專利名稱：一種碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中油劑濃度的在線檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)，涉及一種碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中油劑濃度的在線檢測方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯腈基碳纖維具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗蠕變、穩(wěn)定性強等特點，在航空航天、機械電子、化工建材，能源交通等各個領(lǐng)域都有非常廣闊的應(yīng)用。聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)包括聚丙烯腈原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個大的環(huán)節(jié)，其中原絲生產(chǎn)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，原絲的好壞和質(zhì)量穩(wěn)定性對最終碳纖維產(chǎn)品的好壞和質(zhì)量穩(wěn)定性有決定性影響。聚丙烯腈原絲生產(chǎn)包括聚合、脫泡、脫單、紡絲、水洗、上油、牽伸等多道工藝。上油工藝是聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中的重要一環(huán)，無論是濕法紡絲還是干噴濕紡，上油工序都直接影響PAN原絲的質(zhì)量，也對最終碳纖維性質(zhì)有重大影響。不上油或上油欠佳，會導(dǎo)致單絲之間粘鏈，導(dǎo)致碳纖維拉伸強度下降[張引枝，賀福，王茂章，PAN高性能碳纖維原絲發(fā)展概況。合成纖維工業(yè)，1993，16(2)54～57]。上油劑種類的選擇通常采用耐熱性好、鋪展性好、耐磨擦、200℃左右耐氧化、高溫易揮發(fā)的產(chǎn)品。油劑在原絲纖維上的附著量通常在0.2～2.0％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間，或多或少依據(jù)油劑種類和實驗結(jié)果而定。油劑量不足，在纖維表面形不成起潤滑作用的油膜，后續(xù)工藝中會損傷單絲表面；油劑量過多，碳化過程中不易揮發(fā)完全，影響碳纖維的拉伸強度和斷裂伸長率。因此控制油劑工作池中油劑的濃度在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，確保聚丙烯腈原絲上的油劑附著量在上油工藝確定的最佳值附近成為聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中上油工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要控制油劑工作池中油劑的濃度在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，必須對油劑工作池中油劑的濃度進(jìn)行準(zhǔn)確測量。傳統(tǒng)的化學(xué)方法確定油劑工作池中油劑含量，通常包括取樣、揮發(fā)、蒸干、稱重等多個步驟，耗時長，測量誤差大，不利于聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中油劑濃度的過程控制。而且，傳統(tǒng)的化學(xué)方法不能進(jìn)行在線檢測，無法進(jìn)行自動控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速、準(zhǔn)確檢測碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中油劑濃度的在線檢測方法。以克服傳統(tǒng)的化學(xué)方法的煩瑣、費時、效率低的缺點，提高聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中油劑濃度控制的動態(tài)性和準(zhǔn)確性，為自動化控制奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中油劑濃度的在線檢測方法，其特征在于，使用串聯(lián)在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1上的在線折光指數(shù)儀2對油劑濃度進(jìn)行在線檢測，其檢測步驟如下1、獲取油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)曲線；1.1、配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液；采用碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中相同的原料配制不同濃度的油劑標(biāo)準(zhǔn)液；設(shè)被測油劑濃度值的整數(shù)值為α％，則所配制的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量至少為5個，其中一個為α％，其余一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值小于α％，另外一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值大于α％，兩個相鄰標(biāo)準(zhǔn)液濃度數(shù)值的間距為0.1*α％～0.5*α％；所配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的值用Y0表示；1.2、測定標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；使用手持式折射計或者阿貝折光儀或者數(shù)字式折射計測定油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；將測定數(shù)值輸入計算機；1.3、擬合油劑濃度X0與折光指數(shù)或者糖度Y0的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；采用最小二乘法通過插值進(jìn)行線性擬合，得到油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的直線方程、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，標(biāo)準(zhǔn)直線方程為Y＝aX+b(1)式中，Y為折光指數(shù)或糖度，X為油劑濃度；2、優(yōu)化直線方程；首先，驗證直線方程的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD；將步驟1.1.2測定的標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度分別代入式(1)，計算出該油劑濃度下的計算值X，根據(jù)X0和X，計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，若標(biāo)準(zhǔn)偏差SD不大于1，同時相關(guān)度RD大于0.9，該直線方程可直接使用；否則，重復(fù)步驟1.1，增加濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量，重新得到直線方程后，再按照本步驟進(jìn)行直線方程優(yōu)化，直到滿足上述要求為止；將得到的優(yōu)化直線方程存入計算機；并將優(yōu)化直線方程存入在線折光指數(shù)儀2中的計算單元中；3、在線檢測；在線折光指數(shù)儀2對油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1中的油劑進(jìn)行連續(xù)在線檢測，直接輸出物料的濃度值。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明能在線快速確定油劑中的濃度，有利于提高油劑濃度控制的及時性、動態(tài)性和控制精度。本發(fā)明的測試方法快速、精確、直觀，適合進(jìn)行自動化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明中在線折光指數(shù)儀2的安裝示意圖。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，本發(fā)明的在線檢測方法，其特征在于，使用串聯(lián)在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1上的在線折光指數(shù)儀2對油劑濃度進(jìn)行在線檢測，其檢測步驟如下1、獲取油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)曲線；1.1、配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液；采用碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中相同的原料配制不同濃度的油劑標(biāo)準(zhǔn)液；設(shè)被測油劑濃度值的整數(shù)值為α％，則所配制的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量至少為5個，其中一個為α％，其余一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值小于α％，另外一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值大干α％，兩個相鄰標(biāo)準(zhǔn)液濃度數(shù)值的間距為0.1*α％～0.5*α％；所配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的值用X0表示；1.2、測定標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；使用手持式折射計或者阿貝折光儀或者數(shù)字式折射計測定油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；將測定數(shù)值輸入計算機；1.3、擬合油劑濃度X0與折光指數(shù)或者糖度Y0的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；采用最小二乘法通過插值進(jìn)行線性擬合，得到油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，直線方程為Y＝aX+b(1)式中，Y為折光指數(shù)，X為油劑濃度；2、優(yōu)化直線方程；首先，驗證直線方程的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD；將步驟1.1.2測定的標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度分別代入式(1)，計算出該油劑濃度下的計算值X，根據(jù)X0和X，計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，若標(biāo)準(zhǔn)偏差SD不大于1，同時相關(guān)度RD大于0.9，該直線方程可直接使用；否則，重復(fù)步驟1.1，增加濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量，重新得到直線方程后，再按照本步驟進(jìn)行直線方程優(yōu)化，直到滿足上述要求為止；將得到的優(yōu)化直線方程存入計算機；并將優(yōu)化直線方程存入在線折光指數(shù)儀2中的計算單元中；3、在線檢測；在線折光指數(shù)儀2對油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1中的油劑進(jìn)行連續(xù)在線檢測，通過油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程，可以直接輸出物料的濃度值。
所使用的在線折光指數(shù)儀2為市售的成品，例如，可使用愛拓牌的PRM-85型號或CM780型號的在線折光指數(shù)儀。如果在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1上串聯(lián)在線折光指數(shù)儀2有困難，也可以將在線折光指數(shù)儀2串聯(lián)在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1的旁路管路上。
所使用的手持式折射計或者阿貝折光儀或者數(shù)字式折射計以及在線折光指數(shù)儀2均為市售的成品。例如可使用愛拓牌R5000數(shù)字臺式折光指數(shù)儀。
實施例。
例1，某種牌號的油劑濃度在線檢測1、獲取油劑濃度與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線；1.1、配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液；設(shè)被測油劑濃度值的整數(shù)值為α％；則所配制的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量至少為5個，其中一個為α％，其余一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值小于α％；另外一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值大于α％，兩個相鄰標(biāo)準(zhǔn)液濃度數(shù)值的間距為0.1*α％～0.5*α％；本實例中選用12個點，具體內(nèi)容見表1。
表1油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的濃度


