CN100582355C - 一种磺化机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磺化机，其特征在于它包含框架式机架、安装在机架上依次成直线排列的放卷机构、磺化机构、清洗机构和收卷机构以及控制系统，放卷机构包括放卷轴和张力检测装置；磺化机构包括磺化槽组件、布升降机构、磺化槽上方安装的一个磺化导入辊和一对磺化轧辊；清洗机构包括2-4个清洗槽，在清洗槽内有导布架，导布架上固装了2-3根清洗小导辊，在清洗槽上方安装有一个清洗导入辊和一对清洗轧辊；收卷机构包括两个同步转动的收卷滚筒和其上的一个加压辊；控制系统包括磺化剂加热及温度控制系统、布张力自动控制系统和布速度调节系统和电器控制柜。本发明磺化机适用于各种卷状高分子纤维非织造布的连续磺化处理。

Description

一种磺化机

技术领域

本发明涉及高分子纤维制品磺化处理设备技术，具体为一种适用于高分子纤维非织造布(如聚烯烃纤维膜)的批量磺化处理设备，简称为磺化机，国际专利分类号拟为Int.Cl.D06M 11/00(2006.01)。

背景技术

磺化反应是是一种向有机高分子中引入磺酸基(-SO₃H)的反应过程，用于改善有机高分子物的亲水性，经过磺化处理的产品可制作电池隔膜。

磺化反应需在磺化设备内进行。在现有技术中，国内未见适用于批量布卷或膜卷(如高分子纤维非织造布)磺化处理的磺化设备。在申请人检索的范围内，仅发现国外一篇日本专利文献(JP2002141043)涉及到对布卷批量磺化处理的装置。该文献提出的磺化装置存在如下缺陷：1.磺化处理时，布的张力调节依靠调节辊之间的距离来实现，且不能实时显示张力值，不容易控制布的张力；2.布的运行速度也不能调节，使得磺化工艺单一，难以获得优选工艺参数，适用范围也受到限制；3.布在浓硫酸液中要绕过多个辊，结构复杂，也给磺化前布的安装操作造成不便；4.仅有一个清洗槽，清洗效果不尽理想。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是设计一种磺化机，它适用于各种卷状高分子纤维非织造布的连续磺化处理，具有处理中布的张力可控，布的线速度可调，方便控制磺化开始和结束，磺化剂可加热和控温，磺化处理质量好，生产效率高，操作更安全等特点。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种磺化机，其特征在于它包含框架式机架、安装在机架上依次成直线排列的放卷机构、磺化机构、清洗机构和收卷机构，以及控制系统。

所述的放卷机构包括悬臂结构的放卷轴和张力检测装置，放卷轴的非悬臂一端通过联轴器与磁粉离合器连接；所述张力检测装置为三轴式张力检测器；

所述的磺化机构包括电热磺化槽组件、布升降机构、一个磺化导入辊和一对磺化轧辊；所述布升降机构安装在电热磺化槽组件的上方，其核心构件是只能垂直升降运动的导杆和固定在导杆下面的升降架，导杆通过定滑轮机构与减速器和升降电动机机械连接；所述一个磺化导入辊和一对磺化轧辊按照布的磺化工艺路线由喂入到输出分别安装在电热磺化槽组件上方的机架上，所述一对磺化轧辊包括下磺化轧辊和上磺化轧辊，下磺化轧辊经磺化减速器与磺化电动机机械传动连接；

所述的清洗机构包括2-4个清洗槽，在清洗槽内有导布架，导布架上固装了2-3根轴线平行的清洗小导辊，在清洗槽上方的机架上按照布的清洗工艺路线由喂入到输出分别安装有一个清洗导入辊和一对清洗轧辊；所述清洗导入辊和磺化导入辊的结构相同，所述一对清洗轧辊的结构同于所述的一对磺化轧辊；所述下磺化轧辊与其相邻的下清洗轧辊间、相邻的下清洗轧辊之间，有同步带或传动链连接；

所述的收卷机构包括两个同步转动的收卷滚筒和其上的一个前加压辊，所述收卷滚筒中的一个经收卷减速器与收卷电动机机械传动连接；或者所述收卷滚筒中的一个经同步带或传动链与其相邻的清洗槽的下清洗轧辊连接；

