平行于第一圆杆设置的第二圆杆，所述圆弧凸面为第二圆杆的至少部分侧表面；所述第一圆杆与第二圆杆的轴线在第一方向上具有间隔；

优选地，所述第一圆杆与第二圆杆的外周接触设置；

或者，所述第一圆杆与第二圆杆的横截面所对应的圆形面部分重叠；

所述第二圆杆上设置沿轴向延伸的避让槽，所述避让槽的表面覆盖于第一圆杆的部分侧表面；或者，所述第一圆杆上设置沿轴向延伸的嵌入槽，所述第二圆杆部分设置在所述嵌入槽内；

更优地，所述第二圆杆为玻璃材质；

更优地，所述第一圆杆与第二圆杆胶结固定，优选采用玻璃胶胶结固定。

进一步地，所述嵌入槽的内表面为与第二圆杆共轴线的圆弧面；

优选地，所述圆弧面的直径大于第二圆杆的直径，在第二圆杆与嵌入槽之间形成间隙；所述间隙中填充玻璃胶以固定第一圆杆和第二圆杆。

进一步地，所述第二圆杆设置在嵌入槽内的部分所具有的最大宽度小于所述第二圆杆的直径。

进一步地，所述扩幅组件可转动的安装在安装座上，扩幅组件的转动轴线与第一圆杆的轴线平行；

优选地，所述第一圆杆的轴线，第二圆杆的轴线，以及扩幅组件的转动轴线平行且共面设置，第一圆杆的轴线位于第二圆杆的轴线与扩幅组件的转动轴线之间。

进一步地，所述第一圆杆的侧表面上沿轴向间隔设置若干分丝槽，所述扩幅组件位于第二位置时，或者扩幅组件由第一位置转动至第二位置的过程中，所述分丝槽的开口具有朝向第一方向或第一方向的反方向的部分；

优选地，所述分丝槽的宽度由第一圆杆的侧表面沿第一圆杆径向逐渐减小；

更优地，所述分丝槽的侧壁对称倾斜设置，使分丝槽的宽度由第一圆杆的侧表面沿第一圆杆的径向逐渐减小；

优选地，所述分丝杆为金属材质；

更优地，所述分丝杆的表面粗糙度小于等于0.4μm。

本发明的第二目的是提供一种纺丝设备，包括上述所述的纺丝辅助装置；

优选地，还包括水洗槽和/或上油槽，所述纺丝辅助装置的扩幅组件至少部分设置在水洗槽和/或上油槽的区域内；所述扩幅组件位于第一位置时，平滑表面与丝束接触，丝束绕过平滑表面改变行进方向；所述扩幅组件位于第二位置，平滑表面与丝束分离；

更优地，所述扩幅组件位于第二位置时，或者扩幅组件由第一位置转动至第二位置的过程中，丝束对应落入若干分丝槽中；

更优地，扩幅组件位于第一位置时，平滑表面的最高处高于丝束所在水平面5～10cm；所述丝束所在水平面为扩幅组件位于第二位置时，丝束经过水洗槽/上油槽时的行进平面。

本发明的第三目的是提供一种上述所述的纺丝设备的控制方法，纺丝设备开始运行时，控制扩幅组件移动至第一位置，使平滑表面与行进中的丝束接触，对丝束进行扩幅处理；

保持一定时长后，控制扩幅组件由第一位置移动至第二位置，纺丝辅助装置停止工作；

优选地，扩幅组件由第一位置移动至第二位置的过程中，行进中的丝束落入扩幅组件上的分丝槽中。

本发明的第四目的是提供一种碳纤维原丝，所述碳纤维原丝的断裂强度为6.0～7.0cN/dtex，记为X，在碳纤维原丝的纺丝开始阶段对丝束进行扩幅处理，使丝束中的单丝分散，在一个完整的生产周期内得到的所有碳纤维原丝中，断裂强度低于0.9X的碳纤维原丝的总量，相较于纺丝开始阶段不进行扩幅处理时，降低了5％～30％；

