[发明专利]大丝束碳纤维原丝水洗装置及水洗方法

说明书

本发明公开了一种大丝束碳纤维原丝水洗装置及水洗方法，装置包括多个水洗单元，每个水洗单元包括水洗槽、喷淋单元、泵、和牵伸辊组，泵的排水端通过排液管与设置在水洗槽上方的喷淋单元连接，喷淋单元的喷淋管朝向牵伸辊组上的纤维设置；方法包括1)装置参数调整；2)供纤水洗，完成水洗并进入下一个工序。通过本发明的方案解决了24K以上大丝束原丝水洗的均匀性和水洗的高效性，降低初生纤维中溶剂的残留。本发明的水洗方法得到的大丝束原丝溶剂残留低，而且能实现大丝束原丝每根纤维中溶剂的残留率均匀，能保证工业化生产中，一条生产线上，不同纺位之间的大丝束原丝的溶剂残留地均匀性。

技术领域

本发明涉及聚丙烯腈纤维制造技术领域，具体涉及一种大丝束碳纤维原丝水洗装置及水洗方法。

背景技术

作为新材料之王的碳纤维，以其优异的性能在我国产业结构的调整和传统材料的更新换代中发挥着越来越重要的作用。随着对大丝束碳纤维需求的需求量跳跃式增加，拉动了大丝束碳纤维制备技术和产业化技术的不断突破。相比小丝束，在大丝束碳纤维多个制备系统环节，大丝束碳纤维的制备技术更难。

高性能原丝是制备高性能碳纤维的前提。碳纤维原丝水洗是原丝生产的一个重要环节。不论是采用哪种方法生产原丝，溶剂在原丝中的残留，都将影响原丝的质量，最终降低碳纤维成品的性能。因此，各个原丝厂家都会致力于有效的水洗方式以降低原丝中溶剂的残留。

原丝水洗的过程是溶剂和水双扩散的过程。影响这个过程的因素有很多，一方面是来自原丝本身，包括原丝聚合物的组成、聚合物的分子量、纺丝液固含量等；还有一方面是受到水洗工序工艺参数设置的影响，包括水洗温度，水洗流量等；另一方面是受到水洗方式和水洗装备等的影响。

现有的碳纤维原丝水洗方式和水洗装备较多，有浸渍式、喷淋式、超声波式、拍打式等方式。水洗过程是双扩散的过程，是脱溶剂的过程，也是纤维收缩的过程，超声波式和拍打式容易损伤纤维，使得原丝产生毛丝和断丝。采用浸渍或喷淋的方式，水洗的效率较低，水消耗量大。

中国发明专利CN 106319689 A公开的一种碳纤维原丝水洗装置及水洗方法。该发明公开了一种碳纤维原丝水洗装置，将多个水洗槽自上向下排列，碳纤维原丝按“S”形从下向上逐层经过各水洗槽的引导辊，通过多个引导辊转速差，对碳纤维原丝在水洗过程中进行预牵伸，挤出渗透入碳纤维原丝内部的溶剂，提高水洗效果。这种结构的水洗装置适合小丝束原丝的水洗，而且水的消耗量较大。

中国发明专利CN 107268215 A公开的一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。该发明公开了一种碳纤维原丝洗涤装置和洗涤方法。装置由水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽等组成；丝束经过酸洗处理后经过水洗机，喷淋水从喷淋嘴喷出成雾化水，对丝束进行洗涤，丝束经洗涤后进入漂洗槽进行漂洗，丝束前进方向与脱盐水在漂洗槽的流动方向相反。该发明可以与降低丝束中的钠离子，提高碳纤维原丝的质量。这种流程结构的洗涤装置不能充分利用洗涤水，能源消耗量大，对原丝的洗涤不均匀，不适合大丝束原丝的水洗。

低成本、大丝束碳纤维的应用，是发展低成本碳纤维复合材料技术研究的关键。相对小丝束，大丝束碳纤维的最大优势是在相同的生产条件下能够大幅度地提高碳纤维的单线产能，实现生产的低成本化。随着丝束中根数的增加，满足每一根纤维均匀性的一致性的难度，相比小丝束，其难度增加了很多。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供大丝束碳纤维原丝水洗装置及水洗方法，其能解决上述问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：