一种分丝装置、纺丝设备及聚丙烯腈碳纤维原丝的制作方法

本发明属于纺丝工艺
技术领域：
，具体地说，涉及一种分丝装置、纺丝设备及聚丙烯腈碳纤维原丝。
背景技术：
：聚丙烯腈碳纤维原丝的制备工艺一般包括以下步骤：纺丝原液制备及喷丝、凝固浴成型、一次或多次水洗牵伸、上油、烘干以及卷绕收丝，通常在纺丝设备上完成。凝固浴成型后的丝束依次缠绕在多个纺丝辊上，在纺丝辊的引导下进入水洗槽、上油槽等，完成水洗牵伸、上油等步骤。在纺丝设备持续运行的过程中，丝束中的单丝可以相对分散的缠绕在纺丝辊上，使得相邻纺丝辊之间的丝束中的单丝分布也较为分散，进而可以在水洗槽或上油槽中，使单丝与水或油浆充分接触，实现均匀的水洗或上油效果。但由于不同品种的聚丙烯腈碳纤维原丝的单丝数量不同，原丝的体积差别较大，表现在通过纺丝辊表面时，原丝宽幅差别较大，集束性差；且由于生产线的外形尺寸是固定的，在生产不同品种原丝过程中，由于丝束锭位固定，丝束数量固定，而不同规格品种丝束的宽幅不同，从而导致在水洗、上油段会造成并丝、断丝、粘连，进一步造成聚丙烯腈碳纤维原丝产量的降低，质量的下降，且得到的原丝满筒率低。有鉴于此特提出本发明。技术实现要素：本发明针对现有的纺丝设备中，不同品种的聚丙烯腈碳纤维原丝通过纺丝辊表面时，原丝宽幅差别较大，满筒率低，集束性差，且容易造成并丝、断丝、粘连的技术问题，提供一种分丝装置、纺丝设备及聚丙烯腈碳纤维原丝，使得聚丙烯腈碳纤维原丝在水洗槽、上油槽运行时受到约束，有利于保持丝束的集束性，在水洗段阻止丝束发散，在上油段能使丝束与丝束之间间隔开，便于操作，最大限度地使丝幅展开，提升丝束水洗、上油效果，减少丝束单丝断裂。为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种分丝装置，包括分丝杆和在分丝杆的周侧壁上沿轴向间隔设置的若干分丝槽，每个分丝槽周向设置，所述分丝槽包括槽口和槽底，分丝槽的宽度由槽口到槽底减小。进一步地，所述分丝槽包括连接槽口和槽底的内侧壁，所述内侧壁由槽口到槽底倾斜设置；优选的，所述内侧壁关于槽底对称设置。进一步地，所述内侧壁光滑设置；优选的，所述内侧壁与所述槽底平滑过渡连接；优选的，所述内侧壁为光滑的弧形侧壁；优选的，所述弧形侧壁对应的圆心位于弧形侧壁的上方。进一步地，分丝槽的宽度与形成丝束的单丝数量成正相关关系；优选的，分丝槽槽口的宽度与形成丝束的单丝数量成正相关关系。进一步地，形成丝束的单丝数量为1k-3k，分丝槽槽口的宽度为6-12mm；和/或，形成丝束的单丝数量为6k-12k，分丝槽槽口的宽度为10-18mm；和/或，形成丝束的单丝数量为24k-25k，分丝槽槽口的宽度为20-30mm；和/或，形成丝束的单丝数量为35k-50k，分丝槽槽口的宽度为35-50mm。本发明还提供一种纺丝设备，包括上述技术方案任一所述的分丝装置；优选的，还包括水洗槽和/或上油槽，所述分丝装置至少设置在所述水洗槽和/或上油槽内，丝束对应落入若干分丝槽内。进一步地，所述的分丝杆的中心轴线位于丝束所在平面的下方，分丝槽至少局部位于丝束所在平面的上方；优选的，位于丝束所在平面上方的分丝槽的槽底高于丝束所在平面设置；优选的，所述分丝装置设置在水洗槽中，所述分丝槽的槽底高于丝束所在平面3-5mm；和/或，分丝装置设置在上油槽中，所述分丝槽的槽底高于丝束所在平面8-10mm；优选的，所述分丝装置设置在上油槽中，分丝槽的槽口边缘高于上油液面。进一步地，还包括第一纺丝辊和第二纺丝辊，所述第一纺丝辊将丝束导入水洗槽和/或上油槽，所述第二纺丝辊将丝束导出水洗槽和/或上油槽，所述分丝杆设置在所述第一纺丝辊和第二纺丝辊之间；优选的，所述分丝杆的中心轴线与第一纺丝辊和第二纺丝辊的中心轴线相平行；优选的，所述分丝杆到第二纺丝辊的距离小于所述第一纺丝辊到第二纺丝辊的距离的1/5；优选的，所述分丝杆到第二纺丝辊的距离为50-100cm；优选的，所述分丝杆到第二纺丝辊的距离为80-100cm。