CN103603190A - 一种f-12纤维上浆柔化方法及上浆柔化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强高模F-12纤维的上浆柔化方法及上浆柔化装置，上浆柔化方法，包括上浆、表面处理、软化处理和干燥工序。所述上浆工序，是将F-12纤维输送到上浆柔化装置的上浆槽中，从而使槽中的配制浓度为0.2～2％的脂肪酸酯类浆剂在温度为20～40℃的条件下涂覆或浸润在F-12纤维表面；所述软化处理工序，是使得F-12纤维以折线型通过上浆槽的过程时得到软化。上浆柔化装置，由固定柔化辊1、可移动柔化辊2、导丝辊3、超声波发生器4、循环泵5、加热器6及槽体8组成。本发明克服了F-12纤维表面惰性大、表面浸润差的缺点，改善纤维表面性能，避免纤维制品性能下降，提高纤维与树脂基体的粘结性能，提高纤维增强树脂复合材料性能的问题。

Description

一种F-12纤维上浆柔化方法及上浆柔化装置

技术领域

本发明涉及一种高强高模F-12纤维的上浆柔化方法及上浆柔化装置。

背景技术

芳纶纤维与碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维并成为三大高性能纤维，广泛应用于各个领域。F-12纤维属于杂环芳纶纤维，是在对位芳纶纤维的基础上，结构中引入第三单体后通过低温缩聚而成，因此纤维性能明显优于对位芳纶，能够广泛应用于武器装备和高端民用市场。尤其用于新型复合材料的制备，具有广阔的应用前景。

与其他高性能纤维相似，F-12纤维表面呈化学惰性，与基体树脂间的界面结合性能一般，影响了材料优异性能的最大发挥。目前多数化纤生产厂家都采用上浆方法欲弥补这一影响，而保证上浆稳定性与均匀性的技术一直处于不成熟阶段。为了保证F-12纤维在织造过程顺利进行，不出现起毛、断丝等现象，同时为了保证复合材料的性能，改善纤维表面性能，提高F-12增强纤维的强度发挥率，本发明提出了在制得成品纤维前对纤维进行上浆柔化处理，通过自主设计的上浆柔化装置将纤维表面处理和上浆工艺融为一体，较好地改善了纤维表面性能，使纤维在使用过程中充分发挥其性能优势，避免在纤维制品制造过程中性能下降，提高了纤维与树脂基体的粘结性能，从而提高了纤维制品性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种F-12纤维上浆柔化方法，以克服F-12纤维表面惰性大、表面浸润差的缺点，改善纤维表面性能，避免纤维制品性能下降，提高纤维与树脂基体的粘结性能，提高纤维增强树脂复合材料性能的问题；同时，提供F-12纤维上浆柔化装置以解决F-12纤维上浆柔化的问题。

为解决存在的技术问题，本发明采用的技术方案为：一种F-12纤维的上浆柔化方法，包括上浆、表面处理、软化处理和干燥工序。

所述上浆工序，是将F-12纤维通过供丝机，以20.6～22.9m／min的速度稳定地输送到上浆柔化装置的上浆槽中，从而使槽中的配制浓度为0.2～2％的脂肪酸酯类浆剂在温度为20～40℃的条件下涂覆或浸润在F-12纤维表面；

所述表面处理工序，是在F-12纤维在上浆时，通过上浆柔化装置中的超声波发生器照射F-12纤维，以增加F-12纤维表面极性基团的含量和纤维表面粗糙度；

所述软化处理工序，是调节可移动柔化辊2的角度，使得可移动柔化辊与固定柔化辊成固定角度，从而使得F-12纤维以折线型通过上浆槽的过程时得到软化；

所述干燥工序，是F-12纤维经上浆柔化装置后进入温度为95℃～120℃的烘干机中，使得F-12纤维含水率控制在3％以下。

一般，所用的浆剂包括所有可用于芳纶纤维上浆用的脂肪酸酯类浆剂，本发明特别包括脂肪酸一元醇酯、脂肪酸双酯、脂肪酸多元醇酯、脂肪酸三羟基甲基丙酯、脂肪酸季戊四醇酯为主要成份的脂肪酸酯类浆剂。

