CN106591974A - 一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置 - Google Patents

一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，属于碳纤维生产设备技术领域。该冷牵伸装置包括温度调节槽，箱体，传送装置和控制装置。其中，传送装置包括两组压持牵伸机构。压持牵伸机构包括压持辊组和握持辊组。温度调节槽内设有分别流通冷热介质的两套温度调节装置。控制装置与温度调节槽、传送装置的齿轮箱以及压持辊组连锁，以实现对温度调节槽内温度、压持辊和握持辊、压持辊的辊间距等技术参数的自动控制。该冷牵伸装置，采用的独立双组压持辊和握持辊相结合的方式，通过对压持辊和握持辊转速的控制，可实现正向牵伸和负向牵伸。不但可将直径过大的原丝通过拉伸缩小直径，还可借助于纤维的回缩力，促使纤维回弹。

Description

一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置
技术领域
本发明涉及一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，属于碳纤维生产设备技术领域。
背景技术
碳纤维是碳含量在90％以上的无机高分子纤维，除了具有一般碳素材料的耐高温、耐摩擦、耐腐蚀及导电导热等特性以外，还具有柔软可加工性、质量轻、比强度大等特性，从而被广泛应用到军事、纺织、体育器材、化工、医疗器械及机械加工等诸多领域。
在碳纤维加工过程中，初生的碳纤维原丝的直径往往有粗有细，一致性很差。这种纤维原丝在后续的热牵伸过程中极容易产生断丝和毛丝，从而达到降低碳纤维的品质和产量。
发明内容
为解决初生纤维的直径大小不一，在进行热牵伸过程中纤维的断丝率和毛丝率高的问题，本发明提供了一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，所采取的技术方案如下：
一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，该冷牵伸装置包括温度调节槽2，构造于温度调节槽2上部的箱体1，传送装置3以及控制装置4；
所述传送装置3包括两组压持牵伸机构，以及与压持牵伸机构连接的齿轮箱35；
所述压持牵伸机构包括压持辊组和握持辊组；
所述压持辊组包括竖直排列通过可调的辊间距压持丝束8的第一压持辊31和第二压持辊32；
所述握持辊组包括旋转方向相反第一握持辊33和第二握持辊34；
所述第二握持辊34位于温度调节槽2内，丝束8从一组压持牵伸机构的第二握持辊34底部牵伸出后从另一组压持牵伸机构的第二握持辊34底部牵伸入另一组压持牵伸机构；
所述温度调节槽2内设有分别流通冷热介质的两套温度调节装置；
所述控制装置4与温度调节槽2、齿轮箱35以及压持辊组连锁，以实现对温度调节槽2内温度、压持辊和握持辊、压持辊的辊间距等技术参数的自动控制。
所述齿轮箱35可与外部动力机构，如电机连接，为压持牵伸机构提供动力。
优选地，箱体1固定于温度调节槽2上，且底部与温度调节槽2连通。
更优选地，压持辊组位于箱体1的外侧；握持辊组位于箱体1和温度调节槽2内。
更优选地，第一握持辊33位于箱体1的底部，第二握持辊34位于温度调节槽2的液面以下。
优选地，压持牵伸机构中的压持辊和握持辊均为可独立控制的主动辊。
优选地，第一压持辊31为橡胶辊，两端通过与联销器37连接的连杆与带动第一压持辊31垂直运动的动力装置36连接。
更优选地，所述动力装置36为可伸缩的气压缸或液压缸。
优选地，箱体1和温度调节槽2设有保温层。该保温层可采用硅酸铝棉或聚氨酯保温材料。
优选地，温度调节槽2流通冷热介质的两套温度调节装置位于底部，且呈蛇形或回字形交替设置。
更优选地，所述流通冷热介质的两套温度调节装置分别与控制装置4连锁。
所述控制装置4可采用DCS系统等现有常见的控制系统，系统内部控制程序以及系统硬件的具体布置，本领域技术人员可根据实际生产需求，以及相关装置的具体参数和安装位置等信息进行常规设置。
所述连锁可以通过电线、数据线等形式的电连接，也可以通过网络信号或磁连接等其他方式连接。
相对于现有技术，本发明获得的有益效果是：
本发明所提供的冷牵伸装置，采用的独立双组压持和握持相结合的方式，通过对压持辊和握持辊转速的控制，可实现正向牵伸和负向牵伸。不但可以将直径过大的初生纤维原丝通过拉伸缩小直径，还可借助于纤维的回缩力，防止初生纤维的直径过细，甚至使初生纤维的直径增加，从而保质纤维丝束直径的统一，减少在热牵神过程中毛丝和断丝的产生。另外，在获得1～2倍牵伸倍数的同时大幅提高纺丝的产量，提高幅度可到10～25％。
本发明所提供的冷牵伸装置中的温度调节槽，采用分别流通冷热介质的两套温度调控装置，可精确保持水槽内水浴温度的恒定，大大降低温度波动，温度波动不超过±0.5℃，减小了因温度波动对纤维丝束牵伸造成的不良影响。同时，在箱体外层设置了保温层，能够有效保持牵伸箱体内温度的恒定。
附图说明
图1为本发明一种优选方案中冷牵伸装置的正视结构示意图。
图2为本发明一种优选方案中冷牵伸装置的测试结构示意图。
图中：1，箱体；11，保温层；2，温度调节槽；21，换热介质进口调节装置；22，换热介质出口调节装置；23，温度调节装置；24，密封盖；3，传送装置；31，第一压持辊；32，第二压持辊；33，第一握持辊；34，第二握持辊；35，齿轮箱；36，动力装置；37，联销器；4，控制装置；5，框架；8，丝束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。
其中，图1为本发明一种优选方案中冷牵伸装置的正视结构示意图。图2为本发明一种优选方案中冷牵伸装置的测试结构示意图。