进一步地，所述水洗槽和/或上油槽上具有相对设置的安装座，分丝杆的两端具有沿着分丝杆中心轴线方向设置的安装轴，所述安装轴可拆卸地设置在所述安装座上；优选的，所述安装座上具有安装孔，所述安装孔的中心轴线与所述安装轴的中心轴线相同，所述安装轴插入所述安装孔中与所述安装孔连接；优选的，所述安装座上具有连通所述安装孔的紧固孔，纺丝设备还包括紧固件，紧固件插入所述紧固孔与安装孔内的安装轴抵接；优选的，所述紧固孔为螺纹孔，所述紧固件为螺栓，所述螺栓插入螺纹孔内与安转轴抵接；优选的，所述安装座包括上弧形支撑板和与下弧形支撑板，上弧形支撑板与下弧形支撑板可拆卸连接，所述上弧形支撑板和下弧形支撑板扣合形成所述安装孔。本发明还提供一种聚丙烯腈碳纤维原丝，聚丙烯腈碳纤维原丝的满筒率大于等于85％，毛丝率为0-0.235％；优选的，聚丙烯腈碳纤维原丝的毛丝率为0-0.147％；优选的，丝束内单丝数量为1k-24k的聚丙烯腈碳纤维原丝，满筒率为85-95％；优选的，丝束内单丝数量为25k-50k的聚丙烯腈碳纤维原丝，满筒率为96-99％；优选的，聚丙烯腈碳纤维原丝的断裂强度大于等于6.4cn/dtex，断裂伸长率大于等于13.0％；优选的，聚丙烯腈碳纤维原丝的断裂强度为6.4-6.8cn/dtex，断裂伸长率为13-14.89％；优选的，所述聚丙烯腈碳纤维原丝采用上述技术方案任一所述的纺丝设备生产得到。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。本发明通过设置分丝槽，使得聚丙烯腈碳纤维原丝在水洗槽、上油槽运行时受到约束，保持了丝束间隔，减少丝束相互缠绕，阻止丝束成型阶段产生大量僵丝，避免毛丝裹挟在丝束中，保证了纺丝能够连续运行；通过设置分丝槽，还能够最大限度地使丝幅展开，提升原丝的满筒率，使得原丝的满筒率达到85％以上；分丝槽的宽度由槽口到槽底减小，有利于保持丝束的集束性，提升丝束水洗、上油效果，减少丝束单丝断裂。本发明中，分丝槽的内侧壁与分丝槽的槽底平滑过渡连接，进一步改善分丝槽对丝束的集束性，且减少丝束的断丝和毛丝；同时，避免内侧壁与分丝槽槽底的交接处应力相对集中，影响丝束的强度。本发明中，分丝槽的宽度与形成丝束的单丝数量成正相关关系，形成丝束的单丝数量越多，对应的分丝槽的宽度越大，以使得丝束能够全部落入分丝槽内，避免相邻丝束之间发生粘连；同时，能够保证不同品种的原丝在纺丝辊表面的宽幅差别较小，提升了水洗和上油效果，改善了丝束的集束性。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：图1是本发明的纺丝设备结构示意图；图2是本发明的纺丝设备俯视图；图3是本发明纺丝设备截面图；图4是本发明安装座结构示意图；图5是本发明分丝装置结构示意图；图6是本发明图5中a处的局部放大结构示意图。图中：1、丝束；2、分丝装置；21、分丝杆；22、分丝槽；221、槽口；222、槽底；223、内侧壁；23、安装轴；3、水洗槽；31、第一纺丝辊；32、第二纺丝辊；4、安装座；41、安装孔；42、紧固件；43、紧固孔；44、上弧形支撑板；45、下弧形支撑板；46、紧固螺钉。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。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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。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。实施例1：如图1至图6所示，本发明公开了一种分丝装置2以及具有这种分丝装置2的纺丝设备，用于生产制备聚丙烯腈碳纤维原丝。具体地，分丝装置2包括分丝杆21和在分丝杆21的周侧壁上沿轴向间隔设置的若干分丝槽22，每个分丝槽22周向设置。所述分丝槽22包括槽口221和槽底222，分丝槽22的宽度由槽口221到槽底222减小。