本發(fā)明涉及碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置及其方法。

背景技術(shù)：

原絲的凝固成形是碳纖維生產(chǎn)中最重要的工序之一。而紡前原液溫度影響噴絲時(shí)初生纖維的形成、原絲的質(zhì)量和牽伸卷繞的正常進(jìn)行。若該階段在原絲中形成一定的缺陷，結(jié)構(gòu)的遺傳性使得最終的碳纖維結(jié)構(gòu)不完善、性能降低。

在以硫氰酸鈉(nascn)水溶液為溶劑的濕法紡絲過程中，紡絲原液的動(dòng)力學(xué)粘度對(duì)溫度較為敏感，動(dòng)力學(xué)粘度直接影響紡絲原液的可紡性，只有在適當(dāng)?shù)恼扯葪l件下，才可能進(jìn)行連續(xù)紡絲并獲得性能優(yōu)良的碳纖維原絲。

原液溫度過低，溶膠粘度增大，流動(dòng)性差，吐絲困難，牽伸時(shí)斷頭增加；同時(shí)，由于粘度增大，噴絲板壓力增加，加速噴絲板的變形，斷絲增多，可紡性降低；原液溫度過高，剪切應(yīng)力減小，紡絲原液的粘度降低，原液與噴絲板之間表面張力減小，紡絲原液極易發(fā)生毛細(xì)破壞。

可見，溫度直接影響紡絲原液的可紡性。只有在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，才可能進(jìn)行連續(xù)紡絲而獲得性能優(yōu)良的纖維。

目前，紡前原液溫度由二級(jí)原液冷卻器控制，聚合輸送過來的較高溫度原液儲(chǔ)存在紡絲車間原液儲(chǔ)罐中，經(jīng)過靜止脫泡后，由二級(jí)原液輸送泵送至二級(jí)原液冷卻器，進(jìn)行冷卻后由壓濾機(jī)輸送泵輸送至壓濾機(jī)進(jìn)行一級(jí)過濾，過濾后的原液由三級(jí)增壓泵輸送到燭型過濾器，進(jìn)行精度更高的二級(jí)過濾后輸送至紡絲計(jì)量泵，再經(jīng)過燒結(jié)濾器三級(jí)過濾進(jìn)入噴絲頭紡絲。二級(jí)冷卻器到計(jì)量泵的管線長為105米。其間原液溫度在26.0～38.0℃，波動(dòng)較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實(shí)踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。

為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置及其方法，將靜態(tài)混合換熱器、板式加熱器與板式冷卻器通過三通調(diào)節(jié)閥相連，通過調(diào)整三通調(diào)節(jié)閥的流量，進(jìn)行精準(zhǔn)溫度控制，從而改進(jìn)目前生產(chǎn)工藝中單一的冷卻器控制紡前原液溫度的方式，精確控制紡前原液溫度，穩(wěn)定紡前原液的動(dòng)力學(xué)粘度，減少初生纖維的斷絲數(shù)和毛絲量。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置，其特征在于，包括靜態(tài)混合換熱器、板式加熱器、板式冷卻器；還包括：

電磁泵，其進(jìn)口端與所述靜態(tài)混合換熱器的夾套相連，出口端與所述板式加熱器、板式冷卻器相連；

三通調(diào)節(jié)閥，第一端與所述板式加熱器相連，第二端與所述板式冷卻器相連，第三端與所述靜態(tài)混合換熱器相連；

控制器，與所述三通調(diào)節(jié)閥相連，用于根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)所述所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端與第二端的流量。

可選地，還包括：

第一水溫傳感器，安裝在所述靜態(tài)混合換熱器與所述電磁泵之間；

第二水溫傳感器，安裝在所述三通調(diào)節(jié)閥與所述靜態(tài)混合換熱器之間。

可選地，所述控制器還用于接收所述第一水溫傳感器的第一溫度檢測值與所述第二水溫傳感器的第二溫度檢測值，并據(jù)此調(diào)節(jié)所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端與第二端的流量。

