CN212051746U - 一种碳纤维原丝水洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳纤维制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维原丝水洗装置，其在传统的喷淋、漂洗基础上，增设花轮以及清洗水的内部自循环、溢流、补水等系统，不仅满足了不同纺丝工艺下的水洗工艺要求，而且对高速纺丝工艺下的水洗效果更具优势。该装置的水洗槽内设计独立自循环系统，实现温度场的均匀性和溶剂的及时扩散、稀释。末级补水、逆向补水和溢流装置的设计，可实现末级水洗槽内新鲜水的连续补充和水洗槽串级控制、逐级逆向补水。本实用新型的碳纤维原丝水洗装置具有多技术集成的特点，其有效强化了水洗效果，降低了加热系统的能耗；降低了因水洗槽长度和空间的不足而增加的设备和空间的投资成本，可直接在现有纺丝装备上改造，优势明显。

Description

一种碳纤维原丝水洗装置

技术领域

本实用新型涉及碳纤维制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维原丝水洗装置。

背景技术

本实用新型背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

碳纤维原丝在纺丝工艺过程中，不论是湿法纺丝还是干喷湿纺，原丝中的溶剂残留量影响纤维的截面形状和晶态结构，会最终影响碳化后的碳纤维性能。因此，合适的水洗工艺，可除去纤维中残余的溶剂，消除对纤维的破坏作用。影响水洗的因素是多方面的，水洗前纤维的结构和水洗温度、水洗时间等直接影响水洗效果。对于水洗工艺，要求水洗效率要高。目前，国内几家产业化的碳纤维原丝生产公司，常用单一漂洗或漂洗与喷淋相结合技术，或者采用叠层式水洗装置。层叠式装置，水洗效果优于上述两种方式，且具有占地面积小的优势。但是，它的最大缺点是设备复杂且导向轮偏多，丝束容易收幅、乱位和加捻，影响水洗效力，而且设备投资大，运行成本高。

发明内容

本实用新型的目的是为解决现有技术中存在的水洗装置复杂且满足不了水洗工艺要求的问题。为此，发明了提供一种碳纤维原丝水洗装置，该装置水洗效力高、水洗工艺可调可控；而且设备投资成本少，可在原有设备上实现快速对接匹配；对于干喷湿法工艺下的高速纺丝，水洗效果和运行成本更具优势。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术手段为：

首先，本实用新型公开一种碳纤维原丝水洗装置，包括一级水洗槽、二级水洗槽，一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊、花轮、一级内循环系统、二级内循环系统、逆向补水系统、新水补入系统、溢流系统、一级喷淋系统和二级喷淋系统；其中：

所述一级水洗槽、二级水洗槽的两端分别设置一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊，且二级牵伸辊位于一级水洗槽和二级水洗槽之间；一级水洗槽、二级水洗槽中均设置有花轮。

所述一级内循环系统包括一级循环泵和一级内循环管路，从一级循环泵出口处分出一级内循环管路，实现洗涤液在一级水洗槽内自循环。

所述二级内循环系统包括二级循环泵和二级内循环管路，从循环泵出口处分出二级内循环管路，实现洗涤液在二级水洗槽内自循环。

所述逆向补水系统包括二级循环泵、一级补水管路、一级流量计和管路，所述一级流量计安装在一级补水管路上，一级水洗槽和二级水洗槽之间通过管路连接，二级水洗槽的水经过二级循环泵提供动力进入一级流量计计量后进入一级水洗槽，完成逆向补水过程。

所述新水补入系统包括二级补水管路和二级流量计，所述二级流量计安装在二级补水管路上，外部提供的去离子纯净水经二级流量计计量后进入二级水洗槽实现补水过程。

所述溢流系统包括溢流管路、第一流量计、接水漏斗，所述溢流管路的进水端伸入一级水洗槽中，第一流量计安装在溢流管路上，溢流管路的出水端在一级水洗槽外部，所述接水漏斗位于溢流管路出水端下方。逆向补入水量通过第一流量计计量后流入接水漏斗，进入污水回收管路系统。

所述一级喷淋系统包括一级喷淋管路和一级循环泵，一级循环泵提供喷淋动力；所述二级喷淋系统包括二级喷淋管路和二级循环泵，二级循环泵提供喷淋动力。

进一步地，所述一级补水管路的出水端朝向二级牵伸辊位于一级水洗槽内的传动辊，所述二级补水管路的出水端朝向三级牵伸辊位于一级水洗槽内的传动辊，有助于进一步去除原丝上的残留溶剂。

