[发明专利]纤维上油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维上油的方法，具体来说是一种用于湿法纺丝生产聚丙烯腈原丝的上油方法。

背景技术

从上个世纪50年代开始，发达国家为研发大型火箭和人造卫星以及全面提高飞机性能，急需新型结构材料及耐腐蚀材料，使碳纤维重新出现在新材料的舞台上，并逐步形成了PAN基碳纤维、黏胶基碳纤维和沥青基碳纤维的三大原料体系。由于PAN基碳纤维生产工艺较其他方法简单，产品的力学性能良好，因此得到了迅速发展，成为当前生产碳纤维的主流。

PAN基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于航空航天、国防军事等领域。此外，在飞机工业、汽车行业、船舶制造、医疗器械、体育运动器材和新型建材等领域亦有广阔的应用前景。制备PAN基碳纤维主要包括以下环节：聚合纺丝、PAN原丝的热稳定化以及PAN稳定化纤维的碳化或进一步的石墨化。聚合纺丝过程主要包括单体聚合、脱单脱跑和纺丝。纺丝工艺有湿法、干湿法和熔融法三种，湿法纺丝是目前应用最广泛的工艺。湿法纺丝中容易控制原丝质量，得到原丝纤度离散较小、溶剂残留较少，其工艺相对较为成熟。

PAN基碳纤维是一种人工合成的无机纤维。它是由丙烯腈和共聚单体，经过聚合、纺丝、预氧化和碳化等一系列工艺处理后得到的纤维状聚合物。纺丝过程中PAN分子主要发生物理变化，形成白色的纤维状原丝，预氧化过程中，PAN原丝逐渐演变成某种耐热的含氧结构，经碳化后，得到含碳量极高的碳纤维。由于碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温和耐化学腐蚀等性能，因此它的应用领域及其广泛。

优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件，也是影响碳纤维质量最关键的因素之一。所制备的原丝要实现高纯化、高强化、细旦化和致密化；单丝之间分线性好，原丝表面不能有明显缺陷。制备高品质碳纤维的前提条件是必须使用优质的聚丙烯腈原 丝，这是多年经验的总结，只有好的纺丝原液才能纺制出优质的聚丙烯腈原丝。

聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备路线，采用不同的依据，有不同的分类方法。根据纺丝使用的溶剂不同，可以分为二甲基亚砜法、硫氰酸钠水溶液法、硝酸法等，根据原丝成型工艺的不同，可以分为湿法和干喷湿法。聚丙烯腈原丝的制备涉及原液的制备和原液的纺丝两个大过程，其中原液的制备包括聚合，脱单和脱泡三道道工序，原液的纺丝包括原液的过滤、计量、凝固、热水牵伸、水洗、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、热定型和卷绕等十几道工序。

上油是碳纤维原丝制备工艺中一个关键的步骤。上油就是在聚丙烯腈原丝表面均匀涂上一层油剂薄膜，油剂可以渗透到纤维内，但大部分的油剂仍然停留在纤维表面，油剂可以保护纤维不被刮伤，还可以提高纤维的集束性和抗静电性，避免纤维在进一步的后处理过程中发生并丝和断丝。纤维的上油量要适当，上油剂量过多，引起硅污染；油剂量过少，引起单丝之间的粘连或并丝。

国内专利CN101876096A是一种碳纤维生产过程中所用原丝油剂的生产方法，该原丝油剂的工艺合理，操作简单。该油剂使用时渗透快，润滑性好，可以提高纤维集束性，可以在单丝表面成膜，耐高温，在干燥致密化辊过程中不黏辊，可以再整个预氧化过程中以及低温碳化初期很好地保护纤维，大大降低了单丝粘连和并丝现象，减少了纤维的表面缺陷，提高了纤维的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的纤维上油均匀性差的问题。提供了一种纤维上油的方法，该方法采用了一种纤维的装置，使用纤维上油的装置具有可以提高纤维上油均匀性的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种纤维上油的方法，通过采用包括若干个上油单元的上油装置，其中每个上油单元均独立包括：传动辊、浸油辊、挤压胶辊和油剂槽，包括以下步骤：

(a)将含水率小于10％的纤维进入第一个上油单元，依次经过第一个上油单元的传动辊1和浸油辊2进入油剂槽16，再依次经过第一个上油单元的浸油辊13和传动辊14，完成第一道初上油；

(b)经第一道初上油的纤维经第一个上油单元的挤压胶辊15和传动辊14相互挤压，将纤维表面多余的油剂挤压掉，完成第一道上油；

(c)将完成第一道上油的纤维，进入第二个上油单元，依次经过该上油单元的传动辊12和浸油辊11进入该上油单元的油剂槽17，再依次经过该上油单元的浸油辊5和传动辊4，完成第二道初上油；

(d)经第二道初上油的纤维经挤压胶辊3和传动辊4相互挤压，将纤维表面多余的油剂挤压掉，完成第二道上油；