CN212800618U - 原丝凝固成纤装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种原丝凝固成纤装置。该原丝凝固成纤装置包括走丝槽主体(1)、喷丝组件、导丝辊(2)和牵伸辊(3)，喷丝组件设置在走丝槽主体(1)的入口处，牵伸辊(3)设置在走丝槽主体(1)的出口处，导丝辊(2)设置在牵伸辊(3)和喷丝组件之间，喷丝组件包括喷丝板(4)，喷丝板(4)上设置有多个喷丝孔(5)，多个喷丝孔(5)呈矩形阵列分布。根据本申请的原丝凝固成纤装置，能够有效避免原丝凝固成纤过程中出现毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大的缺陷，保证各单丝均匀凝固成纤。

Description

原丝凝固成纤装置

技术领域

本申请涉及聚丙烯腈碳纤维生产设备技术领域，具体涉及一种原丝凝固成纤装置。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、抗烧蚀、耐腐蚀等优点，在航天、航空、海洋、核电等尖端技术领域具有广泛应用。聚丙烯腈碳纤维前驱体原丝的结构、各类缺陷和外观质量等因素在很大程度上决定了最终碳纤维的性能、质量甚至成本。凝固过程是湿法纺丝第一步，在这一过程中，聚丙烯腈溶液经喷丝板形成聚丙烯腈溶液细流，然后在凝固剂水的作用下凝固成纤。凝固过程直接决定原丝的结构、外观等性能的质量稳定性，凝固浴条件和喷丝板结构是影响该过程的主要因素。

在传统的聚丙烯腈原丝湿法纺丝的过程中，现有的喷丝板设计主要为圆形板。生产大丝束原丝(12K-48K)时，由于喷丝孔数量成倍增加和喷丝孔孔间距的限制，喷丝板的尺寸通常远远大于小丝束原丝(1K-6K)喷丝板的尺寸。这种结构的喷丝板在原液细流凝固成纤的过程中，喷丝板竖直方向上下液位层面的凝固浴存在温度和浓度的不均匀性，以及竖直方向不同单丝凝固路径的差异性，会引起竖直方向不同位置的凝固丝束在结构和性能方面的差异性，容易造成毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大等缺陷，直接影响聚丙烯腈原丝及碳纤维的品质。因此，需要研究一种能够保证各单丝均匀凝固成纤的装置。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种原丝凝固成纤装置，能够有效避免原丝凝固成纤过程中出现毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大的缺陷，保证各单丝均匀凝固成纤。

为了解决上述问题，本申请提供一种原丝凝固成纤装置，包括走丝槽主体、喷丝组件、导丝辊和牵伸辊，喷丝组件设置在走丝槽主体的入口处，牵伸辊设置在走丝槽主体的出口处，导丝辊设置在牵伸辊和喷丝组件之间，喷丝组件包括喷丝板，喷丝板上设置有多个喷丝孔，多个喷丝孔呈矩形阵列分布。

优选地，喷丝板的板面呈矩形。

优选地，多个喷丝孔包括两组，其中第一组喷丝孔呈第一矩形阵列分布，第二组喷丝孔呈第二矩形阵列分布，两组喷丝孔在行方向和列方向上均错位排布。

优选地，相邻奇偶行喷丝孔中心点行间距为0.5mm～1.5mm；和/或，同一行的相邻喷丝孔中心点间距与相邻奇偶行喷丝孔中心点列间距的比例为2*tan30°～2*tan45°。

优选地，矩形喷丝板的长宽比L/W为3.0～8.0；和/或，矩形喷丝板的长度方向沿水平方向延伸，矩形喷丝板的宽度方向沿竖直方向延伸。

优选地，喷丝板垂直于板面的水平中心线与导丝辊的导丝面相切。

优选地，喷丝板的板面中心与导丝辊的原丝切点之间的距离为L1，喷丝板的板面中心与牵伸辊的原丝切点之间的距离为L2，其中L1/L2＝0.4～0.6。

优选地，导丝辊为被动辊。

优选地，喷丝组件还包括进料管，进料管连接在喷丝板的进口端。

优选地，进料管为鹅颈管。

本申请提供的原丝凝固成纤装置，包括走丝槽主体、喷丝组件、导丝辊和牵伸辊，喷丝组件设置在走丝槽主体的入口处，牵伸辊设置在走丝槽主体的出口处，导丝辊设置在牵伸辊和喷丝组件之间，喷丝组件包括喷丝板，喷丝板上设置有多个喷丝孔，多个喷丝孔呈矩形阵列分布。本申请的原丝凝固成纤装置，采用矩形阵列排布的喷丝孔，并利用导丝辊对位于牵伸辊和喷丝组件之间的原丝进行导丝，从而能够大大减小喷丝板上下单丝的凝固路径的差异，避免聚丙烯腈纤维在凝固过程产生毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大等缺陷，改善单丝成纤质量。