1.2、測定標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)；使用數(shù)字式折射計測定油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)和糖度值；將測定數(shù)值輸入計算機。測量結(jié)果見表2。
表2標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)

1.3、擬合油劑濃度與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；采用最小二乘法通過插值進(jìn)行線性擬合，得到折光指數(shù)與油劑濃度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程為y＝9.01923E-4x+1.33198[1]式中y為折光指數(shù)，x為油劑濃度。
擬合油劑濃度與糖度值的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；得到糖度值與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)直線方程為y＝0.61056x+0.11607 [2]式中y為糖度值，x為油劑濃度。
2、優(yōu)化直線方程；首先，驗證直線方程的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD；將步驟1.1.2測定的標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)分別代入式[1]，計算出該油劑濃度下的計算值X，根據(jù)X0和X，經(jīng)過計算，直線方程[1]y＝9.01923E-4x+1.33198的性質(zhì)如下相關(guān)度RD＝0.99，標(biāo)準(zhǔn)偏差SD＝1.28E-4，符合精度要求，可以直接使用。
3、在線檢測；在線折光指數(shù)儀2對油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1中的油劑進(jìn)行連續(xù)在線檢測，通過油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程，可以直接輸出濃度數(shù)值。測量結(jié)果即時顯示，該方法快速、高效。下表3是一組不同時間在線檢測數(shù)據(jù)的匯總。
表3，測量結(jié)果

例2，某種牌號的油劑濃度在線檢測1、獲取油劑濃度與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線；1.1、配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液；設(shè)被測油劑濃度值的整數(shù)值為α％，則所配制的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量至少為5個，其中一個為α％，其余一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值小于α％，另外一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值大于α％，兩個相鄰標(biāo)準(zhǔn)液濃度數(shù)值的間距為0.1*α％～0.5*α％；本實例中選用10個點，具體內(nèi)容見表4。
表4油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的濃度