本发明中，本发明通过设置分丝槽22，使得聚丙烯腈碳纤维原丝在水洗槽3、上油槽运行时受到约束，保持了丝束1之间的间隔，减少丝束1相互缠绕，阻止丝束1成型阶段产生大量僵丝，避免毛丝裹挟在丝束1中，保证了纺丝能够连续运行。通过设置分丝槽22，还能够最大限度地使丝幅展开，提升原丝的满筒率，使得原丝的满筒率达到85％以上。分丝槽22的宽度由槽口221到槽底222减小，有利于保持丝束1的集束性，提升丝束1水洗、上油效果，减少丝束1单丝断裂。进一步地，作为本实施例的一种实施方式，所述分丝槽22包括连接槽口221和槽底222的内侧壁223，所述内侧壁223由槽口221到槽底222倾斜设置。分丝槽22内侧壁223的倾斜角度可根据丝束1中单根原丝的数量进行调整。本实施方式中，内侧壁223由槽口221到槽底223倾斜设置，丝束1落入分丝槽22内，在内侧壁223的作用下，聚拢在一起，提高了丝束1的集束性。作为本实施例的另一种实施方式，所述内侧壁关于槽底对称设置。这种设置方式中，落入分丝槽22内的丝束1由分丝槽22两端向分丝槽22的中央区域聚拢，在提升丝束1集束性的基础上，使得丝束1横截面的形状具有高度对称性，有利于提升丝束1的实用性，改善丝束1的力学性能。实施例2：本发明中分丝槽22的内侧壁223光滑设置，丝束1与分丝槽22的内侧壁223接触，不易产生毛丝、断丝的现象，提升了丝束1的性能。作为本实施例的一种实施方式，所述分丝槽22的内侧壁223与所述分丝槽22的槽底222平滑过渡连接，进一步改善分丝槽22对丝束1的集束性，且减少丝束1的断丝和毛丝。同时，避免内侧壁223与所述分丝槽22的槽底222的交接处应力相对集中，影响丝束1的强度。进一步地，分丝槽22的内侧壁223为光滑的弧形侧壁；更进一步地，所述弧形侧壁对应的圆心位于弧形侧壁的上方，也即弧形侧壁由分丝槽22内部向分丝槽22外部外凹设置。这种设置方式保证了分丝槽22内的丝束1摩擦损伤程度最小。实施例3：本实施例中，分丝槽22的宽度与形成丝束1的单丝数量成正相关关系。具体地，形成丝束1的单丝数量越多，对应的分丝槽22的宽度越大，以使得丝束1能够全部落入分丝槽22内，避免相邻丝束1之间发生粘连。进一步具体地，分丝槽22的槽口221的宽度与形成丝束1的单丝数量成正相关关系。作为本实施例的一种实施方式，形成丝束的单丝数量为1k-3k，分丝槽22槽口221的宽度为6-12mm；形成丝束的单丝数量为6k-12k，分丝槽22槽口221的宽度为10-18mm；形成丝束的单丝数量为24k-25k，分丝槽22槽口221的宽度为20-30mm；形成丝束的单丝数量为35k-50k，分丝槽22槽口221的宽度为35-50mm。本实施方式中，形成丝束1的单丝数量越多，对应的分丝槽22槽口221的宽度越大，使得不同单丝数量的丝束1对应的分丝槽22槽口221的宽度不同，以保证不同品种的原丝在纺丝辊表面的宽幅差别较小，提升了水洗和上油效果，改善了丝束1的集束性。实施例4：本发明还提供一种纺丝设备，纺丝设备包括上述实施例任一所述的分丝装置2，还包括水洗槽3和/或上油槽。所述分丝装置2至少设置在所述水洗槽3和/或上油槽内，丝束1对应落入若干分丝槽22内，使得丝束1与水或油浆充分接触，从而在纺丝设备开车后更快地得到性能符合标准的碳纤维原丝。进一步地，所述的分丝杆21的中心轴线位于丝束1所在平面的下方，分丝槽22至少局部位于丝束1所在平面的上方，以保证丝束1在运行过程中能够与分丝杆上的分丝槽22接触，并落入分丝槽22内，避免不同丝束1之间相互缠绕。优选的，位于丝束1所在平面上方的分丝槽22的槽底高于丝束1所在平面设置。这种设置方式能够使得丝束1充分落入分丝槽22内，以提升丝束1的集束性。同时，还能够避免丝束1中的部分单根原丝位于分丝槽22的外部，与其他丝束1的单根原丝相互缠绕，造成粘丝或者断丝。进一步优选的，所述分丝装置2设置在水洗槽3中，所述分丝槽22的槽底高于丝束所在平面3-5mm。丝束1运行至分丝杆21时，能够顺利落入分丝槽22内，并在分丝槽22的作用下使得不同丝束1相互隔离。或者，分丝装置2设置在上油槽中，所述分丝槽22的槽底高于丝束所在平面8-10mm，使得处于上油槽中的丝束1能够得到充分的分离，避免上油槽中的丝束1相互粘连。