一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法。具體地，本發(fā)明公開了一個(gè)聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，包括步驟：用添加有無機(jī)顆粒的硝酸，對噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理。本發(fā)明還公開了一種結(jié)合上述清洗方法的聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的多步驟清洗方法。所述方法清洗時(shí)間短，清洗效果好。
【專利說明】一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聚丙烯腈原絲紡絲機(jī)件維護(hù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有低密度、高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫和耐腐蝕等眾多優(yōu)異性能，已在航空航天、國防軍工以及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。按原料路線，碳纖維可分為聚丙烯腈(PAN)基、浙青基和粘膠基三大類型。其中，PAN基碳纖維因其生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本較低和力學(xué)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，已成為發(fā)展最快、產(chǎn)量最高、品種最多以及應(yīng)用最廣的一種碳纖維。
[0003]眾所周知，優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制備高性能PAN基碳纖維的前提。只有采用穩(wěn)定的高性能的PAN原絲才能制得穩(wěn)定的高性能的PAN基碳纖維。PAN原絲不但影響碳纖維的性能，還決定碳纖維的成本。在碳纖維的制造成本中，PAN原絲一般占到50%以上。按照所采用的溶劑種類，PAN原絲生產(chǎn)技術(shù)可以劃分為不同的溶劑路線。常用的溶劑有二甲基亞砜(DMSO )、二甲基甲酰胺(DMF )、二甲基乙酰胺(DMAc )、硫氰化鈉水溶液(NaSCN)、氯化鋅水溶液(ZnCl2)和硝酸(HNO3)。其中，DMSO路線在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛，而HNO3路線因其嚴(yán)重的腐蝕問題已被逐漸淘汰。
[0004]PAN原絲主要有兩種紡絲方法，即濕法紡絲和干噴濕紡。前者是紡絲液從噴絲孔擠出后直接進(jìn)入凝固浴，一般采用固含量和粘度較低的紡絲液，噴絲板的孔徑大多為50?75 μ m ;而后者是紡絲液從噴絲孔擠出后先經(jīng)過一段空氣層，然后才進(jìn)入凝固浴，一般采用固含量和粘度較高的紡絲液，噴絲板的孔徑大多為100?200 μ m。(賀福.碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004.)
[0005]無論采用哪種溶劑路線和紡絲方法，噴絲板都是必不可少的核心部件。PAN原絲作為一種極其精細(xì)的化學(xué)纖維產(chǎn)品，不但要求噴絲板的加工精度要高，而且還要求噴絲板在每次使用前都必須經(jīng)過嚴(yán)格地清洗。在紡絲過程中，一些凝膠、雜質(zhì)會聚集在噴絲板上，造成一些噴絲孔被堵塞，因此，必須對其進(jìn)行周期性更換和清洗，否則會極大地影響PAN原絲的質(zhì)量。噴絲板未清洗干凈是導(dǎo)致PAN原絲纖度不勻與毛絲增多的一個(gè)重要原因(歐陽琴等.聚丙烯腈原絲中毛絲的結(jié)構(gòu)與性能研究，高科技纖維與應(yīng)用，2011，36 (4):12-16.)。
[0006]噴絲板的清洗方法有多種，如鹽浴法、煅燒法、真空-高溫分解法、溶劑清洗法、流化床清洗法和超聲清洗法等(陳文杰，噴絲板的清洗方法，合成纖維，1982，5，47-48.)。
[0007]但是，由于PAN聚合物具有很強(qiáng)的極性和很高的內(nèi)聚能，導(dǎo)致其溶解性能很差，僅能溶解于少數(shù)強(qiáng)極性的溶劑中。而且，PAN聚合物在高溫分解時(shí)會發(fā)生炭化，轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆驳臒峤馓肌，F(xiàn)有的清洗方法，不是清洗時(shí)間太長，就是很難到達(dá)理想的清洗效果。
[0008]因此，研發(fā)一種快速、便捷、高效的清洗方法仍然十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板清洗方法的不足，提供一種新的能夠有效縮短噴絲板的清洗時(shí)間、提高噴絲板的清洗效果的聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板清洗方法。
