一种纤维水洗干燥装置及纤维的制备方法与流程

1.本发明属于纤维制备技术领域，具体地说，涉及一种纤维水洗干燥装置及纤维的制备方法。

背景技术：

2.纤维是天然或人工合成的细丝状物质，在现代生活中，纤维的应用无处不在。其中，碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，具有较好的耐高温性能。
3.纤维制备方法包括制备原丝、原丝预氧化、低温碳化、高温碳化、电解、水洗、干燥、上浆、烘干、收丝的步骤。
4.其中，碳纤维经过水洗可清洁碳纤维表面，去除碳纤维表面弱层，使其本体裸露，有效增加碳纤维的比表积。但是，水洗后碳纤维上含水较多，在上浆工序中会降低浆料的浓度，影响上浆效果。
5.因此，需要干燥除去碳纤维表面的水分以及水分中存在的离子，以提升碳纤维与基体树脂的结合能力，改善上浆效果。
6.目前，纤维制备的干燥工序中，常采用电加热、烘箱烘干的方式对纤维进行除水干燥，干燥效果较差，碳纤维表面的水分不能充分排除，使得碳纤维上浆效果差，上浆不均匀，降低了碳纤维与基体树脂的结合能力。
7.有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题在于克服现有的碳纤维水洗后干燥效果差的问题，提供一种纤维水洗干燥装置及纤维的制备方法，能够有效去除丝束表面的水分以及水分中存在的离子，提升了丝束与基体树脂的结合能力，进一步提升了纤维的力学性能；本发明的纤维水洗干燥装置干燥效率高，干燥效果好，有利于提升纤维的生产效率，降低生产成本，增加经济效益。
9.为解决上述问题，本发明提供一种纤维水洗干燥装置，包括水洗槽，还包括气吹干燥装置，所述气吹干燥装置具有出风口，所述出风口位于水洗槽的液位上方，用于向水洗后的丝束吹风。
10.进一步地，纤维水洗干燥装置包括设置在水洗槽液位上方的导丝辊，丝束经水洗槽水洗后由导丝辊牵引导出，其特征在于：所述出风口朝向所述导丝辊设置，用于向导丝辊上的丝束吹风。
11.进一步地，所述出风口设置在所述导丝辊的上方；
12.优选的，导丝辊具有周侧壁，出风口的横截面具有中心点，过所述中心点可引与所述周侧壁的径向横截面相切的切线，所述出风口朝向所述切线延伸的方向设置；
13.优选的，导丝辊的周侧壁上具有与所述切线相切的切点，出风口的出风方向与丝束在所述切点处的运行方向相反。
14.进一步地，所述气吹干燥装置包括：
15.空气压缩机，具有排气口；
16.内部中空的吹气轴，与所述排气口连通，所述出风口设置在所述吹气轴上并与所述吹气轴内部连通，所述吹气轴设置在水洗槽的液位上方且吹气轴的中心轴线与导丝辊的中心轴线平行设置；
17.优选的，所述吹气轴设置在导丝辊上方。
18.进一步地，所述吹气轴具有周侧壁，周侧壁上设置若干所述出风口，若干所述出风口沿着吹气轴的中心轴线方向呈直线型排布在吹气轴的周侧壁上。
19.进一步地，所述吹气轴具有周侧壁，周侧壁上至少设置一个出风口，出风口沿着吹气轴的中心轴线方向由吹气轴的一端向另一端延伸设置。
20.进一步地，纤维水洗干燥装置包括支架，所述支架上包括用于设置导丝辊的第一安装部和位于第一安装部上方的第二安装部，所述吹气轴设置在所述第二安装部上。
21.进一步地，所述气吹干燥装置包括：
22.若干气吹单元，每个气吹单元均设置对应的空气压缩机和出风口，若干气吹单元的出风口沿着导丝辊的中心轴线方向排布在水洗槽的液位上方；
23.优选的，若干气吹单元的出风口沿着导丝辊的中心轴线方向排布在导丝辊上方。
24.本发明还提供一种纤维的制备方法，采用上述技术方案所述的纤维水洗干燥装置对水洗后的丝束进行吹风干燥。
25.进一步地，吹风的风压与丝束的运行速度成正相关关系。
26.进一步地，当丝束的运行速度为11m/min时，控制出风风压为0.48mpa；
27.当丝束的运行速度为12m/min时，控制出风风压为0.52mpa；
28.当丝束的运行速度为13m/min时，控制出风风压为0.58mpa；
29.当丝束的运行速度为13.2m/min时，控制出风风压为0.59mpa；
