CN106811885B - 一种碳纤维槽辊上浆装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种碳纤维槽辊上浆装置，包括：固定在浆料槽固定板上的浆料槽、通过管路依次连通所述浆料槽底部的流量控制器、带闸阀的出浆嘴，所述出浆嘴的下方设置有表面具有凹槽的上浆槽辊，所述出浆嘴与上浆槽辊的凹槽相对设置，所述上浆槽辊的下方设置有回流槽，碳纤维丝束从槽辊凹槽中经过，可调节流量控制器，从而控制出浆嘴流量的大小，使碳纤维丝束在上浆槽辊处形成局部上浆，多余的浆料通过回流槽进入到浆料槽中循环利用。本发明可有效控制碳纤维丝束的上浆量，增加碳纤维丝束的集束性，解决了传统浸渍上浆方法浆料消耗大、成本高、上浆量不可控的缺点，圆弧凹槽在上浆过程中对碳纤维丝束有集束作用，使碳纤维上浆更均匀。

Description

一种碳纤维槽辊上浆装置

技术领域

本发明涉及碳纤维制造领域，特别涉及一种有效控制碳纤维丝束上浆量，使碳纤维上浆量更均匀，增加碳纤维丝束上浆后的集束性能，并能减少上浆过程中毛丝产生的上浆装置。

背景技术

碳纤维因为其高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电和传热性能等一系列优点，常作为复合材料的增强材料。广泛应用于航空航天、国防军工等领域。

上浆是碳纤维生产线的一道重要工序，碳纤维经过上浆后，其表面会产生一层具有活性的保护膜，防止空气中的水分和灰尘对其表面的破坏，同时减少纤维在输送过程中的磨损及毛丝的产生。经过上浆工序后，上万根碳纤维单丝聚集在一起，碳纤维丝束的集束性更好，便于后续碳纤维的进一步加工；此外，上浆后碳纤维浸润性能更好，制备复合材料时，经过上浆的碳纤维与树脂能浸润更充分，其制备的复合材料的力学性能更优异。

工业上常用的上浆方法是浸渍上浆，即碳纤维经过浸浆槽，在上浆辊的牵引下进行碳纤维丝束的被动上浆。但是这种上浆方式有三个缺点：

1.上浆量不可控。该上浆方式上浆量与碳纤维走丝速度有很大关系，速度改变时，上浆量随之改变，不能主动控制上浆量。

2.浆料消耗大。碳纤维在浸浆槽中经过，随着碳纤维牵引速度的增加，碳纤维带出的浆料增多，上浆量增大。在速度增加一倍时，碳纤维上浆量增加一倍。

3.挤浆辊容易产生粘丝现象。部分上浆装置为了节省浆料，在装置内增加挤浆辊，对上浆后的碳纤维进行挤浆料作用。但由于浆料中有效成分的粘度较大，碳纤维容易粘在压辊表面，造成碳纤维粘丝现象，严重时必须停机对压辊进行清理，这影响了碳纤维的连续生产，而且碳纤维的质量将有所下降。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维槽辊上浆装置，能主动的控制碳纤维丝束上浆量，使碳纤维上浆均匀性更好，碳纤维丝束经过槽辊后，丝束集束性更好，方便后续工序对碳纤维的加工。

本发明通过以下的技术方案实现：

一种碳纤维槽辊上浆装置，包括：固定在浆料槽固定板上的浆料槽、通过管路依次连通所述浆料槽底部的流量控制器、带闸阀的出浆嘴，浆料的流量通过出浆嘴上方的流量控制器调节，起到了上浆量可控的目的，所述出浆嘴的下方设置有表面具有凹槽的上浆槽辊，所述出浆嘴与上浆槽辊的凹槽相对设置，所述上浆槽辊的下方设置有回流槽，多余的浆料经过上浆槽辊后，在重力的作用下，流到回流槽中。

进一步地，还包括浆料循环装置，所述浆料循环装置包括连接在回流槽和浆料槽之间的循环管道以及设置在所述循环管道上的计量泵。浆料循环装置可将剩余的浆料送回浆料槽，减少浆料损失，提高对浆料的循环利用，减少生产成本，降低工人劳动强度。

进一步地，所述浆料槽内设置有与所述计量泵电路连接的浆料液面控制开关，当浆料槽内液面高度低于设定值，液面自动控制开关启动所述计量泵，浆料从回流槽流入浆料槽中，补充浆料，直至液面高度达到设定值时，液面自动控制开关关闭所述计量泵，补充浆料停止，保证浆料槽内液面高度保持在设定值，自动保证浆料数量，减少工人的劳动强度，保证上浆过程顺利进行。

