专利名称：纤维丝束纺丝用干燥装置及方法
技术领域：
本发明涉及碳纤维原丝纺织设备技术领域，具体涉及到一种纤维丝束纺丝用干燥 装置及方法。
背景技术：
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗辐射等主要特性。碳纤维特殊的性 能决定应用领域很广泛，适用于航空航天、汽车工业、文体器材领域，在医用器械、新能源、 土木工程建筑、海底石油等领域，都有很好的应用前景。
碳纤维制造过程中，高质量的原丝是制造高性能碳纤维的关键，提高原丝性能的 过程中，纤维丝束干燥装置也起着非常重要的作用。常用的干燥装置干燥效率低、时间长， 并不能很好地达到干燥致密化的效果。发明内容
为了解决现有的纤维丝束纺丝用干燥装置及方法干燥效率低、干燥时间长的技术 问题，本发明提供了一种可以在更短的时间内达到丝束干燥致密化效果的纤维丝束纺丝用 干燥装置及方法。
本发明的技术解决方案
一种纤维丝束纺丝用干燥装置，包括箱体2、设置在箱体2外部的热源供应装置8、 固定在箱体2上且置于箱体内的多个传动装置7、设置在箱体2顶部的余热收集装置3，所 述传动装置7包括传动轴5和套于传动轴上传动辊6，其特殊之处在于所述传动辊6由多 孔材料制成，所述传动轴5为中空结构，其侧壁均勻分布有多个供气孔4，所述热源供应装 置8与多个传动轴5分别连通。
上述热源供应装置8用于产生过热水蒸汽或高温压缩空气。
上述多孔材料为金属合金、不锈钢、镍或钛。
上述热源供应装置8与各传动轴5之间均设置有阀门9。
一种纤维丝束纺丝用干燥方法，包括以下步骤
1将碳纤维丝束缠绕在传动辊6上；
2热源供应装置8向传动轴内供应过热水蒸汽或高温压缩空气，使其通过传动轴 后由传动辊表面逸出，在传动辊间形成温度大于碳纤维原丝玻璃化温度Tg的热场，使碳纤 维丝束在热场中干燥30 50s。
上述步骤2的热场为多个不同温度的热场，所述多个不同温度的热场是通过热源 供应装置与各传动轴之间的阀门控制不同传动轴中过热水蒸汽或高温压缩空气的流量和 压力来实现的。
上步骤2所形成的热场温度范围为110 175°C。
上述干燥方法还包括收集逸出的过热水蒸汽或高温压缩空气的步骤用余热收集 装置将逸出的过热水蒸汽和高温压缩空气进行收集，排放到其他需要加热的设备管路。
本发明所具有的优点
1、本发明采用多孔材料制成传动辊，利用多孔材料的耐高温、耐腐蚀、抗热震和良 好的导热透过等优越性能，使过热水蒸汽或高温压缩空气在压力的作用下，通过多孔材料 小孔均勻的分布于整个传动辊体表面，溢出的过热水蒸汽或高温压缩空气将碳纤维原丝丝 束中液态水蒸发汽化，在收缩力和毛细管引力的作用下，使原纤之间存在的孔隙并合或消 除，排列更紧密，促进原纤的取向和重排。在干燥和牵伸力的双重作用下，使纤维丝束能够 更好的干燥致密化，提高纤维丝束的性能。
2、本发明在箱体顶部增加了用于收集过热水蒸汽、高温压缩空气的余热收集装 置，该余热收集装置将多孔材料辊逸出的过热水蒸汽和高温压缩空气进行收集，排放到其 他需要加热的设备管路，减小了热能损失，降低了工作环境中的温度。
3、本发明碳纤维纺丝用干燥装置通过不同温度场的控制，可以在更短的时间内达 到丝束干燥致密化的目的，提高碳纤维原丝的生产效率。
图1为本发明干燥装置的结构示意图2为本发明干燥装置的箱体内介质和热能传输分布示意其中附图标记为1-底座，2-箱体，3-余热收集装置，4-供气孔，5-传动轴，6_传 动辊，7-传动装置，8-热源供应装置，9-阀门。
