一种湿法纺丝凝固浴槽制造技术

本发明专利技术涉及合成纤维湿法纺丝凝固成形设备，特别涉及一种聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝的湿法纺丝凝固浴槽，按丝束行走方向包括浴液入口缓冲区、甬道区、浴液出口汇集区三部分，其特征是：甬道区各甬道为两侧立面、底部半圆扫略面斜槽，中段变径区采用流线型缩径方式，后段稳流区半圆扫略底面沿丝束行进方向呈一定的倾斜坡度，本发明专利技术的有益效果是可有效减小浴液上下层浓度差，实现丝束各部分均匀一致成形，减小丝束单丝间性能离散。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及合成纤维湿法纺丝凝固成形设备，特别涉及一种聚丙烯腈（PAN)基碳纤维原丝的湿法纺丝凝固浴槽，按丝束行走方向包括浴液入口缓冲区、甬道区、浴液出口汇集区三部分，其特征是：甬道区各甬道为两侧立面、底部半圆扫略面斜槽，中段变径区采用流线型缩径方式，后段稳流区半圆扫略底面沿丝束行进方向呈一定的倾斜坡度，本专利技术的有益效果是可有效减小浴液上下层浓度差，实现丝束各部分均匀一致成形，减小丝束单丝间性能离散。【专利说明】-种湿法纺丝凝固浴槽
本专利技术涉及合成纤维湿法纺丝凝固成形设备，特别涉及一种聚丙烯腈（PAN)基碳 纤维原丝的湿法纺丝凝固浴槽。
技术介绍
PAN基碳纤维是当今碳纤维工业的主流，产量占世界碳纤维总产量的90%左右， 随着碳纤维在国民经济和国防建设中战略性地位的不断提高，低成本高性能碳纤维产品生 产是当前所有碳纤维供应商共同的攻关研发方向，在此过程中，高速纺制优质原丝是生产 高性能碳纤维的前提。 目前PAN原丝纺丝工艺主要包括湿法和干湿法两种，其中采用二甲基亚砜（DMS0) 为溶剂的湿法成型工艺纤维纤度变化小、纤维上残留的溶剂少、容易控制原丝质量，是目前 广泛应用的纺丝工艺。在湿法纺丝中，喷丝组件浸没在平板斜底水平式凝固浴槽内的浴液 液面下，满足工艺温度、固含量的PAN纺丝原液经过计量泵计量、烛型过滤器过滤、从喷丝 孔挤出后，原液细流的表层立即与顺流的凝固浴接触，并很快凝固成一薄层，形成原液细流 内部和凝固浴之间的溶剂DMS0浓度差和凝固剂水的浓度差，使得凝固浴中的水不断通过 这一薄层扩散到细流内部，而细流中的溶剂也通过皮层扩散到凝固浴，随着双扩散过程和 凝固过程的进行，原液细流表层以内的溶剂浓度逐步降低，共聚物浓度逐渐升高，当升至临 界浓度时，PAN共聚物沉析凝固出来，形成凝胶结构的初生丝条。一般来说，PAN纺丝凝固浴 包括三级，一级凝固浴最为关键，凝固浴槽可分为3段，包括喷丝头段、凝固浴槽中段和浴 槽后段。丝条在凝固浴槽内部的凝固成形条件是聚丙烯腈湿法纺丝过程中最基本、最关键 的工艺控制环节，包括各段浴液流动的稳定性和浴液浓度稳定两方面内容。 上海合纤所经过研究（赵沛霖等，腈纶高速纺丝的研究II凝固浴槽结构形式及设 计原则，合成纤维，1980,01)，喷丝头段到浴槽中段采用流线型入口方式的窄浅平底斜槽， 满足浴槽中某处丝束外围液流流速应等于或接近于该处初生丝束行进速度的浴槽设计原 贝1J，使得浴槽中段浴液流动速度与丝束行进速度接近，有效减小了高速纺丝过程中丝束受 到的摩擦阻力，单根丝受力均匀，毛丝、荡丝现象大大减小，从而得到规整性好的丝束。同时 流线型入口方式使得喷丝头段到浴槽中段阻力减小，明显改善了喷丝头周围的浴液涡流现 象。但此项研究没有考虑浴槽内尤其是喷丝头区浴液浓度的稳定性问题。 余军根据上海合纤所研究成果对平板斜底式凝固浴槽进行了改进（余军，合理的 凝固浴槽结构形式的设计方案，安庆石化，2001，23卷，01)，距离喷丝头100mm处加装一个 内径比喷丝组件外径稍大的孔板，对浴液流动进行整流，在喷头外套与孔板内孔之间的环 形间隙中形成环柱形液流，包围初生丝束一起向前流动，从而减少了对丝束的阻力。同时在 喷丝组件后方，设置一块带若干小孔的挡板，借以分散凝固浴的对喷丝头区的冲力，减少流 动的不稳定现象。但由于没有考虑浴液浓度的稳定，单纯的流动状态改善并没有使产品外 观质量和物理指标有明显好转。 赵国樑等人在中国专利CN200720103930. 