进一步地，所述溢流管路的出水端朝向一级牵伸辊位于一级水洗槽外的传动辊，有助于利用需要排出的废水预先去除原丝上的残留溶剂。

进一步地，所述一级补水管路出水端、二级补水管路出水端处均设置有喷头；所述溢流管路出水端处均设置有喷头。

进一步地，所述花轮由圆盘、圆棒、陶瓷轴承和转轴组成；圆棒固定在两块圆盘之间形成花轮的外表面，转轴穿过圆盘的中心轴线且通过陶瓷轴承与圆盘连接，形成“鼠笼”形结构。

进一步地，所述圆盘、圆棒、转轴的材质均为316不锈钢，圆棒的表面做抛光处理，达到镜面精度，可选地，所述圆棒为8条，均布在圆盘上；水洗丝经过花轮圆棒的表面挤压，使水洗丝开纤扩幅，水洗效力更强。

进一步地，所述陶瓷轴承采用氮化硅全陶瓷轴承，其具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、无油自润滑、高转速等特性。

可选地，每个水洗槽根据工艺要求可设置两级、三级或多级花轮；微调花轮角度，可实现多道往复水洗，提高水洗效果。

进一步地，还包括花轮的固定座，其由两侧面板、底板、固定螺杆、紧固螺母组成，两侧面板固定在底板的两端形成凹槽形结构，所述底板通过固定螺杆和紧固螺母与水洗槽底部分配板固定，花轮的转轴安装在两侧面板上。可选地，每个水洗槽根据水洗工艺要求可增设 2～3个花轮。

进一步地，所述一级水洗槽、二级水洗槽均内置加热盘管、自控温系统，实现原丝常规意义上的漂洗。

进一步地，所述一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊均为辊牵伸机，传动辊材质为SS316不锈钢，表面镜面抛光处理，它控制原丝束在水洗槽的水洗时间和牵伸张力。

进一步地，可根据水洗工艺要求增设N级水洗槽，每级水洗槽串级控制，后级水洗槽向前级水洗槽计量补水，最后通过一级水洗槽计量溢流出。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下几方面的有益效果：

(1)本实用新型的碳纤维原丝水洗装置在传统的喷淋、漂洗基础上，增设花轮以及清洗水的内部自循环、溢流、补水等系统，不仅满足了不同纺丝工艺下的水洗工艺要求，而且对高速纺丝工艺下的水洗效果更具优势。

(2)本实用新型设计的花轮结构的独特设计可实现水洗工艺的可调、可控；实现水洗丝的挤压、开纤扩幅状态下连续运行，提高了水洗效果。

(3)本实用新型水洗槽内独立自循环系统，实现温度场的均匀性和溶剂的及时扩散、稀释。末级补水、逆向补水和溢流装置的设计，可实现末级水洗槽内新鲜水的连续补充和水洗槽串级控制、逐级逆向补水，通过一级水洗槽溢流系统，保证整个水洗系统补水、逆向补水、溢流的动态平衡；保证水洗槽中溶剂含量保持极低的水平。

(4)本实用新型的碳纤维原丝水洗装置具有多技术集成的特点，其有效强化了水洗效果，降低了加热系统的能耗；降低了因水洗槽长度和空间的不足而增加的设备和空间的投资成本，其可以直接在现有纺丝装备上改造，优势明显。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例中碳纤维原丝水洗装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中花轮内的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中固定座的结构示意图。

上述附图中标记分别代表：1-一级水洗槽，2-二级水洗槽，3- 一级牵伸辊，4-二级牵伸辊，5-三级牵伸辊，6-花轮，7-一级循环泵， 8-一级内循环路，9-二级循环泵，10-二级内循环管路，11-一级补水管路，12-一级流量计，15-二级补水管路，16-二级流量计，19-溢流管路，20-第一流量计，21-接水漏斗，22-一级喷淋管路，23-二级喷淋管路，24-圆盘，25-圆棒，26-陶瓷轴承，27-转轴，28-面板，29- 底板，30-固定螺杆，31-螺母，13、14、17、18-辅助阀门。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语解释部分：本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

正如前文所述，现有技术中存在水洗装置复杂且满足不了水洗工艺要求的问题。为此，发明了提供一种碳纤维原丝水洗装置，现结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型进一步进行说明。

第一实施例，参考图1，示例一种本实用新型设计的碳纤维原丝水洗装置，包括一级水洗槽1、二级水洗槽2，一级牵伸辊3、二级牵伸辊4、三级牵伸辊5、花轮6、一级内循环系统、二级内循环系统、逆向补水系统、新水补入系统、溢流系统、一级喷淋系统和二级喷淋系统。

所述一级水洗槽1、二级水洗槽2的两端分别设置一级牵伸辊3、二级牵伸辊4、三级牵伸辊5，且二级牵伸辊4位于一级水洗槽1和二级水洗槽2之间；一级水洗槽1、二级水洗槽2中均设置有花轮6。所述一级水洗槽、二级水洗槽均内置加热盘管、自控温系统，实现原丝常规意义上的漂洗。所述一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊均为5辊牵伸机，传动辊材质为SS316不锈钢，表面镜面抛光处理，它控制原丝束在水洗槽的水洗时间和牵伸张力。

