[实用新型]一种动粘增压强化相分离PAN原丝制备装备

说明书

本实用新型公开一种动粘增压强化相分离PAN原丝制备装备，包括混合器、叠层器、膜层切丝口模、强化相分离器、用于牵伸水洗上油与干燥的装置、收卷装置，强化相分离器包括纤维流道、液体流道、导流舌、磁流体密封器、管接头。本发明PAN原丝制备装备通过动粘增压的原理提高凝固浴压力，使得纤维处于高压的流动的凝固浴中，弱化皮芯结构，加速DMSO向水中扩散，通过动粘增压，使得纤维受到较大径向压力，经过多流道加压得到脉冲锻压效果，将微孔压塌成狭缝状，并提高纤维结构致密程度；提出一种硅元嫁接的方法，将硅元填充在狭缝中，在PAN原丝高温碳化时，在狭缝内碳和硅间形成碳硅键，通过键接方式将狭缝缝合，从微观结构机理上消除微孔缺陷。

技术领域

本实用新型主要涉及PAN原丝制备领域，具体涉及一种动粘增压强化相分离PAN原丝制备装备。

背景技术

随着材料科学的不断发展，碳纤维在材料领域的作用不断被重视，尤其是作为航空航天和国防科技领域应用关键材料的高性能碳纤维，各国正在不断加大力度研发。碳纤维微纳缺陷控制技术的突破为其高性能化提供了有力支撑，并再次引发高端碳纤维产品的竞争热潮。日本东丽株式开发出了T1100G、M40X碳纤维，美国赫氏集团开发出对应性能的IM10、HM50碳纤维。M40X和HM50碳纤维的特点是高强度、高模量、高断裂延伸率，例如：M40X碳纤维在与M40J碳纤维模量相当的情况下，实现拉伸强度和断裂延伸率提升约30％。但是，尽管现有的碳纤维在模量、强度和断裂延伸率等方面实现了巨大提升，其实际性能仍小于其理论值，直接原因主要有以下两方面：

一是碳纤维石墨化程度不够高。碳纤维石墨化程度主要受碳化加热温度和碳纤维原丝的结构缺陷影响。针对加热温度不够高的局限，中国专利ZL201710287854.6一种碳纤维可控激光式超高温石墨化装置提出了一种激光辐照石墨化工艺及设备，通过激光辐照加热碳纤维原丝以实现石墨化，相比于传统加热炉的加热温度为2800℃，该专利设计的装备的加热温度可超过3000℃，实现了提升石墨化加热温度的目的。但对于碳纤维原丝结构缺陷对碳纤维石墨化程度的影响，该专利并未提出解决方案。

二是碳纤维微观组织中存在微孔和皮芯结构等缺陷。其形成原因是在制备碳纤维原丝过程中，特别是在相分离过程中产生的皮芯结构、微孔缺陷和结构疏松等缺陷，这些缺陷会遗传给碳纤维，甚至还会被放大，导致其力学性能远小于理论值。国外主要通过降低碳纤维原丝的直径来精良减小微孔缺陷对碳纤维的影响。但并未从本质上消除缺陷，故而本专利提出一种碳纤维微纳缺陷控制工艺及设备，同时应用于制备PAN原丝。

实用新型内容

针对碳纤维微纳缺陷控制，本实用新型提出一种动粘增压强化相分离PAN原丝制备装备，采用动粘增压的原理在PAN纤维丝凝固成形过程中提供高压环境，弱化皮芯结构对相分离的阻碍，强化DMSO从PAN纤维丝向凝固剂中扩散的过程，以降低制品纤维丝中DMSO含量，同时施加在纤维丝径向上的脉冲压力，可促进纤维丝中的微孔闭合，再使用硅元嫁接的方法将狭缝缝合，实现在碳纤维原丝制备过程中减少原丝中的结构缺陷，以提高碳纤维力学性能的目的。