可選地，所述控制器還用于接收所述第一水溫傳感器的第一溫度檢測值與所述第二水溫傳感器的第二溫度檢測值，若所述第一溫度檢測值小于所述第二溫度檢測值則使所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端的流量增大，若所述第一溫度檢測值大于所述第二溫度檢測值則使所述三通調(diào)節(jié)閥的第二端的流量增大。

可選地，還包括：

低壓蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，與所述板式加熱器相連；

冷水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，與所述板式冷卻器相連。

可選地，所述控制器還用于獲取經(jīng)由所述靜態(tài)混合換熱器的原液的溫度檢測值，并據(jù)此對(duì)所述預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的方法，其特征在于，包括：

啟動(dòng)電磁泵，使位于靜態(tài)混合換熱器的夾套內(nèi)的液體分成兩部分，并分別經(jīng)由板式加熱器和板式冷卻器后再次進(jìn)入到所述靜態(tài)混合換熱器的夾套內(nèi)；

根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥，所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端、第二端、第三端分別與板式加熱器、板式冷卻器、靜態(tài)混合換熱器的夾套相連通。

可選地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥包括：

獲取所述液體在進(jìn)入到所述電磁泵之前的第一溫度檢測值；獲取所述液體在進(jìn)入所述靜態(tài)混合換熱器的夾套之前的第二溫度檢測值；

根據(jù)所述第一溫度檢測值和第二溫度檢測值調(diào)節(jié)所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端與第二端的流量。

可選地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥包括：

獲取所述液體在進(jìn)入到所述電磁泵之前的第一溫度檢測值；獲取所述液體在進(jìn)入所述靜態(tài)混合換熱器的夾套之前的第二溫度檢測值；

判斷所述第一溫度檢測值是否小于所述第二溫度檢測值；

若是，則使所述三通調(diào)節(jié)閥的第一端的流量增大；

若否，則使所述三通調(diào)節(jié)閥的第二端的流量增大。

可選地，所述根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥包括：

獲取經(jīng)由所述靜態(tài)混合換熱器的原液的溫度檢測值，并據(jù)此對(duì)所述預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

本發(fā)明提供了一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置及其方法，用磁力泵一直將夾套內(nèi)的液體打循環(huán)，循環(huán)的夾套水在磁力泵的出口分為兩部分，這兩部分夾套水分別通過板式加熱器和板式冷卻器，然后在三通調(diào)節(jié)閥處匯合，三通調(diào)節(jié)閥將按照預(yù)設(shè)溫度，通過控制器控制通過加熱水和冷卻水的流量來準(zhǔn)確的控制夾套水的溫度，繼而通過靜態(tài)混合換熱器和原液換熱，精確控制原液的溫度。

通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些技術(shù)方案的特征和內(nèi)容。

附圖說明

下面通過參考附圖并結(jié)合實(shí)例具體地描述本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式將會(huì)更加明顯，其中附圖所示內(nèi)容僅用于對(duì)本發(fā)明的解釋說明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何意義上的限制，在附圖中：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置，包括靜態(tài)混合換熱器11、板式加熱器12、板式冷卻器13；該靜態(tài)混合換熱器11包括夾套以及設(shè)置在管程內(nèi)的管式靜態(tài)混合器，一般地，在將靜態(tài)混合換熱器11接到原液管線時(shí)，需要使原液輸送流向和夾套水流向相反；該碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置還包括：

電磁泵14，其進(jìn)口端與靜態(tài)混合換熱器11的夾套相連，出口端與板式加熱器12、板式冷卻器13相連；也就是說，本實(shí)施例中，電磁泵14的出口分成兩路，分別與板式加熱器12、板式冷卻器13相連；

三通調(diào)節(jié)閥15，第一端與板式加熱器12相連，第二端與板式冷卻器13相連，第三端與靜態(tài)混合換熱器11相連；

控制器18，與三通調(diào)節(jié)閥15相連，用于根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥15的第一端與第二端的流量。

