CN103334246A - 聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚丙烯腈碳纤维生产装置，特别涉及一种聚丙烯腈碳纤维的上浆、干燥和定型装置。本发明包括对碳纤维上浆的上浆装置、对上浆后的碳纤维干燥的干燥装置以及对干燥后的碳纤维进行定型的定型装置，上浆装置包括盛放浆液的上浆槽，上浆槽的外侧设置有循环管路，循环管路的一端与上浆槽的底部连接，另一端与上浆槽的上边缘连接，循环管路上设置有循环泵；上浆槽内设置有部分浸润在浆液中的导向辊和全部浸润在浆液中的浸没辊，在上浆槽的出口边缘延伸设置有回流板，回流板上方固定有空气吹扫器。本发明上浆均匀，丝束形态好，在上浆干燥过程中减少空气对碳纤维的污染，同时也改善了工作环境，提高了工人工作的舒适度。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯腈碳纤维生产装置，特别涉及一种聚丙烯腈碳纤维的上浆、干燥和定型装置。
背景技术
聚丙烯腈碳纤维具有优异的力学性能，在航空领域、体育休闲用品及军用和民用高科技领域得到广泛应用，在新兴工业领域如高速列车、风电叶片、电缆支撑芯等领域的应用也越来越广泛，已经成为余杭飞行器向轻质、高性能和高可靠性方向发展的重要物质保障及技术推动力，属于军民两用的高科技新材料。
聚丙烯碳纤维制备过程中包括原料聚合、纺丝、预氧化、炭化、表面处理、上浆及干燥等过程。上浆及干燥是碳纤维制备过程中的最后一道工序，上浆的目的是富裕碳纤维集束性、耐磨性、抗吸水性等，便于碳纤维后续的应用。
碳纤维的上浆均匀性、碳纤维丝束的宽度及外表形态对碳纤维后续应用有重要的影响。如果碳纤维上浆量不均匀、碳纤维丝束的宽窄和外表形态不规整，在将其制造成预浸料或编织成织物时，其工艺性会比较差，预浸料和编织物的形态难以精确控制，进而影响最终符合材料的性能，目前的国产碳纤维，尤其是大于12K的国产碳纤维，上述问题非常突出，已经成为制约国产碳纤维质量的一个重要因数。
此外，目前国内常用的碳纤维上浆干燥设备比较落后，能耗大，污染严重，干燥炉入口的气流不能合理控制，在上浆过程中碳纤维易收到外界空气污染，同时干燥炉内的含湿气体会从炉口排出，影响生产环境。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，本发明设计了一种上浆均匀，丝束形态好，在上浆干燥过程中减少空气对碳纤维的污染，同时也改善了工作环境，提高了工人工作的舒适度。
本发明通过以下技术方案实现：
聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：包括对碳纤维上浆的上浆装置、对上浆后的碳纤维干燥的干燥装置以及对干燥后的碳纤维进行定型的定型装置，所述的上浆装置包括盛放浆液的上浆槽，上浆槽的外侧设置有循环管路，循环管路的一端与上浆槽的底部连接，另一端与上浆槽的上边缘连接，循环管路上设置有循环泵；上浆槽内设置有部分浸润在浆液中的导向辊和全部浸润在浆液中的浸没辊，在上浆槽的出口边缘延伸设置有回流板，所述的回流板上方固定有空气吹扫器。
本发明通过设置的循环管路和循环泵来对上浆液进行实时的循环，保证上浆槽内的上浆液的均匀性，导向辊部分浸润始终保持上浆液的浸润，防止了上浆液在导向辊的表面形成脱乳，形成脱乳后上浆液中的环氧树脂组份会粘结在辊面闪，碳纤维通过时会形成绕丝，影响后续的生产，设置的空气吹扫器能够吹走碳纤维表面多余的上浆液，使碳纤维表面浆液的均匀性得以提高，回流板用于对吹下的浆液继续回收，使浆液回流到上浆槽内。
所述的干燥装置包括干燥炉体，干燥炉体的一侧设置有进口，对应的另一侧设置有出口，所述的干燥炉体内被分割成多个干燥区，各个干燥区中间相互连通，在靠近出口的干燥炉体的顶部设置有干燥气体入口，在靠近入口的干燥炉体的顶部设置有含湿气体出口，所述的每个干燥区都设置有热风循环管装置，所述的热风循环装置包括连通干燥区上部和下部的热风循环管路，所述的热风循环管路上设置有热风循环风机以及对热风进行加热的加热器，本发明干燥气体流动的里程长，干燥装置最大效率的发挥了干燥气体的作用，每个干燥区设置的热风循环管路和管路上的加热器用于保持热风的温度，从而保持干燥效果。