进一步地，所述回流槽内设置有用于滤去浆料中的碳纤维毛丝的碳纤维过滤网，浆料经过过滤网时，可滤去浆料中的碳纤维毛丝，防止碳纤维毛丝随着多余的浆料流到浆料槽中，对出浆嘴造成堵塞。

进一步地，所述上浆槽辊4的凹槽底部为圆弧形，可根据不同集束需要，设置不同半径的圆弧R1、R1.5、R2，圆弧半径越小，碳纤维的集束性能越好，如12K的碳纤维丝束经过圆弧为R1的槽辊上浆后，碳纤维丝束的形态为圆柱状。12K的碳纤维丝束经过圆角为R2的槽辊上浆后，碳纤维丝束的形态为扁平的椭圆状。

进一步地，所述上浆槽辊的表面镀覆有陶瓷层且表面粗糙度小于Ra 0.16，起到防止碳纤维在上浆槽辊的凹槽处产生毛丝的作用。

进一步地，所述出浆嘴内径小于上浆槽辊的凹槽的宽度，保证浆料充分浸润碳纤维丝束。

进一步地，所述出浆嘴的轴线位置与上浆槽辊的轴心偏置一定距离，由丝束与上浆槽辊4的凹槽的接触圆弧位置决定，圆弧偏左时，出浆嘴位置偏左；圆弧偏右时，出浆嘴位置偏右，以保证浆料在最短的时间内直接与纤维在凹槽内接触并充分浸润。

进一步地，所述出浆嘴的数量为平行设置的一个以上，所述上浆槽辊上平行设置有与所述出浆嘴的数量相一致的凹槽，可同时对多束碳纤维同时进行上浆，提高产量和效率。

相比现有技术，本发明的优点在于：出浆嘴上方的流量控制器可调节浆料的流量大小，使碳纤维丝束上浆量达到可控。上浆槽辊对碳纤维丝束有集束的作用，碳纤维经过槽辊凹槽处的圆弧时，纤维集束性明显增加，同时，上浆时需要的浆料量少，节约了浆料，降低了成本和劳动强度，提高了产品的品质。

附图说明

图1是本发明的上浆示意图。

图2是槽辊的局部正视示意图。

图中所示为：1-浆料槽，2-流量控制器，3-出浆嘴，4-上浆槽辊，5-回流槽，6-计量泵，7-碳纤维丝束，8-浆料槽固定板，9-浆料液面控制开关。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1所示，一种碳纤维槽辊上浆装置，包括：固定在浆料槽固定板8上的浆料槽1、通过管路依次连通所述浆料槽1底部的流量控制器2、带闸阀的出浆嘴3，浆料的流量通过出浆嘴上方的流量控制器调节，起到了上浆量可控的目的，所述出浆嘴3的下方设置有表面具有凹槽的上浆槽辊4，所述出浆嘴3与上浆槽辊4的凹槽相对设置，所述上浆槽辊4的下方设置有回流槽5，所述回流槽5内设置有用于滤去浆料中的碳纤维毛丝的碳纤维过滤网，浆料经过过滤网时，可滤去浆料中的碳纤维毛丝，多余的浆料经过上浆槽辊后，在重力的作用下，流到回流槽中。

具体而言，还包括浆料循环装置，所述浆料循环装置包括连接在回流槽5和浆料槽1之间的循环管道以及设置在所述循环管道上的计量泵6。浆料循环装置可将剩余的浆料送回浆料槽，减少浆料损失，提高对浆料的循环利用，减少生产成本，降低工人劳动强度。

具体而言，所述浆料槽1内设置有与所述计量泵6电路连接的浆料液面控制开关9，当浆料槽1内液面高度低于设定值，液面自动控制开关9启动所述计量泵6，浆料从回流槽5流入浆料槽1中，补充浆料，直至液面高度达到设定值时，液面自动控制开关9关闭所述计量泵6，补充浆料停止，保证浆料槽内液面高度保持在设定值，自动保证浆料数量，减少工人的劳动强度，保证上浆过程顺利进行。

具体而言，所述上浆槽辊4的凹槽底部为圆弧形，可根据不同集束需要，设置不同半径的圆弧R1、R1.5、R2，圆弧半径越小，碳纤维的集束性能越好，如12K的碳纤维丝束经过圆弧为R1的槽辊上浆后，碳纤维丝束的形态为圆柱状。12K的碳纤维丝束经过圆角为R2的槽辊上浆后，碳纤维丝束的形态为扁平的椭圆状。

