新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，包括牵伸罐体、迷宫密封箱体，牵伸罐体设有用于丝束通过的狭缝，牵伸罐体内底部设有低压蒸汽进气管道，低压蒸汽进气管道的上方设有多孔分配板，牵伸罐体的进口端和出口端分别设有迷宫密封箱体，迷宫密封箱体内设有上迷宫密封结构和下迷宫密封结构，上、下迷宫密封结构间设有间隙，形成丝束运行通道。该种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，牵伸倍率高，断丝少，丝束通过率高，保压性好，能有效提高原丝取向度和结晶度，是制得高性能碳纤维用原丝的关键设备。
【专利说明】
新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机。【背景技术】
[0002]碳纤维是含碳量在90%以上的无机高分子纤维，除具有一般碳素材料的耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性外，还具有柔软可加工性，质轻，比强度和比模量高，是新一代增强材料，广泛用于体育器械、纺织、化工机械、医学、军事，以及众多尖端科技领域。
[0003]聚丙烯腈基碳纤维产量约占各种碳纤维材料的80%以上，但是PAN原丝质量仍是碳纤维发展历程中的一个瓶颈。
[0004]聚合原液经过凝固成型为初生纤维，水洗牵伸、干燥致密化和上油之后，丝束进入到蒸汽牵伸机，再次进行高倍率牵伸，大大提高丝束取向度与结晶度，增强丝束的物理机械性能。
[0005]设备上，高压蒸汽牵伸工序是生产碳纤维用原丝的关键过程，国产蒸汽牵伸设备运行不稳定，密封性差，使牵伸罐体内蒸汽气流和温度产生波动，易产生毛丝和断丝，生产线产率降低，生产成本提高，影响高倍牵伸过程，从而降低原丝的取向度、结晶度，使原丝理化性能相应降低，并且使离散程度增加，最终影响碳纤维的力学性能。
[0006]工艺上，目前国外采用高温高压蒸汽的方法，而国内多数碳纤维厂家在较低温度的蒸汽下牵伸，所以不能够使高温的水分子充分均匀地进入到丝中，溶剂分子得不到充分释放，经过高倍蒸汽牵伸后纤维内孔洞变大，数目变多，纤维内孔洞的总体积大幅度增加， 同时取向度也大幅度的下降，高倍蒸汽牵伸过程未能有效提高纤维的理化性能。低温情况下(<13(TC)过热蒸汽拉伸2.5?3倍，纤维微孔数量虽减少，但微孔长度仍然较长，直径较大，这种原丝基本上制得的高性能碳纤维品质不稳定。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有牵伸罐体设备的不足，提供一种造价低廉、结构紧凑、操作方便，安全可靠，运行蒸汽压力高、运行过程中牵伸倍率高，断丝少，通过率高，保压性好， 能有效提高原丝取向度、结晶度和原丝制成率的蒸汽牵伸设备。
[0008]本发明的技术解决方案是:一种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，包括牵伸罐体、迷宫密封箱体，牵伸罐体设有用于丝束通过的狭缝，牵伸罐体内底部设有低压蒸汽进气管道，低压蒸汽进气管道的上方设有多孔分配板，牵伸罐体的进口端和出口端分别设有迷宫密封箱体，迷宫密封箱体内设有上迷宫密封结构和下迷宫密封结构，上迷宫密封结构和下迷宫密封结构间设有间隙形成丝束运行通道。
[0009]进一步地，低压蒸汽进气管道设有若干出气孔，出气孔设于丝束的下方，且出气孔朝向牵伸罐体的底部。
[0010]进一步地，上迷宫密封结构和下迷宫密封结构分别包括若干排列设置的迷宫密封面板，相邻的迷宫密封面板设有通气间隙，迷宫密封面板包括依次交替设置的齿面和凹槽。