在圖1對(duì)應(yīng)的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖2所示，本實(shí)施例提供的碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置10除了包括通過三通調(diào)節(jié)閥15相連的靜態(tài)混合換熱器11、板式加熱器12、板式冷卻器13，以及與靜態(tài)混合換熱器11相連的電磁泵14、與三通調(diào)節(jié)閥15相連的控制器18之外；還包括：

第一水溫傳感器16，安裝在靜態(tài)混合換熱器11與電磁泵14之間；

第二水溫傳感器17，安裝在三通調(diào)節(jié)閥15與靜態(tài)混合換熱器11之間。

此時(shí)，控制器還可以用于接收第一水溫傳感器16的第一溫度檢測值與第二水溫傳感器17的第二溫度檢測值，并據(jù)此調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥15的第一端與第二端的流量。

在具體實(shí)施時(shí)，若第一溫度檢測值小于第二溫度檢測值，說明靜態(tài)混合換熱器11內(nèi)的原液溫度下降；此時(shí)可以使三通調(diào)節(jié)閥的第一端的流量增大，也就是使熱水側(cè)開度增大；進(jìn)入加熱狀態(tài)，使靜態(tài)混合換熱器11內(nèi)的原液升溫。

若第一溫度檢測值大于第二溫度檢測值，說明靜態(tài)混合換熱器11內(nèi)的原液溫度上升；此時(shí)可以使三通調(diào)節(jié)閥的第二端的流量增大，也就是使冷水側(cè)開度增大；進(jìn)入冷卻狀態(tài)，使靜態(tài)混合換熱器11內(nèi)原液降溫。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還包括低壓蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥18，與板式加熱器12相連；冷水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥19，與板式冷卻器13相連。該低壓蒸汽進(jìn)口調(diào)節(jié)閥18及冷水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥19同樣可以通過控制器控制以調(diào)節(jié)流量。

可選地，在圖1或圖2任一對(duì)應(yīng)的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，上述碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置接入原液管線21后，還可以在原液管線21上設(shè)置溫度測量儀22，以測量經(jīng)由靜態(tài)混合換熱器的原液的溫度；控制器還用于獲取經(jīng)由靜態(tài)混合換熱器的原液的溫度檢測值，并據(jù)此對(duì)預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

在具體實(shí)施時(shí)，可以使用脫鹽水作為原液的溫控媒介進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，夾套內(nèi)的液體的溫度可以控制在25.0℃至35.0℃之間，精度為0.1℃。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的方法，包括以下步驟：

s1、啟動(dòng)電磁泵，使位于靜態(tài)混合換熱器的夾套內(nèi)的液體分成兩部分，并分別經(jīng)由板式加熱器和板式冷卻器后再次進(jìn)入到靜態(tài)混合換熱器的夾套內(nèi)；

s2、根據(jù)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥，三通調(diào)節(jié)閥的第一端、第二端、第三端分別與板式加熱器、板式冷卻器、靜態(tài)混合換熱器的夾套相連通。

在具體實(shí)施時(shí)，電磁泵的出口端連接板式加熱器和板式冷卻器后依次連接三通調(diào)節(jié)閥、靜態(tài)混合換熱器、連接電磁泵的進(jìn)口端構(gòu)成循環(huán)。

上述步驟s2可以包括：獲取液體在進(jìn)入到電磁泵之前的第一溫度檢測值；獲取液體在進(jìn)入靜態(tài)混合換熱器的夾套之前的第二溫度檢測值；根據(jù)第一溫度檢測值和第二溫度檢測值調(diào)節(jié)三通調(diào)節(jié)閥的第一端與第二端的流量。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述步驟s2可以包括：

獲取液體在進(jìn)入到電磁泵之前的第一溫度檢測值；獲取液體在進(jìn)入靜態(tài)混合換熱器的夾套之前的第二溫度檢測值；

判斷第一溫度檢測值是否小于第二溫度檢測值；

若是，則使三通調(diào)節(jié)閥的第一端的流量增大；

若否，則使三通調(diào)節(jié)閥的第二端的流量增大。

可見，本實(shí)施例中，若第一溫度檢測值小于第二溫度檢測值，說明靜態(tài)混合換熱器內(nèi)的原液溫度下降；此時(shí)可以使三通調(diào)節(jié)閥的第一端的流量增大，也就是使熱水側(cè)開度增大；進(jìn)入加熱狀態(tài)，使靜態(tài)混合換熱器內(nèi)的原液升溫。

