本發明涉及碳纖維生產領域，進一步地說，是涉及一種碳纖維原絲洗滌裝置及洗滌方法。
背景技術：
碳纖維作為一種高新技術材料，具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、高電導和熱導等優點，廣泛應用于航空、汽車、文體等領域。聚丙烯腈基碳纖維原絲是制備碳纖維的重要原料，原絲的品質對碳纖維質量起到決定性作用。
硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。聚合原液經過計量后，通過噴絲頭進入凝固浴形成初生纖維，初生纖維經過預熱浴進行預熱處理和牽伸，然后進入水洗，水洗之后進行酸洗，再經過上油、干燥等過程得到碳纖維原絲。
由于采用了硫氰酸鈉為溶劑，在紡絲過程中，會有一定量的鈉離子包裹在碳纖維初生纖維內，纖維經過酸洗槽處理以后，纖維絲束上附著酸洗殘留物和鈉離子，影響碳纖維性能。鈉離子含量過高會影響碳纖維的電、熱性能，在預氧化過程中，三元共聚丙烯腈原絲中含有羧酸基，可使環化放熱緩和，而鈉離子對羧酸起中和作用，使環化放熱趨于集中。在高溫下，金屬雜質逐漸逸出，殘留下孔隙，致使碳纖維表面缺陷，影響碳纖維的強度。
碳纖維原絲水洗的主要方法有浸洗和浸洗加噴淋兩種，現有的技術中，經過酸洗處理的碳纖維絲束，浸漬通過裝有脫鹽水的長形洗滌槽，起到洗滌絲束的作用。這樣的洗滌方式主要有兩個缺陷，一方面是洗滌槽長度過短，僅6米長，絲束在水浴中停留時間短，因絲束中殘留鈉離子與水洗時間成正比，所以不能充分洗滌絲束。另一方面是長形洗滌槽中沒有設堰分區，水洗水流動時在洗滌槽兩邊容易形成死區，無法保持一定的濃度差，降低了水洗的效果。
技術實現要素：
采用了硫氰酸鈉為溶劑制備碳纖維原絲過程中，會有一定量的鈉離子包裹在碳纖維初生纖維內，纖維經過酸洗槽處理以后，纖維絲束上附著酸洗殘留物和鈉離子，影響碳纖維性能。為解決現有技術中出現的問題，本發明提供了一種碳纖維原絲洗滌裝置及洗滌方法。進行二次水洗，降低原絲中的鈉離子含量，提高碳纖維原絲質量。
本發明的目的之一是提供一種碳纖維原絲洗滌裝置。
包括：
水洗機導絲輥組、循環水槽、噴淋水泵、噴淋嘴、漂洗水槽；
水洗機導絲輥組布置在循環水槽上方，導絲輥上下交錯排布，出口有擠壓輥組，經過酸洗處理的絲束通過水洗機導絲輥組和擠壓輥組，進入漂洗水槽；
水洗機導絲輥組上方設置有噴淋嘴；噴淋嘴與噴淋水泵連接。
其中，優選：
所述循環水槽底部設有蛇形加熱盤管。
所述循環水槽分為三段水槽，每段單獨循環水，逐層溢流；
所述循環水槽設有溢流堰和溢流口。
所述漂洗槽設有溢流堰和溢流口。
所述洗滌裝置設置有擋水板，擋水板設置在相鄰上下交錯的兩個導絲輥之間，與絲束在相鄰上下兩個導絲輥組運行方向平行，絲束在噴淋管和擋水板之間通過。擋水板與絲束間隔距離可調節。
脫鹽水罐、脫鹽水輸送泵、板式換熱器依次連接后分別連接漂洗水槽和循環水槽。
本發明的目的之二是提供一種碳纖維原絲洗滌方法。
包括：
1)脫鹽水加熱后，分別輸送至水洗機和漂洗水槽；
2)漂洗水槽內脫鹽水通過溢流進入水洗機循環水槽，和水洗機補加脫鹽水在循環水槽逐層溢流，方向與絲束前進方向相反；
3)絲束經過酸洗處理后進入水洗機，噴淋水從噴淋嘴噴出成霧化水，對絲束洗滌；