[0011]进一步地，上迷宫密封结构的齿面和下迷宫密封结构的齿面一一相对，上迷宫密封结构的凹槽和下迷宫密封结构的凹槽一一相对。
[0012]进一步地，迷宫密封箱体的进出口设有分丝器，迷宫密封箱体的进出口还设有用于吸出渗出多余气体的吸风罩，吸风罩连通有吸风管;迷宫密封箱体的边框设有边槽，边槽内设有密封橡胶条。
[0013]进一步地，牵伸罐体、迷宫密封箱体外分别包裹保温棉，迷宫密封箱体的侧部设有防护挡板，迷宫密封箱体设于箱体框架上，箱体框架设于底座的卡槽滑轨上。
[0014]进一步地，迷宫密封箱体采用可开启式迷宫密封箱体，迷宫密封箱体由控制器控制开启，迷宫密封箱体包括上箱体和下箱体，上箱体内设有上迷宫密封结构，下箱体内设有下迷宫密封结构，上箱体和下箱体的侧部通过连接轴活动连接。
[0015]进一步地，迷宫密封箱体通过密封螺丝、密封螺母固定迷宫密封面板，密封螺母与迷宫密封箱体间设有耐高温垫片，迷宫密封面板和迷宫密封箱体间设有用于调节丝束运行通道高度的金属垫片。
[0016]进一步地，上迷宫密封结构和下迷宫密封结构的结合面处设有感应器，感应器与低压蒸汽进气管道的开关控制阀连锁，在牵伸罐体未完全关闭时，低压蒸汽进气管道的开关控制阀处于关闭状态，使不能通入蒸汽。
[0017]进一步地，迷宫密封箱体设有液压开合密封组件，液压开合密封组件包括液压缸、 若干密封箱体锁紧件、紧固件，紧固件包括若干紧固杆、调节螺栓和搭钩，液压缸的底座活动连接下箱体，液压缸的活塞杆活动连接紧固杆，调节螺栓连接迷宫密封面板和紧固杆，紧固杆的端部分别设有搭钩，密封箱体锁紧件设有用于对应连接搭钩的通孔。
[0018]本发明的有益效果是:一、相比于现有技术而言，本发明由于迷宫密封面板采用了模块化加工安装，加工成本明显降低，加工精度提高，安装和调校方便。并且在运行过程中，牵伸罐体间隙的调整更加简单方便。
[0019]二、本发明的蒸汽牵伸机，迷宫密封结构采用机械锁紧，且通蒸汽的管道阀门和锁紧装置连锁，安全性高。
[0020]三、该种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，蒸汽进气口设计及多孔网安装方式，使牵伸罐体内气流场均匀，减小了对运行丝束的冲击。
[0021]四、本发明的蒸汽牵伸机迷宫密封面板，设计合理，运行过程中气流场稳定，保压性好，各点温度波动小，断丝少。【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机的结构示意图；图2是实施例中牵伸罐体的侧视图。[〇〇23]图3是图1的A向侧视图。
[0024]图4是实施例中上箱体、下箱体开启的结构示意图。
[0025]图5是实施例中迷宫密封面板的俯视图。
[0026]图6是实施例中低压蒸汽通路示意图。
[0027]其中:1-牵伸罐体，2-迷宫密封箱体，3-进出口分丝器，4-狭缝，5-低压蒸汽进气管道，6-吸风罩，7-吸风管，8-支座，9-人孔，10-法兰，11-箱体框架，12-底座，13-滑轨，14-感应器，15-压力表，16-温度计；21-上箱体，22-下箱体，23-连接轴，24-迷宫密封面板，25-丝束运行通道，26-液压缸， 27-密封箱体锁紧件，28-紧固杆，29-调节螺栓，210-搭钩，211-密封橡胶条，217-防护挡板。【具体实施方式】
[0028]下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例