上述的上浆柔化方法使用的上浆柔化装置，由固定柔化辊1、可移动柔化辊2、导丝辊3、超声波发生器4、循环泵5、加热器6及槽体8组成，所述槽体8的内部靠近进丝端和出丝端分别安装有导丝辊3；所述导丝辊3之间交替安装有固定柔化辊1和可移动柔化辊2，可移动柔化辊2可以根据柔化的要求，来调节角度位置；所述超声波发生器4安装在槽体8的底部；

所述槽体8的一侧的进液口通过管道和进液阀门连接有加热器6以及循环泵5，并通过管道和出液阀连接到槽体8的另一侧的出液口，使整个槽体形成循环体系，保证浆剂浓度的均匀稳定性。

为可保证多组F-12纤维束同时进行上浆柔化处理过程不出现交叉绕丝现象，所述固定柔化辊1和可移动柔化辊2上还可以安装有小柔化辊10，以分组F-12纤维束进行上浆柔化处理。

通常所述固定柔化辊1、可移动柔化辊2和小柔化辊10可以采用金属、陶瓷及塑料等材料的柔化辊，本发明优选陶瓷柔化辊。

为了除去槽体8中浆剂中的杂质，所述槽体8的进液口处安装有过滤网9。

本发明的优点：此种上浆工艺通过上浆柔化装置同时实现了F-12纤维上浆、表面处理及软化处理的三效合一。首先，上浆的均匀性是保证纤维线密度稳定和纤维制品性能稳定的一个必要条件，而影响上浆均匀性的因素上浆过程中浆液浓度、温度的稳定及上浆量的控制，因此通过循环系统、加热器、上浆辊精密机械加工及柔化辊的柔化作用，使得上浆的均匀性提高，保证了纤维制品的性能。其次在上浆时经过超声波处理，使得纤维表面活性增大，浆剂更好的包覆和浸透在纤维丝束中，不仅便于后期纤维制品制造工序的顺利进行，而且改善了纤维浸润性，大大提高了纤维增强树脂基复合材料的性能。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为本发明工艺中的上浆柔化装置示意图；

图中标记：1为固定柔化辊；2为移动柔化辊；3为导丝辊；4为超声波发生器；5为循环泵；6为加热器；7为机架；8为槽体；

图3为上浆柔化装置俯视图，

图中标记：9为过滤网；

图4为槽体中柔化辊结构图，

图中标记：10为小柔化辊。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进行具体说明。

如图1所示，本发明工艺流程图为F-12纤维由供丝机输送到自主设计的上浆柔化装置中进行上浆、表面处理及软化处理，然后通过干燥机烘干，最后经由卷绕机卷绕成筒，制得成品F-12纤维。

如图2和图3所示，为本发明工艺中的上浆柔化装置，该装置由固定柔化辊1、可移动柔化辊2、导丝辊3、超声波发生器4、循环泵5、加热器6、机架7及槽体8组成。其中，槽体8里面装有2根16槽导丝辊3，导丝辊3间交替装有三组固定柔化辊1和两组可移动柔化辊2，每组柔化辊上装有17只小柔化辊10，柔化辊统一采用陶瓷辊，其中的可移动柔化辊2可以根据标尺上角度来调节位置，角度范围为30°～180°。槽体8底部安装有超声波发生器4。槽体8一侧进液口通过管道和进液阀门连接有加热器6以及循环泵5，并通过管道和出液阀连接到槽体另一侧的出液口，使整个槽体8形成循环体系，保证浆剂浓度的均匀稳定性。加热器6加热温度范围为室温至90℃，温度可控。过滤网9，其安装在槽体8进液口处，与进液管道相连，主要作用是除去槽体8中浆剂中的杂质。

使用前调节可移动柔化辊2至标尺上的30°～180°间，并打开超声波发生器4、循环泵5和加热器6开关，当F-12纤维经由供丝机输送至该装置的槽体8中时，F-12纤维先通过第一个导丝辊3，然后依次穿过五组固定柔化辊1和移动柔化辊2，之后再穿过第二个导丝辊3，接着便进入干燥机。其中F-12纤维在穿过导丝辊和柔化辊时位数保持一致。

如图4所示，为柔化辊的示意图，每组柔化辊上的都有17个小柔化辊10，其可保证16辊纤维同时进行上浆柔化处理不出现交叉绕丝现象。

本发明中，浆剂通过最大流量为1.5m³／h的磁力循环泵在槽中循环供给，并通过加热器控制一定的浆剂所需温度，保证了浆剂的均匀稳定性，通过超声波振动使得浆剂更好的包覆和浸透纤维。从而实现纤维的有效上浆及均匀上浆。