4)絲束經洗滌后進入漂洗槽進行漂洗，絲束前進方向與脫鹽水在漂洗槽的流動方向相反。
其中，優選：
脫鹽水溫度為45-55℃；
噴淋水溫度為50-60℃。
初生纖維絲束在所述裝置內停留時間為60-144秒；
初生纖維絲束在漂洗水槽停留時間為1-5秒。
本發明具體可采用以下技術方案：
脫鹽水罐內的脫鹽水由脫鹽水泵輸送，通過板式換熱器加熱后輸送至漂洗水槽和水洗機循環水槽。漂洗水槽內脫鹽水溢流后進入到水洗機循環水槽，水洗機循環水槽內洗滌水從后至前逐層溢流，洗滌水的流動方向與絲束前進方向相反。初生纖維絲束經過酸洗處理以后，會有酸洗殘留物和鈉離子吸附在纖維內部，絲束進入水洗機后，循環水槽內的洗滌水通過噴淋水泵輸送至噴淋管，洗滌水有噴淋嘴噴出，與擋水板之間形成霧狀水幕，絲束在霧狀水幕中穿過，置換絲束內部水分達到洗滌的目的，洗滌后的水順著擋水板回流到循環水槽進行循環，為了保證洗滌的效果，水洗機循環水槽保持一定量的脫鹽水補加，由水洗機溢流口流出的洗滌水輸送至污水處理進行處理。
纖維絲束經過水洗機洗滌以后進入到漂洗槽內，絲束在脫鹽水浴中進行漂洗，絲束牽引方向與脫鹽水流動方向相反。
發明的效果：
采用了硫氰酸鈉為溶劑制備碳纖維原絲過程中，會有一定量的鈉離子包裹在碳纖維初生纖維內，纖維經過酸洗槽處理以后，纖維絲束上附著酸洗殘留物和鈉離子，酸洗處理后不進行二次水洗，纖維絲束直接經過上油、干燥得到碳纖維原絲，分析檢測碳纖維原絲中的鈉離子含量為340ppm。
在酸洗處理后提供水洗裝置，對pan基碳纖維原絲進行二次水洗，水洗溫度≥55℃，絲束在水洗裝置停留時間＞60秒，洗滌后纖維絲束經過上油、干燥等過程，得到碳纖維原絲，分析檢測碳纖維原絲中的鈉離子含量降低到150ppm以下。
本發明裝置中水洗機的導絲輥組上下交錯排列，增加了絲束在水洗機的有效行程，洗滌長度可達60米，并設有三段水槽，每段單獨循環，逐層溢流，與絲束運行方向相反，保持一定的濃度差，提高了水洗的效率，降低了絲束中鈉離子，改善了原絲的質量。所以本發明裝置和方法能夠有效的洗滌pan基原絲，降低纖維絲束的鈉離子，從而提高碳纖維原絲質量。
附圖說明
圖1本發明的碳纖維原絲洗滌裝置示意圖；
附圖標記說明：
1脫鹽水罐；2脫鹽水輸送泵；3板式換熱器；4酸洗牽引輥組；5噴淋水泵；6循環水槽；7蛇形加熱盤管；8噴淋嘴；9水洗機導絲輥組；10漂洗水槽；11漂洗牽引輥組；12擋水板；13蒸汽；14冷凝液。
具體實施方式
下面結合實施例，進一步說明本發明。
實施例1
如圖1所示，一種洗滌碳纖維原絲的裝置。
所述裝置設置在紡絲工藝中酸洗處理以后。
所述裝置包括：
水洗機導絲輥組9、循環水槽6、蛇形加熱盤管7、噴淋水泵5、噴淋嘴8、漂洗水槽10、擋水板12；
蛇形加熱盤管7鋪設在循環水槽6的底部，加熱水洗機循環水槽的洗滌水。
水洗機導絲輥組9設置在循環水槽6的上方，由酸洗牽引輥組4出來的絲束，經水洗機導絲輥組9牽引通過水洗機，進入漂洗槽10，再由漂洗牽引輥組11牽引至下道工序。
循環水槽6內的洗滌水，由噴淋水泵5輸送至噴淋管，通過噴淋嘴8將洗滌水噴淋在絲束上，洗滌后的水回落到循環水槽，進行循環。
所述漂洗水槽10設有溢流口；
所述水洗機循環水槽6設有溢流口。
脫鹽水罐1、脫鹽水輸送泵2、板式換熱器3依次連接；洗滌水由脫鹽水泵2輸送。