具体而言，所述上浆槽辊4的表面镀覆有陶瓷层且表面粗糙度小于Ra 0.16，起到防止碳纤维在上浆槽辊的凹槽处产生毛丝的作用。

具体而言，所述出浆嘴3内径小于上浆槽辊4的凹槽的宽度，保证浆料充分浸润碳纤维丝束。

具体而言，所述出浆嘴3的轴线位置与上浆槽辊4的轴心偏置一定距离，由丝束与上浆槽辊4的凹槽的接触圆弧位置决定，圆弧偏左时，出浆嘴位置偏左；圆弧偏右时，出浆嘴位置偏右，以保证浆料在最短的时间内直接与纤维在凹槽内接触并充分浸润。

具体而言，如图2所示，所述出浆嘴3的数量为平行设置的50个，所述上浆槽辊4上对应地平行设置有50个凹槽，可同时对多束碳纤维同时进行上浆，提高产量和效率。

本实施例提供的上浆装置的工作原理及过程如下：

步骤一：将未上浆的碳纤维丝束7从上浆槽辊4的凹槽表面经过，每根丝束固定在上浆槽辊4的凹槽内，上浆槽辊4上一共有50个凹槽，可以同时对50根碳纤维丝束进行上浆；

步骤二：将液面自动控制开关9安装在浆料槽内部，打开计量泵6，将浆料倒入浆料槽1中，直至液面达到设定的液面高度值，设置流量控制器2的流量值，打开出浆嘴3的阀门后，浆料从上浆槽辊4上方的各个出浆嘴3流出进行上浆，多余的浆料在重力作用下，流入到回流槽5中，并通过计量泵6流入浆料槽1内；

步骤三：将完成上浆后的碳纤维丝束7输送到下一加工工序。

当液面高度低于设定值，液面自动控制开关9打开，浆料从回流槽5流入浆料槽1中，补充浆料，直至液面高度达到设定值时，液面自动控制开关9关闭，补充浆料停止，保证浆料槽1内液面高度保持在设定值。

试验中，出浆嘴内径为1.5mm，槽辊凹槽宽度为7mm。凹槽的圆弧半径为1mm。12K碳纤维丝束上浆前宽度为6mm。

实施中碳纤维走丝速度设置为50m/min，浆料浓度为2.8%（重量）聚氨酯的丙酮溶液。浆料流量大小由收丝速度、浆料粘度决定，碳纤维收丝速度快，浆料粘度大时，增大流量控制器2的流量值大小；碳纤维收丝速度快，浆料粘度小时，减小流量控制器2的流量值大小。

经测定，经过上浆槽辊4上浆的碳纤维丝束丝宽为1.2mm。连续运行后，碳纤维丝束宽度没有变化，上浆槽辊4未出现缠辊现象。整个上浆过程中，浆料的浓度保持稳定。当丝束驱动速度增加时，上浆量有所增大，但通过减小浆料流量值的大小，纤维的上浆量得到控制，碳纤维上浆量稳定在0.75%~0.8%。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于，包括：固定在浆料槽固定板(8)上的浆料槽(1)、通过管路依次连通所述浆料槽(1)底部的流量控制器(2)、带闸阀的出浆嘴(3)，所述出浆嘴(3)的下方设置有表面具有凹槽的上浆槽辊(4)，所述出浆嘴(3)与上浆槽辊(4)的凹槽相对设置，所述上浆槽辊(4)的下方设置有回流槽(5)；所述上浆槽辊(4)的凹槽底部为圆弧形，根据不同集束需要，设置不同半径的圆弧；所述出浆嘴(3)的数量为平行设置的一个以上，所述上浆槽辊(4)上平行设置有与所述出浆嘴(3)的数量相一致的凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：还包括浆料循环装置，所述浆料循环装置包括连接在回流槽(5)和浆料槽(1)之间的循环管道以及设置在所述循环管道上的计量泵(6)。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：所述浆料槽(1)内设置有与所述计量泵(6)电路连接的浆料液面控制开关(9)，当浆料槽(1)内液面高度低于设定值，液面自动控制开关(9)启动所述计量泵(6)，浆料从回流槽(5)流入浆料槽(1)中，补充浆料，直至液面高度达到设定值时，液面自动控制开关(9)关闭所述计量泵(6)，补充浆料停止，保证浆料槽内液面高度保持在设定值。

4.根据权利要求2所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：所述回流槽(5)内设置有用于滤去浆料中的碳纤维毛丝的碳纤维过滤网。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：所述上浆槽辊(4)的表面镀覆有陶瓷层。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：所述出浆嘴(3)内径小于上浆槽辊(4)的凹槽的宽度。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维槽辊上浆装置，其特征在于：所述出浆嘴(3)的轴线位置与上浆槽辊(4)的轴心偏置一定距离，由丝束与上浆槽辊(4)的凹槽的接触圆弧位置决定，圆弧偏左时，出浆嘴位置偏左；圆弧偏右时，出浆嘴位置偏右。