[0010]在本發(fā)明第一方面中，提供了一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，包括步驟:用添加有無機(jī)顆粒的硝酸，對噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理。
[0011 ]在另一優(yōu)選例中，所述的無機(jī)顆粒為超細(xì)無機(jī)顆粒。
[0012]在另一優(yōu)選例中，按硝酸的重量計(jì)算，所述無機(jī)顆粒的添加量為0.1~10wt%。
[0013]在另一優(yōu)選例中，所述無機(jī)顆粒包括二氧化硅(SiO2)。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述的二氧化硅包括粒徑為0.1~10 μ m的二氧化硅。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述硝酸為濃度為50~70wt%的硝酸。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述的超聲在為20~80° C下進(jìn)行。
[0017]在另一優(yōu)選例中，在所述步驟之前包括預(yù)清洗步驟:將噴絲板浸在有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲清洗處理。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述的有機(jī)溶劑選自下組:二甲基亞砜(DMS0)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、或其組合。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述預(yù)清洗步驟中，超聲在50~100° C下進(jìn)行。
[0020]在另一優(yōu)選例中，在所述步驟之后包括后續(xù)清洗步驟:
[0021](I)用添加洗滌劑的水，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理；
[0022](2)用水對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理，從而得到經(jīng)清洗的噴絲板。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述的水為蒸餾水或去離子水。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述后續(xù)清洗步驟中，超聲在30~100° C下進(jìn)行。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述的洗滌劑為市售洗滌劑。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述步驟(2)之后還包括步驟:對經(jīng)清洗的噴絲板進(jìn)行干燥處理。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述干燥處理包括步驟:
[0028](a)用氮?dú)獯档舾山?jīng)清洗的噴絲板上附著的水珠；和/或
[0029](b)在干燥箱內(nèi)烘干前一步驟處理的噴絲板。
[0030]在另一優(yōu)選例中，所述氮?dú)鉃榧兌取?9.9%的氮?dú)?；較佳地為≥99.99%的氮?dú)狻?br> [0031]在本發(fā)明第二方面中，提供了一種清洗聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板用的清洗劑，包含無機(jī)顆粒和硝酸。
[0032]在另一優(yōu)選例中，所述清洗劑由無機(jī)顆粒和硝酸組成。
[0033]在另一優(yōu)選例中，按硝酸的重量計(jì)算，所述無機(jī)顆粒的添加量為0.1~10wt%。
[0034]在另一優(yōu)選例中，所述無機(jī)顆粒包括二氧化硅(SiO2)。
[0035]在另一優(yōu)選例中，所述的二氧化硅包括粒徑為 0.1~10 μ m的二氧化硅。
[0036]在另一優(yōu)選例中，所述硝酸為濃度為50~70wt%的硝酸。
[0037]在本發(fā)明第三方面中，提供了一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，包括步驟:
[0038](i)將噴絲板浸在有機(jī)溶劑中進(jìn)行第一次超聲清洗處理；[0039](?)用添加有無機(jī)顆粒的硝酸，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行第二次超聲清洗處理；
[0040](iii)用添加洗滌劑的水，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行第三次超聲清洗處理；
[0041](iv)用水對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理，從而得到經(jīng)清洗的噴絲板。
[0042]在另一優(yōu)選例中，所述的無機(jī)顆粒及其添加量如上文所述。
[0043]應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【具體實(shí)施方式】
