CN101967735A - 一种用于生产连续碳纤维的浸液机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产连续碳纤维的浸液机，包括浸液槽、储液槽以及循环泵，浸液槽位于储液槽上方，浸液槽入口通过循环泵与储液槽出口连接，所述浸液槽上与纤维运行方向垂直的两个槽壁上分别设置有下凹的溢流口，浸液槽中的循环液通过溢流口流入储液槽。本发明解决了现有的浸渍设备增加了纤维表面机械损伤的技术问题，本发明具有对纤维无机械损伤、设备结构简单、制造成本低、处理效果好、处理效率高优点。

Description

一种用于生产连续碳纤维的浸液机

技术领域

本发明属于新型材料生产领域，涉及一种碳纤维生产设备，具体地说是一种用于生产连续碳纤维的浸液机。

背景技术

碳纤维是一种新型非金属材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、低热膨胀、高导电和导热、自润滑等一系列优异性能；而且作为纤维还具有柔软性和可编、可纺织性，被广泛应用于航天航空、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗器械等民用工业，成为先进复合材料的主要增强体之一，被誉为21世纪中最有生命力的新型材料。

从上世纪五十年代碳纤维开始崛起，其应用的领域越来越广泛。随着科学技术的发展，对碳纤维性能的要求也越来越高。按照制备原料的不同，可把碳纤维分为聚丙烯腈(PAN)基、沥青基、黏胶基、纤维素基、聚乙烯基等很多种碳纤维，其中能用于制备高性能碳纤维且已实现工业化生产的则只有聚丙烯腈基、沥青基和黏胶基纤维。这三种碳纤维中又以聚丙烯腈基碳纤维的综合性能最好，其产量占碳纤维生产总量的90％以上，得到了大力发展。日本东丽公司在PAN基碳纤维生产方面具有相当强的实力，其碳纤维的性能也足以代表全球PAN基碳纤维的性能水平。PAN碳纤维按照其力学性能可分为高强型T系列(如T300、T700、T800、T1000等)、高模型M系列(如M30、M40、M46、M50、M60等)和高强高模型MJ系列(如M40J、M55J、M60J、M70J等)等三类碳纤维，上述碳纤维主要通过不同的原料和工艺制得。目前，高模量碳纤维的实际模量已达到理论值的67.7％，而在高强度碳纤维方面，代表世界高强度碳纤维最高水平的T1000碳纤维的抗拉强度为7.02GPa，仅为理论值的3.9％，因此碳纤维在抗拉强度方面还具有相当大的提升空间。

为了提高碳纤维的抗拉强度，国内外专家学者除了采用细旦化、均质化等措施外，还采用合适的化学试剂(如采用CuCl、C₆H₅COOH、KMnO₄、CoCl₂、NiSO₄、硫酸羟胺、聚乙二醇等有机物或无机物)对PAN基纤维进行化学改性，在一定程度上提高了最终碳纤维的力学性能。在上述化学改性过程中，一般采用传统的浸渍方式，如图1所示，浸渍设备包括浸液槽3以及多个传动辊23，纤维18需要通过传动辊浸渍到循环液中，虽然这个设备也能完成纤维的浸渍，但是增加了纤维表面的机械损伤，同时设备复杂、加工制造成本较高。

发明内容

为了解决现有的浸渍设备增加了纤维表面机械损伤的技术问题，本发明提供一种用于连续生产碳纤维的浸液机，该浸液机可实现碳纤维连续化生产过程中的化学改性、洗涤等处理工艺，具有对纤维无机械损伤、设备结构简单、制造成本低、处理效果好、处理效率高优点。

本发明的技术解决方案：

一种用于生产连续碳纤维的浸液机，其特殊之处在于：包括浸液槽3、储液槽2以及循环泵21，所述浸液槽3位于储液槽2上方，所述浸液槽入口19通过循环泵21与储液槽出口7连接，所述浸液槽3上与纤维运行方向垂直的两个槽壁上分别设置有下凹的溢流口20，所述浸液槽中3的循环液5通过溢流口20流入储液槽2。

上述浸液槽3的底部设置有与浸液槽入口19连接的液体分布管13，所述液体分布管13的上方设置有液体分布板12，所述浸液槽3的上端面设置有盖板15。

上述浸液槽设置有稳流板14，所述稳流板14的高度低于溢流口20。

上述浸液槽3两端的溢流口20下方分别设置有过滤装置4。

上述储液槽2上方设置有支撑板6，所述浸液槽3设置在支撑板6上，所述浸液槽3和支撑板6之间设置有高度调节装置；所述高度调节装置包括设置在浸液槽3底部的定位块9以及设置在支撑板6上且与定位块9连接的高度调节器10。

本发明所具有的优点：

1、本发明的浸液机基于流体的溢流堰技术，凭借流体自身流量形成具有一定高度的流体空间，纤维在后续工序牵引力的作用下从流体空间连续通过，可实现碳纤维连续化生产过程中的化学改性、洗涤等浸渍处理工艺。与传统浸渍工艺设备相比，由于其无需传动装置，因此具有对预处理纤维无机械损伤、加工制造成本低、处理效果好、处理效率高、设备结构简单、日常操作与维护方便的优点。