所述一级内循环系统包括一级循环泵7和一级内循环管路8，从一级循环泵7出口处分出一级内循环管路8，实现洗涤液在一级水洗槽内自循环。

所述二级内循环系统包括二级循环泵9和二级内循环管路10，从循环泵9出口处分出二级内循环管路10，实现洗涤液在二级水洗槽内自循环。

所述逆向补水系统包括二级循环泵9、一级补水管路11、一级流量计12和管路组成，所述一级流量计12安装在一级补水管路11上，一级水洗槽和二级水洗槽之间通过管路连接，二级水洗槽的水经过二级循环泵提供动力进入一级流量计计量后进入一级水洗槽，完成逆向补水过程；这一过程要通过辅助阀门13、14进行分流、调控。

所述新水补入系统包括二级补水管路15和二级流量计16，所述二级流量计16安装在二级补水管路15上，外部提供的去离子纯净水经二级流量计16计量后进入二级水洗槽实现补水过程，这一过程要通过辅助阀门17、18进行调控。二级水洗槽补水量、一级水洗槽逆向补水量与一级水洗槽(5)溢流量一致，实现动态平衡，保证水洗槽中溶剂含量保持极低的水平，增强水洗的效力。

所述溢流系统包括溢流管路19、第一流量计20、接水漏斗21，所述溢流管路15的进水端伸入一级水洗槽1中，第一流量计20安装在溢流管路15上，溢流管路15的出水端在一级水洗槽外部，所述接水漏斗21位于溢流管路出水端下方。逆向补入水量通过第一流量计 20计量后流入接水漏斗，进入污水回收管路系统。实现逆向补水量和溢流量的动态平衡，保正丝束经过水洗工艺，溶剂残留处于可控的工艺范围。

所述一级喷淋系统包括一级喷淋管路22和一级循环泵7，一级循环泵7提供喷淋动力；所述二级喷淋系统包括二级喷淋管路23和二级循环泵9，二级循环泵提供喷淋动力。

可以理解的是，在所述第一实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同的技术问题，实现不同的发明目的，具体示例如下：

第二实施例，所述一级补水管路11的出水端朝向二级牵伸辊4 位于一级水洗槽1内的传动辊，所述二级补水管路15的出水端朝向三级牵伸辊5位于一级水洗槽1内的传动辊，这样设计有助于进一步去除原丝上的残留溶剂。所述溢流管路15的出水端朝向以级牵伸辊 3位于一级水洗槽1外的传动辊，有助于利用需要排出的废水预先去除原丝上的残留溶剂。

第三实施例，所述一级补水管路11出水端、二级补水管路15出水端处均设置有喷头，通过喷头将补入的新水喷洒在即将输出对应水洗槽1的原丝上，有助于进一步去除原丝上的残留溶剂。所述溢流管路15出水端处均设置有喷头，通过喷头将需要排出的废水预先喷洒在即将进入一级水洗槽1的原丝上，有助于预先去除原丝上的残留溶剂。

第四实施例，参考图2，所述花轮6由圆盘24、圆棒25、陶瓷轴承26和转轴27组成；10根圆棒25均匀固定在两块圆盘24之间形成花轮的圆形的外表面，转轴27穿过圆盘的中心轴线且通过陶瓷轴承26与圆盘25连接，形成“鼠笼”形结构。所述圆盘、圆棒、转轴27的材质均为316不锈钢，圆棒的表面做抛光处理，达到镜面精度，所述陶瓷轴承26采用氮化硅全陶瓷轴承，其具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、无油自润滑、高转速等特性。水洗丝经过花轮圆棒的表面挤压，使水洗丝开纤扩幅，水洗效力更强。圆棒25对水洗丝起到挤压、开纤扩幅的作用；“鼠笼”形结构的花轮在水洗丝的牵引下转动，扰动水流，起到加强水洗的效力。

第五实施例，参考图3，还包括花轮6的固定座，其由两侧面板 28、底板29、固定螺杆30、紧固螺母31组成，两侧面板28固定在底板29的两端形成凹槽形结构，所述底板29通过固定螺杆30和紧固螺母31与水洗槽底部分配板固定，花轮的转轴27安装在两侧面板上。花轮随固定座在固定螺杆和紧固螺母的作用下，实现水洗丝多道往复水洗时角度的可调、可控。

第六实施例，以3K碳纤维原丝水洗为例，示例本实用新型设计的碳纤维原丝水洗装置的应用，其中，循环泵为SS304不锈钢化工离心泵，泵体耐温≦120度，扬程8米，电机功率0.55千瓦。一级循环泵实现一级水洗槽内水的自循环、喷淋、漂洗和溢流功能；二级循环泵实现二级水洗槽内水的自循环、喷淋、漂洗和逆向补水功能。具体过程如下：