优选地，所述碳纤维原丝采用上述所述的纺丝设备生产得到。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

本发明的纺丝辅助装置应用于纺丝设备中，一般状态下与丝束之间不接触，在纺丝设备每次开车时，通过移动扩幅组件使平滑表面向丝束靠近并接触，从而使原本沿直线行进的丝束需改变行进方向绕过平滑表面，进而使丝束中的单丝受到拉伸作用，进一步在张力作用下沿平滑表面分散，降低其密集程度。从而可以在纺丝开始阶段快速分散单丝，将纺丝设备开车后直至得到合格的碳纤维原丝所需的时间由原本的2.5～4小时缩短至1～2小时，提高了生产效率，减少了废丝及不合格原丝的产生，降低了生产成本。

本发明的纺丝辅助装置中，扩幅组件可转动的安装在安装座上，扩幅组件移动过程中朝向丝束所在方向的表面发生变化。进一步通过设置分丝槽使多个丝束对应落入若干分丝槽中，还可以使被平滑表面抬起的丝束在分丝槽引导下准确落入纺丝设备本身的槽位中，进而持续进行纺丝过程，避免出现丝束错位，不同丝束发生缠绕，导致纺丝过程无法继续的情况。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例一中纺丝辅助装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中扩幅组件的结构示意图；

图3是本发明实施例一中扩幅组件的侧视图；

图4是本发明实施例二中扩幅组件的侧视图；

图5是本发明实施例三中扩幅组件的侧视图；

图6是本发明实施例四中扩幅组件的侧视图。

图中：10、安装座；20、扩幅组件；30、转动支架；100、第一圆杆；101、柱状安装部；110、嵌入槽；120、分丝槽；121、侧壁；122、底壁；130、标记槽；200、第二圆杆；201、平滑表面；202、圆弧凸面；203、避让槽；210、顶丝。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

本实施例提供一种纺丝辅助装置，所述纺丝辅助装置用于生产碳纤维原丝的纺丝设备中，可对凝固成型后得到的丝束进行扩幅处理，使丝束中的单丝尽量分散。尤其是在纺丝设备每次开车时，由于新产生的丝束中单丝大幅度聚集，通过本实施例的纺丝辅助装置可以使密集分布的单丝快速分开，进而提高开车后得到合格产品的效率。

如图1至图3所示，本实施例的具体方案中，所述纺丝辅助装置包括安装座10和扩幅组件20，扩幅组件20具有平滑表面201。扩幅组件20可活动的安装于安装座10上，具有第一位置和第二位置。

扩幅组件20在第一位置与第二位置之间移动时，平滑表面201与安装座10之间在第一方向上的距离发生变化。

具体地，图1中所示为扩幅组件20位于第一位置时的状态，所述第一方向为图中竖直方向。当扩幅组件20位于第二位置时，平滑表面201低于图1中所示的位置。所述纺丝辅助装置安装于纺丝设备中，其常态为扩幅组件20位于第二位置，使平滑表面201低于丝束的行进平面。在纺丝设备每次开车的过程中，扩幅组件20由第二位置移动至第一位置并固定，此时平滑表面201高于丝束原本的行进平面，使得扩幅组件20上方原本应沿直线行进的丝束需改变行进方向绕过平滑表面201。行进方向的改变加长了丝束的行进距离，使得丝束中的单丝收到拉伸作用，进一步在张力作用下可沿平滑表面201分散，降低其密集程度。

通过以上方式，可以在纺丝开始阶段快速分散丝束中的单丝，进而在对凝固成型的丝束进行水洗或上油等后续处理时，水或油浆可以快速浸润丝束，使其中的单丝与水或油浆充分接触，从而在纺丝设备开车后更快地得到性能符合标准的碳纤维原丝。

本实施例的进一步方案中，扩幅组件20包括沿第二方向延伸一定长度的柱状体，所述第二方向与第一方向垂直。平滑表面201为凸起于柱状体的侧表面的圆弧凸面202，圆弧凸面202的中心轴线与第二方向平行。

具体地，所述第二方向为图1中的水平方向，扩幅组件20位于第一位置时，圆弧凸面202朝向与丝束接触，将丝束抬起一定高度，丝束中的单丝在圆弧凸面202上向左右分散，实现丝束的扩幅。

优选地，所述柱状体为圆柱体，所述圆柱体的直径大于圆弧凸面202所对应的圆周的直径。在圆柱体上形成圆弧凸面202，使整个扩幅组件20中可与丝束接触的部分均为圆滑过渡，不存在棱角，减少了扩幅组件20移动过程中磨损丝束导致断丝的情况。

