专利名称：碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓 度在线检测方法。
背景技术：
聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、稳 定性强等特点，在航天航空、机械电子、化工建材、能源交通等各个领域都有非常广阔的应 用。聚丙烯腈基碳纤维生产过程包括纺丝原液聚合、原丝生产、原丝预氧化及炭化三个环 节，其中原丝生产是关键环节，原丝的质量好坏和稳定性对最终碳纤维产品的质量好坏和 稳定性有着决定性的影响。原丝的生产过程主要包括喷丝、凝固、牵伸、水洗、上油、干燥致 密化、松弛热定型等阶段。其中凝固过程是一个极为重要的过程，这是一个双扩散过程，喷丝孔喷出来的细 流原本是均勻的聚丙烯腈真溶液，而凝固浴则是二甲亚砜的水溶液，当细流进入凝固浴时， 细流中的良溶剂二甲亚砜浓度大于凝固浴中的二甲亚砜浓度；细流中的不良溶剂水浓度远 小于凝固浴中的水浓度。因此控制双扩散速度的因素主要包括凝固浴浓度、温度、时间等。 因细流中的二甲亚砜不断扩散到凝固浴中，而凝固浴中的水不断扩散到细流中，使得凝固 浴中的二甲亚砜浓度不断变化，因此快速准确的检测凝固浴中二甲亚砜的浓度，进而不断 补给水或低浓度二甲亚砜水溶液，以保持凝固浴的浓度稳定性是非常重要的，从而保证双 扩散的均勻性。以往多用滴定法进行测定，首先用过剩的高锰酸钾将二甲亚砜氧化成砜，再用碘 化钾使过量的高锰酸钾和生成的二氧化锰还原，最后用硫代硫酸钠滴定析出的碘。该方法 的优点在于不需要昂贵的检测设备，用简单的实验设施即可完成，但还存在以下缺陷1、滴 定法的耗时较长且对操作者要求较高，操作者的主观性对结果影响较大，且不利于聚丙烯 腈原丝生产过程中凝固浴浓度的过程控制；2、传统的化学方法不能进行在线检测，无法进 行自动控制。

发明内容
本发明目的是提供一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法， 其解决了现有凝固浴浓度检测方法耗时长、测试结果不准确以及无法实现在线检测的技术 问题。本发明的技术解决方案是—种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法，其特殊之处在于 包括以下步骤1]配制二甲亚砜标准液采用碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中相同的原料配制多个不同浓度的二甲亚砜标 准液；
2]制作标准曲线方程使用折光仪测定各二甲亚砜标准液的折光指数，绘制二甲亚砜标准液折光指 数-二甲亚砜标准液浓度标准曲线，得到标准曲线方程Y = aX+b，其中Y为二甲亚砜标准 液折光指数，X为二甲亚砜标准液浓度；将标准曲线方程保存在计算机工作站里；3]连接设备在凝固浴的循环进料管或出料管上串联一个在线折光仪，所述在线折光仪与计算 机工作站实时通信；4]在线检测在线折光仪对凝固浴循环进料管或者出料管中的二甲亚砜标准液进行连续在线 的折光指数测量，并输出给计算机工作站；5]计算浓度计算机工作站将接收到的折光指数，通过标准曲线方程计算出凝固浴中二甲亚砜 的浓度并输出。上述多个不同浓度的二甲亚砜标准液的浓度要求如下设被测凝固浴中二甲亚砜 浓度值的整数值为a %，则所配制的不同浓度的二甲亚砜标准液的数量为7个及7个以上 的单数，其中一个为a %，其余一半的浓度标准液的数值小于a %，另外一半的浓度标准 液的数值大于a % ；两个相邻标准液浓度数值之间的间距为0. 01X a % 0. 05X a %。本发明的有益效果是本发明通过在凝固浴的循环进料管或者出料管上串联一个 在线折光仪，通过已经绘制标准二甲亚砜浓度与折光指数的标准曲线以及标准曲线方程通 过测量的折光指数计算出二甲亚砜的浓度。本发明可用于碳纤维用聚丙烯腈原丝生产过 程凝固浴中二甲亚砜浓度的在线快速检测，有利于提高凝固浴中二甲亚砜浓度控制的及时 性、动态性和控制精度。本发明的测试方法快速、精确、直观，适合进行自动化生产。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。本发明是一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝 固浴浓度在线检测方法，其具体检测步骤如下1)配制二甲亚砜标准液采用碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中相同的原料配制不 同浓度的二甲亚砜标准液；设被测凝固浴中二甲亚砜浓度值的整数值为a %，则所配制的 浓度标准液的数量为7个及其以上，其中一个为a %，其余一半的浓度标准液的数值小于 a %，另外一半的浓度标准液的数值大于a %,；两个相邻标准液浓度数值之间的间距为 0.01X a % 0.05X a % (从表1推导出的)；所配制二甲亚砜浓度标准液的浓度值用X。 