30.当丝束的运行速度为12m/min时，控制出风风压为0.52mpa；
31.当丝束的运行速度为13.5m/min时，控制出风风压为0.60mpa。
32.进一步地，当丝束的运行速度小于等于10m/min时，不开启空气压缩机。
33.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
34.本发明通过设置气吹干燥装置对水洗后的丝束进行吹风干燥，能够有效去除丝束表面的水分以及水分中存在的离子，提升了丝束与基体树脂的结合能力，进一步提升了纤维的力学性能；本发明的纤维水洗干燥装置干燥效率高，干燥效果好，有利于提升纤维的生产效率，降低生产成本，增加经济效益。
35.本发明的出风口朝向所述导丝辊设置以向导丝辊上的丝束吹风，风会将丝束上的水分吹落，有利于风干丝束；同时，丝束受到导丝辊的支撑作用，即使丝束受到风压的作用力，也不易发生断丝、毛刺等现象，保障了丝束的品质。
36.本发明的制备方法能够有效提高纤维的干燥效率，降低生产成本，经检测平均每小时能够节约1000kwh的电能，使得纤维生产更加节能、环保、高效。
37.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
38.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
39.图1是本发明纤维水洗干燥装置的结构示意图；
40.图2是本发明图1中a处的局部放大结构示意图；
41.图3是本发明纤维水洗干燥装置的另一种结构示意图；
42.图4是本发明图3中b处的局部放大结构示意图。
43.图中：1、水洗槽；2、导丝辊；21、导丝辊周侧壁；3、出风口；4、吹气轴；41、吹气轴周侧壁；5、压力表；6、丝束；7支撑脚；8、支架；81、第一安装部；82、第二安装部。
44.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.如图1至图4所示，本发明提供一种纤维水洗干燥装置。纤维水洗干燥装置包括水洗槽1，水洗槽1底部设置支撑脚7，用于支撑水洗槽1。纤维水洗干燥装置还包括气吹干燥装置，所述气吹干燥装置具有出风口3，所述出风口3位于水洗槽1的液位上方，用于向水洗后的丝束6吹风。
49.本发明中，本发明通过设置气吹干燥装置对水洗后的丝束6进行吹风干燥，能够有效去除丝束6表面的水分以及水分中存在的离子，提升了丝束6与基体树脂的结合能力，进一步提升了纤维的力学性能。本发明的纤维水洗干燥装置干燥效率高，干燥效果好，有利于提升纤维的生产效率，降低生产成本，增加经济效益。
50.作为本发明的一种实施例，纤维水洗干燥装置包括设置在水洗槽1液位上方的导丝辊2，丝束6经水洗槽1水洗后由导丝辊2牵引导出。所述出风口3朝向所述导丝辊2设置，用于向导丝辊2上的丝束6吹风。
51.本实施例中，当出风口3向导丝辊2上的丝束6吹风时，风会将丝束6上的水分吹落，有利于风干丝束6；同时，丝束6受到导丝辊2的支撑作用，即使丝束6受到风压的作用力，也
不易发生断丝、毛刺等现象，保障了丝束6的品质。
52.作为本实施例的一种实施方式，所述出风口3设置在所述导丝辊2的下方。这种设置方式中，出风口3吹出的风，能够有效对丝束6进行吹干，提升了丝束6的干燥效率。
53.作为本实施例的另一种实施方式，所述出风口3设置在所述导丝辊2的上方。出风口3吹出的风由上至下吹向丝束6，使得丝束6上的水分受到风压的作用，回落到水洗槽1内，既提升了丝束6的干燥效率，又避免了水滴飞溅到水洗槽1的外部，影响后续工艺，污染设备仪器。
54.优选的，导丝辊2具有导丝辊周侧壁21，出风口3的横截面具有中心点，过所述中心点可引出与所述导丝辊周侧壁21的径向横截面相切的切线，所述出风口3朝向所述切线延伸的方向设置。
55.出风口3朝向所述切线延伸的方向设置，使得出风口3吹出的风不会对丝束6形成剪切力，避免了丝束6受风压作用断裂，在提升丝束6干燥效率的基础上，保证了丝束6的品质较好。