[0029]—种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，如图1，包括牵伸罐体1、迷宫密封箱体2,牵伸罐体1设于支座8上，牵伸罐体1设有用于丝束通过的狭缝4,如图2。牵伸罐体1内底部设有低压蒸汽进气管道5，低压蒸汽进气管道5的上方设有多孔分配板，牵伸罐体1的进口端和出口端分别设有迷宫密封箱体2,牵伸罐体1设在两个迷宫密封箱体2中间，由法兰10连接。迷宫密封箱体2内设有上迷宫密封结构和下迷宫密封结构，上迷宫密封结构和下迷宫密封结构间设有间隙形成丝束运行通道25。
[0030]该种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，结构紧凑，设计精巧，经济适用，操作方便， 维修快捷，安全可靠，运行过程中牵伸倍率高，断丝少，丝束通过率高，保压性好，能有效提高原丝取向度和结晶度，是制得高性能碳纤维用原丝的关键设备。
[0031]多孔分配板使气流场流动均匀，避免直接冲击丝束。低压蒸汽进气管道5设有若干出气孔，出气孔设于丝束的下方，且出气孔朝向牵伸罐体1的底部，蒸汽进气口设计及多孔分配板安装方式，使牵伸罐体1内气流场均匀，减小了对运行丝束的冲击。本发明的蒸汽牵伸机迷宫密封面板24，设计合理，运行过程中气流场稳定，各点温度波动小，断丝少。
[0032]上迷宫密封结构和下迷宫密封结构分别包括若干排列设置的迷宫密封面板24,相邻的迷宫密封面板24设有通气间隙，迷宫密封面板24包括依次交替设置的齿面和凹槽。上迷宫密封结构的齿面和下迷宫密封结构的齿面一一相对，上迷宫密封结构的凹槽和下迷宫密封结构的凹槽相对。[〇〇33]迷宫密封面板24和迷宫密封箱体2间设有用于调节丝束运行通道25高度的金属垫片215。为了适应生产不同规格品种的原丝，不同K数原丝，厚度不同，对牵伸罐体1间隙要求不同，优选在迷宫密封面板24及迷宫密封箱体2间装有金属垫片215,垫片起到调节迷宫密封间隙的作用。
[0034]如图3,迷宫密封箱体2设有进出口分丝器3,进出口分丝器3可上下左右调节，用来分开每个纺位丝束。迷宫密封箱体2的进出口还设有用于吸出渗出多余气体的吸风罩6,吸风罩6连通有吸风管7,以吸掉从迷宫密封渗出多余气体。如图5,迷宫密封箱体2的边框设有边槽，边槽内设有密封橡胶条211，当上下迷宫密封结构关闭时，密封橡胶条211被压缩后能密封气体，不使气体从箱体两侧漏出。
[0035]牵伸罐体1、迷宫密封箱体2外分别包裹保温棉，起到保温和防止烫伤作用。迷宫密封箱体2的侧部设有防护挡板217,如图2,防止蒸汽泄漏后直接喷出伤到操作侧人员。
[0036]如图1，迷宫密封箱体2设于箱体框架11上，箱体框架11设于底座12的卡槽滑轨13上。当牵伸罐体1通入蒸汽后受热膨胀，向两端挤压迷宫密封箱体2,迷宫密封箱体2可随着箱体框架11在底座12的卡槽滑轨13中滑动，保证设备不因受力而挤压变形，保证设备的精密性和运行稳定性。
[0037]本发明的蒸汽牵伸机的各种机械零部件都安装在底座12工作台上，使得设备整体稳定性增强，同时也可以调整底座12工作台的水平，来调整牵伸罐体1迷宫密封工作面的水平，以提高设备的运行时的精密性。底座12在安装前，地坪以下为钢筋混凝土结构以防止地面下沉，安装后对底座12调校水平。
[0038]如图3和图4,迷宫密封箱体2采用可开启式迷宫密封箱体2,迷宫密封箱体2由控制器控制开启，迷宫密封箱体2包括上箱体21和下箱体22,上箱体21内设有上迷宫密封结构， 下箱体22内设有下迷宫密封结构，上箱体21和下箱体22的侧部通过连接轴23活动连接。
[0039]如图2,上迷宫密封结构和下迷宫密封结构的结合面处设有感应器14,感应器14与低压蒸汽进气管道5的开关控制阀连锁，在牵伸罐体1未完全关闭时，低压蒸汽进气管道5的开关控制阀处于关闭状态，如图6,使不能通入蒸汽。
