干噴濕紡法紡絲噴絲組件升降裝置探究

朱延松 于素梅

(連云港鷹游紡機(jī)有限責(zé)任公司，江蘇連云港 222062)

0 引言

優(yōu)質(zhì)原絲是生產(chǎn)高質(zhì)量碳纖維的前提。干噴濕法紡絲作為一種新的紡絲方法，早在20世紀(jì)60年代日本就應(yīng)用了相關(guān)技術(shù)。國內(nèi)從20世紀(jì)70年代后期進(jìn)行了干噴濕紡相關(guān)技術(shù)研究。近些年來，隨著我國整體實力的不斷提升，對碳纖維特別是高質(zhì)量的碳纖維的需求也與日俱增，相關(guān)院校和企業(yè)加大了對碳纖維原絲及碳化生產(chǎn)線的研發(fā)力度，繼成功實現(xiàn)T300級碳纖維濕法紡絲PAN原絲及碳化規(guī)模化生產(chǎn)之后，在T700級碳纖維干噴濕紡紡絲的技術(shù)研究與應(yīng)用方面也取得了突破性進(jìn)展。

1 干噴濕紡原理

干噴濕紡紡絲原理圖見圖1。

由噴絲板擠出的紡絲原液先通過一段干段空氣層或氮氣保護(hù)層(通常是空氣層)后再進(jìn)入凝固浴。與濕法紡絲相比，由于紡絲原液形成的細(xì)流先通過干段空氣層，干段空間溶劑濃度為零，在濃差作用下紡絲原液細(xì)流中的溶劑向空間揮發(fā)，通過單擴(kuò)散作用在細(xì)流表皮層形成一層薄而致密的柔軟疏水層，細(xì)流在向下的軸向應(yīng)力作用下，逐步被拉伸而細(xì)旦化[1]。絲條被干段牽伸后進(jìn)入凝固浴進(jìn)行雙擴(kuò)散和相分離，形成凝膠絲條。干噴空氣段的長度一般取3-15mm，多數(shù)取3-10mm[2]。紡絲原液被擠出噴絲孔后，鋪展在噴絲板表面，當(dāng)向下的單軸向應(yīng)力小于噴絲孔的表面張力時，細(xì)流不容易得到有效牽伸，從而形成所謂的“掉塊”現(xiàn)象；當(dāng)單軸向應(yīng)力大于細(xì)流的內(nèi)聚力時，又容易造成“斷絲”現(xiàn)象。為方便清理“掉塊”和避免“斷絲”現(xiàn)象，干噴空氣段長度在生產(chǎn)過程中需根據(jù)工藝要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。因此干噴濕紡法紡絲其噴絲組件需上下可調(diào)。

2 噴絲組件升降裝置

用于調(diào)節(jié)噴絲組件升降的方法較多。但國內(nèi)外相關(guān)報道很少。一般可采用手動升降或用減速電動驅(qū)動實現(xiàn)自動升降。

2.1 半翻轉(zhuǎn)式手動升降裝置

半翻轉(zhuǎn)式手動升降裝置的設(shè)計思路來自于濕法紡絲。通常濕法紡絲采用鵝頸管式翻轉(zhuǎn)組件。半翻轉(zhuǎn)式噴絲組升降裝置即可以像濕法紡絲那樣實現(xiàn)噴絲頭的翻轉(zhuǎn)操作，同時也可實現(xiàn)噴絲組件的上下調(diào)節(jié)。具體結(jié)構(gòu)見圖2。

固定調(diào)節(jié)座可實現(xiàn)噴絲頭組件初定位，實現(xiàn)空氣層高度的粗定位。噴絲頭組件通過調(diào)節(jié)螺套與限位螺套等與翻轉(zhuǎn)板聯(lián)接，聯(lián)接后的組件可通過銷軸實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)操作，翻轉(zhuǎn)到位后可方便更換噴絲板。調(diào)節(jié)螺套與翻轉(zhuǎn)板之間的聯(lián)接為螺紋聯(lián)接，可在紡絲過程中對干段空氣層的高度進(jìn)行微調(diào)。此種調(diào)節(jié)方式的缺點是螺紋的配合精度對調(diào)節(jié)有一定的影響，加工精度對保證噴絲板面的水平即干段空氣層高度的一致性也有一定的影響。因此對加工精度要求較高。

2.2 雙導(dǎo)柱式手動升降裝置

圖3是雙導(dǎo)柱式手動升降裝置的示意圖。噴絲頭組件與升降臺相連，通過轉(zhuǎn)動手輪可使調(diào)節(jié)絲桿與調(diào)節(jié)螺母的相對位置發(fā)生改變，在導(dǎo)柱的限位作用下，升降臺帶動噴動頭組件上下運動。相比于前一種裝置，空氣層的調(diào)節(jié)范圍要大許多。而且由于采用導(dǎo)柱限位，也消除了螺紋間隙帶來誤差的影響。其缺點是裝置相對比較復(fù)雜，但調(diào)節(jié)較為方便。

2.3 電動控制升降裝置

除了應(yīng)用手動方式進(jìn)行噴絲組件升降調(diào)節(jié)外，目前已實現(xiàn)用電動方式控制噴絲組件升降。其主要原理是通過伺服或變頻電機(jī)驅(qū)動變速箱(通常是減速比較大的減速箱)帶動滾珠絲桿副或螺紋副實現(xiàn)自動升降，安裝有噴絲頭組件的升降臺在導(dǎo)軌的限位作用下只能沿豎直方向上下運動。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

該裝置的優(yōu)點是操作精度高，可消除人為操作帶來誤差的影響，同時由于采用導(dǎo)軌限位和滾珠絲桿副或螺紋副等進(jìn)行調(diào)節(jié)，可大大提高調(diào)節(jié)精度。缺點是占用空間較大，成本也相對較高。

以上各種升降裝置的使用前提是原液進(jìn)管與原液輸送管道之間采用軟聯(lián)接，以方便組件上下調(diào)節(jié)。且各種調(diào)節(jié)方式均可添加激光或超聲波檢測裝置，實時檢測干段空氣層的高度，從而實現(xiàn)干段空氣層高度的精密調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語

干噴濕法紡絲工藝作為生產(chǎn)高質(zhì)量碳纖維所用原絲的重要方法，在國內(nèi)還有很長的一段路要走。本文闡述了幾種通過在生產(chǎn)實踐過程中總結(jié)出的噴絲頭組件升降調(diào)節(jié)裝置，既有其一定的實用性，可能也還有不足之處。目的是供熱愛碳纖維特別是碳纖維相關(guān)設(shè)備研制的人員共同探討。

[1]賀福.碳纖維及石墨纖維[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2010:85-86

[2]賀福.碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:41