56.进一步优选的，导丝辊周侧壁21上具有与所述切线相切的切点，出风口3的出风方向与丝束6在所述切点处的运行方向相反。
57.出风方向与丝束6在所述切点处的运行方向相反，使得丝束6上的水分受出风口3的出风作用，吹回至洗水槽1内，从丝束6上吹落的水分不会与丝束6二次接触，进一步提升了丝束6的干燥效率，且水分回落到洗水槽1中，不会造成液滴飞溅，保持了装置的清洁。
58.作为本发明的一种实施例，所述气吹干燥装置包括：空气压缩机和内部中空的吹气轴4。
59.空气压缩机，具有排气口；空气压缩机是能够将原动机的机械能转换成气体压力能的装置；吹气轴4，与所述排气口连通。所述出风口3设置在所述吹气轴4上并与所述吹气轴4内部连通，所述吹气轴4设置在水洗槽1的液位上方且吹气轴4的中心轴线与导丝辊2的中心轴线平行设置。
60.本实施例中，吹气轴4的中心轴线与导丝辊2的中心轴线平行设置，使得由吹气轴4的出风口3吹出的风，能够对导丝辊2上的所有丝束6进行吹干，使得水洗后的丝束6能够得到全面干燥。
61.优选的，所述吹气轴4设置在导丝辊2的上方，使得由丝束6上吹落的水分回落至洗水槽1内，避免水分滴落在装置的其他地方，对装置造成污染。
62.进一步地，作为本发明的另一种实施例，所述吹气轴4具有吹气轴周侧壁41。吹气轴周侧壁41上设置若干所述出风口3，若干所述出风口3沿着吹气轴的中心轴线方向呈直线型排布在吹气轴周侧壁41上。
63.本实施例中出风口3吹出的风能够形成风幕，风幕对导丝辊2上的丝束进行风干，作用效果好，风干效率高，对丝束6的干燥更加均匀，进一步使得碳纤维上浆均匀，提升了碳纤维与基体树脂的结合能力。
64.进一步地，相邻出风口3之间的间距可按照丝束6的多少进行设置。若丝束6较多，则选用相邻出风口3间距较小的吹气轴4，以保证丝束6能够得到充分干燥。若丝束6较少，则选用相邻出风口3间距相对较大的吹气轴4，在保证丝束6能够得到充分干燥的基础上，减少能耗。
65.作为本发明的又一种实施例，所述吹气轴周侧壁41上至少设置一个出风口3，出风口3沿着吹气轴4的中心轴线方向由吹气轴4的一端向另一端延伸设置。
66.具体地，所述出风口3为设置在吹气轴周侧壁41上，并沿着吹气轴4的中心轴线方向延伸设置的长条状开口，所述长条状开口朝向所述导丝辊2设置。
67.本实施例的出风口3出风均匀，结构简单，形成的风幕无间隙，对丝束6的干燥效果好，使得丝束6干燥的更加均匀。
68.作为本发明的一种实施例，如图3和图4所示，纤维水洗干燥装置包括支架8，支架放置于地面上，用于支撑固定导丝辊2和吹气轴4。
69.具体地，所述支架8上包括用于设置导丝辊2的第一安装部81和位于第一安装部81上方的第二安装部82。所述吹气轴4设置在所述第二安装部82上。
70.进一步具体地，导丝辊2具有中心轴和辊筒，辊筒设置在中心轴上，辊筒可以以中心轴为旋转轴转动，所述中心轴与所述第一安装部81固定连接。
71.更进一步地，吹气轴4与所述第二安装部82连接，且吹气轴4与所述第二安装部82的角度可调。用户可按照实际需要，调整吹气轴4的安装角度，进一步使得吹气轴4上的出风口3与所述导丝辊2相匹配。
72.本实施例中，第二安装部82在支架上的高度可调，当丝束6较多，且丝束6的强度较大时，控制第二安装部82向下调整，以缩小第二安装部82和第一安装部81之间的距离，增大出风口3作用到丝束6上的风压，在保证丝束6不会被风吹断的前提下，使得丝束6的干燥效率更高，提高了风能的利用率。
73.本发明的吹气轴4上设置压力表5，用于检测吹气轴4内的风压。用户可根据压力表5显示的风压对出风压力进行调节。
74.作为本发明的另一种实施例，所述气吹干燥装置包括：
75.若干气吹单元，每个气吹单元均设置对应的空气压缩机和出风口3。若干气吹单元的出风口3沿着导丝辊2的中心轴线方向排布在水洗槽1的液位上方。
76.本实施例中，若干气吹单元分别独立设置，可单独更换调整其中的一个或者多个气吹单元，避免因某个空气压缩机或者出风口3损坏，导致丝束6的干燥不均匀。