具体实施方式
本发明主要适用于碳纤维原丝纺织设备技术领域。主要作用是在不同的热场和合 理的干燥时间下，达到干燥致密化，使碳纤维原丝丝束密度大幅度提高。
如图1所示，纤维丝束纺丝用干燥装置包括底座1、箱体2、固定在箱体2侧壁上且 置于箱体内的传动装置7、热源供应装置8以及设置在箱体顶部的余热收集装置3，传动装 置3包括传动轴5和套于传动轴5上传动辊6，传动轴5上均勻分布有多个供气孔4，传动 辊6的材料为多孔材料，热源供应装置所提供的热源通过传动轴内部以及供气孔后流向传 动辊，并通过传动辊6的多孔材料的小孔从传动辊表面逸出。
本发明中多孔材料采用金属合金、不锈钢、镍及钛等耐高温、耐腐蚀材料。由于多 孔材料具有耐高温、耐腐蚀、抗热震，良好的透过性和导热性等优越性能。保证过热水蒸汽 或高温压缩空气通过多孔材料稀疏的小孔均勻的分布于整个传动辊表面，使碳纤维原丝丝 束可已达到均勻的干燥致密化。
热源供应装置产生过热水蒸汽或高温压缩空气。本发明在干燥致密化过程中向多 孔材料传动轴内通入不同温度的过热水蒸汽或高温压缩空气，通过阀门9调节，在一台干 燥装置或多台装置都可以形成两个或多个热场(各热场温度均大于碳纤维原丝玻璃化温 度Tg)，使碳纤维原丝丝束孔中的水分逐步逸出，最后可以达到碳纤维原丝含水量< 0. 5%。 热场温度应控制在110 175°C之间，如果温度过高会使碳纤维原丝丝束表面水分蒸发过 快，使原丝内部的水分来不及扩散，这样就会在原丝表面产生一层硬皮层，影响原丝的质量 或会造成纤维泛黄。如果温度过低时，碳纤维原丝丝束未能热烘干燥、不能达到致密化、有 失透现象，影响碳纤维原丝丝束的整体性能。
热源供应装置8与各传动轴5之间均设置有阀门9。本发明通过控制过热水蒸汽 或高温压缩空气的流量和压力，使纤维丝束在不同的温度场中进行干燥。干燥致密化时间 大约在30 50s之间，时间过短，碳纤维原丝丝束孔内部水分不能及时逸出，不能保证丝束 的干燥致密化效果。时间过长，碳纤维原丝丝束，就会泛黄，不能达到碳纤维原丝丝束质量 要求。
本发明箱体顶部增加了过热水蒸汽、高温压缩空气余热收集装置。该装置将多孔 材料辊逸出的过热水蒸汽或高温压缩空气进行收集，供给到其他需要加热的设备管路，减 小了热能损失，降低了工作环境中的温度。
本装置采用过水热蒸汽或高温压缩空气作为工作介质，利用多孔材料作为传动辊 辊体。纤维丝束在干燥装置内按照干燥温度的要求，通过控制过热水蒸汽或高温压缩空气 的流量和压力，使纤维丝束在不同的热场中进行干燥。在收缩力和毛细管引力的作用下，随 着纤维丝束中大量水分的逸走，原丝中大孔发生塌陷和合并或消除，原纤间排列更紧密且 间距缩小，次价力增强，从而促进原纤的取向和重排。在干燥和牵伸力的双重作用下，使纤 维丝束能够更好的干燥致密化，提高纤维丝束的性能。
图2所示为本发明的干燥装置的箱体内介质和热能传输分布示意图，多余的热量 通过余热收集装置收集。
本发明所涉及的纤维丝束纺丝用干燥方法，包括以下步骤
1将碳纤维丝束缠绕在传动辊上；
2热源供应装置向传动辊内供应不同温度的过热水蒸汽或高温压缩空气，在不同 传动辊上形成多个温度均大于碳纤维原丝玻璃化温度Tg的热场，使碳纤维丝束在不同的热 场中干燥30s 50s，形成的热场温度为110 175°C。
