专利名称：一种纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及碳纤维原丝纺织设备技术领域，具体涉及到一种有关纤维加压水蒸汽 牵伸的保压装置。
背景技术：
碳纤维是一种具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、良好的导热导电性等，多 学科、多技术的高新技术产品。主要应用于航空航天、汽车工业、文体器材领域，在医用器 械、新能源、土木工程建筑、海底石油等领域，都有很好的应用前景。碳纤维制造过程中，高质量的原丝是制造高性能碳纤维的关键，加压水蒸汽牵伸 装置在原丝生产中属于关键性设备，直接影响着高性能碳纤维的生产。在加压水蒸汽牵伸 装置中保压装置起到举足轻重的作用，国内生产的加压水蒸汽牵伸装置在纺丝过程中虽然 也能起到关键性作用，由于内部高温水蒸汽的压力不能达到工艺要求，导致碳纤维原丝丝 束在加压水蒸汽牵伸装置不能达到高倍牵伸。在现有的技术基础上设计开发，保证碳纤维原丝丝束在加压水蒸汽牵伸过程中达 到恒定的温度、压力和表面均勻水分子膜的顺利形成，使纤维丝束在高温、高压与水分子膜 增塑的作用下，达到2 5倍的高倍牵伸。有效的提高了原丝的高取向度、高强度，保证高 质量碳纤维原丝丝束的生产制造。
发明内容
为了解决现有的纤维加压水蒸汽牵伸装置内部压力不能达到工艺要求，无法达到 高倍牵伸的技术问题，本发明提供一种纤维加压水蒸汽牵伸的保压装置。本发明的技术解决方案纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特殊之处在于它包括牵伸腔，所述牵伸腔内 沿丝束前进方向依次设置有进丝汽封部件、预热牵伸腔、中间汽封部件、加热牵伸腔以及出 丝汽封部件，所述预热牵伸腔上设置有用于给预热牵伸腔供水蒸汽的预热水蒸汽管，所述 加热牵伸腔上设置有用于给加热牵伸腔供水蒸汽的加热水蒸汽管，其特征在于所述预热牵伸腔外中设置有预热蒸汽室，所述预热牵伸腔壁为多孔材料，所述预 热蒸汽室与预热水蒸汽管连通，所述加热牵伸腔外中设置有加热蒸汽室，所述加热牵伸腔壁为多孔材料，所述加 热蒸汽室与加热水蒸汽管连通。上述预热水蒸汽管和预热牵伸腔之间设置有预加热单元，所述加热水蒸汽管和加 热牵伸腔之间设置有加热单元。 上述的预加热单元包括保温层以及设置在保温层中的加热丝，所述加热单元包括 保温层以及设置在保温层中的加热丝。 上述预热牵伸腔通过支撑体固定在预热蒸汽室内，所述加热牵伸腔通过支撑体固 定在加热蒸汽室内。
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上述入口汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿；所述中间汽封部件为设 置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿；所述出口汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封 齿。上述多孔材料为金属合金、不锈钢、镍或钛。上述牵伸装置还包括进丝泄漏量调节板和出丝泄漏量调节板，所述进丝泄漏量调 节板设置在进丝汽水收集装置的进丝口，所述出丝泄漏量调节板设置在出丝汽水收集装置 的出丝口。上述牵伸腔两端还设置有进丝汽水收集装置和出丝汽水收集装置。上述预热牵伸腔上设置有用于测试预热牵伸腔内压力的预热压力计，所述水蒸汽 在经预热加热单元前还经过设置在预热水蒸汽管上的预调节阀，所述预调节阀与预热压力 计连接；所述加热牵伸腔上设置有用于测试加热牵伸腔内压力的预热压力计，所述水蒸汽 在经加热单元前还经过设置在加热水蒸汽管上的调节阀，所述调节阀与预热压力计连接。上述迷宫密封齿的截面为椭圆、矩形或圆形。本发明所具有的优点1、本发明在预热牵伸腔和加热牵伸腔中均设置了多孔材料，水蒸汽的均勻分布主 要利用多孔材料的耐高温、耐腐蚀、抗热震，和良好的导热透过等优越性能，使水蒸汽在压 力的作用下，通过多孔材料稀疏的小孔均勻的分布于整个预热牵伸腔、加热牵伸腔，并不会 在局部丝束产生过蒸汽吹扫，避免碳纤维原丝丝束上下振动产生毛丝或断丝。2、碳纤维原丝丝束通过水蒸汽牵伸装置中高温高压饱和水蒸汽后，在高温高压饱 和水蒸汽的作用下，使碳纤维原丝丝束温度更容易达到其玻璃化温度(Tg = 80 110°C )， 并在碳纤维原丝丝束表面形成了均勻的水分子膜，提高丝束的塑化性，在牵伸力的作用下， 可达到2 5倍的高倍牵伸。