所述的干燥装置还包括连接进口和出口连接的调节风道，所述的调节风道上设置有将风从出口吹向入口的调节风机，调节风机上设置有控制调节风机风速流量的调节控制器，由于含湿气体从第一干燥区排出时，第一干燥区会处于负压状态，第三干燥区区域正压状态，这样外界的不洁净的空气就会从纤维入口进入干燥炉内，污染碳纤维，而且第三干燥区中含有一定湿度的热气也会从纤维出口排出进入工作环境中，对环境造成了污染，也浪费了一部分热量，设置的调节风道，通过调节调节风机的工作状态，使纤维入口没有不洁净空气进入炉内和纤维出口没有含湿气体进入工作环境中，继而保证了碳纤维干燥的质量和工作环境的清洁度。
每个干燥区的上部设置有空气分配腔，空气分配腔下方设置有第一空气分配板和第二空气分配板，以及设置在干燥区下部的空气回流板，所述的第一空气分配板上的均布设置有多个通风孔，所述的通风孔的直径从左到右依次变大。设置的第一空气分配板通过通风孔大小的变化来调节整个干燥区的风速的均匀性。
优选的是，所述的空气分配腔采用直角梯形空气分配腔，梯形空气分配腔倒置设置，梯形空气分配腔的斜腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于上方，斜腰位于下方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
优选的是，所述的空气分配腔采用直角梯形空气分配腔，所述的梯形空气分配腔采用卧倒设置，所述的梯形空气分配腔的直角腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于下方，斜腰位于上方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
上述两种空气分配腔的结构在靠近空气进入侧的腔体的体积较大，远离空气进入侧的腔体的体积较小，能够有效的对空气的流速进行调节，保证从出气口流出的空气的流速的均匀性。
所述的定型装置包括安装在安装板上的加热开纤辊组、挤压定型辊组和冷却成型辊组，所述的挤压成型辊组包括上成型辊和下成型辊，所述的下成型辊安装在安装板上，上成型辊安装在调节机构上，调节机构安装在安装板上，所述的调节机构包括固定在安装板上的垂直设置的导轨，所述的导轨的顶部设置有上横梁，两个导轨之间设置有滑动块，上成型辊连接在滑动块上，上横梁上设置有推动滑动块上下滑动的调节气缸，本发明能够根据实际需要调整上成型辊和下成型辊之间的间隙，经过挤压成型后的碳纤维的厚度得到确定，同时经过挤压后的碳纤维丝束的表面会变得平整，单个纤维之间的原有的缝隙也会消失，提高了碳纤维的致密度。
所述的加热开纤辊组包括安装在安装板上的多个开纤辊，各个开纤辊之间通过齿轮传动，多个开纤辊之间上下错位设置，所述的相邻开纤辊的轴心的垂直距离小于开纤辊的直径，所述的开纤辊表面的温度为120℃～180℃，本发明对相邻的开纤辊的之间的距离进行了限定，从而保证了碳纤维在开纤辊上的包角大于180°，包角越大，越便于碳纤维丝束的开纤。
所述的冷却成型辊组包括安装在安装板上的多个冷却辊，各个冷却辊之间通过齿轮传动，所述的多个冷却辊之间上下错位设置，且所述的相邻的冷却辊的轴心的垂直距离大于冷却辊的直径，相邻的冷却辊之间的距离进行限定，保证了碳纤维在冷却辊上的包角小于180°，否侧碳纤维丝束有可能在此产生冷开钱，使已有的整齐形态再次遭到破坏。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设置的循环管路和循环泵来对上浆液进行实时的循环，保证上浆槽内的上浆液的均匀性，导向辊部分浸润始终保持上浆液的浸润，防止了上浆液在导向辊的表面形成脱乳，形成脱乳后上浆液中的环氧树脂组份会粘结在辊面闪，碳纤维通过时会形成绕丝，影响后续的生产，设置的空气吹扫器能够吹走碳纤维表面多余的上浆液，使碳纤维表面浆液的均匀性得以提高，回流板用于对吹下的浆液继续回收，使浆液回流到上浆槽内。
