一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置及其应用
技术领域
本发明属于化纤生产技术领域，具体涉及一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置及其应用。
背景技术
碳纤维是一种高性能特种纤维，广泛用于航天航空等关键领域及高端民用领域，现今已形成一个举足轻重的新型材料体系，而且仍在强劲发展，有较大的市场空间和应用前景。近年来在国家的大力支持和有实力企业的参与下，我国的碳纤维事业取得了长足进展，但与发达国家相比，我们在产品的稳定性、可靠性和经济性上仍有不小的差距。作为高性能碳纤维的前驱体纤维，原丝的质量直接影响碳纤维的质量，是制约碳纤维发展的瓶颈，提高原丝质量和稳定性、降低原丝生产成本是制备高性能、低成本碳纤维的前提。
碳纤维原丝生产工艺流程包括凝固浴、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、松弛热定型、收丝。其中上油对碳纤维原丝生产成本和质量具有关键性的影响。纤维经热水牵伸后温度较高，直接进入上油槽上油，提高了上油槽油温，加快了油剂腐败速度，使得油剂更换频繁，成本较高。若使用油剂为有机硅油剂，有可能因热水牵伸后纤维温度较高使局部油剂发生交联作用，黏度大幅提高，形成类似黏剂类的物质，该物质粘附在纤维上，增加了发生缠丝和断丝的概率，影响纤维性能。其次，碳纤维原丝生产过程中根数较多，多纺位同时生产，且每个纺位的一束纤维中含有成千上万根单丝，纤维经凝固浴、水洗、热水牵伸过程，在水流冲击作用以及牵伸辊张力等外力作用下易并丝、交络、打捻，影响均匀成纤，影响上油效果，导致对纤维强度和质量造成影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置及其应用，延长油剂使用周期，减少油剂更换频次，降低原丝生产成本；减少因油剂黏胶堆积引起的断丝和缠丝，提高原丝产量和合格率；在压缩空气作用下将纤维吹散，达到了开纤目的，利于上油均匀，有利于提高原丝质量和性能指标均匀性。
本发明的设计构思：
采用空气处理装置对上油前纤维进行空气处理：热水牵伸后纤维含有较多的水，纤维从吹气环中心通过，利用压缩空气吹落纤维上的部分水分，减少水分对油剂的稀释，减少上油的油剂补加量，降低油剂消耗；其次，压缩空气吹气将纤维温度降低，减少带入上油槽的热量，降低油剂腐败速度，减少油剂更换频次，延长油剂使用周期；另外，纤维通过吹气环，压缩空气作用下将纤维吹散，达到开纤目的，改善了上油均匀性，且避免了局部过热，有效抑制了黏剂类物质的产生，极大降低了干燥致密化热辊上堆积黏胶的现象，避免了黏胶粘丝引起的断丝和缠丝，有利于提高原丝质量和性能指标均匀性。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置，它包括工作台、支架、进气管、输气主管和输气支管，其中：若干所述支架呈直线形状竖直向上排列于工作台的上方，支架的上部设置有卡圈，输气主管水平设置并卡装于卡圈中，输气主管的两端均设置为封闭端，输气主管的中段下方开口与进气管连通，输气主管的上方设置有若干输气支管，输气支管的位置与碳纤维原丝生产纺位相对应，输气支管的上方设置有吹气环，纤维束沿吹气环的圆心穿过，吹气环的端面与纤维束输送方向之间的夹角大于等于90°并且小于180°，所述吹气环设置为空心圆环，吹气环的内腔通过输气支管与输气主管连通，吹气环的上端设置有导流豁口，导流豁口的宽度为1-15mm，吹气环的内圆面上沿圆周方向均布有偶数个喷气口，喷气口的孔径为0.5-2.5mm，通过调整输气主管在卡圈中的角度从而调整喷气口的吹气角度。
进一步地，所述吹气环、输气支管与输气主管一体成型，或者输气支管的下端与输气主管螺纹连接，进气管的材质为软管。
进一步地，所述吹气环的内圆直径为3-30mm，外圆直径为4-40mm；输气支管的直径为1-20mm。
进一步地，所述空气处理装置设置于上油工序中上油槽的前方。
进一步地，根据纤维输送的速度和纤维张力大小确定空气处理装置与上油槽的距离，根据上油槽高度确定空气处理装置中吹气环的高度，以保证纤维束沿吹气环的圆心中心穿过。
进一步地，所述空气处理装置设置于上油槽前方0.5m-2m位置处。
