碳纤维原丝蒸汽牵伸装置
技术领域
本实用新型属于碳纤维原丝制造技术领域，具体涉及一种碳纤维原丝蒸汽牵伸装置。
背景技术
碳纤维主要有聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维，其中，聚丙烯腈基碳纤维用途最广、用量最大、发展最为迅速，在碳纤维生产中占有绝对优势。聚丙烯腈基碳纤维是由特殊组分聚合体系聚合、按特定湿法或者干喷湿法的纺丝条件纺丝，经过凝固浴成型、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、松弛热定型工艺得到性能优异的聚丙烯腈纤维(即，原丝)，原丝再经过氧化、碳化、表面处理等复杂的工艺转化而成的一类碳纤维。原丝细旦化是保证碳纤维原丝具有良好力学性能的前提。经过凝固浴牵伸和热水牵伸的纤维还不能够满足细旦化的要求，需要进一步的高倍蒸汽牵伸。蒸汽牵伸的目的是使原丝中PAN(聚丙烯腈)大分子链沿轴向排列，提高聚合物的取向度，改善纤维的力学性能。因此，蒸汽牵伸装置是生产原丝的关键设备，特别是对高分子量纺丝液进行纺丝时，采用蒸汽对干燥致密化后丝束进行牵伸是必不可少的关键步骤，对原丝的性能、质量和生产成本都有显著的影响。
目前，常用的蒸汽牵伸装置有圆形通道的管式蒸汽牵伸和矩形通道的狭缝式蒸汽牵伸。管式蒸汽牵伸装置内每根纤维独立通道运行，避免丝束之间相互干扰，且牵伸效果好，但无法满足多纺位大丝束纤维同时运行，基于此种不足提出本实用新型。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种碳纤维原丝蒸汽牵伸装置，具有多层多列碳纤维原丝蒸汽通道，满足碳纤维原丝牵伸作业中的多纺位丝束同时牵伸的需求。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种碳纤维原丝蒸汽牵伸装置，包括牵伸箱体，所述牵伸箱体中具有牵伸腔，所述牵伸腔中设置有多根牵伸管，多根所述牵伸管彼此之间平行间隔设置，且任一所述牵伸管与碳纤维原丝的牵伸方向平行。
优选地，所述牵伸管为筒状结构，且所述牵伸管的筒壁上设置有多个蒸汽引流孔，所述蒸汽引流孔贯穿所述牵伸管的内外侧。
优选地，定义垂直于碳纤维原丝的牵伸方向的任一平面为第一平面，多根所述牵伸管在所述第一平面上的投影形成多层多列的型式，且各所述牵伸管在水平面上的投影的轴线不重合。
优选地，所述牵伸箱体中还具有预热腔，所述预热腔中设置有多根预热管，所述预热管与所述牵伸管同轴设置形成碳纤维原丝的牵伸通道，且所述预热管与所述牵伸管之间通过密封元件密封连接，所述预热腔、牵伸腔沿着所述碳纤维原丝的牵伸方向依次紧邻设置。
优选地，所述牵伸箱体还构造有密封腔，所述密封腔为两个，且分别处于所述牵伸箱体的两端，沿着所述碳纤维原丝的牵伸方向，两个密封腔之间依次进行设置所述预热腔、牵伸腔。
优选地，所述密封腔中设有密封管，所述密封管中包括多个处于同一轴向上的密封元件。
优选地，所述牵伸箱体还构造有废气回收腔，所述废气回收腔处于所述密封腔远离所述牵伸腔的一端，所述废气回收腔与废气回收装置管路连接。
优选地，所述废气回收装置包括离心风机，所述离心风机的进气口与所述废气回收腔管路连接，所述离心风机的排气口与尾气处理设备管路连接。
优选地，所述废气回收装置还包括换热器，所述换热器串联于所述离心风机的进气口与所述废气回收腔之间的管路上。
优选地，所述牵伸腔的底部设置疏水阀；和/或，所述预热腔的底部设置疏水阀；和/或，所述密封腔的底部设置疏水阀。
本实用新型提供的一种碳纤维原丝蒸汽牵伸装置，一方面由于采用了多根牵伸管满足了碳纤维原丝牵伸作业中的多纺位同时牵伸的需求，另一方面，由于所述碳纤维原丝丝束能够分别独立处于所述牵伸管内，当某一牵伸管内的碳纤维原丝丝束出现断丝时，其不会影响到相邻的牵伸管内的碳纤维原丝丝束运行稳定性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的碳纤维原丝蒸汽牵伸装置的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中B处的局部放大图；
