顾文兰

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部，200540)

技术进步

喷丝板设计对原丝和碳纤维性能的影响

顾文兰

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部，200540)

在了解纺丝原液流变特性的基础上，研究了硫氰酸钠湿法纺丝工艺纺制12K聚丙烯腈基原丝工艺中喷丝板孔结构和孔分布等特性对原丝纺丝和碳纤维性能的影响。结果表明：喷丝板孔径的减小，不仅使喷丝板纺丝压力升高，还使原液细流流经孔道时切变速率增大，造成细流破裂，断丝增多；增加喷丝板的长径比可缓解上述断丝现象，但需在制造商的制造能力范围内；原丝喷丝板孔分布和孔间距等设计必须考虑原液高黏度的特性，为了获得均质化的纺丝效果和优质、高强度的碳纤维，12K原丝喷丝板较合理的最大有孔长度(M或D)为7～8 mm，孔间距至少是喷丝孔径的11.5倍，孔密度约为2.6个/mm2。

喷丝板 原丝 孔径 孔分布 孔间距

喷丝板是纺丝装置的核心零件，喷丝板的材质、孔径和孔分布、毛细孔的长径比对纺丝条件以及纤维的物理机械性能有很大的影响，对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)原丝纺丝来说，尤其如此。因为碳纤维的各项指标值是设计构件的重要指标，而原丝的各项指标又会毫无保留地“遗传”给碳纤维，因此对原丝在线设备(如喷丝板等)的精度要求比纺制普通纺织纤维的要求更高。以T-300碳纤维为例[1]，碳纤维的直径CV(标准偏差与平均值之比)值低于1.5%，拉伸强度和拉伸模量CV值低于3.8%，接近金属材料的水平，这些不匀率要求远远高于常规纺织用纤维。……