2、本发明由于在预处理纤维运行方向循环液具有一定的流速，可提高纤维表面与循环液界面之间的扩散系数，进而可缩短处理时间、提高处理效率。

3、本发明在浸液处理工艺过程中，还可洗涤除去纤维丝束中的毛丝，进而防止后续工序因毛丝而出现的导致纤维缠辊，影响最终碳纤维质量，严重时导致其丝束断裂的现象。

附图说明

图1是传统的浸液设备结构示意图；

图2是本发明浸液机的结构示意图；

图3是本发明浸液机的溢流口效果示意图；

其中：1-机座，2-储液槽，3-浸液槽，4-过滤装置，5-循环液，6-支撑板，7-储液槽出口，8-放净口，9-定位块，10-高度调节器，11-槽体，12-液体分布板，13-液体分布管，14-稳流板，15-盖板，16-把手，17-液体空间，18-纤维，19-浸液槽入口，20-溢流口，21-循环泵，22-循环管线，23-传动辊。

具体实施方式

本发明用于连续生产碳纤维的的浸液机如图2、图3所示，主要包括机座1、储液槽2、浸液槽3、过滤装置4；机座1上安装有储液槽2，储液槽2内装有循环液5，储液槽2的槽体内部前后壁设置支撑板6，支撑板6用于安装固定浸液槽3，储液槽2的槽体底部设置循环液出口7和放净口8。浸液槽3安装在储液槽2的正上方，浸液槽2的槽体外部底面设有定位块9，通过高度调节器10与储液槽2内设置的支撑板6固定，并调整其相应高度位置。

浸液槽3主要由槽体11、液体分布板12、液体分布管13、稳流板14、盖板15和把手16等组成，槽体11为两端带有溢流口20的容器，内装有循环液5，正常使用时在两端溢流口20处形成相对于溢流口20底边沿具有一定高度的液体空间17，此液体空间17可以使纤维18通过其中，实现对纤维18的化学改性或洗涤，槽体11的内部底部设置浸液槽入口19和放净口8；液体分布管13设置在槽体11底部的正上方，与槽体11的浸液槽入口19相连，其作用是将进入槽体11的循环液5进行初次均匀分布；液体分布板12设置在液体分布管13的正上方，通过紧固件、垫片等安装在槽体11底部上，上述液体分布板12可采用多孔板结构，其孔的形状不受限制，目的是实现对进入槽体11的循环液5的二次均匀分布；稳流板14设置在槽体11内部的正上方，但其相对位置应低于槽体11两端溢流口20一定高度，通过紧固件固定在槽体11前后壁相应位置处，上述稳流板14可采用平板式或多孔板式结构，从循环液5分布均匀角度考虑，优先选用多孔板式结构，其孔的形状不受限制，其目的是实现对循环液5的稳流作用，减少对预处理纤维18的扰动；为了防止循环液5的蒸发，在浸液槽3的槽体11顶部设置盖板15，同时为了便于观察预处理纤维18在浸液槽3内的运行状态，盖板15优先选用透明材料制作。

过滤装置4设置在浸液槽3两端溢流口下方、储液槽2两端正上方，用于滤除循环液5中的毛丝、杂质等(包括从预处理纤维18上脱落下来的短纤维)，防止其堵塞循环管路。为了保证浸液工艺(如化学改性、洗涤等)的顺利实施，对过滤装置4的过滤材料在材质和网孔目数方面具有一定的要求，即材质应具有一定的耐腐蚀性，具体可耐循环液5的腐蚀，网孔目数大小满足滤除毛丝的需要，通常10～80目；对过滤装置4的过滤材料在网孔形状方面没有特殊限制，可以圆孔、方孔或其余不规则孔等。

浸液机的储液槽2、浸液槽3、过滤装置4及其配套的循环泵21、循环管线22、管接件等组成了完整的浸液系统，用于对预处理纤维18的化学改性、洗涤等工艺过程。上述浸液系统的循环液流量Q与溢流口20的宽度B、溢流液体空间17高度H(相对于槽体11两端溢流口的液面高度)有关系；在理论上，循环液流量Q与溢流堰的宽度B成正比、与溢流液体空间17高度H^1.5成正比。

为了保证预处理纤维18具有洁净的环境，在顺利完成处理工艺的前提下不污染预处理纤维18，要求上述浸液机及其配套的循环泵21、循环管线22、管接件等与循环液5直接接触的设备，其材质均应具有一定的耐腐蚀性，具体材质种类和牌号不受限制。

Claims (5)

1.一种用于生产连续碳纤维的浸液机，其特征在于：包括浸液槽(3)、储液槽(2)以及循环泵(21)，所述浸液槽(3)位于储液槽(2)上方，所述浸液槽入口(19)通过循环泵(21)与储液槽出口(7)连接，所述浸液槽(3)上与纤维运行方向垂直的两个槽壁上分别设置有下凹的溢流口(20)，所述浸液槽中(3)的循环液(5)通过溢流口(20)流入储液槽2。

2.根据权利要求1所述的用于生产连续碳纤维的浸液机，其特征在于：所述浸液槽(3)的底部设置有与浸液槽入口(19)连接的液体分布管(13)，所述液体分布管(13)的上方设置有液体分布板(12)，所述浸液槽(3)的上端面设置有盖板(15)。

3.根据权利要求1或2所述的用于生产连续碳纤维的浸液机，其特征在于：所述浸液槽设置有稳流板(14)，所述稳流板(14)的高度低于溢流口(20)。

4.根据权利要求3所述的用于生产连续碳纤维的浸液机，其特征在于：所述浸液槽(3)两端的溢流口(20)下方分别设置有过滤装置(4)。

5.根据权利要求4所述的用于生产连续碳纤维的浸液机，其特征在于：所述储液槽(2)上方设置有支撑板(6)，所述浸液槽(3)设置在支撑板(6)上，所述浸液槽(3)和支撑板(6)之间设置有高度调节装置；所述高度调节装置包括设置在浸液槽(3)底部的定位块(9)以及设置在支撑板(6)上且与定位块(9)连接的高度调节器(10)。

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