大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝一体化分配喷丝装置的制作方法

本实用新型涉及一种大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝一体化分配喷丝装置。

背景技术：

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性，是一种高性能纤维材料，已经广泛应用于航空航天、国防建设、体育休闲用品、医疗器械和建筑行业。碳纤维可分为聚丙烯腈基、沥青基、粘胶基碳纤维，其中聚丙烯腈基碳纤维用途最广、用量最大、发展最为迅速，在碳纤维生产中占有绝对优势。

聚丙烯腈基碳纤维由聚丙烯腈纤维经过预氧化、炭化过程制得。高品质的聚丙烯腈纤维是工业生产高性能聚丙烯腈基碳纤维的基础。目前，国内较为主流的是以湿法纺丝制备聚丙烯腈纤维，高粘度的聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液（聚合液）依次经多级凝固浴成型、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、松弛热定型工艺制备得到聚丙烯腈纤维。优质的聚丙烯腈纤维制备的核心是控制丝束均质化程度。丝束的均质化包含两方面内容：1、一束纤维（如：3K纤维，“3K”表示每束纤维含3000根单纤维）中单根纤维内部结构均质化；2、一束纤维中单根纤维之间均质化（差异大小）。优质的聚丙烯腈纤维必然是均质化程度较高的纤维，均质化程度较高包含：1、单根纤维内部结构均匀、差异小，尤其是表层结构与内部结构差异小；2、一束纤维中单根纤维之间结构整体差异小。影响大丝束聚丙烯腈纤维均质化程度的因素：1、凝固成型工艺；2、干燥致密化工艺；3、设备因素等。

聚丙烯腈纤维湿法纺丝喷丝过程是纺丝工艺的关键过程，关系到长纤维在纺丝过程中质量好坏，目前，随着聚丙烯腈纤维湿法纺丝技术的进步，湿法纺丝速度不断提升，喷丝速度不断提升，喷丝压力不断提升。高速聚丙烯腈纤维湿法纺丝喷丝板采用钽材质、高耐压球形板，喷丝板上喷丝孔呈环形、扇形分布，受球形喷丝板机械加工难度的限制，大K数（12K、24K、48K等）喷丝板相比小K数（1K、3K、6K）喷丝板，喷丝孔密度较大，喷丝孔间距较小。

湿法纺丝制备聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈聚合液凝固成型过程中，溶剂二甲基亚砜与凝固剂水双扩散及相分离同时发生，为生产出高品质的聚丙烯腈纤维，必须保证凝固成型过程中溶剂及凝固剂浓度场、温度场稳定，小丝束单块喷丝板纺丝，因喷丝孔间距较大，溶剂分子及凝固剂分子扩散通道较大，较易实现浓度场及温度场稳定，若大丝束纺丝，仍采用单喷丝头、单喷丝板纺丝，因喷丝板机械加工难度的限制，大K数喷丝板，喷丝孔密度较大，喷丝孔间距较小，容易引起喷丝板中心喷出的丝束与边缘喷出的丝束周围浓度场及温度场有差异，纤维凝固结构有差异，因此，整束丝均质化程度不高，不利于制备大丝束高品质的聚丙烯腈基碳纤维。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝一体化分配喷丝装置，该分配喷丝装置使丝束凝固过程各处温度及浓度场均匀，提升整束丝的均质化程度，同时可有效减少喷丝异常、断头、并丝。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝一体化分配喷丝装置，它包括喷丝总管、分配器、喷丝支管、喇叭形喷头，其特征在于分配器一端连接喷丝总管，另一端连接喷丝支管进口，喷丝支管出口连接喇叭形喷头，分配器是一个入口和至少两个出口。

