CN107289806A - 一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法，该装置包括静态混合换热器、板式加热器、板式冷却器；还包括：电磁泵，其进口端与静态混合换热器的夹套相连，出口端与板式加热器、板式冷却器相连；三通调节阀，第一端与板式加热器相连，第二端与板式冷却器相连，第三端与静态混合换热器相连；控制器，与三通调节阀相连，用于根据预设温度调节三通调节阀的第一端与第二端的流量。该方法包括：启动电磁泵，使静态混合换热器的夹套内的液体进行循环；根据预设温度调节三通调节阀，三通调节阀的三端分别与板式加热器、板式冷却器、静态混合换热器的夹套相连通。本发明能够有效控制纺前原液的温度，提高碳纤维原丝的质量。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维生产技术领域，尤其涉及一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法。
背景技术
原丝的凝固成形是碳纤维生产中最重要的工序之一。而纺前原液温度影响喷丝时初生纤维的形成、原丝的质量和牵伸卷绕的正常进行。若该阶段在原丝中形成一定的缺陷，结构的遗传性使得最终的碳纤维结构不完善、性能降低。
在以硫氰酸钠(NaSCN)水溶液为溶剂的湿法纺丝过程中，纺丝原液的动力学粘度对温度较为敏感，动力学粘度直接影响纺丝原液的可纺性，只有在适当的粘度条件下，才可能进行连续纺丝并获得性能优良的碳纤维原丝。
原液温度过低，溶胶粘度增大，流动性差，吐丝困难，牵伸时断头增加；同时，由于粘度增大，喷丝板压力增加，加速喷丝板的变形，断丝增多，可纺性降低；原液温度过高，剪切应力减小，纺丝原液的粘度降低，原液与喷丝板之间表面张力减小，纺丝原液极易发生毛细破坏。
可见，温度直接影响纺丝原液的可纺性。只有在适当的温度条件下，才可能进行连续纺丝而获得性能优良的纤维。
目前，纺前原液温度由二级原液冷却器控制，聚合输送过来的较高温度原液储存在纺丝车间原液储罐中，经过静止脱泡后，由二级原液输送泵送至二级原液冷却器，进行冷却后由压滤机输送泵输送至压滤机进行一级过滤，过滤后的原液由三级增压泵输送到烛型过滤器，进行精度更高的二级过滤后输送至纺丝计量泵，再经过烧结滤器三级过滤进入喷丝头纺丝。二级冷却器到计量泵的管线长为105米。其间原液温度在26.0～38.0℃，波动较大。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法，将静态混合换热器、板式加热器与板式冷却器通过三通调节阀相连，通过调整三通调节阀的流量，进行精准温度控制，从而改进目前生产工艺中单一的冷却器控制纺前原液温度的方式，精确控制纺前原液温度，稳定纺前原液的动力学粘度，减少初生纤维的断丝数和毛丝量。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，包括静态混合换热器、板式加热器、板式冷却器；还包括：
电磁泵，其进口端与所述静态混合换热器的夹套相连，出口端与所述板式加热器、板式冷却器相连；
三通调节阀，第一端与所述板式加热器相连，第二端与所述板式冷却器相连，第三端与所述静态混合换热器相连；
控制器，与所述三通调节阀相连，用于根据预设温度调节所述所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
可选地，还包括：
第一水温传感器，安装在所述静态混合换热器与所述电磁泵之间；
第二水温传感器，安装在所述三通调节阀与所述静态混合换热器之间。
可选地，所述控制器还用于接收所述第一水温传感器的第一温度检测值与所述第二水温传感器的第二温度检测值，并据此调节所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
可选地，所述控制器还用于接收所述第一水温传感器的第一温度检测值与所述第二水温传感器的第二温度检测值，若所述第一温度检测值小于所述第二温度检测值则使所述三通调节阀的第一端的流量增大，若所述第一温度检测值大于所述第二温度检测值则使所述三通调节阀的第二端的流量增大。
可选地，还包括：
低压蒸汽进口调节阀，与所述板式加热器相连；
冷水进口调节阀，与所述板式冷却器相连。
可选地，所述控制器还用于获取经由所述静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对所述预设温度进行补偿调整。
根据本发明的另一个方面，提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，其特征在于，包括：
启动电磁泵，使位于静态混合换热器的夹套内的液体分成两部分，并分别经由板式加热器和板式冷却器后再次进入到所述静态混合换热器的夹套内；
根据预设温度调节三通调节阀，所述三通调节阀的第一端、第二端、第三端分别与板式加热器、板式冷却器、静态混合换热器的夹套相连通。
可选地，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取所述液体在进入到所述电磁泵之前的第一温度检测值；获取所述液体在进入所述静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；
根据所述第一温度检测值和第二温度检测值调节所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
可选地，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取所述液体在进入到所述电磁泵之前的第一温度检测值；获取所述液体在进入所述静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；
判断所述第一温度检测值是否小于所述第二温度检测值；
若是，则使所述三通调节阀的第一端的流量增大；
若否，则使所述三通调节阀的第二端的流量增大。
可选地，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取经由所述静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对所述预设温度进行补偿调整。