优选的，所述分丝装置2设置在上油槽中，分丝槽22的槽口221边缘高于上油液面。这种设置方式中，位于分丝槽22内的丝束1不会在上油槽中油浆的作用下从分丝槽22内脱出，有效避免了相邻丝束1在油浆的作用下相互粘连。实施例5：本发明中，纺丝设备还包括第一纺丝辊31和第二纺丝辊32，所述第一纺丝辊31将丝束1导入水洗槽3和/或上油槽，所述第二纺丝辊32将丝束1导出水洗槽3和/或上油槽，所述分丝杆21设置在所述第一纺丝辊31和第二纺丝辊32之间。水洗槽3和/或上油槽内的丝束在由第一纺丝辊31导出后，经分丝杆21上的分丝槽22分丝后，由第二纺丝辊32导出。本实施例中，通过将分丝杆21设置在第一纺丝辊31和第二纺丝辊32之间，避免了丝束1在由第一纺丝辊31向第二纺丝辊32输送过程中，相互粘连，或者产生断丝，减少了由断丝引起的停车，提升了原丝的生产效率，并有效改善了原丝的品质。优选的，所述分丝杆21的中心轴线与第一纺丝辊31和第二纺丝辊32的中心轴线相平行，使得丝束1在第一纺丝辊31、第二纺丝辊32和分丝杆21上的受力更加均匀，提升了丝束1的力学性能，且使得丝束1的力学性能更加均一稳定。进一步优选的，所述分丝杆21到第二纺丝辊32的距离小于所述第一纺丝辊31到第二纺丝辊32的距离的1/5。也即本发明中分丝杆21靠近第二纺丝辊32设置，以保证经过第二纺丝辊32的丝束1相互隔离，不发生缠绕，为后续的牵伸提供更大的便利。进一步地，作为本实施例的一种实施方式，所述分丝杆21到第二纺丝辊32的距离为50-100cm；优选的，所述分丝杆21到第二纺丝辊32的距离为80-100cm，进一步保证了丝束的相互独立性，避免发生缠绕，出现断丝、粘连和毛丝的现象。实施例6：作为本发明的另一种实施例，所述水洗槽3和/或上油槽上具有相对设置的安装座4，分丝杆21的两端具有沿着分丝杆21中心轴线方向设置的安装轴23，所述安装轴23可拆卸地设置在所述安装座4上。生产过程中可按照实际需求，对分丝杆21进行拆卸更换，用户可根据实际生产的丝束1的单根原丝的数量，选择对应的分丝装置2，在提升丝束1集束性的同时，增大丝束1的满筒率。作为本实施例的一种实施方式，所述安装座4上具有安装孔41，所述安装孔41的中心轴线与所述安装轴23的中心轴线相同，所述安装轴23插入所述安装孔41中与所述安装孔41连接。安装轴23可在安装孔41内沿着安装孔41的中心轴线方向移动，用户可根据实际的丝束1的位置对安装轴23的位置进行调整，进一步对分丝杆21的位置进行调整，使得丝束1能够落入分丝杆21上的分丝槽22内。作为本实施例的另一种实施方式，所述安装座4上具有连通所述安装孔41的紧固孔43，纺丝设备还包括紧固件42，紧固件42插入所述紧固孔43与安装孔41内的安装轴23抵接，以对安装轴23起到定位作用。用户调整好安装轴23的位置后，可通过紧固件42对安装轴23进行定位，避免丝束1运行过程中，分丝杆21的位置发生移动，导致丝束1无法完全落入分丝槽22内。进一步具体地，所述紧固孔43为螺纹孔，所述紧固件42为螺栓，所述螺栓插入螺纹孔内与安转轴23抵接。螺栓插入螺纹孔内与螺纹孔螺纹连接，连接方式稳定可靠，当用户需要调整分丝杆21的位置时，将螺栓拧出，即可进行调整。本发明中，如图4所示，安装座4包括上弧形支撑板44和与下弧形支撑板45，上弧形支撑板44与下弧形支撑板45可拆卸连接，所述上弧形支撑板44和下弧形支撑板45扣合形成所述安装孔41。具体地，所述上弧形支撑板44和与下弧形支撑板45通过紧固螺钉46固定连接。安装方式简单，且上弧形支撑板44和与下弧形支撑板45成型方式简单，用户可根据不同的安装轴23的型号，更换不同的上弧形支撑板44和与下弧形支撑板45，使得安装座4的实用性更强。本发明还公开一种聚丙烯腈碳纤维原丝，聚丙烯腈碳纤维原丝的满筒率大于等于85％，毛丝率为0-0.235％，断裂强度大于等于5.8cn/dtex，断裂伸长率大于等于13.0％。优选的，聚丙烯腈碳纤维原丝的毛丝率为0-0.147％。