附图说明

图1为本申请实施例的原丝凝固成纤装置的结构示意图；

图2为本申请实施例的原丝凝固成纤装置的喷丝板结构示意图；

图3为本申请实施例的原丝凝固成纤装置的第一种喷丝孔排布结构图；

图4为本申请实施例的原丝凝固成纤装置的第二种喷丝孔排布结构图。

附图标记表示为：

1、走丝槽主体；2、导丝辊；3、牵伸辊；4、喷丝板；5、喷丝孔；6、进料管。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本申请的实施例，原丝凝固成纤装置包括走丝槽主体1、喷丝组件、导丝辊2和牵伸辊3，喷丝组件设置在走丝槽主体1的入口处，牵伸辊3设置在走丝槽主体1的出口处，导丝辊2设置在牵伸辊3和喷丝组件之间，喷丝组件包括喷丝板4，喷丝板4上设置有多个喷丝孔5，多个喷丝孔5呈矩形阵列分布。

本申请的原丝凝固成纤装置，采用矩形阵列排布的喷丝孔5，并利用导丝辊2对位于牵伸辊3和喷丝组件之间的原丝进行导丝，从而能够大大减小喷丝板4上下单丝的凝固路径的差异，避免聚丙烯腈纤维在凝固过程产生毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大等缺陷，改善单丝成纤质量。

优选地，喷丝板4的板面呈矩形。喷丝板4在喷丝的过程中，喷丝板4竖直方向上下液位层面的凝固浴存在温度和浓度的不均匀性以及竖直方向不同单丝凝固路径的差异性，会引起竖直方向不同位置的凝固丝束在结构和性能方面的差异性，因此，可以将喷丝板4的板面设置为矩形，如此一来，就能够缩小喷丝板4在竖直方向上的宽度，加大喷丝板4在水平方向上的长度，从而减少在竖直方向分布的单丝数量，增加在水平方向上分布的单丝数量，进而到达减小竖直方向不同单丝凝固路径的差异性，减小竖直方向不同位置的凝固丝束在结构和性能方面的差异性的目的，更加有效地起到避免聚丙烯腈纤维在凝固过程产生毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大等缺陷。

此外，当喷丝板4的板面采用矩形，且喷丝孔5呈矩阵排列时，可以使得喷丝孔5的排列结构与喷丝板4的结构更加匹配，可以更加有效地利用喷丝板面，提高喷丝效率。

优选地，多个喷丝孔5包括两组，其中第一组喷丝孔5呈第一矩形阵列分布，第二组喷丝孔5呈第二矩形阵列分布，两组喷丝孔5在行方向和列方向上均错位排布。使得喷丝孔5形成两组错位排布的结构，能够使得喷丝孔5在喷丝板面上的排布更加均匀，喷丝更加均匀，也可以利用这种错位进一步减小喷丝孔在竖直方向上的间距，减小竖直方向不同单丝凝固路径的差异性，减小竖直方向不同位置的凝固丝束在结构和性能方面的差异性，减少聚丙烯腈原丝的各类缺陷，提升外观质量。

优选地，相邻奇偶行喷丝孔5中心点行间距为0.5mm～1.5mm。当奇偶行喷丝孔错位排布时，此时相邻的奇偶行喷丝孔5的间距变大，因此可以从一定程度上减小奇偶行喷丝孔5的行间距和列间距，使得喷丝孔5的结构分布更加紧凑，喷丝效率更高。优选地，矩形喷丝板上的喷丝孔5的数量为12K～48K。

优选地，同一行的相邻喷丝孔5中心点间距与相邻奇偶行喷丝孔5中心点列间距的比例为2*tan30°～2*tan45°。其中在图3的示意图中，该实施例的比例为同一行的相邻喷丝孔5中心点间距与相邻奇偶行喷丝孔5中心点列间距的比例为2*tan45°，在图4的示意图中，该实施例的比例为同一行的相邻喷丝孔5中心点间距与相邻奇偶行喷丝孔5中心点列间距的比例为2*tan30°。喷丝孔5在以上两种方式的排布角度之间布置时，喷丝孔5的排布更为均匀，减少凝固成纤过程中发生断头的几率，使得喷丝更加均匀，减小不同单丝的差异性；同时更符合喷丝板4的承压要求，有利于延长喷丝板4的使用寿命。