表不。2)测量各个标准液的折光指数值Y0的测定使用折光仪测定二甲亚砜标准液的 折光指数\，绘制折光指数_浓度标准曲线，得到二甲亚砜浓度与折光指数的直线方程、标 准偏差SD和相关度RD，标准曲线方程为Y = aX+b ；式中，Y为折光指数，X为二甲亚砜浓度；a为曲线斜率，b为曲线在Y轴的截距；将 标准曲线方程存储在计算机工作站上。3)在线检测在凝固浴循环进料管或者出料管处串联一个在线折光仪，在线折光 仪对凝固浴循环进料管或者出料管中的二甲亚砜进行连续在线检测，将测量出的折光指数
4传输给计算机工作站，计算机工作站通过已经存储在其内的标准曲线方程的计算，直接输出二甲亚砜的浓度值。所使用的在线折光仪为市售的成品，例如，可使用意大利玛萨利公司的UR24或 UR19在线折光仪。实施例某生产线凝固浴中二甲亚砜浓度在线检测1)配制二甲亚砜标准液采用碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中相同的原料配制不 同浓度的二甲亚砜标准液；设被测凝固浴中二甲亚砜浓度值的整数值为α %，则所配制的 浓度标准液的数量7个及其以上，其中一个为α%，其余一半的浓度标准液的数值小于 α %，另外一半的浓度标准液的数值大于α %，e两个相邻标准液浓度数值之间的间距为 0.01 X α % 0. 05X α % ；本实例中选用11个点，具体内容见表1。2)测定标准液的折光指数值Y0的测定使用折光仪测定二甲亚砜标准液的折光 指数Ytl,测试结果见表2。绘制折光指数-浓度标准曲线，得到二甲亚砜浓度与折光指数的 直线方程，该标准曲线方程为Υ = 0.01397Χ+1.31659，式中，Y为折光指数，X为二甲亚砜 浓度，其标准偏差SD为0. 9999和相关度RD为1. 38Ε-4。表1 二甲亚砜标准液的浓度 表2标准液的折光指数 3)在线检测在线折光仪对凝固浴循环进料管或者出料管中的二甲亚砜进行连 续在线检测，直接输出二甲亚砜的浓度值。下表3是一组不同时间在线检测数据的汇总。表3测试结果
权利要求
一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法，其特征在于包括以下步骤1]配制二甲亚砜标准液采用碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中相同的原料配制多个不同浓度的二甲亚砜标准液；2]制作标准曲线方程使用折光仪测定各二甲亚砜标准液的折光指数，绘制二甲亚砜标准液折光指数-二甲亚砜标准液浓度标准曲线，得到标准曲线方程Y＝aX+b，其中Y为二甲亚砜标准液折光指数，X为二甲亚砜标准液浓度；将标准曲线方程保存在计算机工作站里；3]连接设备在凝固浴的循环进料管或出料管上串联一个在线折光仪，所述在线折光仪与计算机工作站实时通信；4]在线检测在线折光仪对凝固浴循环进料管或者出料管中的二甲亚砜标准液进行连续在线的折光指数测量，并输出给计算机工作站；5]计算浓度计算机工作站将接收到的折光指数，通过标准曲线方程计算出凝固浴中二甲亚砜的浓度并输出。
2.根据权利要求1所述的碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法，其 特征在于所述多个不同浓度的二甲亚砜标准液的浓度要求如下设被测凝固浴中二甲亚 砜浓度值的整数值为a %，则所配制的不同浓度的二甲亚砜标准液的数量为7个及7个以 上的单数，其中一个为a %，其余一半的浓度标准液的数值小于a %，另外一半的浓度标 准液的数值大于a % ；两个相邻标准液浓度数值之间的间距为0. 01X a % 0. 05X a %。
全文摘要
本发明涉及一种碳纤维用聚丙烯腈原丝生产中凝固浴浓度在线检测方法，包括以下步骤1)配制二甲亚砜标准液；2)制作标准曲线方程；3)连接设备；4)在线检测；5)计算浓度。本发明解决了现有凝固浴浓度检测方法耗时长、测试结果不准确以及无法实现在线检测的技术问题。本发明有利于提高凝固浴中二甲亚砜浓度控制的及时性、动态性和控制精度。本发明的测试方法快速、精确、直观，适合进行自动化生产。
文档编号G01N21/41GK101871887SQ20101021082
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者刘欢, 刘福杰, 庞培东, 李福平, 王浩静, 王红飞, 程璐, 范立东 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所