77.进一步地，若干气吹单元的出风口3沿着导丝辊2的中心轴线方向排布在导丝辊2上方。这种设置方式使得出风口3对丝束6的干燥更加均匀。
78.本发明还提供一种纤维的制备方法，采用上述实施例任一所述的纤维水洗干燥装置对水洗后的丝束进行吹风干燥。
79.具体地，纤维制备方法包括：
80.1)制备纺丝原液；
81.2)纺丝原液通过特殊设计的喷丝板喷出进入凝固浴成型得到初生纤维，初生纤维经超生波震荡波浪水洗、上油、烘干、牵伸、蒸汽定型得到原丝；
82.3)原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化、水洗、一次干燥、上浆、二次干燥得到碳纤维。
83.步骤3)的一次干燥包括：采用上述实施例任一所述的纤维水洗干燥装置进行首次干燥，首次干燥完成后，将丝束导入烘箱再次进行干燥。
84.纤维水洗干燥装置出风口3的出风风压与丝束6的运行速度呈正相关关系。
85.具体地，当丝束6的运行速度为11m/min时，控制出风风压为0.48mpa；当丝束6的运行速度为12m/min时，控制出风风压为0.52mpa；当丝束6的运行速度为13m/min时，控制出风风压为0.58mpa；当丝束6的运行速度为13.2m/min时，控制出风风压为0.59mpa；当丝束6的运行速度为12m/min时，控制出风风压为0.52mpa；当丝束6的运行速度为13.5m/min时，控制出风风压为0.60mpa。
86.此外，当丝束6的运行速度小于等于10m/min时，不开启空气压缩机，避免丝束6因运行速度慢，受风压作用时间较长，在风压的作用下出现断丝、毛刺等现象。
87.本发明还对经过气吹干燥装置干燥后的碳纤维的性能进行了研究，具体如下：
88.实验例1：
89.12k的碳纤维的制备方法，包括以下步骤：
90.1)丙烯腈、丙烯酸甲酯和衣康酸经水相悬浮聚合反应得到聚合物，聚合物经螯合反应终止，再经过滤、烘干得到粉状聚合物；
91.2)将粉状聚合物溶解于dmac中，经升温、过滤，制得纺丝原液；
92.3)纺丝原液通过特殊设计的12k喷丝板进入凝固浴，经双扩散成型得到初生纤维，初生纤维经超生波震荡波浪水洗，水洗过程中同时进行牵伸，得到12k原丝；
93.4)原丝经预氧化、低温碳化、高温碳化、水洗、采用气吹干燥装置进行一次干燥、上浆、二次干燥得到12k碳纤维；
94.其中，一次干燥包括：采用本发明的气吹干燥装置进行首次干燥，首次干燥完成后，将丝束6导入烘箱再次进行干燥。
95.对比例1：
96.本对比例与实验例1的区别仅在于步骤4)中的一次干燥为将丝束6直接导入烘箱进行干燥。
97.本发明对上述实验例1和对比例1得到的12k碳纤维的强度、含胶量、耐水集束性、勾接强力、线密度、纤维直径等进行了测定。
98.其中，勾接强力参照国际标准iso5079—1977《纺织品——化学纤维——单根纤维断裂强力和断裂伸长的测定》进行测定。
99.纤维含胶量的测定方法为：取一定重量的12k碳纤维，用丙酮溶剂洗去纤维表层胶后烘干称重，计算质量差，得出纤维含胶量。
100.线密度参照国家标准gbt30019-2013《碳纤维密度的测定》进行测定。
101.检测结果如下表1所示：
102.表1：
103.性能实验例1对比例1强度4400mpa4200mpa含胶量1.4
±
0.1％1.3
±
0.2％耐水集束性水浸30min后，退绕不粘连水浸20min后，退绕不粘连勾接强力45n30n线密度795
±
5mg/m790
±
10mg/m纤维直径7.5um7um
104.由上表可知，实验例1制备得到的12k碳纤维的强度和勾接强力较大，即通过气吹
干燥装置对碳纤维进行干燥，提升了碳纤维的强度。实验例1制备得到的12k碳纤维含胶量高于对比例1的碳纤维的含胶量，表明实验例1的上浆工序中上浆效果好，也即经过气吹干燥后，提升了丝束6与基体树脂的结合能力,进一步提高了纤维的上浆效果，改善了纤维的性能。
105.此外，实验例1制备得到的12k碳纤维耐水集束性远远好于对比例1的耐水集束性。即实验例1制备得到的12k碳纤维合股成纱线状，增加了碳纤维的表面极性、韧性和强度。