丝束1内单丝数量为1k-24k的聚丙烯腈碳纤维原丝，满筒率为85-90％，断裂强度为5.8-6.8cn/dtex，断裂伸长率为13-17％。丝束1内单丝数量为25k-50k的聚丙烯腈碳纤维原丝，满筒率为93-95％，毛丝率为0-0.148％，断裂强度为6.3-6.8cn/dtex，断裂伸长率为15-17％；优选的，所述聚丙烯腈碳纤维原丝采用上述实施例任一所述的纺丝设备生产得到。本发明还提供以下实验例：实验例1：本实验例中，以实施例5的纺丝设备生产制备1k、3k、12k、25k原丝，并检测多组原丝的毛丝率，其中毛丝率＝毛丝轴数/总轴数。本发明中，毛丝检测标准如下表1所示：表1：根据表1的检测标准，若检测的单轴原丝中，毛丝不符合表1中的检测标准，则视为该轴原丝不合格，即为毛丝轴。采用实施例5得到的原丝的毛丝率如下表2所示：表2：由上表2可知，由实施例5制备的1k、3k、12k、25k原丝的毛丝率低。即通过本发明制备得到的原丝品质好。对比例1：本对比例与实验例1的区别在于纺丝过程中，本对比例所采用的纺丝设备不设置分丝装置2。本对比例生产制备1k、3k、12k、25k原丝，并监测多组原丝的毛丝率，且对毛丝率进行了统计，如下表3所示：表3：通过实验例1和对比例1的表2和表3可知，由本发明的纺丝设备制备得到的原丝的毛丝率远远低于对比例1中得到的原丝的毛丝率。即通过在纺丝设备中设置分丝装置2能够有效提升原丝强度，减少毛丝的产生，提升了原丝的品质。实验例2：本实验例中，以实施例5的纺丝设备生产制备1k、12k、25k、26k、35k、50k原丝，并检测多组原丝的满筒率。丝束在丝筒上具有沿着丝筒轴向上的铺设长度，不同规格的丝束分别预设对应的铺设长度，在生产过程中，当实际的铺设长度大于等于预设的铺设长度时，判定为丝束满筒，反之，则为未满筒。满筒率＝满筒个数/总生产筒数。具体地，满筒率的标准如下表所示：根据上述标准，若检测的单筒原丝中，铺设长度符合表1中的检测标准，则视为该筒原丝满筒。检测结果如下表4所示：表4：品种总筒数(个)满筒数(个)满筒率％1k7005958512k6505989224k7106759525k6906629635k7006869850k72071399由上表4可知，由实施例5制备的1k、12k、25k、26k、35k、50k原丝满筒率高。对比例2：本对比例与实验例2的区别在于纺丝过程中，本对比例所采用的纺丝设备不设置分丝装置。本对比例生产制备1k、12k、25k、26k、35k、50k原丝，并检测多组原丝的满筒率，检测结果如下表5所示：表5：品种总筒数(个)满筒数(个)满筒率％1k7005608012k6505338224k7105968425k6905878535k7006098750k72064890通过实验例2和对比例2的表4和表5可知，由本发明的纺丝设备制备得到的原丝的满筒率远远高于对比例2中得到的原丝的满筒率，即由本发明的纺丝设备生产原丝的生产效率高。实验例3：本实验例中，以实施例5的纺丝设备生产制备1k、12k、25k、26k、35k、50k原丝，并检测多组原丝的断裂强度和断裂伸长率，检测结果如下表6所示：表6：品种断裂强度(cn/dtex)断裂伸长率(％)1k6.413.0012k6.613.9524k6.714.0025k6.714.0535k6.714.8950k6.814.00通过表6可知，由本发明的纺丝设备制备得到的原丝的断裂强度和断裂伸长率较高即由本发明的纺丝设备生产原丝的力学性能好。本发明通过在纺丝设备上设置分丝装置2，增大了原丝的满筒率，有效提升了原丝的纺丝效率。同时，通过设置分丝装置2，改善了原丝的质量，减少了毛丝、断丝的产生，提升了原丝的断裂强度和断裂伸长率。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，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，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。当前第1页12