本实施例的进一步方案中，扩幅组件20为分体式，具体包括形成所述圆柱体的第一圆杆100，以及平行于第一圆杆100设置的第二圆杆200，圆弧凸面202为第二圆杆200的至少部分侧表面。第一圆杆100与第二圆杆200的轴线在第一方向上具有间隔，使第二圆杆200的至少部分侧表面凸起于第一圆杆100的侧表面。

具体地，如图3所示，本实施例中第一圆杆100与第二圆杆200的横截面所对应的圆形面部分重叠。第一圆杆100上设置沿轴向延伸的嵌入槽110，第二圆杆200部分设置在嵌入槽110内。

本实施例中，第二圆杆200为玻璃材质，有利于提高圆弧凸面202的光滑程度，便于丝束在张力的作用下分散。

第一圆杆100为金属材质，优选为不锈钢。金属材料的强度更大，可以对脆性材料制成的第二圆杆200起到加强支撑的作用，防止第二圆杆200在丝束的压力作用下发生断裂。另一方面，制造第一圆杆100时，可先制成完整的圆柱体，再经铣削加工形成嵌入槽110，工艺简单，易于实现。而由于所述纺丝辅助装置应用于纺丝设备中，不能避免地要与丝束上携带的多种液体成分接触，如凝固浴溶液、水洗用水、上油用油浆等，不锈钢具有优异的防腐蚀锈蚀性能，可延长纺丝辅助装置的使用寿命，防止其因第一圆杆100锈蚀发生损坏。

详细地，本实施例中第一圆杆100与第二圆杆200胶结固定，优选采用玻璃胶胶结固定。

本实施例的进一步方案中，嵌入槽110的内表面为与第二圆杆200共轴线的圆弧面。如此使嵌入槽110的形状与第二圆杆200相匹配，有利于两者的配合连接，结构更加稳定。

优选地，所述圆弧面的直径大于第二圆杆200的直径，在第二圆杆200与嵌入槽110之间形成间隙。所述间隙中填充玻璃胶以固定第一圆杆100和第二圆杆200。经铣削加工形成的嵌入槽110内侧圆弧面直径大于第二圆杆200的直径，保证第二圆杆200可嵌入嵌入槽110中进行固定，同时为起固定作用的玻璃胶留有填充空间，固定效果好，不易脱落。

更优地，第二圆杆200设置在嵌入槽110内的部分所具有的最大宽度小于第二圆杆200的直径。通过以上设置方式，第二圆杆200超过一半的高度均位于嵌入槽110外部，尽量避免了扩幅组件20位于第一位置时丝束与第一圆杆100接触的情况，从而避免第一圆杆100对丝束的扩幅过程造成影响。

本实施例中，扩幅组件20的具体尺寸如下。第一圆杆100的直径为40mm，第二圆杆200的直径为20mm，嵌入槽110内侧圆弧面所对应的直径为22mm。第一圆杆100与第二圆杆200的长度可根据丝束的规格与纺丝设备的生产量，也即同时生产的丝束数量进行调整，此处不进行限定。

本实施例中，扩幅组件20可转动的安装在安装座10上，扩幅组件20的转动轴线与第一圆杆100的轴线平行。扩幅组件20绕转动轴线转动，从而在第一位置与第二位置之间移动。

具体地，第一圆杆100的轴线，第二圆杆200的轴线，以及扩幅组件20的转动轴线平行且共面设置，第一圆杆100的轴线位于第二圆杆200的轴线与扩幅组件20的转动轴线之间。

本实施例中，以图1所示相对位置关系为例，所述第二位置为扩幅组件20与安装座10位于同一水平高度的位置，也即相对第一位置转动90°。扩幅组件20由第一位置向第二位置转动过程中，朝向丝束所在方向的表面持续发生变化，使丝束从与第二圆杆200接触逐渐转变为与第一圆杆100接触，直至最终与扩幅组件20完全分离。丝束从第二圆杆200表面过渡至第一圆杆100表面后，由于接触面的粗糙度提高，丝束几乎不再发生滑动，避免了丝束过度分散，导致不同丝束之间发生重叠甚至缠绕，使纺丝过程无法继续的情况。