[0044]本發(fā)明人通過長期而深入的研究，意外地發(fā)現(xiàn)一個(gè)能有效縮短徹底清洗聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板過程的清洗方法，所述方法采用添加無機(jī)顆粒的硝酸作為清洗劑。采用本發(fā)明所述步驟，再結(jié)合其它清洗方法(如有機(jī)溶劑清洗等等)，可徹底地清洗噴絲板，達(dá)到在光學(xué)顯微鏡下幾乎沒有觀測有被堵塞的噴絲孔的效果，而且顯著縮短了清洗時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本發(fā)明。
[0045]清洗方法
[0046]現(xiàn)結(jié)合本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，對本發(fā)明所述的清洗步驟作進(jìn)一步說明，具體包括如下步驟:
[0047](I)在一定溫度(如50-100° C)下，將噴絲板浸沒在有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲清洗一段時(shí)間(如I-10小時(shí))；以清除噴絲板上附著的PAN聚合物。
[0048]其中，所述的有機(jī)溶劑可選自下組:二甲基亞砜(DMS0)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、或其組合；優(yōu)選DMSO。
[0049](2)在一定溫度(如20-80° C)下，將步驟⑴的有機(jī)溶劑更換為硝酸，并添加無機(jī)顆粒后，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗一段時(shí)間(如I-10小時(shí))；以徹底清除噴絲板上的PAN聚合物和雜質(zhì)。
[0050]其中，所述的無機(jī)顆?？梢詾槌?xì)無機(jī)顆粒。所述無機(jī)顆?？砂ǘ趸?SiO2),優(yōu)選采用粒徑為10-0.Ιμ--的二氧化硅。所述超細(xì)無機(jī)顆粒為二氧化硅主要起撞擊、摩擦的作用。其粒徑大于?ο μ m容易磨損噴絲板，小于0.1 μ m清洗效果較差且顆粒自身容易團(tuán)聚。按硝酸重量計(jì)算，添加的二氧化硅顆粒的重量百分比為0.1-10%。
[0051]所述的硝酸包括市售的分析純的濃硝酸，或濃度為50-70%的硝酸，優(yōu)選為約67%的濃硝酸。
[0052](3)在一定溫度(如30-100° C)下，將步驟(2)的硝酸更換為水，并添加洗滌劑后，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗一段時(shí)間(如I-10小時(shí))；以清除噴絲板上的油污。
[0053]其中，所述的水為純水，優(yōu)選為蒸餾水或去離子水。
[0054]市售的任意一種適合清除油污的洗滌劑均可用作本發(fā)明所述方法中。所述洗滌劑包括各個(gè)廠家生產(chǎn)的各種洗滌劑，例如包括(但不限于):洗衣粉、肥皂等，該洗滌劑的添加量為適合清除油污的任意濃度，例如(但不限于)，其按水的重量計(jì)算，添加的洗滌劑的重量百分比為0.0Ol~50%，較佳地為0.01~20%，更佳地為0.1~5%或者加入幾滴即可。
[0055](4)在一定溫度(如30~100° C)下，僅用水對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗一段時(shí)間(如I~10小時(shí))，從而得到經(jīng)清洗的噴絲板。
[0056]其中，所述的水為純水，優(yōu)選為蒸餾水或去離子水。
[0057]如上所述的清洗方法，每個(gè)步驟中均有超聲清洗，應(yīng)理解，超聲時(shí)，用于清洗的液體均應(yīng)浸沒噴絲板，才會達(dá)到最佳清洗效果。
[0058]本發(fā)明所述的聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，在步驟(4)之后可包括如下干燥步驟:
[0059](5)對經(jīng)清洗的噴絲板進(jìn)行干燥處理。
[0060]所述干燥處理可包括如下步驟:(5.1)用氮?dú)獯档舾蓢娊z板上附著的水珠；和/或(5.2)在干燥箱內(nèi)干燥一段時(shí)間(如至烘干)。
[0061]其中，所述氮?dú)鉃榧兌取?9.9%的氮?dú)猓惠^佳地為≤99.99%的氮?dú)狻?br> [0062]所述干燥箱的溫度為80~140°C，優(yōu)選100~120°C。
[0063]與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0064]1.本發(fā)明提供了一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法:采用添加有無機(jī)顆粒的硝酸作為清洗劑。對于徹底清洗噴絲板的整個(gè)過程而言，所述方法能有效縮短清洗時(shí)間。
[0065]2.本發(fā)明還提供了一種結(jié)合多個(gè)步驟的丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，所述方法包括了本發(fā)明所述清洗步驟。該方法清洗時(shí)間短，且能徹底清除噴絲板上的PAN聚合物和雜質(zhì)。
