本发明涉及碳纤维生产领域，进一步地说，是涉及一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。
背景技术：
碳纤维作为一种高新技术材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、高电导和热导等优点，广泛应用于航空、汽车、文体等领域。聚丙烯腈基碳纤维原丝是制备碳纤维的重要原料，原丝的品质对碳纤维质量起到决定性作用。
硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。聚合原液经过计量后，通过喷丝头进入凝固浴形成初生纤维，初生纤维经过预热浴进行预热处理和牵伸，然后进入水洗，水洗之后进行酸洗，再经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝。
由于采用了硫氰酸钠为溶剂，在纺丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，影响碳纤维性能。钠离子含量过高会影响碳纤维的电、热性能，在预氧化过程中，三元共聚丙烯腈原丝中含有羧酸基，可使环化放热缓和，而钠离子对羧酸起中和作用，使环化放热趋于集中。在高温下，金属杂质逐渐逸出，残留下孔隙，致使碳纤维表面缺陷，影响碳纤维的强度。
碳纤维原丝水洗的主要方法有浸洗和浸洗加喷淋两种，现有的技术中，经过酸洗处理的碳纤维丝束，浸渍通过装有脱盐水的长形洗涤槽，起到洗涤丝束的作用。这样的洗涤方式主要有两个缺陷，一方面是洗涤槽长度过短，仅6米长，丝束在水浴中停留时间短，因丝束中残留钠离子与水洗时间成正比，所以不能充分洗涤丝束。另一方面是长形洗涤槽中没有设堰分区，水洗水流动时在洗涤槽两边容易形成死区，无法保持一定的浓度差，降低了水洗的效果。
技术实现要素：
采用了硫氰酸钠为溶剂制备碳纤维原丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，影响碳纤维性能。为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种碳纤维原丝洗涤装置及洗涤方法。进行二次水洗，降低原丝中的钠离子含量，提高碳纤维原丝质量。
本发明的目的之一是提供一种碳纤维原丝洗涤装置。
包括：
水洗机导丝辊组、循环水槽、喷淋水泵、喷淋嘴、漂洗水槽；
水洗机导丝辊组布置在循环水槽上方，导丝辊上下交错排布，出口有挤压辊组，经过酸洗处理的丝束通过水洗机导丝辊组和挤压辊组，进入漂洗水槽；
水洗机导丝辊组上方设置有喷淋嘴；喷淋嘴与喷淋水泵连接。
其中，优选：
所述循环水槽底部设有蛇形加热盘管。
所述循环水槽分为三段水槽，每段单独循环水，逐层溢流；
所述循环水槽设有溢流堰和溢流口。
所述漂洗槽设有溢流堰和溢流口。
所述洗涤装置设置有挡水板，挡水板设置在相邻上下交错的两个导丝辊之间，与丝束在相邻上下两个导丝辊组运行方向平行，丝束在喷淋管和挡水板之间通过。挡水板与丝束间隔距离可调节。
脱盐水罐、脱盐水输送泵、板式换热器依次连接后分别连接漂洗水槽和循环水槽。
本发明的目的之二是提供一种碳纤维原丝洗涤方法。
包括：
1)脱盐水加热后，分别输送至水洗机和漂洗水槽；
2)漂洗水槽内脱盐水通过溢流进入水洗机循环水槽，和水洗机补加脱盐水在循环水槽逐层溢流，方向与丝束前进方向相反；
3)丝束经过酸洗处理后进入水洗机，喷淋水从喷淋嘴喷出成雾化水，对丝束洗涤；
4)丝束经洗涤后进入漂洗槽进行漂洗，丝束前进方向与脱盐水在漂洗槽的流动方向相反。
其中，优选：
脱盐水温度为45-55℃；
喷淋水温度为50-60℃。
初生纤维丝束在所述装置内停留时间为60-144秒；
初生纤维丝束在漂洗水槽停留时间为1-5秒。
本发明具体可采用以下技术方案：
脱盐水罐内的脱盐水由脱盐水泵输送，通过板式换热器加热后输送至漂洗水槽和水洗机循环水槽。漂洗水槽内脱盐水溢流后进入到水洗机循环水槽，水洗机循环水槽内洗涤水从后至前逐层溢流，洗涤水的流动方向与丝束前进方向相反。初生纤维丝束经过酸洗处理以后，会有酸洗残留物和钠离子吸附在纤维内部，丝束进入水洗机后，循环水槽内的洗涤水通过喷淋水泵输送至喷淋管，洗涤水有喷淋嘴喷出，与挡水板之间形成雾状水幕，丝束在雾状水幕中穿过，置换丝束内部水分达到洗涤的目的，洗涤后的水顺着挡水板回流到循环水槽进行循环，为了保证洗涤的效果，水洗机循环水槽保持一定量的脱盐水补加，由水洗机溢流口流出的洗涤水输送至污水处理进行处理。
纤维丝束经过水洗机洗涤以后进入到漂洗槽内，丝束在脱盐水浴中进行漂洗，丝束牵引方向与脱盐水流动方向相反。
发明的效果：
采用了硫氰酸钠为溶剂制备碳纤维原丝过程中，会有一定量的钠离子包裹在碳纤维初生纤维内，纤维经过酸洗槽处理以后，纤维丝束上附着酸洗残留物和钠离子，酸洗处理后不进行二次水洗，纤维丝束直接经过上油、干燥得到碳纤维原丝，分析检测碳纤维原丝中的钠离子含量为340ppm。