为实现扩幅组件20与安装座10的装配，所述纺丝辅助装置还包括转动支架30，扩幅组件20与转动支架30固定连接，转动支架30与安装座10可转动的连接。具体地，第一圆杆100的左右两端具有与第一圆杆100同轴设置的柱状安装部101，柱状安装部101的直径小于第一圆杆100的直径，扩幅组件20通过柱状安装部101与转动支架30固定连接。本实施例中柱状安装部101的直径为16mm。

进一步地，第二圆杆200的长度大于第一圆杆100的长度，第二圆杆200的两端伸出嵌入槽110的左右两端，与柱状安装部101平行。第二圆杆200两端通过顶丝210与柱状安装部101紧固固定，使扩幅组件20的整体结构更加稳定。

本实施例的进一步方案中，第一圆杆100的侧表面上沿轴向间隔设置若干分丝槽120，扩幅组件20位于第二位置时，或者扩幅组件20由第一位置转动至第二位置的过程中，分丝槽120的开口具有朝向第一方向或第一方向的反方向的部分。

具体地，本实施例中，分丝槽120环绕第一圆杆100的外周一周设置，在扩幅组件20向第二位置转动的过程中，多根丝束与第二圆杆200表面分离，同时对应落入若干分丝槽120中。被第二圆杆200抬起的多根丝束可在分丝槽120的引导下准确落入纺丝设备本身的槽位，进而持续进行纺丝过程，避免出现丝束错位，不同丝束发生缠绕，导致纺丝过程无法继续的情况。

本实施例中，嵌入槽110的深度与分丝槽120的深度相同。若分丝槽120的深度更大，嵌入槽110的内表面会由于分丝槽120的设置出现间断，影响对第二圆杆200的支撑效果。若嵌入槽110的深度更大，嵌入槽110与分丝槽120的交接处无法平滑过渡，可能造成应力集中影响强度。

具体地，嵌入槽110的最低处在第一圆杆100横截面上所对应圆周的直径，以及分丝槽120的底壁122所围成圆周的直径均为16mm。上述直径的大小与柱状安装部101的直径大小相同，从而在柱状安装部101与第一圆杆100端面连接处，柱状安装部101的侧表面与嵌入槽110的最低处可以平滑过渡。

本实施例的优选方案中，分丝槽120的宽度由第一圆杆100的侧表面沿第一圆杆100径向逐渐减小。具体地，分丝槽120的侧壁121对称倾斜设置，使分丝槽120的宽度由第一圆杆100的侧表面沿第一圆杆100的径向逐渐减小。

通过设置宽度由外向里逐渐减小的分丝槽120，有利于引导丝束落入分丝槽120内，对丝束的定位效果更好。

更优地，分丝槽120的侧壁121与底壁122之间，和/或分丝槽120的侧壁121与第一圆杆100的侧表面之间设置平滑过渡的圆角。具体地，侧壁121与底壁122之间的圆角半径为10mm，侧壁121与第一圆杆100侧表面之间的圆角半径为5mm。通过设置圆角更好的引导丝束，同时防止丝束被尖角剐蹭造成断丝。

本实施例中，第一圆杆100的表面进行抛光处理，使其表面粗糙度小于等于0.4μm，进一步防止了断丝的发生。

本实施例中，相邻两个分丝槽120之间的5mm圆角之间的间隔距离为4mm，分丝槽120自身的宽度根据所生产的碳纤维原丝规格进行调整。例如，对于12K的丝束，相邻两个分丝槽120的中心处之间的距离为44mm。

第一圆杆100上还设置标记槽130，具体地，每隔三个分丝槽120，在第一圆杆100的侧表面上设置一个标记槽130。标记槽130的宽度为3mm，深度为1.5mm，操作人员通过标记槽130更容易对分丝槽120进行计数，以及使分丝槽120与纺丝设备自身的槽位进行一一对应。

本实施例还提供一种包括上述所述的纺丝辅助装置的纺丝设备。

具体地，所述纺丝设备包括水洗槽和/或上油槽，所述纺丝辅助装置的扩幅组件20至少部分设置在水洗槽和/或上油槽的区域内。其中，扩幅组件20位于第一位置时，平滑表面201与丝束接触，丝束绕过平滑表面201改变行进方向。扩幅组件20位于第二位置时，平滑表面201与丝束分离。