所述的控制系统包括磺化剂加热及温度控制系统、布张力自动控制系统、布速度调节系统、电动机控制电器和安装它们的电器控制柜。

布的工艺运行所经过的所有主动回转机件，包括所述磺化轧辊、清洗轧辊、收卷滚筒的轴线均平行布置；其拖动布工艺运行的线速度一致设计，并且根据磺化工艺要求，可通过布速度调节系统调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用了布速度可调设计，且有磺化剂加热及温度控制系统，在磺化槽内磺化剂高度和升降架高度一定的条件下，通过控制布在磺化槽(磺化剂)中的线速度就可以准确控制磺化时间，准确的磺化时间和稳定的磺化温度，可有效地保证磺化工艺产品的质量；

2.本发明采用了张力自动控制系统，既可以自动准确地保证磺化时布的张力，又可以避免磺化时由于张力不符合要求而由操作人员直接对机械部分进行调整，有效保证了操作人员的安全；

3.本发明采用多个清洗槽设计，可以及时彻底清洗掉磺化后布上残留的磺化剂，进一步保证了磺化产品的质量；

4.本发明采用了布升降机构，可以方便地控制磺化工艺的开始和结束操作，又方便布的安装和拆卸。

附图说明

图1为本发明磺化机一种实施例的整体结构(侧视)示意图；

图2为本发明磺化机一种实施例的放卷及张力检测装置的结构(A向)示意图；

图3为本发明磺化机一种实施例的一对磺化轧辊结构(B-B剖视)示意图；

图4为本发明磺化机一种实施例的布升降机构的示意图；

图5为本发明磺化机一种实施例的电热磺化槽组件结构(C-C剖视)示意图。

图6为本发明磺化机一种实施例的后清洗槽部分的结构(侧视)示意图。

图7为本发明磺化机一种实施例的后清洗槽和导布架的结构(D向)示意图。

图8为本发明磺化机收卷机构另一种实施例的示意图。

图9为本发明磺化机收卷机构又一种实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，但具体实施例不限制本发明权利要求。

本发明设计的磺化机(参见图1-9)包含框架式机架1、安装在机架1上依次成直线排列的放卷机构2、磺化机构3、清洗机构4、收卷机构5以及控制系统。

所述机架1的主体部分(即磺化和清洗机构部分，参见图1)为3层结构，其余部分(即放卷和收卷部分)的机架为2层结构。机架1的上层为方管，其它部分为槽钢。所述磺化机构3和清洗机构4部分安装在该部分机架1的中层；所述放卷机构2和收卷机构5安装在该部分机架1的上层，所述机架1的2层结构部分的上层与3层结构部分的中层高低位置一致，构成工艺直线排列。

所述的放卷机构2包括放卷轴21和张力检测装置。所述放卷轴21为悬臂结构，由两个带座外球面球轴承24支撑，其非悬臂一端通过联轴器25与磁粉离合器26连接，磁粉离合器26用螺钉固定在支架27上，支架27用螺栓固定在机架1上。操作时，可把待处理卷状高分子纤维非织造布(简称布)通过悬臂一端安装到有档板的放卷轴21上，然后安装压板22，装上螺母23并旋转，把布固定在放卷轴21上。当磺化处理完成后，拆掉螺母23和压板22，可以从放卷轴21上方便地卸掉装布的空筒管，继而安装上下一卷待处理的布。

所述张力检测装置是三轴式张力检测器(参见图1、2)。其由相互平行的后导辊28a和前导辊28b、位于后导辊28a和前导辊28b之间的测量辊29及压力传感器211构成。后导辊28a和前导辊28b及测量辊29均与放卷轴21平行。所述后导辊28a和前导辊28b和测量辊29分别由结构相同的带座外球面球轴承210a、210c和210b支撑，支撑所述导辊的轴承直接安装在机架1上，而支撑测量辊29的两个轴承分别安装在两个压力传感器211上。为了通过测量辊29轴上的压力计算出运行布6的张力，所述后导辊28a、前导辊28b和测量辊29的布置应使过它们的布构成一定的角度α。该α角度可为80-150度，实施例的该α角取120度。在张力自动控制器中设定工艺张力，利用安装在的测量轴29两端轴承下面的压力传感器211可检测出布的张力，张力自动控制器将检测到张力值与设定值比较，进而控制加在所述磁粉离合器26的电流大小，使加在放卷轴21上的阻力矩变化，保持工艺运行布的一定张力。

