[实用新型]一种带有内置式水箱的碳纤维原丝用蒸汽牵伸装置

说明书

本实用新型公开了一种带有内置式水箱的碳纤维原丝用蒸汽牵伸装置，包括蒸汽箱、牵伸系统，牵伸系统包括位于蒸汽箱两侧的牵伸机和穿过蒸汽箱的丝道；所述的蒸汽箱包括丝道下方的内置式水箱；所述的内置式水箱通过循环管路与循环水水箱连通；所述的内置式水箱内设有与蒸汽供给系统连通的辅助加热盘管，所述的辅助加热盘管加热内置式水箱中的水产生产生稳定的常压蒸汽流完成蒸汽牵伸工艺，减少了PAN原丝生产能耗，降低成本，尤其适用于对纤维性能要求不高的大丝束碳纤维的制备。

技术领域

本实用新型涉及化学纤维制造技术领域，具体涉及一种碳纤维原丝用蒸汽牵伸装置。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小等系列优点，其增强树脂基复合材料结合可设计性、大面积整体成型、易于实现结构功能一体化等特点。目前国内碳纤维主要应用于航空航天、体育休闲和工业应用三大领域中，但高端应用领域占比极低，主要应用领域集中在低端市场。碳纤维按原材料来源主要分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维等，其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维因其优良的综合性能、生产工艺较为简单，占据碳纤维工业生产的主导地位。

蒸汽牵伸装置是生产PAN基碳纤维原丝的关键设备(碳纤维及石墨纤维，化学工业出版社，2010)，在蒸汽牵伸箱体内，水分子向纤维内部渗透，在水分子的塑化作用下，同时实施牵伸，PAN大分子链发生相对滑移伸直、沿纤维轴向排列取向，实现纤维细旦化、高取向和高强度。

目前碳纤维行业使用的蒸汽牵伸装置多为加压水蒸汽牵伸机，生产上需要使用锅炉提供高压蒸汽，并且，需要配置相应的保压部件以保证蒸汽牵伸箱内的蒸汽温度及压力的均匀、稳定，存在设备能耗大，内部结构复杂、生产成本高等特点。公开号为CN107447270A的中国发明专利申请公开了一种带有密封腔的保压管式牵伸装置，在牵伸腔两侧设有密封腔和排气减压腔。公开号为CN110273191A的中国发明专利申请公开了一种采用气幕方式密封牵伸箱，在牵伸箱中牵伸腔的至少一侧设置有端头处理装置，并采用端头处理装置中的第一开纤密封腔中的第一压力气流喷射件形成气幕密封。

然而，在民用领域，例如，建筑业、汽车制造、风电叶片等行业，对碳纤维的需求越来越大，但碳纤维高昂的生产成本制约了其普及应用。因此亟需开发一种能够降低PAN基碳纤维原丝生产成本的蒸汽牵伸装置。

发明内容

本实用新型提供了一种带有内置式水箱的碳纤维原丝用蒸汽牵伸装置，内置式水箱内设有与蒸汽供给系统连通的辅助加热盘管，通过直接加热内置式水箱内的水，产生稳定的常压蒸汽流完成蒸汽牵伸工艺，减少PAN原丝生产能耗，降低成本，尤其适用于对纤维性能要求不高的大丝束碳纤维的制备。

本实用新型解决上述技术问题所提供的技术方案为：

一种碳纤维原丝用蒸汽牵伸装置，包括蒸汽箱、牵伸系统，所述的牵伸系统包括位于蒸汽箱两侧的牵伸机和穿过蒸汽箱的丝道，其特征在于，所述的蒸汽箱包括丝道下方的内置式水箱；所述的内置式水箱通过循环管路与循环水水箱连通；所述的内置式水箱内设有与蒸汽供给系统连通的辅助加热盘管，所述的辅助加热盘管加热内置式水箱中的水产生蒸汽。

本实用新型的原材料聚丙烯腈纤维通过牵伸机牵引进入蒸汽箱，经过丝道通过另一侧牵伸机导出；与蒸汽供给系统连通的辅助加热盘管加热内置式水箱中的循环水，产生稳定的常压蒸汽流完成蒸汽牵伸工艺。

作为优选，所述的内置式水箱上设有水箱顶盖，所述的丝道在水箱顶盖与内置式水箱之间穿过。

为了增加水箱顶盖热量，避免在水箱顶盖形成冷凝水使聚丙烯腈纤维局部温度下降形成相对冷点，在牵伸时产生毛丝，作为优选，所述的水箱顶盖外部设有双层夹套；所述的双层夹套内设有与蒸汽供给系统连通的顶盖加热盘管。

为了防止水箱顶盖的冷凝水滴落，作为优选，所述的水箱顶盖为拱形顶盖。