详细地，如图1所示，丝束的行进方向与纸面垂直，扩幅组件20位于第一位置时，平滑表面201朝上，丝束被平滑表面201抬起，在平滑表面201上分散开。扩幅组件20位于第二位置时，扩幅组件20绕安装座10转动，使整体高度下降，同时平滑表面201转动至朝向纸面向里或向外，被分散的丝束回落至原本的行进平面与平滑表面201分离。

优选地，扩幅组件20位于第二位置时，或者扩幅组件20由第一位置转动至第二位置的过程中，丝束对应落入若干分丝槽120中。

更优地，扩幅组件20由第一位置转动至第二位置的过程中，丝束对应落入若干分丝槽120中。扩幅组件20转动至第二位置停止时，丝束与扩幅组件20分离。由于在整个纺丝过程中，丝束始终处于行进状态，而扩幅组件20至第二位置停止后不随丝束的行进移动。若丝束仍与扩幅组件20保持接触状态，使得丝束与扩幅组件20表面之间存在摩擦，可能影响丝束质量。扩幅组件20在纺丝设备开车一定时长后即不再起作用，此时将扩幅组件20转动至与丝束分离的位置，可以避免对持续生产过程的影响。

本实施例中，将丝束快速分散开的主要目的是使丝束可以在水洗槽或上油槽中被充分浸润，使扩幅组件20直接作用于位于水洗槽或上油槽中的丝束，效果更佳显著。为实现这一目的，可以将纺丝辅助装置整体设置在水洗槽或上油槽内，也即安装座10固定在水洗槽或上油槽中，或者也可以将安装座10设置在水洗槽或上油槽外部，只要保证扩幅组件20的平滑表面201可以与水洗槽或上油槽中的丝束接触，从而对丝束进行扩幅处理，带动丝束分散开即可。

本实施例中，扩幅组件20位于第一位置时，平滑表面201的最高处高于丝束所在水平面5～10cm。其中，所述丝束所在水平面为扩幅组件20位于第二位置时，丝束经过水洗槽/上油槽时的行进平面。扩幅组件20位于第一位置时，使水洗槽/上油槽内的丝束在部分长度范围内高出液面高度，完成扩幅处理后，扩幅组件20转动至第二位置，没入水洗槽/上油槽内的液面以下，同时，丝束回落至液面以下，可进行持续的纺丝过程。

为实现最优的作用效果，本实施例对应纺丝设备的每道水洗槽和上油槽均设置一套纺丝辅助装置，通过对丝束上多处共同作用进行扩幅处理，进一步提高了丝束分散开的速率，从而缩短了纺丝设备开车直至得到性能符合标准的碳纤维原丝的时长。

本实施例进一步还提供一种上述纺丝设备的控制方法，纺丝设备开始运行时，控制扩幅组件20移动至第一位置，使平滑表面201与行进中的丝束接触，对丝束进行扩幅处理；

保持一定时长后，控制扩幅组件20由第一位置移动至第二位置，纺丝辅助装置停止工作。

优选地，扩幅组件20由第一位置移动至第二位置的过程中，行进中的丝束落入扩幅组件20上的分丝槽120中，引导丝束进入。

具体地，纺丝设备开车后，纺丝原液经喷丝装置喷出，在凝固浴中成型得到初生纤维丝束，然后再经过水洗牵伸、上油、烘干等工序，到达收丝装置处进行卷绕收丝工序，每根丝束单独操作，当所有丝束均到达收丝装置时，控制扩幅组件20由第一位置移动至第二位置，纺丝辅助装置停止工作。优选地，纺丝设备开始运行时，扩幅组件20移动至第一位置固定，保持1～1.5小时后，控制扩幅组件20由第一位置移动至第二位置，纺丝辅助装置停止工作。纺丝辅助装置停止工作后，在0.5小时以内即可得到性能参数符合指标的碳纤维原丝产品。

