[发明专利]一种碳纤维蒸汽牵伸系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种碳纤维蒸汽牵伸系统及其控制方法，其解决了的技术问题，其设有蒸汽牵伸机，还设有控制系统、中压蒸汽过滤器、蒸汽压力控制调节阀组、一次混合器和二次混合器；所述一次混合器后设置脱水器，所述二次混合器后设置干湿度计。本发明同时提供控制方法。本发明可用于碳纤维制备领域。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维制备装置及方法，具体地说，涉及一种碳纤维蒸汽牵伸系统及其控制方法。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，是当前应用广泛的高性能材料。要想获得高性能碳纤维，必须制备高强度、致密化、取向度高的PAN原丝。在制备PAN原丝过程中要严格控制蒸汽牵伸工序。蒸汽牵伸工序是实现碳纤维用PAN原丝高强化、致密化和细旦化的关键工序。特别是对高分子量的纺丝液进行纺丝时，采用高压恒湿度的蒸汽对干燥后的原丝进行高倍牵伸是必不可少的工序。高倍蒸汽牵伸过程中要控制好蒸汽的干度，蒸汽干度稳定是实现高倍蒸汽牵伸和工业化蒸汽牵伸过程的基础保证条件。在恒干度的蒸汽作用下水分子的塑化和湿热作用可以使纤维纤度均匀、毛丝少，可制备高性能的原丝及碳纤维。

公开号CN 109402790 A的中国发明专利申请公开了一种用于获取高强高模碳纤维的高取向度聚丙烯腈原丝及其制备方法，其中，制备原丝的方法包括：(1)将丙烯腈和衣康酸或丙烯腈和衣康酸与丙烯酸甲酯进行聚合，得到聚合物纺丝溶液；(2)将聚合物纺丝溶液依次进行凝固、蒸汽牵伸、水洗、上油、干燥、再牵伸和热定型，得到聚丙烯腈原丝，其中，所述凝固过程的牵伸比为0.6～1.0倍，所述蒸汽牵伸比为3.0～7.0倍，所述再牵伸比为2.0～3.0倍。采用该方法所得到原丝的截面形状为近圆形，表面沟槽规整，线密度为430～470g/km(6K)，850～920g/km(12K)，体密度为1.18～1.19g/cm3，拉伸强度为5.5～7.0cN/dtex，拉伸模量为100-150cN/dtex，断裂延伸率为8-13％，并且将该原丝依次进行预氧化、碳化和石墨化处理，得到的碳纤维的线密度225～235g/km(6K)、435～447g/km(12K)，拉伸强度4.48-5.38GPa，拉伸模量378-387GPa，体密度1.77-1.79g/cm3。

公开号为CN 111088543 A的中国发明专利申请公开了一种聚丙烯腈碳纤维原丝的制造方法，主要解决现有技术中存在的预氧化过程易产生毛丝、碳纤维力学性能差的问题。其通过采用一种聚丙烯腈碳纤维原丝的制造方法，采用湿法纺丝，包括蒸汽牵伸的步骤，其中，蒸汽牵伸过程中每根纤维承受张力至少为1mN，纤维所承受的张力小于等于纤维断裂强力的10％的技术方案，较好的解决了该问题。

但是，上述方法主要存在以下问题：

(1)没有对蒸汽牵伸中的蒸汽控制方法进行约定；

(2)蒸汽牵伸过程中蒸汽的品质和稳定性直接影响蒸汽牵伸过程的稳定性和牵伸后纤维的力学性能；

(3)牵伸和再牵伸过程对纤维的不利影响高于单次的高倍牵伸。

发明内容

本发明针对在现有方法存在的技术问题，提供一种碳纤维蒸汽牵伸系统控制方法。

为此，本发明提供一种碳纤维蒸汽牵伸系统，其设有控制系统、中压蒸汽过滤器、蒸汽压力控制调节阀组、一次混合器和二次混合器；所述一次混合器后设置脱水器，所述二次混合器后设置干湿度计。

优选的，所述干湿度计设置温度和压力传感器，测试的结果反馈到所述控制系统，从而控制进入所述二次混合器中的脱盐水量，保证蒸汽的干湿度恒定。