初生纤维断丝改善装置
技术领域
本实用新型属于纤维生产技术领域，具体涉及一种初生纤维断丝改善装置。
背景技术
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性，是一种高性能纤维材料，已经广泛应用于航空航天、国防建设、体育休闲用品、医疗器械和建筑行业。碳纤维可分为聚丙烯腈基碳纤维、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。
聚丙烯腈基碳纤维由聚丙烯腈纤维经过预氧化、碳化工艺制得。高品质的聚丙烯腈纤维是工业生产高性能聚丙烯腈基碳纤维的基础。目前，国内较为主流的是以湿法纺丝制备聚丙烯腈纤维，高粘度的聚丙烯腈的二甲基亚砜溶液(聚合液)依次经多级凝固浴成型、水洗、热水牵伸、上油、干燥致密化、蒸汽牵伸、松弛热定型工艺制备得到聚丙烯腈纤维。
在湿法纺丝中，聚合液在计量泵压力驱动下，经过过滤器，然后经喷丝板的喷丝孔以细流形状进入凝固浴，细流组分与凝固浴组分不同。凝固浴的作用就是将细流中的溶剂二甲基亚砜与凝固液中的凝固剂水双向扩散。随着双扩散的进行，细流中溶剂浓度逐渐降低，而凝固剂浓度不断升高。细流与凝固液之间的传质、传热、相平衡移动，导致聚丙烯腈沉析成凝胶结构丝条，形成初生纤维。
凝固工艺对初生纤维结构具有非常大的影响，一旦初生纤维结构不均匀，后续工艺很难再改变其结构，不利于制备高品质的聚丙烯腈基碳纤维。一旦初生纤维结构不均匀，纤维极易在凝固成型牵伸以及后续工艺牵伸过程中产生断丝，造成纤维丝束毛羽率过高，难以制备高品质的聚丙烯腈基碳纤维。
目前，常用的初生纤维形成方式是梯级凝固成型，聚合液经喷丝头喷出后依次经过第一级凝固浴、第二级凝固浴、第三级凝固浴等，凝固浴浓度依次降低，各级传动辊带动纤维依次通过各级凝固浴。出第一级凝固浴纤维表面及孔隙中携带大量高浓度第一级凝固浴溶液，通过传动辊进入下一级凝固浴溶液。因为溶剂二甲基亚砜及凝固剂水向空气中挥发速率不同，水挥发速率较二甲基亚砜高，出第一级凝固浴纤维经由传动辊时，纤维局部携带的溶液浓度会提高，从而造成纤维凝固结构不均匀的现象。同时，纤维在行进过程中与传动辊发生干摩擦现象。这些造成纤维结构不均匀的过程同样发生在第二级凝固浴与第三级凝固浴之间，进一步加剧了初生纤维结构不均匀，纤维极易在凝固成型牵伸以及后续工艺牵伸过程中产生断丝，造成纤维毛羽率超标，无法用于制备高品质的聚丙烯腈基碳纤维。
实用新型内容
因此，本实用新型为了解决初生纤维结构不均匀导致纤维断丝的技术问题，提供了一种初生纤维断丝改善装置。
为了解决上述问题，本实用新型提供一种初生纤维断丝改善装置，包括：
喷淋装置，喷淋装置安装在两级凝固浴之间，用于向丝束喷淋凝固浴溶液。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选地，喷淋装置的喷口对应传动辊设置，喷淋装置向传动辊表面的丝束喷淋凝固浴溶液。
优选地，凝固浴溶液与后一级凝固浴的溶液浓度相同。
优选地，喷淋装置设置在传动辊上方，自上而下的向传动辊喷淋凝固浴溶液。
优选地，喷淋装置包括输液管路，输液管路上设有若干喷嘴，若干喷嘴向丝束喷淋凝固浴溶液。
优选地，喷淋装置还设有调节喷淋速度和喷淋范围的调节装置。
优选地，调节装置包括安装在输液管路上的流量调节阀。
优选地，还包括接液循环槽，接液循环槽用于收集喷淋装置喷淋后滴落的溶液，接液循环槽与后一级凝固浴溶液池连接，接液循环槽收集的溶液流入后一级凝固浴溶液池循环利用。
优选地，接液循环槽设置在传动辊的下方，收集从传动辊上滴落的溶液。
优选地，输液管路采用316L不锈钢制作而成，和/或接液循环槽采用316L不锈钢制作而成。
本实用新型提供的初生纤维断丝改善装置至少具有下列有益效果：
1、本装置可以安装在相邻两级凝固浴之间，通过喷淋低浓度凝固浴溶液，降低初生纤维表面的溶液浓度差异，提升初生纤维凝固结构的均匀性，减少凝固成型牵伸以及后续工艺牵伸过程中断丝及毛丝，降低纤维丝束的毛羽率。
2、本装置设计精巧，结构简单、操作方便；可以根据丝束大小，方便、灵活调整。
附图说明
图1为本实用新型实施例的初生纤维断丝改善装置的结构示意图一；
图2为本实用新型实施例的初生纤维断丝改善装置的结构示意图二。
附图标记表示为：
1、喷淋装置；2、丝束；3、传动辊；4、输液管路；5、喷嘴；6、流量调节阀；7、接液循环槽。