通常，超声波发生器的频率及功率可根据F-12纤维的供丝数量、供丝速度、超声波发生器的照射面积等进行选择设定。本发明采用的超声波发生器的频率为28KHz，功率为0～2700W。

实施例1

在开始进行纤维上浆前，先将槽体内注入配制浓度1.2％的脂肪酸酯类浆剂，液面达到规定刻度为止，打开进液阀和出液阀，进液阀开到一半的位置即可，再打开超声波装置，超声功率为1200W，超声频率为28KHz；待槽体内的浆液有明显的振动波纹后，再开启循环泵，循环泵流量为0.3m³／h；最后再开启加热器，将温控表设定为40℃。然后开始对纤维进行上浆工艺，将16辊23tex纤维经由供丝机以22.9m／min的速度通过上浆柔化装置导丝辊及柔化辊进行上浆，调节可移动柔化辊使2根丝杠调节角度为30°，之后将纤维置于95℃下进行烘干并卷绕，即得成品纤维。所得纤维表观光滑、柔软，纤维性能亦无下降，在织造过程中无起毛、断丝现象。纤维增强环氧树脂基复合材料层间剪切强度较为52.8MPa，较未使用该上浆工艺时提高了10％以上。

综上所述，本发明的F-12纤维上浆工艺方法较以往的工艺更易操作，且功能效用更全，克服了纤维本身表面活性低的缺点，同时还提高了纤维及其制品的性能，为F-12纤维作为增强体在复合材料的应用中拓宽了道路，具有重大的发展和应用意义。

Claims (6)

1.一种F-12纤维的上浆柔化方法，包括上浆、表面处理、软化处理和干燥工序，其特征在于：

所述上浆工序，是将F-12纤维通过供丝机，以20.6～22.9m／min的速度稳定地输送到上浆柔化装置的上浆槽中，从而使槽中的配制浓度为0.2～2％的脂肪酸酯类浆剂在温度为25～30℃的条件下涂覆或浸润在F-12纤维表面；

所述表面处理工序，是在F-12纤维在上浆时，通过上浆柔化装置中的超声波发生器照射F-12纤维，以增加F-12纤维表面极性基团的含量和纤维表面粗糙度；

所述软化处理工序，是调节可移动柔化辊2的角度，使得可移动柔化辊与固定柔化辊成固定角度，从而使得F-12纤维以折线型通过上浆槽的过程时得到软化；

所述干燥工序，是F-12纤维经上浆柔化装置后进入温度为95℃～120℃的烘干机中，使得F-12纤维含水率控制在3％以下。

2.根据权利要求1所述的上浆柔化方法，其特征在于：所述脂肪酸酯类浆剂为脂肪酸一元醇酯、脂肪酸双酯、脂肪酸多元醇酯、脂肪酸三羟基甲基丙酯、脂肪酸季戊四醇酯为主要成份的浆剂。

3.根据权利要求1所述的上浆柔化方法使用的上浆柔化装置，由固定柔化辊(1)、可移动柔化辊(2)、导丝辊(3)、超声波发生器(4)、循环泵(5)、加热器(6)及槽体(8)组成，其特征在于：

所述槽体(8)的内部靠近进丝端和出丝端分别安装有导丝辊(3)；

所述导丝辊(3)之间交替安装有固定柔化辊(1)和可移动柔化辊(2)，可移动柔化辊(2)可以根据柔化的要求，来调节角度位置；

所述超声波发生器(4)安装在槽体(8)的底部；

所述槽体(8)的一侧的进液口通过管道和进液阀门连接有加热器(6)以及循环泵(5)，并通过管道和出液阀连接到槽体(8)的另一侧的出液口，使整个槽体形成循环体系，保证浆剂浓度的均匀稳定性。

4.根据权利要求2所述的上浆柔化装置，其特征在于：所述固定柔化辊(1)和可移动柔化辊(2)上安装有小柔化辊(10)。

5.根据权利要求3所述的上浆柔化装置，其特征在于：所述柔化辊为陶瓷辊。

6.根据权利要求2所述的上浆柔化装置，其特征在于：所述槽体(8)的进液口处安装有过滤网(9)。

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