所述洗滌裝置設置有擋水板12，擋水板12設置在相鄰上下交錯的兩個導絲輥之間，與絲束在相鄰上下兩個導絲輥組運行方向平行，絲束在噴淋管和擋水板之間通過。擋水板與絲束間隔距離可調節。
采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。通過濕法紡絲，形成初生纖維絲束，絲束經過水洗、酸洗處理以后，使用圖1的裝置進行二次水洗洗滌處理。酸洗溶液濃度1％，溫度75℃，絲束經過酸洗溶液，進入洗滌裝置進行二次水洗，噴淋水溫度50℃，絲束在水洗機內停留時間80秒。洗滌后進入漂洗槽，漂洗槽內脫鹽水溫度50℃，絲束與漂洗槽脫鹽水逆向洗滌，停留時間2秒。漂洗后的絲束經過上油、干燥等過程得到碳纖維原絲，經過分析檢測碳纖維原絲絲束鈉離子含量為142ppm。
實施例2
采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。通過濕法紡絲，形成初生纖維絲束，絲束經過水洗、酸洗處理以后，使用圖1的裝置進行二次水洗洗滌處理。酸洗溶液濃度1％，溫度75℃，絲束經過酸洗溶液，進入水洗機二次水洗，二次洗滌水溫度55℃，絲束在水洗機內停留時間60秒。洗滌后進入漂洗槽，漂洗槽內脫鹽水溫度50℃，絲束與漂洗槽脫鹽水逆向洗滌，停留時間4秒。漂洗后的絲束經過上油、干燥等過程得到碳纖維原絲，經過分析檢測碳纖維原絲絲束鈉離子含量為126ppm。
實施例3
采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。通過濕法紡絲，形成初生纖維絲束，絲束經過水洗、酸洗處理以后，使用圖1的裝置進行二次水洗洗滌處理。酸洗溶液濃度1％，溫度75℃，絲束經過酸洗溶液，進入水洗機二次水洗，二次洗滌水溫度60℃，絲束在水洗機內停留時間120秒。洗滌后進入漂洗槽，漂洗槽內脫鹽水溫度50℃，絲束與漂洗槽脫鹽水逆向洗滌，停留時間4秒。漂洗后的絲束經過上油、干燥等過程得到碳纖維原絲，經過分析檢測碳纖維原絲絲束鈉離子含量為80ppm。
實施例4
采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。通過濕法紡絲，形成初生纖維絲束，絲束經過水洗、酸洗處理以后，使用圖1的裝置進行二次水洗洗滌處理。酸洗溶液濃度1％，溫度50℃，絲束經過酸洗溶液，進入水洗機二次水洗，二次洗滌水溫度55℃，絲束在水洗機內停留時間70秒。洗滌后進入漂洗槽，漂洗槽內脫鹽水溫度50℃，絲束與漂洗槽脫鹽水逆向洗滌，停留時間3秒。漂洗后的絲束經過上油、干燥等過程得到碳纖維原絲，經過分析檢測碳纖維原絲絲束鈉離子含量為136ppm。
對比例1
采用硫氰酸鈉一步法制備碳纖維是通常采用硫氰酸鈉為溶劑，丙烯腈、第二單體丙烯酸甲酯、第三單體衣康酸為原料，偶氮二異丁腈為引發劑進行三元聚合反應，經過脫單、脫泡后得到聚丙烯腈聚合液。通過濕法紡絲，形成初生纖維絲束，絲束經過水洗、酸洗處理以后，通過漂洗槽處理，再經過上油、干燥得到碳纖維原絲，經過分析檢測碳纖維原絲絲束中鈉離子含量為340ppm。
通過實施例和對比例的數據可以看出，本裝置和方法可以有效的洗滌酸洗處理過的碳纖維原絲，大大降低絲束中的鈉離子，明顯提高碳纖維原絲的質量。