[0066]下面結(jié)合具體實(shí)施，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。本發(fā)明所用的試劑或原料均市售可得。
[0067]實(shí)施例1
[0068]紡絲結(jié)束后，卸下噴絲板，將其固定在聚四氟乙烯支架上，然后一起放入燒杯內(nèi)。
[0069]在燒杯內(nèi)加入分析純二甲基亞砜(DMSO)溶劑將噴絲板完全浸沒，然后放入超聲波清洗器內(nèi)，開始清洗。超聲波清洗器的溫度和功率分別設(shè)定為80° C和100W。清洗2小時(shí)后，更換二甲基亞砜(DMSO)溶劑，再次按如上條件進(jìn)行清洗。如此重復(fù)3次。
[0070]將二甲基亞砜(DMSO)溶劑更換為約67%濃硝酸，并加入lwt%粒徑為5 μ m的二氧化硅超細(xì)顆粒，進(jìn)行超聲清洗。超聲波清洗器的溫度和功率分別設(shè)定為60° C和100W。清洗2小時(shí)后，更換濃硝酸和二氧化硅超細(xì)顆粒，再次按如上條件進(jìn)行清洗。如此重復(fù)3次。
[0071]將濃硝酸更換為純水，加入3滴洗滌劑(立白清潔劑)，進(jìn)行超聲清洗。超聲波清洗器的溫度和功率分別設(shè)定為80° C和100W。清洗2時(shí)間后，更換純水和洗滌劑，再次按如上條件進(jìn)行清洗。如此重復(fù)漂洗3次。
[0072]再用純水進(jìn)行超聲漂洗，將洗滌劑洗凈。超聲波清洗器的溫度和功率分別設(shè)定為80° C 和 100W。
[0073]然后用氮?dú)獯档魢娊z板上的水珠吹，在120° C干燥箱內(nèi)干燥2小時(shí)即可。[0074]采用光學(xué)顯微鏡(德國蔡司Zeiss Axioskop 40A Pol偏光顯微鏡)檢測清洗后噴絲板，未發(fā)現(xiàn)有堵塞的噴絲孔，可以用于紡絲。
[0075]實(shí)施例2-5
[0076]采用與實(shí)施例1相同的清洗步驟，唯一改變的是在硝酸超聲清洗過程中從如表I所示的條件。
[0077]表I
【權(quán)利要求】
1.一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，其特征在于，包括步驟:用添加有無機(jī)顆粒的硝酸，對噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理。
2.如權(quán)利要求1所述的清洗方法，其特征在于，按硝酸的重量計(jì)算，所述無機(jī)顆粒的添加量為0.1-10wt%o
3.如權(quán)利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述無機(jī)顆粒包括二氧化硅(Si02)。
4.如權(quán)利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步驟之前包括預(yù)清洗步驟:將噴絲板浸在有機(jī)溶劑中進(jìn)行超聲清洗處理。
5.如權(quán)利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步驟之后包括后續(xù)清洗步驟: (1)用添加洗滌劑的水，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理； (2)用水對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理，從而得到經(jīng)清洗的噴絲板。
6.如權(quán)利要求5所述的清洗方法，其特征在于，所述的水為蒸餾水或去離子水。
7.如權(quán)利要求5所述的清洗方法，其特征在于，所述后續(xù)清洗步驟中，超聲在30-100° C下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求5所述的清洗方法，其特征在于，所述步驟(2)之后還包括步驟:對經(jīng)清洗的噴絲板進(jìn)行干燥處理。
9.一種清洗聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板用的清洗劑，其特征在于，包含無機(jī)顆粒和硝酸。
10.一種聚丙烯腈原絲紡絲噴絲板的清洗方法，其特征在于，包括步驟: (i)將噴絲板浸在有機(jī)溶劑中進(jìn)行第一次超聲清洗處理； (?)用添加有無機(jī)顆粒的硝酸，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行第二次超聲清洗處理； (iii)用添加洗滌劑的水，對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行第三次超聲清洗處理； (iv)用水對經(jīng)前一步驟處理的噴絲板進(jìn)行超聲清洗處理，從而得到經(jīng)清洗的噴絲板。
【文檔編號】D01D4/04GK103451748SQ201210173699
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】歐陽琴, 陳友汜, 馬洪波, 莫高明, 黃顯雯, 楊建行 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所