若第一溫度檢測值大于第二溫度檢測值，說明靜態(tài)混合換熱器內(nèi)的原液溫度上升；此時(shí)可以使三通調(diào)節(jié)閥的第二端的流量增大，也就是使冷水側(cè)開度增大；進(jìn)入冷卻狀態(tài)，使靜態(tài)混合換熱器內(nèi)原液降溫。

可選地，還可以包括：獲取經(jīng)由靜態(tài)混合換熱器的原液的溫度檢測值，并據(jù)此對(duì)預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整。

下面通過具體實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步說明本發(fā)明：

具體實(shí)施例：

采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維原絲，硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體異康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑進(jìn)行三元聚合反應(yīng)，經(jīng)過脫單、脫泡后得到丙烯腈聚合液，然后兩級(jí)過濾加壓后輸送至計(jì)量泵、噴絲頭紡絲。在紡絲原液前使用圖1的裝置進(jìn)行處理。車間環(huán)境溫度為22.0℃～38.0℃，紡前原液溫度能夠保持平穩(wěn)，溫度測量值穩(wěn)定在29.0℃～31.0℃；紡前原液動(dòng)力學(xué)粘度(poise,30℃)在330.17～343.91之間波動(dòng)，紡前原液粘度明顯趨于平穩(wěn)態(tài)勢，利于絲束均勻成型，得到均質(zhì)穩(wěn)定原絲；絲束在紡絲浴液提絲輥處的斷絲數(shù)平均每分鐘為1.8根；每班收集1小時(shí)集束輥刮板毛絲稱重為0.03g～0.07g；

對(duì)比例：

采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維原絲，硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體異康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑進(jìn)行三元聚合反應(yīng)，經(jīng)過脫單、脫泡后得到丙烯腈聚合液，然后兩級(jí)過濾加壓后輸送至計(jì)量泵、噴絲頭紡絲。車間環(huán)境溫度在22.0℃～38.0℃之間波動(dòng)，紡前原液溫度測量值26.0℃～38.0℃波動(dòng)，紡前原液隨車間溫度變化較大，對(duì)絲束凝固成型影響較大；紡前原液動(dòng)力學(xué)粘度(poise,30℃)在400.33～400.78之間波動(dòng)。絲束在紡絲浴液提絲輥處的斷絲數(shù)平均每分鐘為4.5根。每班收集1小時(shí)集束輥刮板毛絲稱重為0.25g～0.35g。

通過實(shí)施例和對(duì)比例的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明的裝置可以有效的控制紡前原液溫度，穩(wěn)定紡前原液動(dòng)力學(xué)粘度，利于絲束均勻成型，得到均質(zhì)穩(wěn)定原絲，斷絲數(shù)、刮板毛絲量明顯減少，得到溫度穩(wěn)定的紡絲原液及均質(zhì)的原絲。

本發(fā)明提供了一種碳纖維原絲紡前原液溫度控制的裝置及其方法，將需要生產(chǎn)的紡前原液，通過靜態(tài)混合換熱器進(jìn)行熱交換控溫，在換熱器出口加裝測溫元件，進(jìn)行精準(zhǔn)溫度控制，從而使紡前原液溫度平穩(wěn)精確到工藝要求，可以精確有效的控制紡前原液溫度，得到溫度穩(wěn)定的紡絲原液及均質(zhì)的原絲。本發(fā)明能夠有效控制紡前原液的溫度，穩(wěn)定初生纖維的凝固成型，從而提高了碳纖維原絲的質(zhì)量。

以上參照附圖說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)，可以有多種變型方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。舉例而言，作為一個(gè)實(shí)施例的部分示出或描述的特征可用于另一實(shí)施例以得到又一實(shí)施例。以上僅為本發(fā)明較佳可行的實(shí)施例而已，并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變化，均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。