具体实施方式
结合参见图1至图2所示，一种初生纤维断丝改善装置，包括：喷淋装置1，喷淋装置1安装在相邻两级凝固浴之间，用于向丝束2喷淋凝固浴溶液。
本实施例的初生纤维断丝改善装置安装在相邻两级凝固浴之间，通过向出上级凝固浴的初生纤维表面喷淋低浓度的凝固浴溶液，解决因溶剂和凝固剂蒸发速率不同引起的浓度差异，使初生纤维丝束表面的溶液浓度保持均衡，从而使初生纤维结构均匀，改善凝固成型牵伸及后续工艺过程中出现断丝问题。
由于初生纤维丝束在行进过程中与传动辊3发生干摩擦，干摩擦会加剧初生纤维的断丝现象，所以本实施例中，喷淋装置1靠近传动辊3设置，能够向传动辊3表面的丝束2喷淋凝固浴溶液。低浓度溶液即可以平衡丝束2表面的溶液浓度，又可以起到丝束2与传动辊3的润滑效果，从而进一步的减少初生纤维丝束与传动辊3干摩擦导致断丝的现象。
本实施例中，喷淋装置1使用的凝固浴溶液与后一级凝固浴的溶液浓度相同，即可以实现平衡丝束2上的溶液浓度，循环利用过程中又不会影响后一级凝固浴溶液的浓度。喷淋装置1使用的凝固浴溶液可以直接采用后一级凝固浴的溶液，也可以重新配置，直接使用后一级凝固浴溶液可以节省溶液配置工作，提高工作效率。
本实施例中，喷淋装置1包括输液管路4，输液管路4的管径一般为国标管径DN15-DN32，输液管路4的长度可以根据纺位数量或传动辊3的轴向跨度确定，输液管路4上设有若干喷嘴5，喷嘴5向丝束2喷淋低浓度凝固浴溶液，喷嘴5的数量根据丝束2的数量(即纺位数量)选择设置。喷嘴5优选为具有扇形喷淋面的扇面喷嘴，喷淋面积可以根据喷嘴5到丝束2的高度，及输液管路4中的流速进行调节。
本实施例中，喷淋装置1还设有调节喷淋速度和喷淋范围的调节装置。调节装置优选为安装在输液管路4上的流量调节阀6。
本实施例的初生纤维断丝改善装置，不仅适用于小丝束(1K、3K、6K)，而且适合应用于大丝束(12K-48K)聚丙烯腈纤维生产，术语“1K”为每束纤维中含有1000根单纤维。实际生产中，在不损伤纤维的前提下，可以根据纤维丝束大小(12K、24K、48K等)调节射流高度、射流速度及扇面大小，改善初生纤维的结构性能，减少毛丝断丝，且相邻喷嘴喷出的液体形成的扇面可以相互连接，保证所有纺位稀释的均匀性。
在本实施例中，为了提高溶液的循环利用效率，初生纤维断丝改善装置还包括接液循环槽7，接液循环槽7用于收集喷淋后滴落的溶液，接液循环槽7与后一级凝固浴溶液池连接，接液循环槽7收集的溶液流入后一级凝固浴溶液池循环利用。
进一步的，当喷淋装置1向传动辊3表面的丝束2喷淋时，接液循环槽7设置在传动辊3的下方，收集从传动辊3上滴落的溶液。
在本实施例中，输液管路4采用316L不锈钢制作而成，和/或接液循环槽7采用316L不锈钢制作而成。316L不锈钢具有较强的耐腐蚀性能，常用于化工等生产设备。
本实施例的初生纤维断丝改善装置，在应用于8纺位、纺制6K纤维生产时，设置在第一级凝固浴和第二级凝固浴之间的传动辊上方，向丝束2喷淋低浓度凝固浴的是二甲基亚砜浓度相对较低的第二级凝固浴溶液，输液管路4的管径选择DN15-DN20，喷嘴5数量为8个，并选择合适的喷淋速度和喷淋范围。使用本装置，相比未使用该装置的情况，收取聚丙烯腈纤维丝束线密度离散值降低0.3％，纤维丝束长程线密度离散值降低0.1％。
本实施例的初生纤维断丝改善装置，在应用于8纺位、纺制12K纤维生产时，设置在第二级凝固浴和第三级凝固浴之间的传动辊上方，向丝束2喷淋低浓度凝固浴的是二甲基亚砜浓度相对较低的第三级凝固浴溶液，输液管路4的管径选择DN20-DN25，喷嘴5数量为8个，并选择合适的喷淋速度和喷淋范围。使用本装置，相比未使用该装置的情况，收取聚丙烯腈纤维丝束线密度离散值降低0.3％，纤维丝束长程线密度离散值降低0.2％。
本实施例的初生纤维断丝改善装置，在应用于12纺位、纺制24K纤维生产时，分别设置在第一级凝固浴和第二级凝固浴之间的传动辊上方，向丝束2喷淋低浓度凝固浴的是二甲基亚砜浓度相对较低的第三级凝固浴溶液，输液管路4的管径选择DN25-DN32，喷嘴5数量为12个，并选择合适的喷淋速度和喷淋范围。使用本装置，相比未使用该装置的情况，收取聚丙烯腈纤维丝束线密度离散值降低0.2％，纤维丝束长程线密度离散值降低0.2％。
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。
