[发明专利]一种去除碳纤维原丝中钠离子的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维生产领域，进一步地说，是涉及碳纤维初生纤维的洗涤，一种去除碳纤维原丝中钠离子的装置及方法。

背景技术

碳纤维作为一种高新技术材料，具有高强、高模、低密度、耐高温等优点，广泛应用于航空、汽车、文体等领域。聚丙烯腈基碳纤维原丝是制备碳纤维的重要原料，原丝的品质对碳纤维质量起到决定性作用。硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液，然后经过纺丝得到碳纤维初生纤维，初生纤维再经过洗涤、干燥等过程得到碳纤维原丝。由于采用了硫氰酸钠为溶剂，在聚合液中会存在钠离子，在进行纺丝过程时，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，钠离子含量过高会影响碳纤维电、热性能。同时在预氧化过程中，三元共聚丙烯腈原丝中含有羧酸基，可使环化放热缓和，而钠离子对羧酸起中和作用，使环化放热趋于集中。在高温下，金属杂质逐渐逸出，残留下孔隙，致使碳纤维表面缺陷，影响碳纤维的强度。因此硫酸氢钠一步法制备碳纤维原丝时，纺丝得到的碳纤维初生纤维内的钠离子含量直接影响碳纤维的质量，必须要及时将钠离子通过洗涤的方法去除。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种去除碳纤维原丝中钠离子的装置及方法。本发明能够有效的去除钠离子，得到钠含量低的碳纤维原丝，从而制备出高纯度的碳纤维原丝。

本发明的目的之一是提供一种去除碳纤维原丝中钠离子的装置。

所述装置设置在纺丝工艺中原丝水洗后。

所述装置包括：

甲酸循环罐、甲酸处理浴槽、丝束牵引辊组、漂洗水槽、折叠水洗机、甲酸废气净化塔；

甲酸循环罐依次连接过滤器、换热器后连接甲酸处理浴槽进口，甲酸处理浴槽溢流口连接甲酸循环罐；

丝束牵引辊组设置在甲酸处理浴槽和漂洗水槽上方，使得初生纤维丝束通过牵引作用依次通过甲酸处理浴槽和漂洗水槽，进入折叠水洗机中；

甲酸处理浴槽上方的空间设置有防护罩，防护罩连接甲酸废气净化塔。

其中，优选：

甲酸循环罐前设置有甲酸补加计量泵；

甲酸循环罐与过滤器之间设置有甲酸输送泵；

甲酸循环罐上部设置有甲酸循环罐溢流口。

所述甲酸浴槽设有溢流堰和溢流口；

所述漂洗槽设有溢流堰和溢流口。

所述过滤器为单袋式过滤器，过滤等级为5-30um。

本发明的目的之二是提供一种去除碳纤维原丝中钠离子的方法。

包括：

1)稀甲酸溶液放置在甲酸循环罐中，经过滤和换热后进入甲酸浴槽；

2)初生纤维丝束穿过丝束牵引辊组浸泡在甲酸浴槽的稀甲酸溶液中，其中丝束牵引方向与甲酸溶液在甲酸浴槽的流动方向相反；

3)甲酸溶液通过甲酸浴槽的溢流口流出进入到甲酸循环罐中；为了确保，通过甲酸补加计量泵加入新的稀甲酸溶液到甲酸循环罐中，维持甲酸溶液的浓度的稳定；甲酸蒸汽沿着防护罩进入到甲酸废气净化塔内；

4)初生纤维丝束经过甲酸洗涤后进入到漂洗槽内，并采用脱盐水漂洗；丝束牵引方向与脱盐水在漂洗槽的流动方向相反；

5)丝束漂洗完毕后进入到折叠水洗机，使用雾化水淋洗丝束。

其中，

稀甲酸溶液的质量浓度为0.1-2％；优选为0.5-1.5％。

稀甲酸溶液经过滤、换热器加热至65-75℃。

脱盐水的温度为45-55℃；

雾化水温度为50-60℃。

初生纤维丝束在甲酸浴槽停留时间为5-10秒。

初生纤维丝束在漂洗水槽停留时间为1-5秒。

本发明具体可采用以下技术方案：

配置好的稀甲酸溶液放置在甲酸循环罐中，通过甲酸输送泵将甲酸溶液先后通过单袋式过滤器和板式换热器打入到甲酸浴槽内。初生纤维丝束穿过丝束牵引辊组浸泡在甲酸浴槽内。其中丝束牵引方向与甲酸溶液在甲酸浴槽的流动方向相反。甲酸溶液通过甲酸浴槽的溢流口流出进入到甲酸循环罐中。随着甲酸溶液不断的循环洗涤丝束，甲酸循环罐中甲酸溶度降低，钠离子的含量增加，为了确保甲酸溶液的浓度的稳定，通过甲酸补加计量泵打入新的稀甲酸溶液到甲酸循环罐中，促使甲酸循环罐中原有的甲酸溶液通过甲酸循环罐上部的溢流口流出。甲酸蒸汽沿着防护罩进入到甲酸废气净化塔内。