一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置的应用：在碳纤维原丝生产过程中，所述空气处理装置设置于上油工序中上油槽前方0.5m-2m位置处，根据上油槽高度确定空气处理装置中吹气环的高度，空气处理装置对上油前纤维束进行空气处理；纤维束沿吹气环的中心穿过，吹气环的端面与纤维束输送方向之间的夹角大于等于90°并且小于180°，从吹气环各喷气口吹出的压缩空气均匀作用在纤维束上。
进一步地，通过调节进气管的吹气量从而调节喷气口吹出的压缩空气的吹气速度，吹气速度应根据纤维输送的速度、纤维张力大小及与上油槽的距离调节，以保证将集束的纤维束吹散且平稳运行，达到梳理纤维束的目的，且未引起分叉、毛丝现象。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明提供了一种碳纤维原丝生产过程中的空气处理装置及其应用，适用于碳纤维原丝生产过程中上油前对纤维进行空气处理。减少水分对油剂的稀释，减少上油的油剂补加量，降低油剂消耗；减少带入上油槽的热量，降低油剂腐败速度，减少油剂更换频次，延长油剂使用周期；达到开纤目的，利于上油均匀，且避免了局部过热，有效抑制了黏剂类物质的产生，极大降低了干燥致密化热辊上堆积黏胶的现象，避免了黏胶粘丝引起的断丝和缠丝，有利于提高原丝质量和性能指标均匀性。
附图说明
图1为本发明主视半剖结构示意图；
图2为本发明的左视结构示意图；
图3为吹气环与输气支管装配位置局部放大结构示意图。
图中，1为工作台，2为支架，3为输气主管，4为卡圈，5为输气支管，6为吹气环，7为喷气口，8为导流豁口，9为进气管。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
实施例一
如图1至图3所示，本实施例一提供的空气处理装置应用于聚丙烯腈基碳纤维原丝湿法纺丝。
将输气支管5下端缠紧生料带，然后与输气主管3对应的螺纹口对接，输气主管3通过支架2和卡圈4固定在工作台1上，输气主管3的直径为20mm，输气主管3的下方连接进气管9，输气主管3的两端端口封闭。吹气环6的内圆直径为10mm，外圆直径为15mm，内圆一周均匀分布8个喷气孔7，喷气孔7的孔径为1mm。吹气环6上端设置导流豁口8，导流豁口8的宽度为2mm，吹气环6下方连接输气支管5，输气支管5的直径为10mm。
安装好本实施例一提供的空气处理装置后，设置收丝速度为80m/min，将空气处理装置分别放置在上油工序前0.5m处，上油前空气处理装置吹气环中心位置与上油前纤维走丝高度一致，保证纤维在吹气环中心通过，吹气环与纤维运行方向角度为120°，由进气管9通入压缩空气，从吹气环6内圆面上的各喷气口7吹出的压缩空气均匀作用在纤维上，调节进气管9的压缩空气速度为30m/min，以保证将集束的纤维束吹散且平稳运行，达到梳理纤维束的目的，且未引起分叉、毛丝现象。
通过应用本实施一提供的空气处理装置进行聚丙烯腈基碳纤维原丝湿法纺丝，油剂使用周期≥40天，干燥致密化热辊清理频次1次/（30-40）天，同一纺位原丝长程上、不同纺位原丝上油率CV值均小于5%，原丝无明显毛丝，性能指标均匀性好。
实施例二
如图1至图3所示，本实施例二提供的空气处理装置应用于聚丙烯腈基碳纤维原丝干喷湿法纺丝。
输气支管5、输气主管3与吹气环6一体成型，输气主管3通过支架2和卡圈4固定在工作台1上，输气主管3的直径为25mm，输气主管3的下方连接进气管9，输气主管3的的两端端口封闭。吹气环6的内圆直径为15mm，外圆直径为20mm，内圆一周均匀分布10个喷气孔7，喷气孔7的孔径为1mm。吹气环6上端设置导流豁口8，导流豁口8的宽度为4mm，吹气环6下方连接输气支管5，输气支管5的直径为15mm。
安装好本实施例二提供的空气处理装置后，设置收丝速度为100m/min，将空气处理装置分别放置在上油工序前1m处，上油前空气处理装置吹气环中心位置与上油前纤维走丝高度一致，保证纤维在吹气环中心通过，吹气环与纤维运行方向角度为95°，由进气管9通入压缩空气，从吹气环6内圆面上的各喷气口7吹出的压缩空气均匀作用在纤维上，调节进气管9的压缩空气速度为25m/min，以保证将集束的纤维束吹散且平稳运行，达到梳理纤维束的目的，且未引起分叉、毛丝现象。
通过应用本实施二提供的空气处理装置进行聚丙烯腈基碳纤维原丝干喷湿法纺丝，油剂使用周期≥40天，干燥致密化热辊清理频次1次/（30-40）天，同一纺位原丝长程上、不同纺位原丝上油率CV值均小于5%，原丝无明显毛丝，性能指标均匀性好。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
