一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置及拔丝方法与流程

本发明涉及一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置及拔丝方法，属于化学纤维制造业领域。

背景技术：

21世纪仍是世界聚丙烯腈基碳纤维生产的快速发展时期，目前聚丙烯腈基碳纤维产量约占全球碳纤维总产量的90%。国产聚丙烯腈基碳纤维产品集中在通用、基础和低档次品种上，在产品性能和成本上难以与国外产品竞争，不能完全满足国内市场需求，国内市场缺口巨大。国内碳纤维虽然经过了一段时期的发展，但是与国外的技术水平还存在一定的差距，全球聚丙烯腈基碳纤维的市场95%以上的份额掌握在国外大型企业的手中。而制约我国碳纤维发展的诸多原因中，聚丙烯腈基原丝水平的落后是制约碳纤维水平提高的“瓶颈”。

聚丙烯腈基原丝的制备过程中，拔丝是重要的环节之一，拔丝质量直接影响聚丙烯腈基原丝线密度等性能指标、原丝合格率及质量稳定性等，在本发明提出以前，聚丙烯腈溶液通过喷丝组件进入凝固浴后，人为用手拔丝，无拔丝装置，凝固浴为高温高浓的二甲基亚砜溶液，高温易造成人员烫伤，且二甲基亚砜溶液对人体皮肤有渗透性，能够灼伤皮肤；人为用手拔丝还存在拔丝效率低、时间长、效果差、影响工艺稳定性等诸多弊端，大大提高了成本，造成原材料、能源动力介质的浪费。为此，本发明拔丝方法可以避免人手与凝固浴接触，拔丝过程不受环境影响，可显著提高拔丝质量，降低安全风险，达到提质增效的目的。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置及拔丝方法，该方法不受作业环境影响。

本发明提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置，由树脂固定端、操作把手，连接支撑杆组成，树脂固定端与操作把手通过连接支撑杆相连。所述连接支撑杆为圆柱形结构；树脂固定端为圆圈形、u形、螺旋状中的一种；操作把手为半圆形或w形结构。

上述装置使用表面光滑的金属材料或镀陶材料制成，所述金属材料为304或316。

上述装置中，所述连接支撑杆的直径为0.1-1cm、长度为5-60cm，树脂固定端横向直径为5-10cm，纵向长度为1-10cm，操作把手直径为4-20cm。

本发明提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝方法，用于将聚丙烯腈溶液纺制成固态纤维丝束；

具体步骤为：聚丙烯腈溶液通过喷丝组件后进入凝固浴；通过拔丝装置将聚丙烯腈溶液从凝固浴喷丝组件拔出；聚丙烯腈溶液在凝固浴中与温度为40-60℃、质量浓度为40-75%二甲基亚砜溶液进行双扩散，形成固态纤维丝束，拔丝过程不受作业环境影响。

本方法和装置可以替代人手进行拔丝操作，改善了作业环境，提高了工作效率。

本发明的有益效果：

（1）本发明的聚丙烯腈原丝拔丝方法，可实现将聚丙烯腈树脂由液态转变为纤维态，拔丝过程不受拔丝环境影响，拔丝后形成的纤维形态完整，拔丝效果好，满足纺丝技术要求；

（2）本发明方法涉及的聚丙烯腈原丝拔丝装置，可用于高温高浓或低温低浓溶液中拔丝，该装置可以替代人手进行拔丝操作，改善了作业环境，提高了工作效率。

附图说明

图1为实施例1装置的结构示意图。

图2为实施例2装置的结构示意图。

图3为实施例3装置的结构示意图。

图4为实施例4装置的结构示意图。

图中，1-1、2-1、3-1、4-1为树脂固定端，1-2、2-2、3-2、4-2为连接支撑杆，1-3、2-3、3-3、4-3为操作把手。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

由图1~图4所示，本发明提供了一种将聚丙烯腈溶液纺制成固态纤维丝束的拔丝装置，该装置由树脂固定端（1-1、2-1、3-1、4-1）、连接支撑杆（1-2、2-2、3-2、4-2）、操作把手（1-3、2-3、3-3、4-3）组成，是一根圆柱型拔丝杆，一端为用于固定聚丙烯腈溶液的树脂固定端（1-1、2-1、3-1、4-1），一端为操作把手（1-3、2-3、3-3、4-3）。主体圆柱型拔丝杆直径为0.1-1cm，中间的连接支撑杆（1-2、2-2、3-2、4-2）长度为5-60cm，树脂固定端横向直径为5-10cm，纵向长度为1-10cm，操作把手直径为4-20cm；材质可选用304、316等金属材料或镀陶材料，且表面光滑。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置，由树脂固定端1-1、操作把手1-3、连接支撑杆1-2组成，树脂固定端1-1与操作把手1-3通过连接支撑杆1-2相连。所述连接支撑杆1-2为圆柱形结构；树脂固定端1-1为u形，所述u形结构的一端与连接支撑杆平滑连接；操作把手1-3为w形结构。