更有效的提高碳纤维原丝的取向度和强度，保证高性能碳纤 维的生产制造。3、多级迷宫式密封装置采用截面不同形状结构的密封齿，该密封齿可采用不锈 钢、陶瓷等材料加工。水蒸汽通过齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空间，曲折迷宫的 间隙产生节流效应达到内部保压作用，使腔体内部压力与温度达到恒定，达到保压。4、本发明在牵伸腔的两端设置汽水收集装置主要作用是将腔体内部排出的高温 水蒸汽在合理放大腔中扩大减压、降低温度，再通过排水排气管将汽水引入收集罐内，减少 能源的浪费，降低能耗。
图1为本发明纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置的结构示意图；图2为本发明加热单元的结构示意图；图3多迷宫密封齿的截面形状结构示意图；其中附图标记为1-进丝泄漏量调节板，2-进丝汽水收集装置，3-进丝汽封部件， 4-预热牵伸腔，5-加热牵伸腔，6-出丝汽水收集装置，7-出丝泄漏量调节板，8-预热水蒸 汽管，9-加热水蒸汽管，10-中间汽封部件，11-预加热单元，12-预调节阀，13-出丝汽封部 件，14-预热压力计，15-加热压力计，16-加热单元，17-调节阀，18-预热蒸汽室，19-加热 蒸汽室，20-支撑体，1101-加热丝，1102-保温层。
具体实施例方式一种纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，它包括牵伸腔以及设置在牵伸腔两端的进 丝汽水收集装置和出丝汽水收集装置，所述牵伸腔内沿丝束前进方向依次设置的进口汽封 部件、预热牵伸腔、中间汽封部件、加热牵伸腔以及出丝汽封部件，所述预热牵伸腔上设置 有用于给预热牵伸腔供水蒸汽的预热水蒸汽管，所述加热牵伸腔上设置有用于给加热牵伸 腔供水蒸汽的加热水蒸汽管，预热牵伸腔里设置有多孔材料，多孔材料和预热牵伸腔之间 为预热水蒸汽室，预热牵伸腔中的多孔材料采用支撑体限位固定，如图1所示，加热牵伸腔 里设置有多孔材料，多孔材料和加热牵伸腔加热牵伸腔中的多孔材料采用支撑体限位固 定，如图1所示，牵伸装置还包括进丝泄漏量调节板和出丝泄漏量调节板，进丝泄漏量调节 板设置在进丝汽水收集装置的进丝口，出丝泄漏量调节板设置在出丝汽水收集装置的出丝 口。预热水蒸汽管和预热牵伸腔之间设置有预加热单元，加热水蒸汽管和加热牵伸腔之间 设置有加热单元。预热牵伸腔上设置有用于测试预热牵伸腔内压力的预热压力计，水蒸汽 在经预热加热单元前还经过设置在预热水蒸汽管上的预调节阀，预调节阀与预热压力计连 接。加热牵伸腔上设置有用于测试加热牵伸腔内压力预热压力计，水蒸汽在经加热单元前 还经过设置在加热水蒸汽管上的调节阀，调节阀与预热压力计连接。多孔材料为金属合金、 不锈钢、镍或钛。入口汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿；中间汽封部件为设置 在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿；出口汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿。预热牵伸腔可以通过多种方式固定在预热蒸汽室内，比如设置在预热牵伸腔两端 的圆环状支撑体。加热牵伸腔可以通过多种方式固定在加热蒸汽室内，比如设置在加热牵 伸腔两端的圆环状支撑体。如图2所示，预加热单元包括保温层以及设置在保温层中的加热丝，加热单元包 括保温层以及设置在保温层中的加热丝。如图3所示，迷宫密封齿的截面为椭圆、矩形或圆形。本发明在碳纤维原丝制造过程中，有利提高了高倍牵伸的加压水蒸汽牵伸装置中 水蒸汽的压力。碳纤维原丝丝束通过水蒸汽牵伸装置中高温高压饱和水蒸汽后，在高温 高压饱和水蒸汽的作用下，使碳纤维原丝丝束温度更容易达到其玻璃化温度(Tg = 80 110°C)，并在碳纤维原丝丝束表面形成了均勻的水分子膜，提高丝束的塑化性，在牵伸力的 作用下，可达到2 5倍的高倍牵伸。更有效的提高碳纤维原丝的取向度和强度，保证高性 能碳纤维的生产制造。本发明其主要结构由预热牵伸腔、加热牵伸腔、多孔材料水蒸汽均勻分布腔、多级 式迷宫密封装置、汽水收集装置、泄漏量调节板等装置组成。