碳纖維凝固浴的濃度溫度控制仿真系統(tǒng).pdf

1、聚丙烯腈（PAN）原絲質(zhì)量不高嚴(yán)重阻礙我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。碳纖維制備的關(guān)鍵步驟是PAN紡絲原液在凝固浴中形成初生纖維的過程，在這個(gè)過程中會(huì)形成纖維內(nèi)部和外部的各種缺陷，這些缺陷會(huì)使原絲乃至碳纖維的質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，因此獲得缺陷較少、結(jié)構(gòu)致密均勻的初生纖維對制備優(yōu)質(zhì)的原絲及碳纖維具有十分重要的意義，而凝固浴過程是制備初生纖維的重要工序，所以研究凝固浴過程非常重要。
　　本文以Fick定律為基礎(chǔ)分析了溶劑DMSO和非溶劑水在不同凝固

2、時(shí)間沿纖維徑向的濃度擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，得出了溶劑和非溶劑的濃度隨時(shí)間和徑向坐標(biāo)的變化規(guī)律，然后得到溶劑和非溶劑平均濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律。進(jìn)一步分析了溫度對溶劑和非溶劑的擴(kuò)散過程的影響，在一定范圍內(nèi)，溫度的升高將加快擴(kuò)散過程，在模型中體現(xiàn)為擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而增大。
　　在實(shí)際生產(chǎn)的凝固浴過程中，需要保證凝固浴濃度恒定以得到質(zhì)量較高的初生纖維。然而由于雙擴(kuò)散等因素的影響，導(dǎo)致凝固浴的濃度不斷變化，因此需要向凝固浴補(bǔ)充純水來抵消凝固浴

3、濃度的變化。本文在擴(kuò)散模型的基礎(chǔ)上，建立了補(bǔ)水量—溶劑濃度模型，得到凝固浴中補(bǔ)水量與凝固浴濃度的關(guān)系，凝固浴濃度的變化會(huì)影響紡絲原液的雙擴(kuò)散過程，反過來會(huì)影響凝固浴的濃度和計(jì)算出來的補(bǔ)水量，因此這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。本文建立的模型可以模擬實(shí)際生產(chǎn)中溶劑濃度隨補(bǔ)水量的變化，根據(jù)兩者之間的關(guān)系，控制補(bǔ)水量，最終可以使凝固浴中溶劑濃度穩(wěn)定在設(shè)定值。
　　利用擴(kuò)散模型和凝固浴濃度模型，本文建立了凝固浴被控對象模型，并在Matlab中進(jìn)行

4、仿真。由于凝固浴的濃度影響擴(kuò)散速度，進(jìn)而影響補(bǔ)水量，因此被控對象的過程模型具有非線性。本文采用了PID控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)存在外界擾動(dòng)時(shí)，仿真的濃度曲線可迅速回到給定的凝固浴濃度值，因此本文采用的補(bǔ)水量前饋和濃度偏差反饋的模式可實(shí)現(xiàn)凝固浴濃度穩(wěn)定到期望值。并且，本文還考慮了溫度對擴(kuò)散過程的影響，建立了溫度濃度控制模型以穩(wěn)定凝固浴濃度。
　　在PCS7中建立符合凝固浴實(shí)際生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，在工程師站中創(chuàng)建CFC圖表和SFC圖表，與自