所述的磺化机构3(参见图1、3-5)包括电热磺化槽组件31、布升降机构、磺化导入辊32和一对磺化轧辊34。电热磺化槽组件31用螺栓固连在机架1上。它包括耐高温浓硫酸的磺化槽327、安装在磺化槽327两个外侧面和外底面上的三块电热板328a、328b、328c和保护层329，在所述电热板和保护层之间填充有保温材料。磺化槽327由碳化硅制造，可耐高温浓硫酸。保护层329由耐腐蚀钢板制造。

所述的布升降机构(参见图4)其核心构件是只能垂直升降运动的导杆323和固定在导杆下面的升降架320。所述导杆323通过定滑轮机构与减速器(实施例采用蜗杆减速器)314和升降电动机313机械连接，且导杆只能垂直升降运动。具体说，布升降机构安装在磺化槽327处机架1的上方，它包括安装在机架1上层的左平板321，下端过盈并用螺母固定对称安装在左平板321孔中的左立柱324a和右立柱324b，所述两个立柱上方用上横板325连接，并分别用左螺母326a和右螺母326b固定牢；上横板325上固定有滑轮架318，滑轮架318上安装有第一滑轮317a和第二滑轮317b；钢丝绳316通过第一滑轮317a和第二滑轮317b分别与导杆323的上端和卷筒315连接，卷筒315安装在减速器314的输出端，减速器314的输入端和升降电动机313机械连接，并固装在右平板312上；所述导杆323的下方用螺栓连接固定了一根方管，方管与导杆323垂直，升降架320用螺栓固接在所述方管上。所述导杆323的截面为正方形，其上端穿过孔形与其截面相同的铜套322与钢丝绳316的一端连接，铜套322靠过盈固定在左平板321上。所述升降电动机313可驱动减速器314及其输出轴上的卷筒315转动，经钢丝绳316牵吊导杆323和升降架320做上下运动，且只能做垂直方向的上下运动。所述升降架320包括两个平行于磺化槽壁的导辊架(实施例为弧形)和连接在两个导辊架之间2～3根垂直于磺化槽壁的耐高温浓硫酸的磺化小导辊319(实施例为3根)。

所述的磺化导入辊32和一对磺化轧辊34安装在磺化槽327处机架1的上层。所述磺化导入辊32安装于磺化槽327上方的左侧(放卷轴一侧)，由两个带座外球面球轴承33支撑；所述一对磺化轧辊34安装于磺化槽327上方的右侧(清洗槽一侧)，包括下磺化轧辊和上磺化轧辊，其中，上磺化轧辊由安装于垂直方向滑道内的两个带滑块座外球面球轴承36上，在其自身重力或重力弹簧力共同作用下，向下压在下磺化轧辊上，可使两者间保持一定压力，引导布从两轧辊之间通过；所述磺化下轧辊由两个带座外球面球轴承37支撑，下磺化轧辊经减速器39和传动链311与磺化电动机38机械连接；磺化电动机38安装在磺化减速器39上，磺化减速器39安装在支架310上，支架310安装在所述左平板321上。磺化电动机38通过磺化减速器39减速后、经传动链311驱动下磺化轧辊转动，带动布和上磺化轧辊运动。，在下磺化轧辊和上磺化轧辊的共同作用下，拖动或牵引布从放卷轴21上退绕、通过磺化槽327进行磺化后，并把布导出磺化槽327，同时把布上附带的磺化剂挤出。

所述磺化导入辊32、升降架320上的磺化小导辊319和一对磺化轧辊34确定了布6在磺化槽327中磺化工艺的运行路线。磺化准备时，升降架320处于高位；磺化时，升降架320停在低位，通过磺化导入辊32的布，进入磺化槽后，绕过升降架320上的磺化小导辊319后，再从一对磺化轧辊34中穿过，进入清洗工序。升降架320垂直向上或向下运动，可带动布6进入或脱离磺化槽327(磺化剂)。