其结构简单便于加工安装，并 能达到加压水蒸汽牵伸装置中水蒸汽的压力，保证碳纤维原丝丝束的高质量。水蒸汽的均勻分布主要利用多孔材料的耐高温、耐腐蚀、抗热震，和良好的导热透 过等优越性能，使水蒸汽在压力的作用下，通过多孔材料稀疏的小孔均勻的分布于整个预 热段、加热牵伸段腔体，并不会在局部丝束产生过蒸汽吹扫，碳纤维原丝丝束上下振动产生 毛丝或断丝。多级迷宫式密封装置采用截面不同形状结构的密封齿，该密封齿可采用不锈钢、 陶瓷等材料加工。水蒸汽通过齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空间，曲折迷宫的间隙产生节流效应达到内部保压作用，使腔体内部压力与温度达到恒定。汽水收集装置主要作用是将腔体内部排出的高温水蒸汽在合理放大腔中扩大减 压、降低温度，再通过排水排气管将汽水引入收集罐内，减少能源的浪费，降低能耗。泄漏量调节板布置于加压水蒸汽牵伸装置端口，由于从迷宫密封齿排出的水蒸汽 经过汽水收集装置的放大作用气体泄漏量将会减小，但端口出气截面过大又会增加气体的 泄漏量。通过泄漏量调节板将端口出气截面进行调整，即能减小水蒸汽泄漏量，又能保证内 部水蒸汽的压力损失，起到更好的保压作用。多孔材料水蒸汽均勻分布腔、多级式迷宫密封装置、汽水收集装置、泄漏量调节板 等装置的合理安装。更容易达到加压水蒸汽牵伸装置中水蒸汽的压力，使碳纤维原丝丝束 易达到玻璃化温度，并能够在纤维丝束表面形成良好的水分子膜，为纤维丝束提高增塑效 果。使碳纤维原丝丝束在高温、高压与水分子膜增塑的作用下，达到2 5倍的高倍牵伸， 保证碳纤维原丝丝束的高质量。本发明主要应用于加压水蒸汽牵伸装置主体结构，提供了碳纤维原丝丝束的高质
量生产。碳纤维原丝丝束在纺丝过程中加压水蒸汽牵伸是提高丝束强度、高取向度和纤度 的关键设备，关键设备的内部压力与温度的控制也起到关键性的作用。只有保证预热、加热 牵伸腔体内部温度、压力和水蒸汽干度的恒定，才能保证碳纤维原丝丝束的高质量稳定生 产。在这里本发明提供的一种有关纤维加压水蒸汽高倍牵伸的保压装置，能更好的保证预 热、加热牵伸腔体内部温度、压力和水蒸汽干度的恒定，是碳纤维原丝丝束在牵伸力、高温、 高压与水分子膜增塑作用下达到高倍牵伸的目的。下面对本发明的实施例进行说明本发明主要适用于碳纤维原丝纺织设备技术领域。主要作用是保证加压水蒸汽牵 伸装置内部的压力、温度与碳纤维原丝丝束表面增塑水分子膜的形成。本发明能保证加压水蒸汽牵伸装置预热、加热牵伸腔体内部恒定的温度、压力和 水蒸汽干度，碳纤维原丝丝束在牵伸力、高温、高压与水分子膜增塑作用下达到2 5倍高 倍牵伸。本发明其组成结构主要如图1所示。本发明中多孔材料采用金属合金、不锈钢、镍及钛等耐高温、耐腐蚀材料。在水蒸 汽在压力的作用下，通过多孔材料稀疏的小孔均勻的分布于整个预热段、加热牵伸段腔体， 并不会在局部丝束产生过蒸汽吹扫，碳纤维原丝丝束也不会上下跳动产生毛丝或断丝。本发明中多级式迷宫密封装置利用不同的密封齿截面形状与尺寸变化，齿与齿之 间形成了一系列截流间隙与膨胀空腔，水蒸汽通过不同截面形状与尺寸的曲折迷宫的间隙 时产生节流效应达到阻漏保压目的。本发明中汽水收集装置设置在原丝进出口处的旁路上，通过排气管将蒸汽和冷凝 水引入收集罐内，减少能源的浪费，降低能耗。本发明中泄漏量调节板通过泄漏量调节板将端口出气截面进行调整，减小水蒸汽 泄漏量，保证内部水蒸汽的压力损失起到更好的保压作用。本发明不受本实施例的限制，任何采用等效替换取得的技术方案均在本发明保护 的范围内。
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本发明提供一种有关纤维加压水蒸汽高倍牵伸的保压装置。该装置上采用多级迷 宫式密封和端部的汽水收集装置，能更好的进行内部保压。使纤维丝束在加压水蒸汽高倍 牵伸装置中要达到恒定的牵伸温度和牵伸水蒸汽压力，并能够在纤维丝束表面形成良好的 水分子膜，为纤维丝束提高增塑效果。为了保证加压水蒸汽牵伸过程中恒定的温度、压力和 水分子膜的有利形成，装置必须有保压装置为水蒸汽高倍牵伸装置进行保压。使纤维丝束 在高温、高压与水分子膜增塑的作用下，达到2 5倍的高倍牵伸。
权利要求