本发明提供了一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法，用磁力泵一直将夹套内的液体打循环，循环的夹套水在磁力泵的出口分为两部分，这两部分夹套水分别通过板式加热器和板式冷却器，然后在三通调节阀处汇合，三通调节阀将按照预设温度，通过控制器控制通过加热水和冷却水的流量来准确的控制夹套水的温度，继而通过静态混合换热器和原液换热，精确控制原液的温度。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明实施例的碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置的结构示意图。
图2为本发明另一实施例的碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，包括静态混合换热器11、板式加热器12、板式冷却器13；该静态混合换热器11包括夹套以及设置在管程内的管式静态混合器，一般地，在将静态混合换热器11接到原液管线时，需要使原液输送流向和夹套水流向相反；该碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置还包括：
电磁泵14，其进口端与静态混合换热器11的夹套相连，出口端与板式加热器12、板式冷却器13相连；也就是说，本实施例中，电磁泵14的出口分成两路，分别与板式加热器12、板式冷却器13相连；
三通调节阀15，第一端与板式加热器12相连，第二端与板式冷却器13相连，第三端与静态混合换热器11相连；
控制器18，与三通调节阀15相连，用于根据预设温度调节三通调节阀15的第一端与第二端的流量。
在图1对应的实施例的基础上，如图2所示，本实施例提供的碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置10除了包括通过三通调节阀15相连的静态混合换热器11、板式加热器12、板式冷却器13，以及与静态混合换热器11相连的电磁泵14、与三通调节阀15相连的控制器18之外；还包括：
第一水温传感器16，安装在静态混合换热器11与电磁泵14之间；
第二水温传感器17，安装在三通调节阀15与静态混合换热器11之间。
此时，控制器还可以用于接收第一水温传感器16的第一温度检测值与第二水温传感器17的第二温度检测值，并据此调节三通调节阀15的第一端与第二端的流量。
在具体实施时，若第一温度检测值小于第二温度检测值，说明静态混合换热器11内的原液温度下降；此时可以使三通调节阀的第一端的流量增大，也就是使热水侧开度增大；进入加热状态，使静态混合换热器11内的原液升温。
若第一温度检测值大于第二温度检测值，说明静态混合换热器11内的原液温度上升；此时可以使三通调节阀的第二端的流量增大，也就是使冷水侧开度增大；进入冷却状态，使静态混合换热器11内原液降温。
在本发明的另一实施例中，还包括低压蒸汽进口调节阀18，与板式加热器12相连；冷水进口调节阀19，与板式冷却器13相连。该低压蒸汽进口调节阀18及冷水进口调节阀19同样可以通过控制器控制以调节流量。
可选地，在图1或图2任一对应的实施例的基础上，上述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置接入原液管线21后，还可以在原液管线21上设置温度测量仪22，以测量经由静态混合换热器的原液的温度；控制器还用于获取经由静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对预设温度进行补偿调整。
在具体实施时，可以使用脱盐水作为原液的温控媒介进行循环运行，夹套内的液体的温度可以控制在25.0℃至35.0℃之间，精度为0.1℃。
根据本发明的另一个方面，提供一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，包括以下步骤：
S1、启动电磁泵，使位于静态混合换热器的夹套内的液体分成两部分，并分别经由板式加热器和板式冷却器后再次进入到静态混合换热器的夹套内；
S2、根据预设温度调节三通调节阀，三通调节阀的第一端、第二端、第三端分别与板式加热器、板式冷却器、静态混合换热器的夹套相连通。
在具体实施时，电磁泵的出口端连接板式加热器和板式冷却器后依次连接三通调节阀、静态混合换热器、连接电磁泵的进口端构成循环。
上述步骤S2可以包括：获取液体在进入到电磁泵之前的第一温度检测值；获取液体在进入静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；根据第一温度检测值和第二温度检测值调节三通调节阀的第一端与第二端的流量。
在本发明的另一实施例中，上述步骤S2可以包括：
获取液体在进入到电磁泵之前的第一温度检测值；获取液体在进入静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；
判断第一温度检测值是否小于第二温度检测值；
若是，则使三通调节阀的第一端的流量增大；
若否，则使三通调节阀的第二端的流量增大。
可见，本实施例中，若第一温度检测值小于第二温度检测值，说明静态混合换热器内的原液温度下降；此时可以使三通调节阀的第一端的流量增大，也就是使热水侧开度增大；进入加热状态，使静态混合换热器内的原液升温。
若第一温度检测值大于第二温度检测值，说明静态混合换热器内的原液温度上升；此时可以使三通调节阀的第二端的流量增大，也就是使冷水侧开度增大；进入冷却状态，使静态混合换热器内原液降温。
可选地，还可以包括：获取经由静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对预设温度进行补偿调整。
下面通过具体实施例和对比例进一步说明本发明：
具体实施例：
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维原丝，硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体异康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到丙烯腈聚合液，然后两级过滤加压后输送至计量泵、喷丝头纺丝。在纺丝原液前使用图1的装置进行处理。车间环境温度为22.0℃～38.0℃，纺前原液温度能够保持平稳，温度测量值稳定在29.0℃～31.0℃；纺前原液动力学粘度(poise,30℃)在330.17～343.91之间波动，纺前原液粘度明显趋于平稳态势，利于丝束均匀成型，得到均质稳定原丝；丝束在纺丝浴液提丝辊处的断丝数平均每分钟为1.8根；每班收集1小时集束辊刮板毛丝称重为0.03g～0.07g；
