本發(fā)明屬于化纖生產(chǎn)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種碳纖維原絲的制造方法及制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯腈(pan)基碳纖維是1960年代迅速發(fā)展起來(lái)的新型材料，因其具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、比模量高、耐高溫、耐腐蝕、耐磨、抗疲勞、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、宇宙飛船等軍工行業(yè)，己成為航天航空工業(yè)中不可缺少的材料。優(yōu)異的碳纖維用原絲應(yīng)該具有耐熱性高、孔隙構(gòu)造少、表面缺陷少、結(jié)構(gòu)致密、拉伸性好等特點(diǎn)。

2、對(duì)于傳統(tǒng)dmac濕法兩步法制造碳纖維原絲的加工工藝，其工藝中的蒸汽牽伸工序僅設(shè)置一臺(tái)蒸汽牽伸機(jī)，其柔性生產(chǎn)效率較高，但存在制得的碳纖維碳絲的斷裂強(qiáng)度較低，低于4.5gpa的問(wèn)題；如果想進(jìn)一步提高dmac濕法兩步法的機(jī)械性能，要改變工藝路線，增加蒸汽牽伸機(jī)臺(tái)數(shù)，其改造成本非常大；

3、并且，對(duì)于現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造，由于蒸汽牽伸機(jī)結(jié)構(gòu)及外形尺寸的受場(chǎng)地限制，無(wú)法額外放置更多的配套的凝固浴裝置等裝置，如需增大產(chǎn)量，只能額外建設(shè)新廠房，成本較高；

4、另外，蒸汽牽伸機(jī)附近的初生纖維的張力過(guò)大，在不降低紡速的情況下，很容易出現(xiàn)斷絲等生產(chǎn)故障，而降低了紡速，又會(huì)使得工藝生產(chǎn)效率并沒(méi)有得到有效的提高，使得該方案尚無(wú)法應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。

5、有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種碳纖維原絲的制造方法，通過(guò)根據(jù)蒸汽牽伸機(jī)的增加對(duì)應(yīng)調(diào)整凝固浴的運(yùn)行參數(shù)，在不改變工藝路線的情況下，加快初生纖維的凝固速率，提升了初生纖維的強(qiáng)度，從而解決了初生纖維性能在處理量增加時(shí)降低的問(wèn)題，令生產(chǎn)出的碳纖維原絲能夠達(dá)到t700級(jí)水平。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：一種碳纖維原絲的制造方法，紡絲原液經(jīng)噴絲板噴出，經(jīng)凝固浴牽伸獲得初生纖維，再經(jīng)水洗牽伸，上油，烘干后，通過(guò)蒸汽牽伸單元牽伸獲得碳纖維原絲；

3、蒸汽牽伸單元包括多層并連的蒸汽牽伸機(jī)，凝固浴內(nèi)初生纖維的錠位數(shù)隨蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加而增加，凝固浴的溫度、和/或dmac濃度根據(jù)凝固浴的初生纖維錠位數(shù)變化對(duì)應(yīng)調(diào)整。

4、進(jìn)一步的，凝固浴為多級(jí)凝固浴，各級(jí)凝固浴的溫度隨初生纖維錠位數(shù)增加而提升、和/或各級(jí)凝固浴的dmac濃度隨初生纖維錠位數(shù)增加而降低。

5、進(jìn)一步的，蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加n層，各級(jí)凝固浴的溫度分別提升(a*n)倍，各級(jí)凝固浴的dmac濃度分別減少(b*n)倍；

6、其中，2％≤a≤8％，2％≤b≤12％。

7、進(jìn)一步的，多級(jí)凝固的溫度采用階梯遞升，第一級(jí)凝固浴的溫度在50-70℃之間，最后一級(jí)凝固浴的溫度在80至90℃之間。

8、進(jìn)一步的，多級(jí)凝固的dmac濃度采用階梯遞減，第一級(jí)凝固浴的dmac濃度在50％至70％之間，最后一級(jí)凝固浴的dmac濃度在10％至30％之間。

9、進(jìn)一步的，凝固牽伸以第一牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維，蒸汽牽伸以第二牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維；

10、第一牽伸倍數(shù)隨蒸汽牽伸機(jī)的層數(shù)增加而降低，且第二牽伸倍數(shù)隨蒸汽牽伸機(jī)的層數(shù)增加而提升。

11、進(jìn)一步的，蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加n層，第一牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)降低(c*n)倍，第二牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)提升(d*n)倍；

12、其中，4％≤c≤20％；14％≤d≤30％。

13、進(jìn)一步的，水洗牽伸以第三牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維，烘干以第四牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維；

14、蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加n層，第三牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)降低(e*n)倍，第四牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)降低(f*n)倍；

15、其中，5％≤e≤7％；4％≤f≤9％；

16、優(yōu)選的，(1-c)*(1-e)*(1-f)*(1+d)＝1。

17、一種碳纖維原絲的制造系統(tǒng)，采用如上所述的一種碳纖維原絲制造系統(tǒng)的控制方法，各層蒸汽牽伸機(jī)內(nèi)分別設(shè)置有供初生纖維穿過(guò)的穿絲通道；

18、穿絲通道的上游和下游分別設(shè)置有第一導(dǎo)絲輥組和第二導(dǎo)絲輥組，凝固浴制出的各束初生纖維經(jīng)第一導(dǎo)絲輥組引導(dǎo)分別穿過(guò)對(duì)應(yīng)的穿絲通道，再經(jīng)第二導(dǎo)絲輥組向下游延伸。