本实施例中，通过纺丝辅助装置的设置，在纺丝设备每次开车时，可以对新产生的丝束进行扩幅处理，使其中密集分布的单丝快速分散开。具体地，通过平滑表面201将丝束抬起，使丝束绕过平滑表面201受到拉伸，进而使其中的单丝在张力作用下沿平滑表面201长度的延伸方向滑动，使丝束中的单丝可以更快地分散开。扩幅处理完成后，扩幅组件20转动时丝束与平滑表面201分离，同时将分丝槽120的开口转动至朝向丝束所在方向，丝束对应落入分丝槽120中。扩幅组件20在向第二位置转动的过程中，丝束可在分丝槽120的引导下进入纺丝设备自身的槽位中，从而进行持续稳定的纺丝过程，得到碳纤维原丝产品。

本实施例中纺丝辅助装置的应用，可以在纺丝设备每次开车时使新产生的丝束中密集分布的单丝快速分散，缩短纺丝设备每次开车后直至得到合格碳纤维原丝所用的时长。具体地，在原有的工艺下，纺丝设备每次开车后，需要2～3小时的时间使所有丝束到达收丝装置处进行卷绕收丝工序，再经过40分钟至1小时后才可以得到合格碳纤维原丝。本实施例中在纺丝设备开车后1～1.5小时即可使所有丝束到达收丝装置处进行卷绕收丝工序，然后在0.5小时内即可得到合格碳纤维原丝产品。总体上将纺丝设备每次开车后直至得到合格碳纤维原丝所用的时长从2.5～4小时缩短至1～2小时，提高了生产效率。

另一方面，开始卷绕收丝直至得到合格产品期间，收集的丝束由于性能参数无法达标，造成了大量废丝及不合格原丝的产生，进而导致了原料及纺丝设备运行成本的浪费。纺丝辅助装置的应用缩短了上述时长，从而减少了不合格原丝的产生，大约可减少5％～30％，进而可以显著降低生产成本。

实施例二

本实施例提供一种纺丝辅助装置及包括所述纺丝辅助装置的纺丝设备。如图4所示，本实施例所述的与上述实施例一的区别在于：所述的扩幅组件20一体成型，形成侧表面上具有圆弧凸面202的柱状体。

进一步地，可在柱状体上位于圆弧凸面202以外的侧表面上设置分丝槽，在扩幅组件20由第一位置向第二位置转动时使丝束落入分丝槽中，进而引导丝束进入纺丝设备上的预定槽位。柱状体的端部设置柱状安装部101，用于与转动支架连接，从而卡转动的安装在安装座上。

本实施例中，扩幅组件20的整体形状与实施例一相同，可起到与实施例一近似的效果，在纺丝设备开车时使丝束中的单丝快速分散，缩短每次开车后直至得到合格碳纤维原丝所用的时长。扩幅组件20为一体结构，通过一体成型的方式制成，工艺简单易行。

实施例三

本实施例提供一种纺丝辅助装置及包括所述纺丝辅助装置的纺丝设备。如图5所示，本实施例所述的与上述实施例一的区别在于：所述的第一圆杆100与第二圆杆200的外周接触设置，两者的横截面之间不存在重叠，使扩幅组件20的端面形成类似“8”字型。第一圆杆100与第二圆杆200之间通过玻璃胶胶结固定。

第一圆杆100的端部同样设置柱状安装部101，可以与转动支架连接，同时还可以通过紧固件连接第二圆杆200的端部，对第二圆杆200起到进一步紧固的作用。

本实施例中，扩幅组件20位于第一位置时，第二圆杆200与丝束接触，丝束在第二圆杆200朝上的侧表面，也即平滑表面201上分散开。扩幅组件20向第二位置转动时，丝束落入第一圆杆100上的分丝槽中，进而引导丝束进入纺丝设备上的预定槽位，与实施例一具有相近的作用效果。

实施例四

本实施例提供一种纺丝辅助装置及包括所述纺丝辅助装置的纺丝设备。如图6所示，本实施例所述的与上述实施例一的区别在于：所述的第二圆杆200上设置沿轴向延伸的避让槽203，避让槽203的表面覆盖于第一圆杆100的部分侧表面。

本实施例中，与实施例一相同，第一圆杆100与第二圆杆200的横截面所对应的圆形面部分重叠。不同之处在于，第一圆杆100为完整的圆柱体，第二圆杆200上设置避让槽203与第一圆杆100的侧表面配合连接。