1.一种纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于它包括牵伸腔，所述牵伸腔内 沿丝束前进方向依次设置有进丝汽封部件、预热牵伸腔、中间汽封部件、加热牵伸腔以及出 丝汽封部件，所述预热牵伸腔上设置有用于给预热牵伸腔供水蒸汽的预热水蒸汽管，所述 加热牵伸腔上设置有用于给加热牵伸腔供水蒸汽的加热水蒸汽管，其特征在于所述预热牵伸腔外中设置有预热蒸汽室，所述预热牵伸腔壁为多孔材料，所述预热蒸 汽室与预热水蒸汽管连通，所述加热牵伸腔外中设置有加热蒸汽室，所述加热牵伸腔壁为多孔材料，所述加热蒸 汽室与加热水蒸汽管连通。
2.根据权利要求1所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述预热水蒸汽管和预热牵伸腔之间设置有预加热单元，所述加热水蒸汽管和加热牵 伸腔之间设置有加热单元。
3.根据权利要求2所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述的预加 热单元包括保温层以及设置在保温层中的加热丝，所述加热单元包括保温层以及设置在保 温层中的加热丝。
4.根据权利要求1或2或3所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所 述预热牵伸腔通过支撑体固定在预热蒸汽室内，所述加热牵伸腔通过支撑体固定在加热蒸 汽室内。
5.根据权利要求4所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述入口汽 封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿；所述中间汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的 迷宫密封齿；所述出口汽封部件为设置在牵伸腔内壁上的迷宫密封齿。
6.根据权利要求5所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述多孔材 料为金属合金、不锈钢、镍或钛。
7.根据权利要求6所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述牵伸装置还包括进丝泄漏量调节板和出丝泄漏量调节板，所述进丝泄漏量调节板 设置在进丝汽水收集装置的进丝口，所述出丝泄漏量调节板设置在出丝汽水收集装置的出 丝口。
8.根据权利要求7所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述牵伸腔 两端还设置有进丝汽水收集装置和出丝汽水收集装置。
9.根据权利要求8所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述预热牵 伸腔上设置有用于测试预热牵伸腔内压力的预热压力计，所述水蒸汽在经预热加热单元前 还经过设置在预热水蒸汽管上的预调节阀，所述预调节阀与预热压力计连接；所述加热牵 伸腔上设置有用于测试加热牵伸腔内压力的预热压力计，所述水蒸汽在经加热单元前还经 过设置在加热水蒸汽管上的调节阀，所述调节阀与预热压力计连接。
10.根据权利要求9所述的纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，其特征在于所述迷宫密 封齿的截面为椭圆、矩形或圆形。
全文摘要
本发明涉及一种纤维加压水蒸汽的保压牵伸装置，包括牵伸腔，牵伸腔内沿丝束前进方向依次设置有进丝汽封部件、预热牵伸腔、中间汽封部件、加热牵伸腔以及出丝汽封部件，预热牵伸腔上设置有用于给预热牵伸腔供水蒸汽的预热水蒸汽管，加热牵伸腔上设置有用于给加热牵伸腔供水蒸汽的加热水蒸汽管，预热牵伸腔外中设置有预热蒸汽室，预热牵伸腔壁为多孔材料，预热蒸汽室与预热水蒸汽管连通，加热牵伸腔外中设置有加热蒸汽室，加热牵伸腔壁为多孔材料，加热蒸汽室与加热水蒸汽管连通。本发明解决了现有的纤维加压水蒸汽牵伸装置内部压力不能达到工艺要求的技术问题，本发明避免丝束上下振动而产生毛丝或断丝，使牵伸腔体内部压力与温度达到恒定。
文档编号D01D5/12GK102061531SQ20101057344
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者刘福杰, 庞培东, 王浩静, 王磊涛, 程璐, 范立东 申请人:西安航科等离子体科技有限公司