2、本发明干燥气体流动的里程长，干燥装置最大效率的发挥了干燥气体的作用，每个干燥区设置的热风循环管路和管路上的加热器用于保持热风的温度，从而保持干燥效果，同时设置的调节风道，通过调节调节风机的工作状态，使纤维入口没有不洁净空气进入炉内和纤维出口没有含湿气体进入工作环境中，继而保证了碳纤维干燥的质量和工作环境的清洁度；另外设置的第一空气分配板通过通风孔大小的变化来调节整个干燥区的风速的均匀性，以及设计的两种空气分配腔的结构在靠近空气进入侧的腔体的体积较大，远离空气进入侧的腔体的体积较小，能够有效的对空气的流速进行调节，保证从出气口流出的空气的流速的均匀性；
3、本发明能够根据实际需要调整上成型辊和下成型辊之间的间隙，经过挤压成型后的碳纤维的厚度得到确定，同时经过挤压后的碳纤维丝束的表面会变得平整，单个纤维之间的原有的缝隙也会消失，提高了碳纤维的致密度，同时控制碳纤维在加热开纤辊组和冷却辊组上的包角，有利于碳纤维的开纤和防止碳纤维在冷却辊上的冷开纤，避免已有的整齐形态再次遭到破坏。
附图说明
图1为本发明的构造示意图；
图2为干燥装置的结构示意图；
图3为干燥装置的剖视图；
图4为第一空气分配板的结构示意图；
图5为一种空气分配腔的结构示意图；
图6为另一种空气分配腔的结构示意图；
图中1为循环管路，2为循环泵，3为浸润滚，4为浸没辊，5为上浆槽，6为空气吹扫器，7为回流板，8为干燥装置，81为干燥炉体，82为含湿气体出口，83为调节风道，84为调节风机，841为调节控制器，85为出口，86为第二空气分配板，87为第一空气分配板，871为通风孔，88为空气回流板，89为进口，800为热风循环管路，801为加热器，802为热风循环风机，803为空气分配腔，9为开纤辊，10为安装板，11为下成型辊，12为滑动块，13为上成型辊，14为滑轨，15为调节气缸，16为冷却辊。
具体实施方式
下面结合附图对比本发明做进一步的解释。
如图1所示的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：包括对碳纤维上浆的上浆装置、对上浆后的碳纤维干燥的干燥装置以及对干燥后的碳纤维进行定型的定型装置，所述的上浆装置包括盛放浆液的上浆槽5，上浆槽5的外侧设置有循环管路1，循环管路1的一端与上浆槽5的底部连接，另一端与上浆槽5的上边缘连接，循环管路5上设置有循环泵2；上浆槽5内设置有部分浸润在浆液中的导向辊3和全部浸润在浆液中的浸没辊4，在上浆槽5的出口边缘延伸设置有回流板7，所述的回流板7上方固定有空气吹扫器6。
本发明通过设置的循环管路和循环泵来对上浆液进行实时的循环，保证上浆槽内的上浆液的均匀性，导向辊部分浸润始终保持上浆液的浸润，防止了上浆液在导向辊的表面形成脱乳，形成脱乳后上浆液中的环氧树脂组份会粘结在辊面闪，碳纤维通过时会形成绕丝，影响后续的生产，设置的空气吹扫器能够吹走碳纤维表面多余的上浆液，使碳纤维表面浆液的均匀性得以提高，回流板用于对吹下的浆液继续回收，使浆液回流到上浆槽内。
如图2和图3所示的干燥装置包括干燥炉体，干燥炉体81的一侧设置有进口89，对应的另一侧设置有出口85，所述的干燥炉体81内被分割成多个干燥区，各个干燥区中间相互连通，在靠近出口的干燥炉体的顶部设置有干燥气体入口811，在靠近进口的干燥炉体81的顶部设置有含湿气体出口82，所述的每个干燥区都设置有热风循环管装置，所述的热风循环装置包括连通干燥区上部和下部的热风循环管路800，所述的热风循环管路800上设置有热风循环风机802以及对热风进行加热的加热器801，本发明干燥气体流动的里程长，干燥装置最大效率的发挥了干燥气体的作用，每个干燥区设置的热风循环管路和管路上的加热器用于保持热风的温度，从而保持干燥效果。
所述的干燥装置还包括连接进口和出口连接的调节风道83，所述的调节风道83上设置有将风从出口吹向入口的调节风机84，调节风机84上设置有控制调节风机风速流量的调节控制器841，由于含湿气体从第一干燥区排出时，第一干燥区会处于负压状态，第三干燥区区域正压状态，这样外界的不洁净的空气就会从纤维入口进入干燥炉内，污染碳纤维，而且第三干燥区中含有一定湿度的热气也会从纤维出口排出进入工作环境中，对环境造成了污染，也浪费了一部分热量，设置的调节风道，通过调节调节风机的工作状态，使纤维入口没有不洁净空气进入炉内和纤维出口没有含湿气体进入工作环境中，继而保证了碳纤维干燥的质量和工作环境的清洁度。