如上所述的喇叭形喷头内依次安装圆形滤网、分配板、喷丝板，喷头螺帽固定喷丝板。

如上所述的喷丝总管、分配器、喷丝支管、喇叭形喷头内壁镜面抛光；喷丝总管、分配器、喷丝支管带真空保温夹套或水保温夹套；喷丝总管、喷丝支管上安装有压力传感器。

分配器的出口为2，4，6，8个。

喇叭形喷头呈一定角度分布，双头一体化分配喷丝装置中喇叭形喷头分布夹角α为45-180°，四头装置中喇叭形喷头分布夹角α为45-90°，六头装置中喇叭形喷头分布夹角α为45-60°，八头装置中喇叭形喷头分布夹角α为45°。

喇叭形喷头内可安装不同规格的喷丝板。

（1）、双头喷丝装置中喇叭形喷头包含两种规格，一种可安装6K喷丝板，纺12K聚丙烯腈纤维；另一种可安装12K喷丝板，纺24K聚丙烯腈纤维；

（2）、四头喷丝装置中喇叭形喷头包含两种规格，一种可安装6K喷丝板，纺24K聚丙烯腈纤维；另一种可安装12K喷丝板，纺48K聚丙烯腈纤维；

（3）、六头喷丝装置中喇叭形喷头包含两种规格，一种可安装3K喷丝板，纺18K聚丙烯腈纤维；另一种可安装6K喷丝板，纺36K聚丙烯腈纤维；

（4）、八头喷丝装置中喇叭形喷头包含两种规格，一种可安装3K喷丝板，纺24K聚丙烯腈纤维；另一种可安装6K喷丝板，纺48K聚丙烯腈纤维。

本实用新型专利的积极效果：

1、本实用新型可实现大丝束聚丙烯腈纺丝，使用孔密度较小、孔间距较大的小丝束喷丝板，喷丝孔孔间距增大有利于大丝束凝固成型过程中溶剂、凝固剂双扩散稳定，有利于大丝束凝固成型各处温度场、浓度场均匀，有利于提升大丝束的均质化程度，有利于制备大丝束高品质的聚丙烯腈基碳纤维；

2、本实用新型设计精巧，结构紧凑；实际使用过程中，可根据具体的纺丝纺位数、喷丝装置安装、操作空间大小，灵活选用不同类型、不同规格、不同喷头分布夹角的一体化分配喷丝装置；

3、本装置使用性广，推广价值高。

附图说明

图1是大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝双头一体化分配喷丝装置的结构示意图。

图2是大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝四头一体化分配喷丝装置的结构示意图。

图3是大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝六头一体化分配喷丝装置的结构示意图。

图4是大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝八头一体化分配喷丝装置的结构示意图。

如图所示，1是喷丝总管，2是分配器，3是喷丝支管，4是喇叭形喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

实施例1

一种大丝束聚丙烯腈纤维湿法纺丝一体化分配喷丝装置，它包括喷丝总管1、分配器2、喷丝支管3、喇叭形喷头4，其特征在于分配器2一端连接喷丝总管1，另一端连接喷丝支管3进口，喷丝支管3出口连接喇叭形喷头4，分配器2是一个入口和2个出口。

所述的喇叭形喷头4内依次安装圆形滤网、分配板、喷丝板，喷头螺帽固定喷丝板。

如上所述的喷丝总管1、分配器2、喷丝支管3、喇叭形喷头4内壁镜面抛光；喷丝总管1、分配器2、喷丝支管3带真空保温夹套或水保温夹套；喷丝总管1、喷丝支管3上安装有压力传感器。

喇叭形喷头4呈一定角度分布，双头喷丝装置中喇叭形喷头4分布夹角α为180°。

实施例2

分配器2有4个出口。四头喷丝装置中喇叭形喷头4分布夹角α为90°，其余同实施例1。

实施例3

分配器2有6个出口。六头喷丝装置中喇叭形喷头4分布夹角α为60°，其余同实施例1。

实施例4

分配器2有8个出口。八头喷丝装置中喇叭形喷头4分布夹角α为45°，其余同实施例1。