湿法纺丝过程中，聚丙烯腈溶液通过喷丝组件后进入凝固浴。聚丙烯腈溶液充满喷丝组件后进行放料，待喷丝组件表面没有气泡时开始拔丝；操作人员手握住操作把手（1-3），利用操作把手（1-3）和连接支撑杆（1-2）实现对树脂固定端的稳定、恒速运动，通过树脂固定端（1-1）模仿人手从喷丝组件一端缓慢匀速滑至另一端，确保无漏料，将树脂固定端沿着滑动方向旋转两圈，即可将聚丙烯腈溶液从喷丝组件匀速缓慢拔出；聚丙烯腈溶液在凝固浴中与温度为40℃、浓度为50%的二甲基亚砜溶液进行双扩散，形成固态纤维丝束。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置，由树脂固定端2-1、操作把手2-3、连接支撑杆2-2组成，树脂固定端2-1与操作把手2-3通过连接支撑杆2-2相连。所述连接支撑杆2-2为圆柱形结构；树脂固定端2-1为u形，所述u形结构的中心处与连接支撑杆连接；操作把手2-3为半圆形结构。

湿法纺丝过程中，聚丙烯腈溶液通过喷丝组件后进入凝固浴。聚丙烯腈溶液充满喷丝组件后进行放料，待喷丝组件表面没有气泡时开始拔丝；操作人员手握住操作把手（2-3），利用操作把手（2-3）和连接支撑杆（2-2）实现对树脂固定端的稳定、恒速运动，通过树脂固定端（2-1）模仿人手从喷丝组件一端缓慢匀速滑至另一端，确保无漏料，将树脂固定端沿着滑动方向旋转两圈，即可将聚丙烯腈溶液从喷丝组件匀速缓慢拔出；聚丙烯腈溶液在凝固浴中与温度为50℃、浓度为60%的二甲基亚砜溶液进行双扩散，形成固态纤维丝束。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置，由树脂固定端3-1、操作把手3-3、连接支撑杆3-2组成，树脂固定端3-1与操作把手3-3通过连接支撑杆3-2相连。所述连接支撑杆3-2为圆柱形结构；树脂固定端3-1为螺旋状，螺旋状的一端与连接支撑杆连接；操作把手3-3为半圆形结构。

干喷湿纺过程中，聚丙烯腈溶液经喷丝孔喷出后，先经过空气层，再进入凝固浴进行双扩散，形成丝条。聚丙烯腈溶液充满喷丝组件后进行放料，待喷丝组件表面没有气泡时开始拔丝；操作人员手握住操作把手（3-3），利用操作把手（3-3）和连接支撑杆（3-2）实现对树脂固定端的稳定、恒速运动，通过树脂固定端（3-1）模仿人手从喷丝组件一端缓慢匀速滑至另一端，确保无漏料，将树脂固定端沿着滑动方向旋转两圈，即可将聚丙烯腈溶液从喷丝组件匀速缓慢拔出；拔出后的聚丙烯腈树脂先经过空气层，然后进入凝固浴与温度为45℃、浓度为40%的二甲基亚砜溶液进行双扩散，形成固态纤维丝束。

实施例4：

如图4所示，本实施例提供了一种聚丙烯腈基原丝拔丝装置，由树脂固定端4-1、操作把手4-3、连接支撑杆4-2组成，树脂固定端4-1与操作把手4-3通过连接支撑杆4-2相连。所述连接支撑杆4-2为圆柱形结构；树脂固定端4-1为圆圈形结构，圆圈的中部与连接支撑杆连接；操作把手4-3为w形结构。

干喷湿纺过程中，聚丙烯腈溶液经喷丝孔喷出后，先经过空气层，再进入凝固浴进行双扩散，形成丝条。聚丙烯腈溶液充满喷丝组件后进行放料，待喷丝组件表面没有气泡时开始拔丝；操作人员手握住操作把手（4-3），利用操作把手（4-3）和连接支撑杆（4-2）实现对树脂固定端的稳定、恒速运动，通过树脂固定端（4-1）模仿人手从喷丝组件一端缓慢匀速滑至另一端，确保无漏料，将树脂固定端沿着滑动方向旋转两圈，即可将聚丙烯腈溶液从喷丝组件匀速缓慢拔出；拔出后的聚丙烯腈树脂先经过空气层，然后进入凝固浴与温度为40℃、浓度为40%的二甲基亚砜溶液进行双扩散，形成固态纤维丝束。