[发明专利]一种聚丙烯晴基原丝离线式蒸汽牵伸工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯晴基原丝离线式蒸汽牵伸工艺方法，属于聚丙烯腈基碳纤维原丝制备技术领域。

背景技术：

碳纤维具有低密度、高比强度、高比模量、耐高温和耐腐蚀等众多优异性能，已在航天、军工、民用等各个领域得到广泛应用。按原料路线，碳纤维可分为聚丙烯腈基、沥青基、粘胶基三大类型。其中，聚丙烯腈基碳纤维因其生产工艺简单、生产成本低和性能优良等特点，已成为发展最快、产量最高、品种最多以及应用最广的一种碳纤维。

众所周知，高性能聚丙烯腈基原丝是制备高性能聚丙烯腈基碳纤维的前提，只有制备出稳定的高性能的聚丙烯腈基原丝，才能制得稳定的高性能的聚丙烯腈基碳纤维。在聚丙烯腈基原丝生产过程中，对原丝的拉伸特别是蒸汽牵伸是原丝成型及力学指标实现的关键，其对原丝的结构及性能影响极大，蒸汽牵伸的牵伸倍数还直接影响原丝的产量，对原丝的成本影响极大。即蒸汽牵伸不仅影响最终碳纤维的性能，而且对碳纤维成本的影响极大。

聚丙烯腈基原丝生产过程中，要对纤维进行拉伸，一般总牵伸倍数在6到15倍之间，其中蒸汽牵伸作为最后一道牵伸，一般牵伸倍数为2到5倍之间。现有工艺蒸汽牵伸是在线牵伸，即在生产线上连续牵伸，该方法有如下缺点：（1）由于在线原丝进入蒸汽牵伸前，丝束已经有20-100米/分的速度，使得蒸汽牵伸在较高速度下完成，为保证有足够的牵伸温度和牵伸时间需要蒸汽牵伸箱较长；（2）由于蒸汽牵伸倍数较大，原丝容易在蒸汽牵伸箱处断丝形成废丝造成损失；（3）由于第（1）、（2）缺点，原丝纺丝速度不能大幅提高；（4）由于蒸汽牵伸在线，蒸汽牵伸箱的牵伸丝束根数一定要与纺丝锭位数一一对应限制了产量，浪费了更多的蒸汽。

发明内容：

本发明的技术目的是针对现有在线蒸汽牵伸形成的缺点，加以改进，提供一种高效节能，能大幅降低聚丙烯腈基原丝生产成本的工艺方法，为生产稳定的、高性能的、成本较低的聚丙烯腈基原丝及碳纤维奠定基础。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种聚丙烯晴基原丝离线式蒸汽牵伸工艺方法，包括原丝生产线的干燥机与蒸汽牵伸机，其特征在于：

a、干燥机与蒸汽牵伸机之间装有落筒设备或收丝机，经干燥机干燥后的每一束原丝经落筒设备或收丝机卷绕成丝筒或丝卷，该丝筒或丝卷为在线制成的待牵伸原丝的丝筒或丝卷，然后将待牵伸原丝的丝筒或丝卷下线备用，落筒设备或收丝机继续制做下一个丝筒或丝卷；

b、将待牵伸原丝的丝筒或丝卷分批送到牵伸工序，每批待牵伸原丝的丝束经压辊、多辊机、导丝件引入蒸汽牵伸机进行牵伸，牵伸后进行干燥或热定型，之后落筒或卷绕获得聚丙烯腈基原丝的成品。

所述的蒸汽牵伸机，牵伸起始速率为0，牵伸倍数为2到6倍，机箱长度最短为1米。

由于本蒸汽牵伸箱不在前道生产线上，它就具备了如下优点：（1）本蒸汽牵伸箱可牵伸丝束的根数可以任意设计，一般可以是在线蒸汽牵伸的丝束根数的几倍甚至几十倍；（2）本蒸汽牵伸箱的丝束入口不必像在线蒸汽牵伸箱丝束入口那样平面排列，丝束间距也不必像在线蒸汽牵伸箱那样按在线间距排列；（3）由于本蒸汽牵伸箱可牵伸丝束数量多，大大提高了生产效率，并大大降低了蒸汽消耗；（4）本蒸汽牵伸箱的牵伸起始速率为0，这样可以大大提高牵伸倍数，而且牵伸箱可以缩短，从而即能保证产品质量又能提高生产效率；（5）由于离线蒸汽牵伸的起始速率为0，蒸汽牵伸处不易断丝，降低了消耗；（6）由于离线蒸汽牵伸，为蒸汽牵伸前纺丝提高速度创造了条件，纺丝速度可提高1倍以上，降低了原丝生产成本。

附图说明

图1是一种聚丙烯晴基原丝离线蒸汽牵伸工艺流程图。

图2是离线式蒸汽牵伸箱示意图。

图3是图2的侧视图。

具体实施方式

本发明一种聚丙烯晴基原丝离线式蒸汽牵伸工艺方法，是针对现有在线蒸汽牵伸生产中形成的缺点提出的一种改进技术。如图1所示，聚丙烯晴基原丝离线式蒸汽牵伸工艺流程包括前后两条分离的生产线，前条生产线是：原液计量、喷丝、凝固浴冷却、水洗牵伸、上油、干燥、落筒或卷绕、待牵伸原丝丝筒或丝卷下线；后条生产线是：待牵伸原丝丝筒或丝卷分批送经压辊、多辊牵伸机、蒸汽牵伸机、干燥或热定型、落筒或卷绕、获得聚丙烯腈基原丝的成品，即蒸汽牵伸后的成品原丝。

采用如下步骤实现生产线分离进行蒸汽牵伸：