[0040]图6是实施例中整体的蒸汽通路示意图，蒸汽进入牵伸罐体1后，分别经过两侧的迷宫密封箱体2，由吸风罩6吸出经过吸风管7后，再经过风机导出。[0041 ] 迷宫密封箱体2设有液压开合密封组件，液压开合密封组件包括液压缸26、若干密封箱体锁紧件27、紧固件，紧固件包括若干紧固杆28、调节螺栓29和搭钩210,液压缸26的底座活动连接下箱体22,液压缸26的活塞杆活动连接紧固杆28,调节螺栓29连接迷宫密封面板24和紧固杆28,紧固杆28的端部分别设有搭钩210,密封箱体锁紧件27设有用于对应连接搭钩210的通孔。
[0042]迷宫密封箱体2实现密封紧固，具体为:通过液压缸26的活塞杆回缩，带动紧固件张开，从而实现上箱体21的开启操作;通过液压缸26的活塞杆的伸出，带动紧固件闭合，实现上箱体21的闭合操作。[〇〇43]搭钩210与密封箱体锁紧件27配合使上下迷宫密封结构能够闭合时锁紧。紧固杆 28依次排列设置，可使用直杆穿过紧固杆28,使每个密封箱体锁紧件27受力均匀。调节螺栓 29通过调节迷宫密封面板24与紧固杆28的距离，能够调节密封箱体锁紧杆的松紧，使迷宫密封面板24各处受力均匀。
[0044]在牵伸罐体1内，低压蒸汽进气管道5与牵伸罐体1中间底部相连，低压蒸汽进气管道5进入罐体内部后，在低压蒸汽进气管道5上有多个出气孔，出气孔位于丝束运行下方，且出气孔开口向下，在低压蒸汽进气管道5上方有一张多孔分配板，使气流场流动均匀，避免直接冲击丝束。多孔分配板水平放置，位于丝束运行通道25下方5?20cm，多孔分配板长度与牵伸罐体1等长，多孔分配板宽度 <牵伸罐体1直径5?30cm。
[0045]牵伸罐体1迷宫密封，具体为:牵伸罐体1进出口各密封区域总长为2000_2500mm; 进出口各迷宫密封区域由10-15个迷宫密封面板24组合而成;迷宫密封面板24镶嵌在迷宫密封箱体2中。
[0046]该种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，牵伸罐体1为狭缝4式密封。牵伸罐体1不能上下开启。牵伸罐体1的操作面侧开有1个人孔9,人孔9半径在30?50cm。人孔9主要用于人工清理牵伸罐体1内及多孔网上的毛丝。[〇〇47]迷宫密封面板24安装方法为:迷宫密封面板24及迷宫密封箱体2间装有金属垫片，垫片起到调节迷宫密封间隙的作用;迷宫密封面板24依次从迷宫密封箱体2卡槽推入，末端用金属封条和密封螺丝紧固；密封螺丝之间有耐高温垫片防止漏气；上迷宫密封结构与下迷宫密封结构的迷宫密封面板24齿面两两正相对，凹槽与凹槽正相对。[〇〇48]迷宫密封面板24优选为不锈钢材质；迷宫密封面板24齿面及凹槽内需抛光，光洁度要求为镜面抛光，Ra<0.02mm;固定迷宫密封面板24的密封螺丝212优选为硬质碳钢材质，其受热变形小，选用不锈钢易受热变形造成滑丝卡死，从而导致不可拆卸；迷宫密封面板24齿面加工平整度要求<0.05mm，迷宫密封面板24背面加工平整度要求<0.05mm。
[0049]使用前，上迷宫密封结构与下迷宫密封结构进行间隙检验保证均匀一致。
[0050]牵伸罐体1气压安全密封设计如下:牵伸罐体1上装有压力表15和温度计16,温度和压力信号均传入PLC控制室显示。压力感应显示控制器、密封箱体的液压开合密封组件连锁，当牵伸罐体1内压力>〇bar时，迷宫密封箱体2不能开启，当牵伸罐体1内压力=0bar时， 操作台上指示灯由红色转为绿色，迷宫密封箱体2可开启。
[0051]应了解，上述实施例仅为本发明的较优实施例，并非依此限制本发明的保护范围， 本发明的保护范围仅受权利要求书限定，因而:凡依本发明的结构、形状、原理所作的等效变化，均涵盖于本发明的保护范围之内。