5设计了一种前后端2个浴液入口、浴槽 中段出液的凝固浴槽，可以实现浴槽不同阶段顺流或逆流不同形式的传质传热方式，凝固 浴浓度场分布均匀，但这种形式不适应PAN原丝湿法纺丝喷丝组件水平卧式多纺位的实际 生产需求。 PAN原丝湿法纺丝凝固浴槽多采用纺位间隔板分割的平板斜底水平方式，现有设 计或改进都以改善浴液流态和整体浓度场稳定为基础，而可操作的浓度控制方式一般通过 测定浴液进出口固定点的折光率来实现，这势必会忽视凝固浴槽同一凝固位置尤其是喷 丝头区浴液上下层之间的浓度差异。在实际生产当中，喷丝头区上下层浓度差异有时可高 达1. 9%，浴槽上、下层浓度的不均匀直接影响到溶剂与凝固剂的扩散速度，下层浓度高，这 样，就一股丝束来分析，上层凝固快，下层凝固慢，造成了上下层丝条凝固点的不一致，直接 导致生产中经常碰到的碳化过程断半根丝的现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，对已有凝固浴槽技术加以改进，减 小凝固浴槽同一位置浴液的上下层浓度差异，尤其是喷丝头区的上下层浓度差异，实现每 一束丝（尤其是12K(12000根单丝）以上）单丝间的均匀凝固，制取单丝间性能离散较小 的PAN原丝。 本专利技术设计的凝固浴槽各部分功能划分基于已有水平式湿法纺丝技术，按丝束行 走方向包括浴液入口缓冲区、甬道区、浴液出口汇集区三部分，选用2?3mm不锈钢板材冲 压焊接而成。甬道区由整体外槽和槽内互相独立的甬道组成，甬道数量根据纺位数确定。甬 道结构为底部半圆、两侧立面上缘水平的半圆底斜槽，按长度方向划分为喷丝头区、中段变 径区、后段稳流区，喷丝头区内径或宽度根据纺丝规格确定，截面积较大，经过中段变径后， 后段稳流区截面积减小以适应提高浴液流速的工艺要求。在喷丝头区的浴液入口处和喷丝 组件之间安装一个带挡板的整流网，不同于已有技术的整流网板，本专利技术整流网集成挡板 与整流网于一体，背面为挡板，底部半圆锥面与两侧立面为开孔的网板，整流网各部分采用 焊接方式集成，整流网采用焊接或承插等方式固定在甬道喷丝头区的确定位置。 所述浴液入口缓冲区宽度优选10?20cm，进液管数量、过滤网数量与纺位一一对 应，所述进液管垂直焊接在缓冲区底部，所述过滤网优选厚度5?10cm的20目钢丝滤网， 采用螺栓固定或承插等方式固定在凝固浴槽缓冲区出液板对应纺位处。 所述浴液出口汇集区宽度优选30?50cm，包括第一导丝辊、液位调节板及对应纺 位数量的出液管等设备，所述第一导丝辊采用大包角镜面不锈钢辊，优选直径15?20cm， 所述液位调节板由固定板和调节板组合而成，所述出液管的管径、管口位置与进液管对称。 所述凝固浴槽甬道采用厚度2?3mm厚不锈钢板冲压、焊接而成，单甬道总长度根 据纺丝速度、纺丝原液指标及一级凝固浴浸长要求调整，范围在1. 9?2. 5m之间；甬道两端 采用焊接方式分别与缓冲区出液板和汇集区进液板固定；所述甬道包括喷丝头区、甬道中 段变径区和后段稳流区，甬道两侧立面上缘水平，喷丝头区半圆底水平安置，后段稳流区半 圆底面抬升坡度优选3?5°，中段变径区采用流线式缩径方式。 所述整流网挡板垂直于纺位中心线安装在甬道喷丝头区，按丝束行走方向半圆锥 面背部挡板直径或宽度与喷丝组件外径相当，前部外缘直径或宽度与甬道喷丝头区半圆底 直径或立面宽度一致，以达到与甬道紧密配合的目的，两侧立面与纺位中心线倾角和半圆 锥面锥角一致，优选8?10° ;所述整流网安装位置位于喷丝板前方，优选4?6cm，沿该 位置垂直于甬道的两侧面和半圆底面轨迹处采用焊接或承插等方式对接整流网前部外缘； 所述整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝固浴槽装置，用于PAN基碳纤维原丝湿法纺丝，包括浴液入口缓冲区(1)、甬道区和浴液出口汇集区三个部分，其特征是：甬道区各甬道(13)为两侧立面、底部半圆扫略面斜槽，甬道喷丝头区(131)安装整流网(2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱自平，谢勇，
申请(专利权)人：朱自平，谢勇，
类型：发明
国别省市：山西;14