[实用新型]一种PAN原丝混频超声水洗装置

说明书

技术领域

本实用新型属于碳纤维制造技术，涉及一种PAN原丝混频超声水洗装置。

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，影响原丝性能的因素是多方面的，缺陷的存在是影响碳纤维原丝质量的根本原因。在聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)湿法纺丝过程中，水洗是一个重要环节，若水洗工艺不完善，水洗效果不好，势必在纤维中残余大量的DMSO。DMSO作为纤维中的有机杂质，在热处理过程中，会在纤维中形成一定的结构缺陷，影响PAN原丝的截面形状、PAN纤维的晶态结构以及最终碳纤维的性能。

影响碳纤维原丝水洗效果的因素很多，包括聚合单体的亲水性、聚合物相对分子质量、纺丝液的固含量、水洗的温度和时间、水的用量、牵伸工序等，其中水洗条件是影响水洗效果最直接的因素。目前原丝的水洗都采用单一、较低频率超声波水洗的方法，尽管低频超声波产生的空穴相对较大，其爆裂时的瞬间轰击力较大，但较大的空穴不易渗透至纤维间隙，影响丝束间溶剂的清洗效果；同时低频超声波水洗的噪音较大。

在原丝水洗过程中，超声波在水洗槽的去离子水中成放射状，使去离子水流动而产生大量的真空气泡，称之为空穴作用。由这种空穴作用而产生的液体流动和数以万计的高压真空气泡瞬间爆破时产生的能量，不断地冲击丝束，使丝束表面及丝束间的溶剂迅速脱除，达到水洗的目的。原丝水洗目前普遍应用的低频超声波产生的空穴相对较大，其爆裂时的瞬间轰击力较大，40KHz频率下空化泡直径约为4μm。一束6K(6000根)原丝中，每根丝之间的间隙大约为1～4μm，40KHz低频空化泡可以深入4μm及以上的间隙间进行轰击，达到清洗的作用。100KHz的高频超声波空化泡直径约为1.25μm，它可以深入1.25μm及以上的间隙间进行轰击，频率越高空化泡直径越小，越易深入到丝束间隙进行轰击。采用两种(以上)频率超声波混合的方法，可以消除驻波场使超声波传递无死角，使超声波清洗更彻底，还可以消除共振，降低对运行中的丝束产生的损伤。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种PAN混频超声水洗装置，消除驻波场、使超声波的传递无死角、消除共振；同时提高丝束间溶剂的清洗效果、降低水洗后原丝中的DMSO含量、提高原丝的性能；降低超声波水洗的噪音。

本实用新型提供的一种PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，包括：

水洗槽；

至少两个超声波发生器，位于水洗槽外部且设置在水洗槽底部下方；

至少两块超声波震板，位于水洗槽内部且设置在水洗槽底部，每一块超声波震板上设置至少10个超声波换能器。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，每一超声波震板上设有10～20个超声波换能器。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，超声波发生器产生至少两种以上的高频震荡信号。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，所述超声波震板上的超声波换能器至少有两种不同频率的超声波换能器，超声波换能器与超声波发生器的频率相适配。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，两种不同频率的超声波换能器在超声波震板上交替排布。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，所述超声波波发生器设有两个，两个超声波发生器分别产生80KHz、160KHz两种频率的高频震荡信号，相应的在超声波震板上设置含有80KHz、160KHz的两种超声波换能器。

所述的PAN原丝混频超声水洗装置，其特征在于，80KHz、160KHz两种超声波换能器在超声波震板交替排布。

有益效果：

本实用新型采用两种(或以上)高频超声波混合的方法，产生两种(或以上)尺寸的空化泡，可以不同程度地深入纤维丝束间进行轰击。尺寸相对较大的空化泡，其爆裂时的瞬间轰击力较大，清洗强度较大；尺寸较小的空化泡可以更加深入丝束间进行轰击，使纤维间隙清洗更彻底。同时采用双(多)频可以消除驻波场和共振，降低对丝束的损伤。同时采用高频超声波可以降低水洗设备的噪音。

附图说明

图1PAN原丝混频超声水洗装置示意图。

1-水洗槽；

11-超声波震板；

12-超声波发生器；

2-PAN原丝。