19、進(jìn)一步的，各導(dǎo)絲輥組至少包括一個(gè)導(dǎo)絲輥和靠近對(duì)應(yīng)穿絲通道設(shè)置的支輥，各穿絲通道的軸線分別與對(duì)應(yīng)支輥的周側(cè)壁相切；

20、導(dǎo)絲輥組的各支輥的轉(zhuǎn)速相等；

21、優(yōu)選的，各蒸汽牽伸機(jī)分別沿豎直方向排列設(shè)置，各導(dǎo)絲輥組的支輥分別沿豎直方向排列設(shè)置，距支輥?zhàn)罱膶?dǎo)絲輥低于最低的支輥、或高于最高的支輥；

22、該導(dǎo)絲輥靠近穿絲通道一側(cè)的豎直切線與對(duì)應(yīng)的各支輥遠(yuǎn)離穿絲通道一側(cè)的豎直切線重合，各原絲經(jīng)第一導(dǎo)絲輥的第一側(cè)面分別向?qū)?yīng)的支輥的第二側(cè)面延伸。

23、采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：通過(guò)根據(jù)蒸汽牽伸機(jī)的增加對(duì)應(yīng)調(diào)整凝固浴的運(yùn)行參數(shù)，在不改變工藝路線的情況下，加快初生纖維的凝固速率，提升了初生纖維的強(qiáng)度，從而令生產(chǎn)出的碳纖維原絲能夠達(dá)到t700級(jí)水平；

24、再者，通過(guò)對(duì)凝固浴和蒸汽牽伸單元的牽伸倍數(shù)的調(diào)整，在制造系統(tǒng)總張力不變的情況下，降低了初生纖維在凝固浴內(nèi)的速度，延長(zhǎng)了其浸泡凝固浴的時(shí)間，提升了初生纖維的強(qiáng)度，從而令初生纖維能夠承受蒸汽牽伸時(shí)的張力，進(jìn)一步降低了斷絲率；

25、最后，通過(guò)在蒸汽牽伸機(jī)的上、下游的分別增加支輥，合理調(diào)整各束初生纖維的延伸路徑，防止初生纖維與蒸汽牽伸機(jī)表面發(fā)生剮蹭。

26、同時(shí)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著，適宜推廣使用。

27、下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維原絲的制造方法，紡絲原液經(jīng)噴絲板噴出，經(jīng)凝固浴牽伸獲得初生纖維，再經(jīng)水洗牽伸，上油，烘干后，通過(guò)蒸汽牽伸單元牽伸獲得碳纖維原絲；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，凝固浴為多級(jí)凝固浴，各級(jí)凝固浴的溫度隨初生纖維錠位數(shù)增加而提升、和/或各級(jí)凝固浴的dmac濃度隨初生纖維錠位數(shù)增加而降低。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加n層，各級(jí)凝固浴的溫度分別提升(a*n)倍，各級(jí)凝固浴的dmac濃度分別減少(b*n)倍；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，多級(jí)凝固的溫度采用階梯遞升，第一級(jí)凝固浴的溫度在50-70℃之間，最后一級(jí)凝固浴的溫度在80至90℃之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，多級(jí)凝固的dmac濃度采用階梯遞減，第一級(jí)凝固浴的dmac濃度在50％至70％之間，最后一級(jí)凝固浴的dmac濃度在10％至30％之間。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，凝固牽伸以第一牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維，蒸汽牽伸以第二牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種碳纖維原絲的制造方法，其特征在于，蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加n層，第一牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)降低(c*n)倍，第二牽伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)提升(d*n)倍；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種碳纖維的制造方法，其特征在于，水洗牽伸以第三牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維，烘干以第四牽伸倍數(shù)牽伸初生纖維；

9.一種碳纖維原絲的制造系統(tǒng)，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一所述的一種碳纖維原絲制造系統(tǒng)的控制方法，各層蒸汽牽伸機(jī)(2)內(nèi)分別設(shè)置有供初生纖維(6)穿過(guò)的穿絲通道(201)；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種碳纖維原絲的制造系統(tǒng)，其特征在于，各導(dǎo)絲輥組至少包括一個(gè)導(dǎo)絲輥(4)和靠近對(duì)應(yīng)穿絲通道(201)設(shè)置的支輥(5)，各穿絲通道(201)的軸線分別與對(duì)應(yīng)支輥(5)的周側(cè)壁相切；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳纖維原絲的制造方法及制造系統(tǒng)，紡絲原液經(jīng)噴絲板噴出，經(jīng)凝固浴牽伸獲得初生纖維，再經(jīng)水洗牽伸，上油，烘干后，通過(guò)蒸汽牽伸單元牽伸獲得碳纖維原絲；蒸汽牽伸單元包括多層并連的蒸汽牽伸機(jī)，凝固浴內(nèi)初生纖維的錠位數(shù)隨蒸汽牽伸機(jī)數(shù)量增加而增加，凝固浴的溫度、和/或DMAC濃度根據(jù)凝固浴的初生纖維錠位數(shù)變化對(duì)應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明帶來(lái)的有益效果：通過(guò)對(duì)凝固浴溫度和DMAC濃度的調(diào)整，提升了初生纖維在凝固浴內(nèi)的致密化程度，同時(shí)還提升了初生纖維的斷裂強(qiáng)度，令初生纖維能夠承受蒸汽牽伸單元較大的牽伸，從而得到較高強(qiáng)度、較少毛絲的碳纖維原絲。

技術(shù)研發(fā)人員：宋德武,陳海軍,田塞玉,孫振峰,王鵬,郎學(xué)剛,趙瑞,姜彥波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林碳谷碳纖維股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19