[0052]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1.一种新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:包括牵伸罐体、迷宫密封箱体， 牵伸罐体设有用于丝束通过的狭缝，牵伸罐体内底部设有低压蒸汽进气管道，低压蒸汽进 气管道的上方设有多孔分配板，牵伸罐体的进口端和出口端分别设有迷宫密封箱体，迷宫 密封箱体内设有上迷宫密封结构和下迷宫密封结构，上、下迷宫密封结构间设有间隙形成 丝束运行通道。2.如权利要求1所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:低压蒸汽进气管 道设有若干出气孔，出气孔设于丝束的下方，且出气孔朝向牵伸罐体的底部。3.如权利要求1所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:上迷宫密封结构 和下迷宫密封结构分别包括若干排列设置的迷宫密封面板，上下迷宫密封面板对称设置齿 面和凹槽。4.如权利要求3所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:上迷宫密封结构 的齿面和下迷宫密封结构的齿面一一相对，上迷宫密封结构的凹槽和下迷宫密封结构的凹 槽一一相对，保证蒸汽保压能力。5.如权利要求1-4任一项所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:迷宫密 封箱体的进出口设有分丝器，迷宫密封箱体的进出口还设有用于吸出渗出多余气体的吸风 罩，吸风罩连通吸气管;迷宫密封箱体的边框设有边槽，边槽内设有密封橡胶条。6.如权利要求1-4任一项所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:牵伸罐 体、迷宫密封箱体外分别包裹保温棉，迷宫密封箱体的侧部设有防护挡板，迷宫密封箱体设 于底座框架上，箱体和底座框架可以在滑轨上移动。7.如权利要求1-4任一项所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:迷宫密 封箱体采用可开启式迷宫密封箱体，迷宫密封箱体由控制器控制开启，迷宫密封箱体包括 上箱体和下箱体，上箱体内设有上迷宫密封结构，下箱体内设有下迷宫密封结构，上箱体和 下箱体的侧部通过连接轴活动连接。8.如权利要求7所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:迷宫密封箱体通 过密封螺丝、密封螺母固定迷宫密封面板，密封螺母与迷宫密封箱体间设有耐高温垫片，迷 宫密封面板和迷宫密封箱体间设有用于调节丝束运行通道高度的金属垫片。9.如权利要求7所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:上下迷宫密封结 构的结合面处设有感应器，感应器与低压蒸汽进气管道的开关控制阀连锁，在牵伸罐体未 完全关闭时，低压蒸汽进气管道的开关控制阀处于关闭状态，使不能通入蒸汽。10.如权利要求7所述的新型碳纤维原丝高压蒸汽牵伸机，其特征在于:迷宫密封箱体 设有液压开合密封组件，液压开合密封组件包括液压缸、若干密封箱体锁紧件、紧固件，紧 固件包括若干紧固杆、调节螺栓和搭钩，液压缸的底座活动连接下箱体，液压缸的活塞杆活 动连接紧固杆，调节螺栓连接迷宫密封面板和紧固杆，紧固杆的端部分别设有搭钩，密封箱 体锁紧件设有用于对应连接搭钩的通孔。
【文档编号】D01F9/12GK105970358SQ201610135311
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】钱鸿川, 徐国庆, 唐俊鑫, 霍清锋, 石金, 程世锋
【申请人】江苏恒神股份有限公司