具体地，避让槽203的内表面为与第一圆杆100共轴线的圆弧面，所述圆弧面的直径略大于第一圆杆100的直径，形成供玻璃胶填充的间隙，使第一圆杆100与第二圆杆200胶结固定。第一圆杆100的端部同样设置柱状安装部101，可以与转动支架连接，同时还可以通过紧固件连接第二圆杆200的端部，对第二圆杆200起到进一步紧固的作用。

本实施例中的扩幅组件20安装在纺丝辅助装置中，可在纺丝设备中应用并起到与实施例一基本相同的作用效果。

实施例五

本实施例提供一种碳纤维原丝，所述碳纤维原丝的断裂强度为6.0～7.0cN/dtex，记为X。在碳纤维原丝的纺丝开始阶段对丝束进行扩幅处理，使丝束中的单丝分散，在一个完整的生产周期内收集得到的所用原丝中，断裂强度低于0.9X的原丝的总量，相较于纺丝开始阶段不进行扩幅处理时，降低了5％～10％。

具体地，本实施例的碳纤维原丝可采用上述实施例一至四中任意一项所述的纺丝设备生产得到。

本实施例中，碳纤维原丝的纤度为0.8～1.5dtex，记为A，线密度为0.12～6.0g/km，记为B。在碳纤维原丝的纺丝开始阶段对丝束进行扩幅处理，使丝束中的单丝分散，在一个完整的生产周期内收集得到的所用原丝中，纤度低于0.9A的原丝的总量，相较于纺丝开始阶段不进行扩幅处理时，降低了5％～10％，线密度低于0.9B的原丝的总量，相较于纺丝开始阶段不进行扩幅处理时，降低了5％～10％。

以12K的碳纤维原丝生产为例，纺丝设备上可纺丝的数量为40根丝束。

在纺丝开始阶段不进行扩幅处理时，纺丝设备开车后直至40根丝束全部到达收丝装置处所需时间约为3小时，此前无法收集到完整的原丝丝束，共产生废丝约200～400kg。当40根丝束全部到达收丝装置处时，收集到的丝束断裂强度不足5.3～6.4cN/dtex，纤度低于0.7～1.415dtex，线密度低于0.110～5.7g/km，为性能指标不合格的原丝。然后再经过40分钟～1小时后，才可收集到断裂强度为6.0～7.0cN/dtex，纤度为0.8～1.5dtex，线密度为0.12～6.0g/km的合格碳纤维原丝，在上述期间共产生性能指标不合格的原丝约40～100kg。

在纺丝开始阶段进行扩幅处理时，纺丝设备开车后直至40根丝束全部到达收丝装置处所需时间约为1.5小时，此前无法收集到完整的原丝丝束，共产生废丝约100～200kg。当40根丝束全部到达收丝装置处时，收集到的丝束断裂强度不足5.3～6.4cN/dtex，纤度低于0.7～1.415dtex，线密度低于0.110～5.7g/km，为性能指标不合格的原丝。然后再经过20～30分钟，即可收集到断裂强度为6.0～7.0cN/dtex，纤度为0.8～1.5dtex，线密度为0.12～6.0g/km的合格碳纤维原丝，在上述期间共产生性能指标不合格的原丝约25～50kg。

在以上描述中，所述合格碳纤维原丝可以进一步经过后续处理以制备碳纤维，市场价格较高。性能指标不合格的原丝也可以卷绕在卷绕筒上，市场价格低于所述合格碳纤维原丝，一般用于制成预氧化丝、碳毡等。所述废丝无法通过卷绕收丝进行收集，市场价格进一步降低，一般在复合材料中用作填充物，对复合材料起到增强作用。

本实施例中，在碳纤维原丝的一个完整的生产周期内，产生的废丝总量以及性能指标不合格的原丝总量均具有明显下降，从而可以大幅度降低碳纤维原丝的生产成本，增加合格碳纤维原丝的产量，在原料消耗与纺丝设备运行成本一定的情况下，可提高生产企业的利润。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (15)