图4为图3中密封元件的一种结构型式；
图5为图3中密封元件的另一种结构型式；
图6为图3中密封元件的又一种结构型式。
附图标记表示为：
1、牵伸箱体；11、牵伸腔；111、牵伸管；112、蒸汽引流孔；12、预热腔；121、预热管；122、密封元件；123、通孔；13、密封腔；131、密封管； 14、废气回收腔；151、离心风机；152、换热器；153、废气流量调节阀；2、疏水阀；31、第一饱和蒸汽导入管路；32、第二饱和蒸汽导入管路；41、测温口；42、测压口。
具体实施方式
结合参见图1至图6所示，根据本实用新型的实施例，提供一种碳纤维原丝蒸汽牵伸装置，包括牵伸箱体1，所述牵伸箱体1中具有牵伸腔11，所述牵伸腔11与第一饱和蒸汽导入管路31贯穿连通，以保证所述牵伸腔11内的饱和蒸汽环境，所述牵伸腔11中设置有多根牵伸管111，当进行碳纤维原丝牵伸操作时，多根碳纤维原丝丝束分别处于所述多根牵伸管111内，多根所述牵伸管111彼此之间平行间隔设置，且任一所述牵伸管111与碳纤维原丝的牵伸方向平行，可以理解的是，所述碳纤维原丝丝束的两端(牵伸箱体1的两端外侧) 卷绕在牵引装置(图未示出，例如传动辊)，以实现所述碳纤维原丝丝束的牵伸施力。该技术方案中，一方面由于采用了多根牵伸管111满足了碳纤维原丝牵伸作业中的多纺位同时牵伸的需求，另一方面，由于所述碳纤维原丝丝束能够分别独立处于所述牵伸管111内，当某一牵伸管111内的碳纤维原丝丝束出现断丝时，其不会影响到相邻的牵伸管内的碳纤维原丝丝束运行稳定性。如图 1所示出，所述第一饱和蒸汽导入管路31包括相应的蒸汽压力调节阀、汽水分离器、蒸汽过滤器及疏水阀连接而成的管路，作为现有技术，本申请不做赘述。
进一步地，所述牵伸管111为筒状结构，且所述牵伸管111的筒壁上设置有多个蒸汽引流孔112，所述蒸汽引流孔112贯穿所述牵伸管111的内外侧，进一步地，所述蒸汽引流孔112在所述牵伸管111的轴向及周向上均均匀间隔设置，以保证所述牵伸腔11中的饱和蒸汽能够均匀地进入所述牵伸管111中与所述碳纤维原丝丝束接触加热，提高牵伸效果。所述牵伸管111的管壁开孔率最好是控制在30％-70％，以兼顾所述牵伸管111内的饱和蒸汽环境及结构强度。
最好的，定义垂直于碳纤维原丝的牵伸方向的任一平面为第一平面，多根所述牵伸管111在所述第一平面上的投影形成多层多列的型式，且各所述牵伸管111在水平面上的投影的轴线不重合，具体的，以多根所述牵伸管111在所述第一平面上的投影形成两层多列的型式为例，其中两层所述牵伸管111彼此水平平行，此时在水平面上的投影可以理解为上下两层的所述牵伸管111交错排列，这种排列方式使所述处于上方的牵伸管111中的饱和蒸汽在部分冷凝时不会滴落到处于下层的牵伸管111中的碳纤维原丝丝束上，从而有效杜绝由于冷凝水接触带来的丝束硬化诱发的断丝现象发生，这种现象尤其是对于处于所述牵伸箱体1的最上部靠近牵伸箱体1壁体的地方最容易发生。
对于直径较大的丝束而言，在经过所述牵伸腔11时，为了保证较高的牵伸效率，丝束行进速度较快，这将导致这些大直径的丝束在所述牵伸腔11内加热不彻底不均匀，进而导致原丝取向度及结晶度不理想，为了杜绝这种不利，优选地，所述牵伸箱体1中还具有预热腔12，所述预热腔12中设置有多根预热管121，所述预热管121与所述牵伸管111同轴设置形成碳纤维原丝的牵伸通道，且所述预热管121与所述牵伸管111之间通过密封元件122密封连接，所述预热腔12、牵伸腔11沿着所述碳纤维原丝的牵伸方向依次紧邻设置，在碳纤维原丝丝束进入所述牵伸腔11之前，首先将在所述预热腔12中进行预热，这种处理方式能够保证所述碳纤维原丝丝束牵伸的工作效率及牵伸效果。