沥青基碳纤维熔融纺丝工艺及纺丝组件

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1、沥青基碳纤维熔融纺丝工艺及纺丝组件沥青基碳纤维熔融纺丝丄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， 如温度敬感、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

2、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唾啡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 U 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?、长加的加热板，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

3、，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

4、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 复朵的化丄过 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

5、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，山螺杆推进沥青粒料，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 I 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？ 静止脱泡法，？减压脱泡法?加压脱泡法。静止脱泡是使沥青在常压或减压下保持较 高温度，使纺

6、用沥青在减压下，分离出混合的气泡，此法生产性较差。减压脱泡法 是融沥青在减压下通过溢流沟以薄膜方式脱除气泡，这是沥青熔体脱泡的有效方 法，实施 这一方法后，气泡大量减少，喷丝板污染降低，断丝减少。加压脱泡法是 对熔融沥青 施加儿十托压力的高圧处理，使其中lOPm以下的气泡溶解在沥青中。通过设置在喷丝 板前的加压部份，对沥青熔体施加压力，山此进行挤丝和收 取，结果纺丝儿乎不断。 但是经过加压的熔融沥青须迅速纺出，如若在喷孔加热 部位滞留较长时间（10 分钟以 上），溶解的气泡会再次发生诱发断丝。比较上述三 钟方法后，可以看出（采用脱泡 釜加压脱泡法除去沥青中分解气是较为可行的方 法。6, 联碳公

7、司采用改进的喷丝组件纺丝，可纺制出具有预定截面结构的纤维。改 进的 方法是在喷丝板通道中安装一个多孔体，多孔体由大小为0 （007mm,上面有100,150个 微孔的颗粒构成的多孔金属体。构成多孔体的材料是80%（重）的银和 20%（重）的 铭。颗竝之间的连接区大约为颗粒大小的10 nm,颗粒微孔的平均孔径为45 m。颗粒在 喷丝板通道中的充满率为60, o用改进的纺丝组件纺出的中间相沥青长丝的直径 60umo7, 熔融纺丝中熔体分配管道分为两部分。一是用来连接过滤器至纺丝计量泵 人口 的熔体分配管道;二是从纺丝计量泵出口至纺丝组件之间的熔体分配管道。前 者通常一 部分位于纺丝箱体之外，一部分

8、位于纺丝箱体之内；而后者则完全位于纺 丝箱体内。 通常熔体分配管道有 3 种形式，即分支式、放射式和组合式。目前绝大 多数采用组合 式结构。熔体分配管道的设讣要求是熔体在管道内流经时间要短，压 力降要小，熔体 在各分配管道中流经的时间和压力降要相同。为了达到上述设计要 求，管道配置必然 对称，熔体管道内径相同，长度相等，和流动时阻力相等。因此 管道有意制成各种不 同形状的弯曲，特别要注意应避免有直角、死角、滞流区。熔 体管道焊接后，内孔应 进行精整加工，研磨掉焊接后熔体管道内孔形成的凸肩、毛 刺和煨弯时产生的皱纹， 这样才能保证各纺丝丝束纤度相同，线密度偏差率最小。 纺丝箱体温度控制范围为 287. 4?1. 5?;计量泵温度控制范围为 291 土 1. 5?。8, 下图为纺丝沥青经挤出牵伸时的丝径变化拉伸区固化吟/在纺丝时因原料中的杂质、温度分布不均以及喷丝板缺陷等情况易出现打圈和黏板 现象。