106.本发明中，实验例1制备得到的12k碳纤维线密度和纤维直径较大，有利于提升纤维的强度。此外，实验例1制备得到的12k碳纤维的展平宽度为7.5cm，对比例1的碳纤维的展平宽度为7cm，即实验例1的碳纤维展平宽度大于对比例1的展平宽度，有利于后续的上浆和烘干工序。
107.通过本发明的纤维水洗干燥装置制备纤维，能够有效提高纤维的干燥效率，降低生产成本，经检测平均每小时能够节约1000kwh的电能，使得纤维生产更加节能、环保、高效。
108.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

技术特征：

1.一种纤维水洗干燥装置，包括水洗槽，其特征在于：还包括气吹干燥装置，所述气吹干燥装置具有出风口，所述出风口位于水洗槽的液位上方，用于向水洗后的丝束吹风。2.根据权利要求1所述的一种纤维水洗干燥装置，包括设置在水洗槽液位上方的导丝辊，丝束经水洗槽水洗后由导丝辊牵引导出，其特征在于：所述出风口朝向所述导丝辊设置，用于向导丝辊上的丝束吹风。3.根据权利要求2所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：所述出风口设置在所述导丝辊的上方；优选的，导丝辊具有周侧壁，出风口的横截面具有中心点，过所述中心点可引与所述周侧壁的径向横截面相切的切线，所述出风口朝向所述切线延伸的方向设置；优选的，导丝辊的周侧壁上具有与所述切线相切的切点，出风口的出风方向与丝束在所述切点处的运行方向相反。4.根据权利要求2或3所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：所述气吹干燥装置包括：空气压缩机，具有排气口；内部中空的吹气轴，与所述排气口连通，所述出风口设置在所述吹气轴上并与所述吹气轴内部连通，所述吹气轴设置在水洗槽的液位上方且吹气轴的中心轴线与导丝辊的中心轴线平行设置；优选的，所述吹气轴设置在导丝辊上方。5.根据权利要求4所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：所述吹气轴具有周侧壁，周侧壁上设置若干所述出风口，若干所述出风口沿着吹气轴的中心轴线方向呈直线型排布在吹气轴的周侧壁上。6.根据权利要求4所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：所述吹气轴具有周侧壁，周侧壁上至少设置一个出风口，出风口沿着吹气轴的中心轴线方向由吹气轴的一端向另一端延伸设置。7.根据权利要求4所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：纤维水洗干燥装置包括支架，所述支架上包括用于设置导丝辊的第一安装部和位于第一安装部上方的第二安装部，所述吹气轴设置在所述第二安装部上。8.根据权利要求2或3所述的一种纤维水洗干燥装置，其特征在于：所述气吹干燥装置包括：若干气吹单元，每个气吹单元均设置对应的空气压缩机和出风口，若干气吹单元的出风口沿着导丝辊的中心轴线方向排布在水洗槽的液位上方；优选的，若干气吹单元的出风口沿着导丝辊的中心轴线方向排布在导丝辊上方。9.一种纤维的制备方法，其特征在于：采用上述权利要求1-8任一所述的纤维水洗干燥装置对水洗后的丝束进行吹风干燥。10.根据权利要求8所述的一种纤维的制备方法，其特征在于：吹风的风压与丝束的运行速度呈正相关关系。

技术总结

本发明公开了一种纤维水洗干燥装置及纤维的制备方法，纤维水洗干燥装置包括水洗，还包括气吹干燥装置，所述气吹干燥装置具有出风口，所述出风口位于水洗槽的液位上方，用于向水洗后的丝束吹风。本发明通过设置气吹干燥装置对水洗后的丝束进行吹风干燥，能够有效去除丝束表面的水分以及水分中存在的离子，提升了丝束与基体树脂的结合能力，进一步提升了纤维的力学性能；本发明的纤维水洗干燥装置干燥效率高，干燥效果好，有利于提升纤维的生产效率，降低生产成本，增加经济效益。增加经济效益。增加经济效益。