所述的清洗机构(参见图1、6、7)包括2-4个清洗槽。实施例为3槽设计，包括后清洗槽41a，中清洗槽41b和前清洗槽41c，它们分别安装在后清洗槽支架42a、中清洗槽支架42b和前清洗槽支架42c上(参见图1)。所述的后清洗槽支架42a、中清洗槽支架42b和前清洗槽支架42c依次分别用螺栓固连在机架1上。在清洗机构部分机架1的上层，后清洗槽41a上方安装有后清洗导入辊46a和一对后清洗轧辊47a，所述一对后清洗轧辊47a包括上后清洗轧辊和下后清洗轧辊，所述的后清洗导入辊46a和一对后清洗轧辊47a结构与所述的磺化导入辊32和一对磺化轧辊34的结构相同；清洗槽41a内放置有一个导布架44a，导布架44a上固装了2-3根轴线平行的清洗小导辊45a(实施例为2根)。所述清洗导入辊46a、清洗小导辊45a和清洗轧辊47a确定了布在后清洗槽中工艺运行路线。同样，中清洗槽41b和前清洗槽41c上方机架1上分别有中清洗导入辊46b、一对中清洗轧辊47b和前清洗导入辊46c、一对前清洗轧辊47c；中清洗槽41b和前清洗槽41c内分别有中导布架44b和前导布架44c。后清洗槽41a、中清洗槽41b和前清洗槽41c的所述导入棍、一对清洗轧辊和导布架的结构相同。

清洗机构布传动系统的设计是：后清洗槽上方的下后清洗轧辊与所述下磺化轧辊通过同步带连接，相邻清洗槽之间的下清洗轧辊也采用同步带连接，即布运行的动力来自所述的下磺化轧辊，并依靠同步带来同步拖动各清洗槽的各下清洗轧辊。具体说，所述一对磺化轧辊34中的下磺化轧辊和一对后清洗轧辊47a中的下后清洗轧辊、一对后清洗轧辊47a中的下后清洗轧辊和一对中清洗轧辊47b中的下中清洗轧辊、一对中清洗轧辊47b中的下中清洗轧辊和一对前清洗轧辊47c中的下前清洗轧辊，分别通过后同步带43a、中同步带43b和前同步带43c机械传动连接，磺化轧辊和清洗轧辊的表面(工艺)线速度相同或一致设计。清洗机构布传动系统的另一种实施方式为，所述的同步带传动改用链传动来代替，这样可以适当降低安装要求，方便使用。从磺化槽引出的布6，首先绕过后清洗导入辊46a，向下进入后清洗槽41a中，然后绕过槽底的两个后清洗小导辊45a，再向上被一对后清洗轧辊47a挤压引出后，以同样的方式依次进入运行路线相同的中清洗槽41b和前清洗槽41c中继续进行清洗，最后从前清洗槽41c的一对前清洗轧辊47c中引出送入收卷工序。

所述的收卷机构(参见图1)包括同步转动的后收卷滚筒56a和前收卷滚筒56b及其上的前加压辊58，以及与后、前收卷滚筒56a、56b机械传动连接的收卷减速器512和收卷电动机511。后、前收卷滚筒56a、56b分别由安装于机架1上的两对一样的带座外球面球轴承57a和57b支撑；前加压辊58安装在两个带菱形座外球面球轴承59上，轴承59安装在前摆架510上，前摆架510通过铰链安装于机架1上，使前加压辊58可以绕固定点摆动，适应成品布卷直径的变化和操作；后、前收卷滚筒56a、56b平行布置，托住绕在筒管上的布，缠绕在筒管上的布6由前加压辊58加压，使其与后、前收卷滚筒56a、56b紧密接触，后、前收卷滚筒56a、56b通过摩擦力使缠绕在筒管上的布6转动。收卷电动机511与收卷减速器512机械连接，再分别通过下传动链或同步带513、前传动链或同步带515，分别与后收卷滚筒56a、前收卷滚筒56b连接。这种设计可使收卷电动机511通过定传动比机械传动使后、前两个收卷滚筒56a、56b同向同速转动，顺利完成收卷动作。所述的收卷机构的另一种实施例是所述后、前收卷滚筒56a、56b中的一个经同步带或传动链与相邻的清洗槽(即前清洗槽41c)的下前清洗轧辊连接。这种设计可以省去所述的收卷减速器512和收卷电动机511。

