文档介绍：沥青基碳纤维熔融纺丝工艺及纺丝组件的学习心得
沥青基碳纤维的纺丝方法以熔融纺丝为主,但因为沥青不同于其他高聚物的特性,如温度敏感、剪切变稀、组分复杂以及原丝强度低等原因,纺丝时难以稳定得到丝径较细的原丝。而沥青基碳纤维原丝的发展趋势是细旦化长丝,这需要优化纺丝工艺和纺丝组件。下面是近一段时间通过资料和试验的学习摘录和心得。
1,检测表明,国产原丝和碳纤维所含碱、碱土金属和铁的含量比国外大得多。它们的存在不仅影响聚合和纺丝的稳定性,而且在高温碳化过程中逸走而残留下孔隙,所以,聚合所用原料要纯,纺丝空间应洁净化,所用设备应耐腐蚀。纺用沥青热熔体的过滤是避免固形物堵塞喷孔、防止断丝的必要措施。固形物包括沥青中残留的少量游离碳、机械杂质和热聚反应中形成的不溶于喹啉等强溶剂的不溶物等,用烛形过滤器等设备或在纺丝箱中加入金属过滤网和纤维过滤层,都能达到滤去杂质的目的。以海沙作过滤层是经济、方便的高效过滤方法,不仅提高了纺丝的稳定性并使纺得的纤维质量有明显改善。
2,纺程加热法(SLH )对丝束施以热, 如东洋纺丝通过在喷丝板下约30cm处设置温度为200℃、长2m 的加热板,加热装置可以是热管、热板和热盘。我们现在纺丝时通过加装红外灯给喷丝板加热对纺丝连续性和稳定性效果显著,但红外灯热量恒定无法调节,一方面受环境和人为影响,另一方面不能定量参考,局限性大。
3,对于所有的高速纺丝过程, 都希望能够有效地降低空气摩擦阻力, 尽可能减少损伤初生丝。基于这种考虑,德国Lurgi 公司于1977-1979年问成功地开发了“喷管纺丝工艺”。在冷却甬道下部装有带压缩空气喷嘴的喷管,而上油装置则置于卷绕机上。丝束通过喷管吸送至卷绕间。生头完毕, 即关闭压缩空气,此时喷管只起导丝作用。采用该工艺,摩擦阻力最小。丝束不会受到损伤。吹风速度可与不同纤度、不同根数的初生丝的冷却要求相适应,因而在一定程度上可优化丝的结晶度和取向度同时,丝在冷却甬道内的扰动极小。
4,一步法和二步法纺丝将调成的可纺沥青,输入沥青融纺装置,有两种方法:即热态输入和冷态输入。把可纺沥青热熔体输入纺丝装置并使之保持在稳定的温皮下,供纺丝之用, 这是热态输入, 即所谓一步法纺丝。此法比再次加热纺用沥青的所谓二步法纺丝要节能、省工得多。但涉及到高温、高粘沥青熔体保温,输送较复杂的化工过程在沥青热熔体输送过程中,必需使用的齿轮泵输进管道等设备也需与热熔体保持相应的温度。使输入的沥青熔体稳定在纺丝所确定的温度范围内,因此需要精细控制温度。一步法纺丝适于工业规模的批量生产,可施行全面连续化操作。但热融了的纺用沥青,不宜长时间恒温,因为物料在长时闻保温过程中会连渐变性,例如等向性纺用沥青,在纺丝温度下恒温十余小时,即有明显变化,从而影响纺丝的稳定性,因此纺用沥青一经加热熔融后,应在较短时问内纺完,以防沥青熔体因长时间保温而变质。为此,需要采用多纺位
纺丝。二步法纺丝通常采用螺杆挤压进料装置,将纺用沥青在常温下喂入料斗, 由螺杆推进沥青粒料,一边难挤,一边加热,使沥青熔体到达温度后挤入纺丝箱内,挤压纺丝。这种方法比较机动灵便,但要注意纺用沥青热解气体的及时排放,否则纺丝不易稳定。采用排气螺杆等新型纺丝设备是获得稳定纺丝的有效装置。
5,对实现稳定纺丝有重要作用的沥青熔体脱泡处理。主要有三种办法, 即①静