由于碳纤维原丝丝束经过热水牵伸与上油剂，丝束孔中含水量大约在30% 50%之间，经过干燥致密化热处理，碳纤维原丝丝束孔中含有的水分在过热水蒸汽或高温 压缩空气的作用下被逸出带走，原纤排列更紧密，从而使碳纤维原丝密度得到大幅度提高。 通过热源供应装置与各传动轴之间的阀门控制过热水蒸汽或高温压缩空气的流量和压力， 在一台干燥装置或多台干燥装置上形成两个或多个热场(各热场温度均大于碳纤维原丝 丝束玻璃化温度Tg)，使碳纤维原丝丝束在不同的温度场中进行干燥，丝束孔中的水分逐步 逸出，最后可以达到碳纤维原丝丝束含水量<0.5%。热场温度应控制在110 175°C之间， 干燥时间大约在30 50s之间。
权利要求
1.一种纤维丝束纺丝用干燥装置，包括箱体O)、设置在箱体( 外部的热源供应装置 (8)以及固定在箱体( 上且置于箱体内的多个传动装置(7)，所述传动装置(7)包括传动 轴(5)和套于传动轴上传动辊(6)，其特征在于所述传动辊(6)由多孔材料制成，所述传 动轴(5)为中空结构，其侧壁均勻分布有多个供气孔G)，所述热源供应装置(8)与多个传 动轴(5)分别连通。
2.根据权利要求1所述的纤维丝束纺丝用干燥装置，其特征在于所述热源供应装置 (8)用于产生过热水蒸汽或高温压缩空气。
3.根据权利要求1或2所述的纤维丝束纺丝用干燥装置，其特征在于所述干燥装置 还包括设置在箱体( 顶部的余热收集装置(3)。
4.根据权利要求3所述的纤维丝束纺丝用干燥装置，其特征在于所述多孔材料为金 属合金、不锈钢、镍或钛。
5.根据权利要求4所述的纤维丝束纺丝用干燥装置，其特征在于所述热源供应装置 (8)与各传动轴(5)之间均设置有阀门(9)。
6.一种纤维丝束纺丝用干燥方法，其特征在于包括以下步骤1将碳纤维丝束缠绕在传动辊(6)上；2热源供应装置(8)向传动轴内供应过热水蒸汽或高温压缩空气，使其通过传动轴后 由传动辊表面逸出，在传动辊间形成温度大于碳纤维原丝玻璃化温度Tg的热场，使碳纤维 丝束在热场中干燥30 50s。
7.根据权利要求6所述的纤维丝束纺丝用干燥方法，其特征在于所述步骤2的热场 为多个不同温度的热场，所述多个不同温度的热场是通过热源供应装置与各传动轴之间的 阀门控制不同传动轴中过热水蒸汽或高温压缩空气的流量和压力来实现的。
8.根据权利要求6或7所述的纤维丝束纺丝用干燥方法，其特征在于所述步骤2所 形成的热场温度范围为110 175°C。
9.根据权利要求8所述的纤维丝束纺丝用干燥方法，其特征在于所述干燥方法还包 括收集逸出的过热水蒸汽或高温压缩空气的步骤用余热收集装置将逸出的过热水蒸汽和 高温压缩空气进行收集，排放到其他需要加热的设备管路。
全文摘要
本发明涉及纤维丝束纺丝用干燥装置及方法，包括箱体、设置在箱体外部的热源供应装置、固定在箱体上且置于箱体内的多个传动装置、设置在箱体顶部的余热收集装置，传动装置包括传动轴和套于传动轴上传动辊，传动辊由多孔材料制成，传动轴为中空结构，其侧壁均匀分布有多个供气孔，热源供应装置与多个传动轴分别连通。本发明解决了现有的纤维丝束纺丝用干燥装置及方法干燥效率低、干燥时间长的技术问题，本发明具有使纤维丝束能够很好的干燥致密化，提高纤维丝束的性能的优点。
文档编号D01F9/12GK102041564SQ201010573258
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者刘福杰, 庞培东, 王浩静, 王磊涛, 程璐, 范立东 申请人:西安航科等离子体科技有限公司