每个干燥区的上部设置有空气分配腔803，空气分配腔803下方设置有第一空气分配板87和第二空气分配板86，以及设置在干燥区下部的空气回流板88，所述的第一空气分配板87上的均布设置有多个通风孔871，所述的通风孔的直径从左到右依次变大（如图4所示）。设置的第一空气分配板通过通风孔大小的变化来调节整个干燥区的风速的均匀性。
优选的是，如图5所示的空气分配腔803采用直角梯形空气分配腔，梯形空气分配腔倒置设置，梯形空气分配腔的斜腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于上方，斜腰位于下方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
优选的是，如图6所示的空气分配腔803采用直角梯形空气分配腔，所述的梯形空气分配腔采用卧倒设置，所述的梯形空气分配腔的直角腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于下方，斜腰位于上方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
上述两种空气分配腔803的结构在靠近空气进入侧的腔体的体积较大，远离空气进入侧的腔体的体积较小，能够有效的对空气的流速进行调节，保证从出气口流出的空气的流速的均匀性。
所述的定型装置包括安装在安装板上的加热开纤辊组、挤压定型辊组和冷却成型辊组，所述的挤压成型辊组包括上成型辊13和下成型辊11，所述的下成型辊11安装在安装板10上，上成型辊13安装在调节机构上，调节机构安装在安装板10上，所述的调节机构包括固定在安装板10上的垂直设置的导轨14，所述的导轨14的顶部设置有上横梁，两个导轨14之间设置有滑动块12，上成型辊连接在滑动块12上，上横梁上设置有推动滑动块上下滑动的调节气缸15，本发明能够根据实际需要调整上成型辊和下成型辊之间的间隙，经过挤压成型后的碳纤维的厚度得到确定，同时经过挤压后的碳纤维丝束的表面会变得平整，单个纤维之间的原有的缝隙也会消失，提高了碳纤维的致密度。
所述的加热开纤辊组包括安装在安装板上的多个开纤辊9，各个开纤辊9之间通过齿轮传动，多个开纤辊9之间上下错位设置，所述的相邻开纤辊的轴心的垂直距离小于开纤辊的直径，所述的开纤辊表面的温度为120℃～180℃，本发明对相邻的开纤辊的之间的距离进行了限定，从而保证了碳纤维在开纤辊上的包角大于180°，包角越大，越便于碳纤维丝束的开纤。
所述的冷却成型辊组包括安装在安装板上的多个冷却辊16，各个冷却辊16之间通过齿轮传动，所述的多个冷却辊16之间上下错位设置，且所述的相邻的冷却辊16的轴心的垂直距离大于冷却辊的直径，相邻的冷却辊之间的距离进行限定，保证了碳纤维在冷却辊上的包角小于180°，否侧碳纤维丝束有可能在此产生冷开钱，使已有的整齐形态再次遭到破坏。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设置的循环管路和循环泵来对上浆液进行实时的循环，保证上浆槽内的上浆液的均匀性，导向辊部分浸润始终保持上浆液的浸润，防止了上浆液在导向辊的表面形成脱乳，形成脱乳后上浆液中的环氧树脂组份会粘结在辊面闪，碳纤维通过时会形成绕丝，影响后续的生产，设置的空气吹扫器能够吹走碳纤维表面多余的上浆液，使碳纤维表面浆液的均匀性得以提高，回流板用于对吹下的浆液继续回收，使浆液回流到上浆槽内。
2、本发明干燥气体流动的里程长，干燥装置最大效率的发挥了干燥气体的作用，每个干燥区设置的热风循环管路和管路上的加热器用于保持热风的温度，从而保持干燥效果，同时设置的调节风道，通过调节调节风机的工作状态，使纤维入口没有不洁净空气进入炉内和纤维出口没有含湿气体进入工作环境中，继而保证了碳纤维干燥的质量和工作环境的清洁度；另外设置的第一空气分配板通过通风孔大小的变化来调节整个干燥区的风速的均匀性，以及设计的两种空气分配腔的结构在靠近空气进入侧的腔体的体积较大，远离空气进入侧的腔体的体积较小，能够有效的对空气的流速进行调节，保证从出气口流出的空气的流速的均匀性；
3、本发明能够根据实际需要调整上成型辊和下成型辊之间的间隙，经过挤压成型后的碳纤维的厚度得到确定，同时经过挤压后的碳纤维丝束的表面会变得平整，单个纤维之间的原有的缝隙也会消失，提高了碳纤维的致密度，同时控制碳纤维在加热开纤辊组和冷却辊组上的包角，有利于碳纤维的开纤和防止碳纤维在冷却辊上的冷开纤，避免已有的整齐形态再次遭到破坏。