在酸洗处理后提供水洗装置，对pan基碳纤维原丝进行二次水洗，水洗温度≥55℃，丝束在水洗装置停留时间＞60秒，洗涤后纤维丝束经过上油、干燥等过程，得到碳纤维原丝，分析检测碳纤维原丝中的钠离子含量降低到150ppm以下。
本发明装置中水洗机的导丝辊组上下交错排列，增加了丝束在水洗机的有效行程，洗涤长度可达60米，并设有三段水槽，每段单独循环，逐层溢流，与丝束运行方向相反，保持一定的浓度差，提高了水洗的效率，降低了丝束中钠离子，改善了原丝的质量。所以本发明装置和方法能够有效的洗涤pan基原丝，降低纤维丝束的钠离子，从而提高碳纤维原丝质量。
附图说明
图1本发明的碳纤维原丝洗涤装置示意图；
附图标记说明：
1脱盐水罐；2脱盐水输送泵；3板式换热器；4酸洗牵引辊组；5喷淋水泵；6循环水槽；7蛇形加热盘管；8喷淋嘴；9水洗机导丝辊组；10漂洗水槽；11漂洗牵引辊组；12挡水板；13蒸汽；14冷凝液。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示，一种洗涤碳纤维原丝的装置。
所述装置设置在纺丝工艺中酸洗处理以后。
所述装置包括：
水洗机导丝辊组9、循环水槽6、蛇形加热盘管7、喷淋水泵5、喷淋嘴8、漂洗水槽10、挡水板12；
蛇形加热盘管7铺设在循环水槽6的底部，加热水洗机循环水槽的洗涤水。
水洗机导丝辊组9设置在循环水槽6的上方，由酸洗牵引辊组4出来的丝束，经水洗机导丝辊组9牵引通过水洗机，进入漂洗槽10，再由漂洗牵引辊组11牵引至下道工序。
循环水槽6内的洗涤水，由喷淋水泵5输送至喷淋管，通过喷淋嘴8将洗涤水喷淋在丝束上，洗涤后的水回落到循环水槽，进行循环。
所述漂洗水槽10设有溢流口；
所述水洗机循环水槽6设有溢流口。
脱盐水罐1、脱盐水输送泵2、板式换热器3依次连接；洗涤水由脱盐水泵2输送。
所述洗涤装置设置有挡水板12，挡水板12设置在相邻上下交错的两个导丝辊之间，与丝束在相邻上下两个导丝辊组运行方向平行，丝束在喷淋管和挡水板之间通过。挡水板与丝束间隔距离可调节。
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，使用图1的装置进行二次水洗洗涤处理。酸洗溶液浓度1％，温度75℃，丝束经过酸洗溶液，进入洗涤装置进行二次水洗，喷淋水温度50℃，丝束在水洗机内停留时间80秒。洗涤后进入漂洗槽，漂洗槽内脱盐水温度50℃，丝束与漂洗槽脱盐水逆向洗涤，停留时间2秒。漂洗后的丝束经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝，经过分析检测碳纤维原丝丝束钠离子含量为142ppm。
实施例2
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，使用图1的装置进行二次水洗洗涤处理。酸洗溶液浓度1％，温度75℃，丝束经过酸洗溶液，进入水洗机二次水洗，二次洗涤水温度55℃，丝束在水洗机内停留时间60秒。洗涤后进入漂洗槽，漂洗槽内脱盐水温度50℃，丝束与漂洗槽脱盐水逆向洗涤，停留时间4秒。漂洗后的丝束经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝，经过分析检测碳纤维原丝丝束钠离子含量为126ppm。
实施例3
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，使用图1的装置进行二次水洗洗涤处理。酸洗溶液浓度1％，温度75℃，丝束经过酸洗溶液，进入水洗机二次水洗，二次洗涤水温度60℃，丝束在水洗机内停留时间120秒。洗涤后进入漂洗槽，漂洗槽内脱盐水温度50℃，丝束与漂洗槽脱盐水逆向洗涤，停留时间4秒。漂洗后的丝束经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝，经过分析检测碳纤维原丝丝束钠离子含量为80ppm。
实施例4
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，使用图1的装置进行二次水洗洗涤处理。酸洗溶液浓度1％，温度50℃，丝束经过酸洗溶液，进入水洗机二次水洗，二次洗涤水温度55℃，丝束在水洗机内停留时间70秒。洗涤后进入漂洗槽，漂洗槽内脱盐水温度50℃，丝束与漂洗槽脱盐水逆向洗涤，停留时间3秒。漂洗后的丝束经过上油、干燥等过程得到碳纤维原丝，经过分析检测碳纤维原丝丝束钠离子含量为136ppm。
对比例1
采用硫氰酸钠一步法制备碳纤维是通常采用硫氰酸钠为溶剂，丙烯腈、第二单体丙烯酸甲酯、第三单体衣康酸为原料，偶氮二异丁腈为引发剂进行三元聚合反应，经过脱单、脱泡后得到聚丙烯腈聚合液。通过湿法纺丝，形成初生纤维丝束，丝束经过水洗、酸洗处理以后，通过漂洗槽处理，再经过上油、干燥得到碳纤维原丝，经过分析检测碳纤维原丝丝束中钠离子含量为340ppm。
通过实施例和对比例的数据可以看出，本装置和方法可以有效的洗涤酸洗处理过的碳纤维原丝，大大降低丝束中的钠离子，明显提高碳纤维原丝的质量。