可以理解的是，所述预热腔12将与第二饱和蒸汽导入管路32连通，以保证所述预热腔12的饱和蒸汽环境，进一步地，所述牵伸腔11中的温度及压力要小于所述预热腔12中的温度及压力，而前述的密封元件122则用于对所述牵伸腔11 及预热腔12之间的饱和蒸汽进行分离密封，以保证所述牵伸腔11及预热腔12 中的温度及压力的稳定性，这有利于提高丝束的牵伸效果。所述预热管121在具体结构上可以与所述牵伸管111一致。
更进一步的，所述牵伸箱体1还构造有密封腔13，所述密封腔13为两个，且分别处于所述牵伸箱体1的两端，沿着所述碳纤维原丝的牵伸方向，两个密封腔13之间依次进行设置所述预热腔12、牵伸腔11，也即，该技术方案对所述预热腔12与牵伸腔11的两者外侧端头也即所述牵伸箱体1的两端(碳纤维原丝的入口及出口端)进行密封，以进一步保证所述牵伸腔11及预热腔12中的温度及压力的稳定性，提高丝束的牵伸效果。作为一种具体的实施方式，优选地，所述密封腔13中设有密封管131，所述密封管131中包括多个处于同一轴向上的密封元件122，如图3所述，同轴的多个密封元件122彼此相邻的被放置在所述密封管131内，相邻两个密封元件122之间形成气流放大腔，图4 至图6中给出了几种不同结构型式的密封元件122，具体的，其几何中心处皆具有通孔123用于碳纤维原丝丝束的穿行，而针对所述碳纤维原丝丝束的具体型式，所述通孔123可以为圆孔、椭圆孔及狭缝(矩形)孔多种型式，多个所述密封元件122在所述密封管131的轴向上彼此相邻的被放置，形成迷宫减压密封结构，能够实现对所述预热腔12或者牵伸腔11的高压蒸汽气流的逐级衰减。所述密封元件122可以选择陶瓷材料制作。
而可以理解的是，所述密封腔13能够对所述预热腔12或者牵伸腔11的高压蒸汽气流形成高效的密封，但却不能完全阻断高压蒸汽的泄漏，而泄漏出的气流对作业环境产生不利的影响，因此需要对其进行必要的处理，因此，优选地，所述牵伸箱体1还构造有废气回收腔14，所述废气回收腔14处于所述密封腔13远离所述牵伸腔11的一端，所述废气回收腔14与废气回收装置管路连接，所述废气回收装置包括离心风机151，所述离心风机151的进气口与所述废气回收腔14管路连接，所述离心风机151的排气口与尾气处理设备管路连接，所述尾气处理设备采用车间现有的尾气处理塔即可。最好的，所述废气回收装置还包括换热器152，所述换热器152串联于所述离心风机151的进气口与所述废气回收腔14之间的管路上，此时不仅能够对所述废气进行降温，更为重要的是，在某些情况下，则可以选用特定类型的换热器实现对其他部件的供暖需求。而进一步地，所述离心风机151的进气口与所述废气回收腔14 之间的管路上还可以设置废气流量调节阀153。
在所述牵伸箱体1的尺寸较大时，将导致饱和蒸汽在箱体壁内侧形成冷凝，冷凝后的水将被收集到所述牵伸箱体1的底部，优选地，所述牵伸腔11的底部设置疏水阀2；和/或，所述预热腔12的底部设置疏水阀2；和/或，所述密封腔13的底部设置疏水阀2，从而能够通过所述疏水阀2及时将冷凝水排出所述牵伸箱体1之外。
所述预热腔12的腔壁上设置测温口41和测压口42，用来连接温度传感器和压力传感器，实时反映所述预热腔12内的温度及压力，并根据需要对参数进行设置。同样道理，所述牵伸腔11的腔壁上也可设置测温口41和测压口42，用来连接温度传感器和压力传感器，实时反映所述牵伸腔11内的温度及压力，并根据需要对参数进行设置，如此可以进一步保证所述牵伸装置的牵伸效果。
所述牵伸管111及预热管121以及密封管131皆可以采用不锈钢内壁抛光管制作。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