从图1和图2可知，该冷牵伸装置是由箱体1，温度调节槽2，传送装置3，控制装置4以及框架5组成。箱体1安装在温度调节槽2的上部，其底部与温度调节槽2连通。温度调节槽2上部长出箱体1底部的位置通过设有80mm厚保温硅酸铝板保温层的密封盖24密封，以防止环境温度对温度调节槽2内溶剂的影响。同样，在箱体1的外侧设有由硅酸铝棉制成的保温层11，以保证箱体1内温度稳定。箱体1内设有隔板将箱体1分割成两个空间。在温度调节槽2的底部以蛇形交替平铺有两套温度调节装置23，分别流通冷介质和热介质。每套温度调节装置23上设有换热介质进口调节装置21和换热介质出口调节装置22。
传送装置3包括两组设置方式相同的压持牵伸机构，每个压持牵伸机构由一个压持辊组和一个握持辊组构成。其中，压持辊组包括第一压持辊31和第二压持辊32。第一压持辊31和第二压持辊32的轴向与底面平行，呈竖直排列。第一压持辊31位于上部，第二压持辊32位于下部。第一压持辊31的两端通过联销器37与连杆连接，连杆与固定在框架5水平梁上的动力装置36连接。动力装置36采用可伸缩的气压缸或液压缸，通过该动力装置36的伸缩控制第一压持辊31的高度，从而改变第一压持辊31与第二压持辊32之间的辊间距。握持辊组包括第一握持辊33和第二握持辊34，其中，第一握持辊33位于箱体1的底部，第二握持辊34位于温度调节槽2的内。第一握持辊33和第二握持辊34的包角均大于145度，从而为牵伸过程提供足够的握持力。其中，第一握持辊33与第二握持辊34的转动方向相反。在一个压持牵伸机构中，第一压持辊31为橡胶辊，其他辊为普通光辊。所有的压持辊和握持辊均为与齿轮箱35连接的主动辊。各辊的转速均受齿轮箱35的调节。
同时，该冷牵伸装置还包括控制装置4，该控制装置4可以是具有DCS系统的控制系统，也可以具有其他能够实现分散控制的现有常规控制系统。控制装置4与齿轮箱35连锁，实现对各个握持辊和压持辊转速的控制。控制装置4还与动力装置36连锁，以便于连锁控制压持辊之间的辊间距。同时，控制装置4还与温度调节槽2内两套温度调节装置连锁，以便直接对温度调节槽2内溶剂的温度进行精确连锁控制。
在使用过程中，纤维丝束4通过压持辊组之间的缝隙后进入箱体1缠绕第一握持辊33以后进入温度调节槽2的溶剂中，在缠绕第二握持棍34以后牵引出，牵引至另一组压持牵伸机构的第二握持辊34后向上缠绕第一握持辊33后，穿过箱体1后再通过压持辊组之间的辊间距引出。在整个冷牵伸过程中，控制装置4可根据生产的实际需求调整各个握持棍和压持辊的转速、压持辊组的辊间距以及温度调节槽2内溶剂的温度。在冷牵伸过程中，温度调节槽2内的溶剂的温度以及箱体1内的温度可保持温度波动不超过±0.5℃，从而大幅减小丝束4因温度波动所带来的不良影响。同时，通过压持辊组之间辊间距的调节、握持棍转速的调节等协同配合可有效控制纤维丝束的直径和拉伸倍数，从而保证相同以及不同批次丝束中直径一致性，大大提高产品的稳定性。另一方面也可以减少毛丝断丝的产生并提高10～25％的纺丝产量。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，包括温度调节槽(2)，构造于温度调节槽(2)上部的箱体(1)，传送装置(3)以及控制装置(4)；
所述传送装置(3)包括两组压持牵伸机构，以及与压持牵伸机构连接的齿轮箱(35)；
所述压持牵伸机构包括压持辊组和握持辊组；
所述压持辊组包括竖直排列通过可调的辊间距压持丝束(8)的第一压持辊(31)和第二压持辊(32)；
所述握持辊组包括旋转方向相反第一握持辊(33)和第二握持辊(34)；
所述第二握持辊(34)位于温度调节槽(2)内，丝束(8)从一组压持牵伸机构的第二握持辊(34)底部牵伸出后从另一组压持牵伸机构的第二握持辊(34)底部牵伸入；
所述温度调节槽(2)内设有分别流通冷、热介质的两套温度调节装置；
控制装置(4)与温度调节槽(2)、齿轮箱(35)以及压持辊组连锁。
2.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，箱体(1)固定于温度调节槽(2)上，且底部与温度调节槽(2)连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，压持辊组位于箱体(1)的外侧；握持辊组位于箱体(1)和温度调节槽(2)内。
4.根据权利要求3所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，第一握持辊(33)位于箱体(1)的底部，第二握持辊(34)位于温度调节槽(2)的液面以下。
5.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，压持牵伸机构中的压持辊和握持辊均为可独立控制的主动辊。
6.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，第一压持辊(31)为橡胶辊，两端通过与联销器(37)连接的连杆与带动第一压持辊(31)垂直运动的动力装置(36)连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，所述动力装置(36)为可伸缩的气压缸或液压缸。
8.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，箱体(1)和温度调节槽(2)设有保温层。
9.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，温度调节槽(2)流通冷热介质的两套温度调节装置位于底部，且呈蛇形或回字形交替设置。
10.根据权利要求9所述的一种用于碳纤维原丝生产的冷牵伸装置，其特征在于，所述流通冷热介质的两套温度调节装置分别与控制装置(4)连锁。
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