1.一种纺丝辅助装置，其特征在于，包括安装座和扩幅组件，所述扩幅组件具有平滑表面；扩幅组件可活动的安装于安装座上，具有第一位置和第二位置；

所述扩幅组件在第一位置与第二位置之间移动时，所述平滑表面与安装座之间在第一方向上的距离发生变化；

所述扩幅组件包括沿第二方向延伸一定长度的柱状体，所述第二方向与第一方向垂直；所述平滑表面为凸起于柱状体的侧表面的圆弧凸面，所述圆弧凸面的中心轴线与第二方向平行；所述柱状体为圆柱体，

所述扩幅组件包括形成所述圆柱体的第一圆杆，以及平行于第一圆杆设置的第二圆杆，所述圆弧凸面为第二圆杆的至少部分侧表面；所述第一圆杆与第二圆杆的轴线在第一方向上具有间隔；

所述第一圆杆与第二圆杆的外周接触设置；

或者，所述第一圆杆与第二圆杆的横截面所对应的圆形面部分重叠；所述第二圆杆上设置沿轴向延伸的避让槽，所述避让槽的表面覆盖于第一圆杆的部分侧表面；或所述第一圆杆上设置沿轴向延伸的嵌入槽，所述第二圆杆部分设置在所述嵌入槽内；

所述扩幅组件可转动的安装在安装座上，所述第一圆杆的轴线，第二圆杆的轴线，以及扩幅组件的转动轴线平行且共面设置，第一圆杆的轴线位于第二圆杆的轴线与扩幅组件的转动轴线之间；

所述第一圆杆的侧表面上沿轴向间隔设置若干分丝槽，所述扩幅组件位于第二位置时，或者扩幅组件由第一位置转动至第二位置的过程中，所述分丝槽的开口具有朝向第一方向或第一方向的反方向的部分；

所述分丝槽的侧壁对称倾斜设置，使分丝槽的宽度由第一圆杆的侧表面沿第一圆杆的径向逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述圆柱体的直径大于圆弧凸面所对应的圆周的直径。

3.根据权利要求1所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第二圆杆为玻璃材质。

4.根据权利要求3所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第一圆杆与第二圆杆胶结固定。

5.根据权利要求4所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第一圆杆与第二圆杆采用玻璃胶胶结固定。

6.根据权利要求1所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述嵌入槽的内表面为与第二圆杆共轴线的圆弧面。

7.根据权利要求6所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述圆弧面的直径大于第二圆杆的直径，在第二圆杆与嵌入槽之间形成间隙；所述间隙中填充玻璃胶以固定第一圆杆和第二圆杆。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第二圆杆设置在嵌入槽内的部分所具有的最大宽度小于所述第二圆杆的直径。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第一圆杆为金属材质。

10.根据权利要求9所述的纺丝辅助装置，其特征在于，所述第一圆杆的表面粗糙度小于等于0.4μm。

11.一种纺丝设备，其特征在于，包括权利要求1-10中任意一项所述的纺丝辅助装置；

还包括水洗槽和/或上油槽，所述纺丝辅助装置的扩幅组件至少部分设置在水洗槽和/或上油槽的区域内；所述扩幅组件位于第一位置时，平滑表面与丝束接触，丝束绕过平滑表面改变行进方向；所述扩幅组件位于第二位置，平滑表面与丝束分离。

12.根据权利要求11所述的纺丝设备，其特征在于，所述扩幅组件位于第二位置时，或者扩幅组件由第一位置转动至第二位置的过程中，丝束对应落入若干分丝槽中。

13.根据权利要求11或12所述的纺丝设备，其特征在于，扩幅组件位于第一位置时，平滑表面的最高处高于丝束所在水平面5~10cm；所述丝束所在水平面为扩幅组件位于第二位置时，丝束经过水洗槽/上油槽时的行进平面。

14.一种权利要求11-13中任意一项所述的纺丝设备的控制方法，其特征在于，纺丝设备开始运行时，控制扩幅组件移动至第一位置，使平滑表面与行进中的丝束接触，对丝束进行扩幅处理；

保持一定时长后，控制扩幅组件由第一位置移动至第二位置，纺丝辅助装置停止工作。

15.根据权利要求14所述的纺丝设备的控制方法，其特征在于，扩幅组件由第一位置移动至第二位置的过程中，行进中的丝束落入扩幅组件上的分丝槽中。