本发明所述收卷机构的进一步特征(参见图8)是，在所述后收卷滚筒56a与前清洗槽41c之间还安装有输送滚筒51和其上的后加压辊53。所述的输送滚筒51由安装于机架1上的两个带座外球面球轴承52支撑，后加压辊53安装在两个带菱形座外球面球轴承54上，所述轴承54安装在后摆架55上，后摆架55通过铰链安装于机架1上，使后加压辊53可以绕固定点摆动，方便把布置于输送滚筒51和后加压辊53之间；后加压辊53可使布与输送滚筒51紧密接触，依靠摩擦力，把从最后一个清洗槽(即前清洗槽41c)导出的布平稳地输送给后收卷滚筒56a。所述输送滚筒51与后、前收卷滚筒56a、56b的直径相同，并通过同步带或传动链连接。例如，其传动机构可简单改造为分别通过下传动链513、后传动链514、前传动链515，分别与后收卷滚筒56a、输送滚筒51、前收卷滚筒56b连接，后收卷滚筒56a为传动连接点，后收卷滚筒56a、输送滚筒51和前收卷滚筒56b均同向同速转动。这种设计有利于控制收卷布的张力。

本发明磺化机布的工艺运行所经过的所有主动回转机件，包括所述磺化轧辊、清洗轧辊和收卷滚筒的轴线均平行布置；其拖动布的工艺运行线速度一致设计，并且根据磺化工艺要求，可通过布速度调节系统(电器控制柜中的变频器)调节。被动回转件的线速依赖主动回转件的线速。

所述的控制系统包括磺化剂加热及温度控制系统、布张力自动控制系统、布速度调节系统、电动机控制电器和电器控制柜。所述磺化剂加热及温度控制系统中的温度传感器、温度控制器和固态继电器为市购产品，其组成的控制系统电路采用现有技术。温度传感器7放置在磺化槽内，用以检测磺化剂的温度；温度控制器将检测到的磺化剂温度与设定工艺温度比较，控制固态继电器通断，进而控制电热板的电源通断，使磺化剂温度保持在磺化工作温度范围之内。所述的布张力控制系统采用现有技术，张力自动控制器、张力传感器和磁粉离合器为市购产品。所述的布速度调节系统采用市购变频器，调节变频器可以改变电动机的转速。本发明的磺化电动机38和收卷电动机511由一台变频器控制，同速转动。磺化电动机38和磺化轧辊34之间机械传动的传动比与收卷电动机511和后收卷滚筒56a(或前收卷滚筒56b)之间传动比的比值等于所述磺化下轧辊34直径与后收卷滚筒56a(或前收卷滚筒56b)直径的比，使所述主动的磺化轧辊、清洗轧辊和收卷滚筒的线速度相同，从而保持布的线速度不变。调整变频器，可以同步改变磺化电动机38和收卷电动机511的转速，也即可以改变布6的线速度，从而良好地控制磺化时间。

控制所述的磺化轧辊、清洗轧辊和收卷滚筒的线速度相同，还可以采用如下方法：磺化机构和收卷机构仅采用一个电动机：例如，去掉磺化电动机38和磺化减速器39，仅使用收卷电动机511(参见图9)，收卷滚筒56a和前清洗槽上方的清洗轧辊47c之间采用同步带或传动链48机械连接，以为清洗机构和磺化机构提供动力；或者去掉收卷电动机511和收卷减速器512，仅使用磺化电动机38，收卷滚筒56a和前清洗槽上方的清洗轧辊47c之间采用同步带或传动链48机械连接，以为清洗机构和收卷机构提供动力。