Claims (9)
1.聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：包括对碳纤维上浆的上浆装置、对上浆后的碳纤维干燥的干燥装置以及对干燥后的碳纤维进行定型的定型装置，所述的上浆装置包括盛放浆液的上浆槽，上浆槽的外侧设置有循环管路，循环管路的一端与上浆槽的底部连接，另一端与上浆槽的上边缘连接，循环管路上设置有循环泵；上浆槽内设置有部分浸润在浆液中的导向辊和全部浸润在浆液中的浸没辊，在上浆槽的出口边缘延伸设置有回流板，所述的回流板上方固定有空气吹扫器。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的干燥装置包括干燥炉体，干燥炉体的一侧设置有进口，对应的另一侧设置有出口，所述的干燥炉体内被分割成多个干燥区，各个干燥区中间相互连通，在靠近出口的干燥炉体的顶部设置有干燥气体入口，在靠近入口的干燥炉体的顶部设置有含湿气体出口，所述的每个干燥区都设置有热风循环管装置，所述的热风循环装置包括连通干燥区上部和下部的热风循环管路，所述的热风循环管路上设置有热风循环风机以及对热风进行加热的加热器。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的干燥装置还包括连接进口和出口连接的调节风道，所述的调节风道上设置有将风从出口吹向入口的调节风机，调节风机上设置有控制调节风机风速流量的调节控制器。
4.根据权利要求2所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：每个干燥区的上部设置有空气分配腔，空气分配腔下方设置有第一空气分配板和第二空气分配板，以及设置在干燥区下部的空气回流板，所述的第一空气分配板上的均布设置有多个通风孔，所述的通风孔的直径从左到右依次变大。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：，所述的空气分配腔采用直角梯形空气分配腔，梯形空气分配腔倒置设置，梯形空气分配腔的斜腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于上方，斜腰位于下方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
6.根据权利要求4所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的空气分配腔采用直角梯形空气分配腔，所述的梯形空气分配腔采用卧倒设置，所述的梯形空气分配腔的直角腰上设置有多个出气口，梯形空气分配腔的直角腰位于下方，斜腰位于上方，热风循环管路与梯形空气分配腔的长顶边连接。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的定型装置包括安装在安装板上的加热开纤辊组、挤压定型辊组和冷却成型辊组，所述的挤压成型辊组包括上成型辊和下成型辊，所述的下成型辊安装在安装板上，上成型辊安装在调节机构上，调节机构安装在安装板上，所述的调节机构包括固定在安装板上的垂直设置的导轨，所述的导轨的顶部设置有上横梁，两个导轨之间设置有滑动块，上成型辊连接在滑动块上，上横梁上设置有推动滑动块上下滑动的调节气缸。
8.根据权利要求7所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的加热开纤辊组包括安装在安装板上的多个开纤辊，各个开纤辊之间通过齿轮传动，多个开纤辊之间上下错位设置，所述的相邻开纤辊的轴心的垂直距离小于开纤辊的直径，所述的开纤辊表面的温度为120℃～180℃。
9.根据权利要求7所述的聚丙烯腈碳纤维上浆、干燥和定型装置，其特征在于：所述的冷却成型辊组包括安装在安装板上的多个冷却辊，各个冷却辊之间通过齿轮传动，所述的多个冷却辊之间上下错位设置，且所述的相邻的冷却辊的轴心的垂直距离大于冷却辊的直径。
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