应用1：纺速设定150米/分；八级水洗槽，串级控制；每个水洗槽增设一级离心泵，实现水洗槽连续自循环、喷淋、补水、溢流，流量均设定为30L/H；八级水洗槽的温度40℃～80℃，温度梯度分布。一浴初生纤维在八级牵伸辊的牵引下，依次进入一级至八级水洗槽进行水洗。取原丝测试，溶剂残留量450PPM。

应用2：纺速设定150米/分；八级水洗槽，串级控制；每个水洗槽增设两级水洗花轮；每个水洗槽增设一级离心泵，实现水洗槽连续自循环、喷淋、补水流、溢流，流量均设定为30L/H；八级水洗槽的温度40℃～80℃，温度梯度分布。一浴初生纤维在八级牵伸辊的牵引下，依次进入一级至八级水洗槽，水洗丝经过的每个水洗槽过水洗花轮往复3道。取原丝测试，溶剂残留量98PPM。

应用3：纺速设定150米/分；八级水洗槽，串级控制；每个水洗槽增设两级水洗花轮；每个水洗槽增设一级离心泵，实现水洗槽连续自循环、喷淋、补水流、溢流，流量均设定为60L/H；八级水洗槽的温度40℃～80℃，温度梯度分布。一浴初生纤维在八级牵伸辊的牵引下，依次进入一级至八级水洗槽，水洗丝经过的每个水洗槽过水洗花轮往复3道。取原丝测试，溶剂残留量43PPM。

可以看出，上述的原丝溶剂残留量低，完全满足水洗要求。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，包括一级水洗槽、二级水洗槽，一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊、花轮、一级内循环系统、二级内循环系统、逆向补水系统、新水补入系统、溢流系统、一级喷淋系统和二级喷淋系统；所述一级水洗槽、二级水洗槽的两端分别设置一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊，且二级牵伸辊位于一级水洗槽和二级水洗槽之间；一级水洗槽、二级水洗槽中均设置有花轮；所述一级内循环系统包括一级循环泵和一级内循环管路，从一级循环泵出口处分出一级内循环管路，实现洗涤液在一级水洗槽内自循环；所述二级内循环系统包括二级循环泵和二级内循环管路，从循环泵出口处分出二级内循环管路，实现洗涤液在二级水洗槽内自循环；

所述逆向补水系统包括二级循环泵、一级补水管路、一级流量计和管路，所述一级流量计安装在一级补水管路上，一级水洗槽和二级水洗槽之间通过管路连接，二级循环泵提供动力；所述新水补入系统包括二级补水管路和二级流量计，所述二级流量计安装在二级补水管路上；

所述溢流系统包括溢流管路、第一流量计、接水漏斗，所述溢流管路的进水端伸入一级水洗槽中，第一流量计安装在溢流管路上，溢流管路的出水端在一级水洗槽外部，所述接水漏斗位于溢流管路出水端下方；所述一级喷淋系统包括一级喷淋管路和一级循环泵，一级循环泵提供喷淋动力；所述二级喷淋系统包括二级喷淋管路和二级循环泵，二级循环泵提供喷淋动力。

2.如权利要求1所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述花轮由圆盘、圆棒、陶瓷轴承和转轴组成；圆棒固定在两块圆盘之间形成花轮的外表面，转轴穿过圆盘的中心轴线且通过陶瓷轴承与圆盘连接。

3.如权利要求2所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，还包括花轮的固定座，其由两侧面板、底板、固定螺杆、紧固螺母组成，两侧面板固定在底板的两端形成凹槽形结构，所述底板通过固定螺杆和紧固螺母与水洗槽底部分配板固定，花轮的转轴安装在两侧面板上。

4.如权利要求1所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述一级补水管路的出水端朝向二级牵伸辊位于一级水洗槽内的传动辊。

5.如权利要求1所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述二级补水管路的出水端朝向三级牵伸辊位于一级水洗槽内的传动辊。

6.如权利要求1所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述溢流管路的出水端朝向一级牵伸辊位于一级水洗槽外的传动辊。

7.如权利要求1所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述一级补水管路出水端、二级补水管路出水端处均设置有喷头；所述溢流管路出水端处均设置有喷头。

8.如权利要求1-7任一项所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述一级水洗槽、二级水洗槽均内置加热盘管、自控温系统。

9.如权利要求1-7任一项所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，所述一级牵伸辊、二级牵伸辊、三级牵伸辊均为辊牵伸机，传动辊材质为SS316不锈钢，表面镜面抛光处理。

10.如权利要求1-7任一项所述的碳纤维原丝水洗装置，其特征在于，根据水洗工艺要求增设N级水洗槽，每级水洗槽串级控制，后级水洗槽向前级水洗槽计量补水，最后通过一级水洗槽计量溢流出。

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