矩形喷丝板4的长宽比L/W为3.0～8.0，能够使得喷丝板4的长宽比例设置合理，既能够在竖直方向上分布合适数量的单丝，又能够在水平方向上分布合适数量的单丝，可以兼顾竖直方向不同单丝凝固路径的差异性以及水平方向上单丝的分布数量之间的平衡性，在单丝凝固的质量以及数量上能够达到均衡。

矩形喷丝板4的长度方向沿水平方向延伸，矩形喷丝板4的宽度方向沿竖直方向延伸。

优选地，喷丝板4垂直于板面的水平中心线与导丝辊2的导丝面相切，能够使得导丝辊2的设置位置与喷丝板4的水平中心线形成关联，可以优化导丝辊2对于喷丝板4喷出的单丝的导丝作用，使得导丝辊2对于竖直方向分布的单丝的导丝作用力更加均匀，避免竖直方向上的单丝受力不均而导致的毛丝多、丝束分叉、单丝直径CV值偏差大等缺陷。

喷丝板4的板面中心与导丝辊2的原丝切点之间的距离为L1，喷丝板4的板面中心与牵伸辊3的原丝切点之间的距离为L2，其中L1/L2＝0.4～0.6。通过合理限定导丝辊2在单丝行进路径上的位置，既能够避免导丝辊2的位置过于靠前导致单丝未彻底分散，纤维中的溶剂扩散不均匀的问题，又能够避免导丝辊2的位置过于靠后导致的导丝辊2对于单丝的约束作用减弱的问题，使得导丝辊2能够起到良好的导丝效果，同时可以避免或者减少毛丝的产生，有效提高聚丙烯腈碳纤维的性能、质量，降低碳纤维的生产成本。

优选地，导丝辊2为被动辊。采用被动辊，能够根据牵伸辊3的牵引速度来自动调整导丝辊2的转动速度，使得导丝辊2的转动速度始终能够与单丝的行进速度相匹配，避免导丝辊2的转动速度与单丝的行进速度不匹配而导致的毛丝以及断丝等问题，提高成纤质量。导丝辊2例如采用316L不锈钢制作而成。

喷丝组件还包括进料管6，进料管6连接在喷丝板4的进口端。在本实施例中，进料管6为鹅颈管。鹅颈管通过基座固定设置在走丝槽主体1的入口处，能够方便地将料体输送至喷丝板4处，进行喷丝处理。本申请采用具有真空保温层的鹅颈管(套管)，使聚丙烯腈溶液的温度和粘度保持稳定，能够有效提高纤维的均匀性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种原丝凝固成纤装置，其特征在于，包括走丝槽主体(1)、喷丝组件、导丝辊(2)和牵伸辊(3)，所述喷丝组件设置在所述走丝槽主体(1)的入口处，所述牵伸辊(3)设置在所述走丝槽主体(1)的出口处，所述导丝辊(2)设置在所述牵伸辊(3)和所述喷丝组件之间，所述喷丝组件包括喷丝板(4)，所述喷丝板(4)上设置有多个喷丝孔(5)，所述多个喷丝孔(5)呈矩形阵列分布。

2.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述喷丝板(4)的板面呈矩形。

3.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述多个喷丝孔(5)包括两组，其中第一组喷丝孔(5)呈第一矩形阵列分布，第二组喷丝孔(5)呈第二矩形阵列分布，两组喷丝孔(5)在行方向和列方向上均错位排布。

4.根据权利要求3所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，相邻奇偶行喷丝孔(5)中心点行间距为0.5mm～1.5mm；和/或，同一行的相邻喷丝孔(5)中心点间距与相邻奇偶行喷丝孔(5)中心点列间距的比例为2*tan30°～2*tan45°。

5.根据权利要求2所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述矩形喷丝板(4)的长宽比L/W为3.0～8.0；和/或，所述矩形喷丝板(4)的长度方向沿水平方向延伸，所述矩形喷丝板(4)的宽度方向沿竖直方向延伸。

6.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述喷丝板(4)垂直于板面的水平中心线与所述导丝辊(2)的导丝面相切。

7.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述喷丝板(4)的板面中心与所述导丝辊(2)的原丝切点之间的距离为L1，所述喷丝板(4)的板面中心与所述牵伸辊(3)的原丝切点之间的距离为L2，其中L1/L2＝0.4～0.6。

8.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述导丝辊(2)为被动辊。

9.根据权利要求1所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述喷丝组件还包括进料管(6)，所述进料管(6)连接在所述喷丝板(4)的进口端。

10.根据权利要求9所述的原丝凝固成纤装置，其特征在于，所述进料管(6)为鹅颈管。

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