对比例：
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维原丝，硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体异康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到丙烯腈聚合液，然后两级过滤加压后输送至计量泵、喷丝头纺丝。车间环境温度在22.0℃～38.0℃之间波动，纺前原液温度测量值26.0℃～38.0℃波动，纺前原液随车间温度变化较大，对丝束凝固成型影响较大；纺前原液动力学粘度(poise,30℃)在400.33～400.78之间波动。丝束在纺丝浴液提丝辊处的断丝数平均每分钟为4.5根。每班收集1小时集束辊刮板毛丝称重为0.25g～0.35g。
通过实施例和对比例的数据可以看出，本发明的装置可以有效的控制纺前原液温度，稳定纺前原液动力学粘度，利于丝束均匀成型，得到均质稳定原丝，断丝数、刮板毛丝量明显减少，得到温度稳定的纺丝原液及均质的原丝。
本发明提供了一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置及其方法，将需要生产的纺前原液，通过静态混合换热器进行热交换控温，在换热器出口加装测温元件，进行精准温度控制，从而使纺前原液温度平稳精确到工艺要求，可以精确有效的控制纺前原液温度，得到温度稳定的纺丝原液及均质的原丝。本发明能够有效控制纺前原液的温度，稳定初生纤维的凝固成型，从而提高了碳纤维原丝的质量。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，包括静态混合换热器、板式加热器、板式冷却器；还包括：
电磁泵，其进口端与所述静态混合换热器的夹套相连，出口端与所述板式加热器、板式冷却器相连；
三通调节阀，第一端与所述板式加热器相连，第二端与所述板式冷却器相连，第三端与所述静态混合换热器相连；
控制器，与所述三通调节阀相连，用于根据预设温度调节所述所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
2.根据权利要求1所述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，还包括：
第一水温传感器，安装在所述静态混合换热器与所述电磁泵之间；
第二水温传感器，安装在所述三通调节阀与所述静态混合换热器之间。
3.根据权利要求2所述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，所述控制器还用于接收所述第一水温传感器的第一温度检测值与所述第二水温传感器的第二温度检测值，并据此调节所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
4.根据权利要求2所述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，所述控制器还用于接收所述第一水温传感器的第一温度检测值与所述第二水温传感器的第二温度检测值，若所述第一温度检测值小于所述第二温度检测值则使所述三通调节阀的第一端的流量增大，若所述第一温度检测值大于所述第二温度检测值则使所述三通调节阀的第二端的流量增大。
5.根据权利要求1所述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，还包括：
低压蒸汽进口调节阀，与所述板式加热器相连；
冷水进口调节阀，与所述板式冷却器相连。
6.根据权利要求1所述碳纤维原丝纺前原液温度控制的装置，其特征在于，所述控制器还用于获取经由所述静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对所述预设温度进行补偿调整。
7.一种碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，其特征在于，包括：
启动电磁泵，使位于静态混合换热器的夹套内的液体分成两部分，并分别经由板式加热器和板式冷却器后再次进入到所述静态混合换热器的夹套内；
根据预设温度调节三通调节阀，所述三通调节阀的第一端、第二端、第三端分别与板式加热器、板式冷却器、静态混合换热器的夹套相连通。
8.根据权利要求7所述的碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，其特征在于，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取所述液体在进入到所述电磁泵之前的第一温度检测值；获取所述液体在进入所述静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；
根据所述第一温度检测值和第二温度检测值调节所述三通调节阀的第一端与第二端的流量。
9.根据权利要求7所述的碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，其特征在于，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取所述液体在进入到所述电磁泵之前的第一温度检测值；获取所述液体在进入所述静态混合换热器的夹套之前的第二温度检测值；
判断所述第一温度检测值是否小于所述第二温度检测值；
若是，则使所述三通调节阀的第一端的流量增大；
若否，则使所述三通调节阀的第二端的流量增大。
10.根据权利要求7所述的碳纤维原丝纺前原液温度控制的方法，其特征在于，所述根据预设温度调节三通调节阀包括：
获取经由所述静态混合换热器的原液的温度检测值，并据此对所述预设温度进行补偿调整。
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