1.2、測定標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)；使用數(shù)字式折射計測定油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)和糖度值；將測定數(shù)值輸入計算機。測量結(jié)果見表5。
表5標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)

1.3、擬合油劑濃度與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；采用最小二乘法通過插值進(jìn)行線性擬合，得到折光指數(shù)與油劑濃度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程為y＝9.03533E-4x+1.33194[1]式中y為折光指數(shù)，x為油劑濃度。
擬合油劑濃度與糖度值的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；得到糖度值與折光指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)直線方程為y＝0.58423x+0.44435 [2]式中y為糖度值，x為油劑濃度。
2、優(yōu)化直線方程；首先，驗證直線方程的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD；將步驟1.1.2測定的標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)分別代入式[1]，計算出該油劑濃度下的計算值X，根據(jù)X0和X，經(jīng)過計算，直線方程[1]y＝9.03533E-4x+1.33194的性質(zhì)如下相關(guān)度RD＝0.999，標(biāo)準(zhǔn)偏差SD＝8.7E-5，符合精度要求，可以直接使用。
3、在線檢測；在線折光指數(shù)儀2對油劑工作池進(jìn)料管或者出料管1中的油劑進(jìn)行連續(xù)在線檢測，通過油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程，可以直接輸出濃度數(shù)值。測量結(jié)果即時顯示，該方法快速、高效。下表6是一組不同時間在線檢測數(shù)據(jù)的匯總。
表6測量結(jié)果舉例

權(quán)利要求
1.一種碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中油劑濃度的在線檢測方法，其特征在于，使用串聯(lián)在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管[1]上的在線折光指數(shù)儀[2]對油劑濃度進(jìn)行在線檢測，其檢測步驟如下1.1、獲取油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)曲線；1.1.1、配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液；采用碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)中相同的原料配制不同濃度的油劑標(biāo)準(zhǔn)液；設(shè)被測油劑濃度值的整數(shù)值為α％，則所配制的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量至少為5個，其中一個為α％，其余一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值小于α％，另外一半的濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)值大于α％，兩個相鄰標(biāo)準(zhǔn)液濃度數(shù)值的間距為0.1*α％～0.5*α％；所配制油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的值用X0表示；1.1.2、測定標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；使用手持式折射計或者阿貝折光儀或者數(shù)字式折射計測定油劑濃度標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度值Y0；將測定數(shù)值輸入計算機；1.1.3、擬合油劑濃度X0與折光指數(shù)或者糖度Y0的標(biāo)準(zhǔn)直線方程；采用最小二乘法通過插值進(jìn)行線性擬合，得到油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)直線方程、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，直線方程為Y＝aX+b(1)式中，Y為折光指數(shù)或者糖度隨，X為油劑濃度；1.2、優(yōu)化直線方程；首先，驗證直線方程的標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD；將步驟1.1.2測定的標(biāo)準(zhǔn)液的折光指數(shù)或者糖度分別代入式(1)，計算出該油劑濃度下的計算值X，根據(jù)X0和X，計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差SD和相關(guān)度RD，若標(biāo)準(zhǔn)偏差SD不大于1，同時相關(guān)度RD大于0.9，該直線方程可直接使用；否則，重復(fù)步驟1.1，增加濃度標(biāo)準(zhǔn)液的數(shù)量，重新得到直線方程后，再按照本步驟進(jìn)行直線方程優(yōu)化，直到滿足上述要求為止；將得到的優(yōu)化直線方程存入計算機；并將優(yōu)化直線方程存入在線折光指數(shù)儀[2]中的計算單元中；1.3、在線檢測；在線折光指數(shù)儀[2]對油劑工作池進(jìn)料管或者出料管[1]中的油劑進(jìn)行連續(xù)在線檢測，直接輸出物料的濃度值。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)，涉及一種碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)過程中油劑濃度的在線檢測方法。其特征在于，使用串聯(lián)在油劑工作池進(jìn)料管或者出料管[1]上的在線折光指數(shù)儀[2]對油劑濃度進(jìn)行在線檢測，其檢測步驟如下獲取油劑濃度與折光指數(shù)或者糖度的標(biāo)準(zhǔn)曲線；優(yōu)化直線方程；在線檢測。本發(fā)明能在線快速確定油劑中的濃度，有利于提高油劑濃度控制的及時性、動態(tài)性和控制精度。本發(fā)明的測試方法快速、精確、直觀，適合進(jìn)行自動化生產(chǎn)。
文檔編號G01N33/00GK101017136SQ20071000324
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者景朝俊, 李書鄉(xiāng) 申請人:威海拓展纖維有限公司