[發(fā)明專利]一種碳纖維紡絲液動(dòng)態(tài)脫單脫泡方法及其裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010191178.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN101856570A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗娟;韓笑;張平;張雄偉;葛光濤;岳鴻飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安康本材料有限公司
• 主分類號(hào): B01D19/02
• 分類號(hào): B01D19/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳纖維制備領(lǐng)域，具體是一種碳纖維紡絲液動(dòng)態(tài)脫單脫泡方法及其裝置。

背景技術(shù)

丙烯腈基碳纖維有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量及在非氧化氣氛下耐高溫等特點(diǎn)，在國(guó)防工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。制約聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展的關(guān)鍵在于聚丙烯腈原絲的質(zhì)量，而影響原絲質(zhì)量的最根本因素之一取決于紡絲液的脫單脫泡效果。脫單脫泡效果好壞直接決定了后期紡絲、干燥、牽伸等工藝過程是否能夠順利進(jìn)行。

從聚合釜出來的聚合產(chǎn)物必須進(jìn)行脫單，否則還會(huì)繼續(xù)緩慢地發(fā)生聚合，使溶液粘度升高，如將含有大量單體的紡絲原液直接進(jìn)行紡絲，會(huì)使紡絲液從噴絲孔流出時(shí)因氣化逸出單體蒸汽，不僅惡化勞動(dòng)條件，又嚴(yán)重影響到纖維的品質(zhì)。

紡絲液在聚合或輸送過程中會(huì)存在氣泡，較大的氣泡通過噴絲孔會(huì)造成紡絲細(xì)流的中斷、形變、斷頭等。較小的氣泡會(huì)通過噴絲孔而殘留在纖維中，造成纖維有孔，在牽伸時(shí)易斷裂形成毛絲、斷絲。當(dāng)脫單脫泡不充分時(shí)，原絲的牽伸倍數(shù)提不上去，達(dá)不到應(yīng)有的纖度、強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率，最終影響成品原絲和碳纖維的強(qiáng)度。所以，紡絲前必須把紡絲液中的氣泡及殘余單體徹底脫出。但是由于紡絲液的粘度大，氣泡脫出有一定難度。一般采用升高溫度和減壓的方法脫除。溫度升高后，液體粘度下降，有利于小分子氣體逸出；減壓能造成液面和液壓內(nèi)差，同樣有利于小分子氣泡的膨化、擴(kuò)散脫出。目前由于國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家都是采用間歇聚合，所以脫單脫泡也是間歇的，這就使得脫單脫泡的溫度會(huì)高于70℃，真空度卻不易超過80kPa，而如果高溫高真空又會(huì)將很多溶劑脫出導(dǎo)致紡絲液粘度過高而不可紡。而且目前炭纖維生產(chǎn)中裝置多采用液層高1～3米的貯液槽，靜置間歇式減壓脫單、脫泡。也有采用連續(xù)臥式槽緩慢的脫泡，但該裝置脫單脫泡效率很低，生產(chǎn)能力不高，且常用多個(gè)脫泡釜，占地面積大。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在或者由于高溫高真空而導(dǎo)致紡絲液粘度過高不可紡，或者脫單脫泡效率很低、占地面積大的不足，本發(fā)明提出了一種碳纖維紡絲液動(dòng)態(tài)脫單脫泡方法及其裝置。

本發(fā)明提出的碳纖維紡絲液動(dòng)態(tài)脫單脫泡方法包括以下步驟：

步驟1，加熱脫單脫泡裝置；啟動(dòng)熱水循環(huán)系統(tǒng)及真空系統(tǒng)加熱脫單脫泡裝置至45℃～60℃，真空度為-85kPa～-98kPa；脫單塔轉(zhuǎn)速120r/分～750。

步驟2，上料；啟動(dòng)上料泵及質(zhì)量流量計(jì)，將紡絲液以32L/h～36L/h的上料量持續(xù)打入脫單塔內(nèi)。

步驟3，重力脫單脫泡；紡絲液脫單塔內(nèi)膨化并產(chǎn)生流動(dòng)，并在脫單塔分配盤的離心力作用下均勻甩布至塔壁上，同時(shí)被刮板刮成1.5mm～2.0mm厚的薄膜；所產(chǎn)生的薄膜在重力作用下呈螺旋狀態(tài)沿著脫單塔壁向下流動(dòng)至脫泡釜內(nèi)；在流動(dòng)中，紡絲液中的殘余單體及部分氣泡受脫單塔的加熱而連續(xù)蒸發(fā)脫除，得到初級(jí)紡絲液。

步驟4，攤膜脫泡；從脫單塔連續(xù)而來的初級(jí)紡絲液在脫單塔出料口處形成圓幕狀，并流落到脫泡釜的傘塔式分流導(dǎo)氣罩的導(dǎo)流盤表面，其中一部分初級(jí)紡絲液溢出導(dǎo)流盤流到分流導(dǎo)氣罩的一級(jí)導(dǎo)流面上自流攤膜形成液膜，并在攤膜過程中脫出氣泡；另一部分紡絲液經(jīng)導(dǎo)流盤上均布的導(dǎo)流孔流到分流導(dǎo)氣罩的二級(jí)導(dǎo)流面上自流攤膜形成液膜，并在攤膜過程中脫出氣泡；脫出氣泡后的液膜形成二次脫泡后的紡絲液。

步驟5，大氣腿充料；二次脫泡后的紡絲液經(jīng)脫泡釜腔體連續(xù)充入物料大氣腿內(nèi)，直至脫泡釜腔體2/3處。

步驟6，超聲波輔助脫泡；啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，對(duì)脫泡釜腔體內(nèi)的紡絲液連續(xù)振動(dòng)脫泡，獲得可紡的紡絲液；超聲波頻率設(shè)定為50Hz，功率為50W。

步驟7，檢測(cè)；檢測(cè)紡絲液中殘留單體。

本發(fā)明還提出了一種連續(xù)動(dòng)態(tài)脫單脫泡裝置，包括脫單塔、脫泡釜和物料大氣腿；脫泡釜包括脫泡釜上蓋、分流導(dǎo)氣罩和溫度傳感器，分流導(dǎo)氣罩包括一級(jí)導(dǎo)流面和二級(jí)導(dǎo)流面，被固定在脫泡釜內(nèi)。其特征在于：脫泡釜內(nèi)中心安裝有超聲發(fā)生器。分流導(dǎo)氣罩還包括導(dǎo)氣筒、導(dǎo)流盤和固定支板。導(dǎo)氣筒一端位于脫泡釜上蓋上表面的脫泡釜進(jìn)料口內(nèi)，另一端位于脫泡釜上蓋下表面，并與一級(jí)導(dǎo)流面的內(nèi)孔固定連接。導(dǎo)氣筒與脫泡釜進(jìn)料口同心。導(dǎo)流盤包括圓環(huán)和均勻分布在該圓環(huán)圓周表面的導(dǎo)流片，并且導(dǎo)流片的內(nèi)表面與該圓環(huán)內(nèi)壁之間有128度外傾的傾角。

所述的導(dǎo)流面通過固定支板與脫泡釜的釜體連接。

所述的導(dǎo)氣筒的最大外徑同導(dǎo)流盤的內(nèi)徑，導(dǎo)氣筒的最小外徑同由導(dǎo)流片組成的內(nèi)孔的孔徑；環(huán)導(dǎo)氣筒的臺(tái)階面上均布有導(dǎo)流孔，并且該導(dǎo)流孔與導(dǎo)氣筒的大直徑內(nèi)孔貫通。