本发明的工作原理和过程如下：首先，在磺化槽327内注入磺化剂，使磺化槽327内的磺化剂达到一定高度；在各清洗槽内注入适量清洁水，开启磺化剂加热及温度控制系统，使磺化剂温度达到工艺温度，磺化温度约在110～140℃，硫酸浓度一般是98％；其次，根据磺化剂高度、布在磺化剂中运行线路和磺化时间，计算出布的运行速度，并据此调节变频器，设定磺化电动机和收卷电动机的转速，同时根据要求在张力自动控制器上设定布的磺化张力；第三，将待处理的布固定在放卷轴21上，通过升降电动机控制开关，将布升降架调整到其上的磺化小导辊脱离磺化剂一定距离的高度，手动使布通过三轴式张力检测器，并依次绕过所述的磺化导入辊、升降架上的磺化小导辊、磺化轧辊、每个清洗槽上方的导入辊、清洗槽内导布架上的两个清洗小导辊、清洗轧辊，在输送滚筒51和后加压辊53间穿过，可靠地缠绕在收卷滚筒上的筒管上；第四，通过升降电动机控制开关，将布升降架降到磺化槽内一定深度；第五，开启张力自动控制器，按下控制柜面板上的磺化运行键，使磺化电动机、收卷电动机同步转动，完成放卷、磺化、清洗和收卷动作；在需要或磺化结束时，关闭张力控制器，将布升降架提起，按下控制柜面板上磺化停止键，结束或暂停磺化。

需要说明的是，本发明描述磺化机结构所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安装方位词是依据设备的操作工位或工艺顺序(一般左侧代表原料进入该工位的一侧；右侧代表该工位加工后输出的一侧)而言，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。本发明磺化机的实施例完全可以根据需要做非本质的适当地调整和变化。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种磺化机，其特征在于它包含框架式机架、安装在机架上依次成直线排列的放卷机构、磺化机构、清洗机构和收卷机构，以及控制系统；

所述的放卷机构包括悬臂结构的放卷轴和张力检测装置，放卷轴的非悬臂一端通过联轴器与磁粉离合器连接；所述张力检测装置为三轴式张力检测器；

所述的磺化机构包括电热磺化槽组件、布升降机构、一个磺化导入辊和一对磺化轧辊；所述布升降机构安装在电热磺化槽组件的上方，其核心构件是只能垂直升降运动的导杆和固定在导杆下面的升降架，导杆通过定滑轮机构与减速器和升降电动机机械连接；所述一个磺化导入辊和一对磺化轧辊按照布的磺化工艺路线由喂入到输出分别安装在电热磺化槽组件上方的机架上，所述一对磺化轧辊包括下磺化轧辊和上磺化轧辊，下磺化轧辊经磺化减速器与磺化电动机机械传动连接；

所述的清洗机构包括2-4个清洗槽，在清洗槽内有导布架，导布架上固装了2-3根轴线平行的清洗小导辊，在清洗槽上方的机架上按照布的清洗工艺路线由喂入到输出分别安装有一个清洗导入辊和一对清洗轧辊；所述清洗导入辊和磺化导入辊的结构相同，所述一对清洗轧辊的结构同于所述的一对磺化轧辊；所述下磺化轧辊与其相邻的下清洗轧辊间、相邻的下清洗轧辊之间，有同步带或传动链连接；

所述的收卷机构包括两个同步转动的收卷滚筒和其上的一个前加压辊，所述收卷滚筒中的一个经收卷减速器与收卷电动机机械传动连接；或者所述收卷滚筒中的一个经同步带或传动链与其相邻的清洗槽的下清洗轧辊连接；

所述的控制系统包括磺化剂加热及温度控制系统、布张力自动控制系统、布速度调节系统、电动机控制电器和安装它们的电器控制柜；

布的工艺运行所经过的所有主动回转机件，包括所述磺化轧辊、清洗轧辊、收卷滚筒的轴线均平行布置；其拖动布工艺运行的线速度一致设计，并且根据磺化工艺要求，通过布速度调节系统调节。

2.根据权利要求1所述的磺化机，其特征在于所述收卷机构在所述收卷滚筒与前清洗槽之间还安装有输送滚筒和其上的后加压辊；所述输送滚筒与收卷滚筒的直径相同，并通过同步带或传动链连接。

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