一种PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置的制作方法

本实用新型属于碳纤维制造技术，涉及一种PAN原丝凝固浴甬道底部梯度调节装置。

背景技术：

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐化学腐蚀、耐疲劳、耐热冲击、耐辐射、导电、传热和比重小等一系列优异的性能，属于典型的高性能纤维。因而碳纤维在航空航天、交通运输、土木建筑、体育用品等领域都得以广泛的应用。

高性能的原丝是制备高性能碳纤维的前提。高性能原丝的制备，除了必须获得高质量的聚合物外，纺丝工艺是影响原丝性能的关键因素。在湿法纺丝中，聚丙烯腈原丝的性能很大一部分是由初生纤维成形过程决定的。所谓初生纤维成形，是指从喷丝孔中流出的原液细流在凝固浴中迅速凝固成丝条的过程，是原丝制备的首道工序。在这个过程中，发生了纺丝液细流与凝固液之间的传质、传热、相平衡移动，导致PAN沉析形成凝胶结构的丝条。凝固过程虽然短暂，但PAN纤维原丝结构在此过程基本形成，并随后续的过程保留或发展。

凝固成型过程发生在凝固浴中，本工艺凝固浴由二甲基亚砜(DMSO)水溶液组成，凝固浴配备自循环系统，保证凝固浴液混合均匀、浓度稳定。本装置为单甬道流量独立控制，在循环量一定的情况下，根据流量计算公式Q＝S*V可以得出，流经液体的横截面积大，流速小，对丝束的冲击小；流经液体的横截面积小，流速大，对丝束的冲击大。其中S＝l*h，其中l指凝固浴甬道宽度，是恒定值；h指凝固浴甬道的深度；横截面积s与凝固浴甬道深度h及甬道宽度l均成正比。当凝固浴甬道宽度l为定值时，液体的横截面积可以用凝固浴的深度来定量表征。

从喷丝板喷出的PAN聚合液进入凝固浴时十分娇嫩，应减少外力冲击，避免出现断丝，影响纤维的整体性能，因此凝固浴液的流速要尽量小。但在凝固 中后段，凝固浴流速如果过小，纤维与凝固浴之间的传质变慢，可能导致凝固不完全，如果通过增大凝固浴循环量来提高传质，对初段纤维的冲击损伤将加大，所以不能单纯通过增大循环量来改善传质。本装置通过改变液体的横截面积来调节凝固后期的凝固浴流速，保证均质致密纤维的生成。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式多档位调节装置，通过凝固浴甬道深度逐渐变化，在保证前段凝固纤维冲击较小的前提下，实现凝固浴流速逐渐增加，保证传质均匀，丝条致密；通过对梯度调节装置的不同档位的切换，对不同直径、不同纺速下的丝条的凝固速度和程度进行控制，保证传质均匀，丝条致密。

为了达到上述目的本实用新型提供了一种PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，凝固浴甬道是由前段、末段、底板围合而成，凝固浴甬道前段上设有一固定端，在甬道末端设置多个深度可切换的档位，所述底板一端固定在所述固定端上，另一端根据需要选择其中一档位连接。

所述的PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，所述档位为多个长度不同的支撑板形成，甬道末端内自下而上间隔设有用以安装支撑板的多个容置孔，支撑板与容置孔一一对应，所述支撑板按长度大小顺次插入容置孔内。

所述的PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，所述支撑板支撑所述底板，将底板放置在不同长度的支撑板上来改变凝固浴甬道的深度。

所述的PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，设置在甬道末端上的支撑板的长度自下而上逐渐增加。

所述的PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，支撑板之间均平行设置。

所述的PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式调节装置，其特征在于，所述支撑板设有4个档位。

本实用新型的有益效果是：通过凝固浴甬道深度的渐变可在减少初生纤维受到的冲击的同时，保证纤维的传质要求；通过不同深度的档位切换，实现凝固浴甬道的坡度的调节，可满足不同直径、不同纺速纤维的凝固需要,可以控 制凝固成型速度和程度，实现丝条的均质致密。

附图说明

图1为凝固浴甬道侧视图。

图2为凝固浴甬道俯视图。

其中附图标记为：

凝固浴甬道10

前段1

末段2

档位21

1号档位211

2号档位212

3号档位213

4号档位214

容置孔22

底板3

具体实施方式

本实用新型提供了一种PAN原丝凝固浴甬道深度渐变式多档位调节装置，凝固浴甬道10为前段1、末段2、底板3围合而成，凝固浴甬道的前段1上设有一固定端，在甬道末端设置多个深度可切换的档位21，所述底板3一端固定在所述固定端上(保证凝固浴甬道宽度，是恒定值)，另一端根据需要选择其中一档位21连接(凝固浴甬道深度可选)。所述档位21为多个长度不同的支撑板形成，甬道末端自下而上间隔设有多个用以安装支撑板的容置孔22，支撑板与容置孔22一一对应，所述支撑板按长度大小顺次插入容置孔22内。所述支撑板支撑所述底板3，将底板3放置在不同长度的支撑板上来改变凝固浴甬道的深度。设置在甬道末端上的支撑板的长度自下而上逐渐增加，且支撑板之间均平行设置。本实施例中，所述支撑板设有4个档位21，凝固浴甬道深度为直线型渐变。根据流量计算公式Q＝S*VS＝l*h，其中l指凝固浴甬道宽度，是恒定值；h指凝固浴甬道的深度；横截面积s与凝固浴甬道深度h及甬道宽 度l均成正比。当凝固浴甬道宽度l为定值时，液体的横截面积可以用凝固浴的深度来定量表征。

为进一步描述利用本装置所产生的有益效果，特举以下实施例：

实施例1

聚合液通过管线输送到纺丝工段，聚合液经计量泵计量后通过喷丝板喷出，在凝固浴中凝固成纤，形成初生纤维后进行牵伸、水洗、干燥等过程制备PAN原丝。凝固浴流量控制在3.0m³/h，用孔径为45μm的喷丝板纺丝时，原丝凝固浴在2号档位位置，制备的原丝无毛丝、手感光滑，观察原丝截面呈圆形，无失透及凝固不均现象。用孔径为60μm的喷丝板纺丝时，将底板3从2号档位位置提升至4号档位位置，将4号位置处的支撑板弹出，将底板3固定后密封完好，制备的原丝也无毛丝、手感光滑，截面呈圆形，无失透及凝固不均现象。

实施例2

聚合液通过管线输送到纺丝工段，聚合液经计量泵计量后通过喷丝板喷出，在凝固浴中凝固成纤，形成初生纤维后进行牵伸、水洗、干燥等过程制备PAN原丝。凝固浴流量控制在3.0m³/h，凝固浴中纺速为4.0m/min时，凝固浴在2号位置，制备的原丝无毛丝、手感光滑，观察原丝截面呈圆形，无失透及凝固不均现象。凝固浴中纺速为5.0m/min时，将底板从2号位置提升至3号位置，将3号位置处的支撑板弹出，将底板固定后密封完好，不同纺速下原丝截面均呈圆形，无失透及凝固不均现象，并且原丝无毛丝、手感光滑。