CN109183310B - 碳纤维上浆装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维上浆装置及方法，该装置包括：溢流槽、逆流槽、上浆槽、循环机构和传动机构。溢流槽位于上浆槽的斜上方，且溢流槽和上浆槽的开口向上，逆流槽连接在溢流槽与上浆槽之间并与上浆槽呈锐角，溢流槽内的上浆液沿逆流槽向下流入上浆槽内。循环机构分别与溢流槽和上浆槽连接，用于将上浆槽内的上浆液输送至溢流槽内。传动机构，用于使丝束经过上浆槽沿逆流槽向上移动。本发明的碳纤维上浆装置及方法，溢流槽内的上浆液在重力作用下沿逆流槽向下流动至上浆槽内，丝束移动方向与上浆液流动方向相反，上浆液在冲击力作用下能够充分浸润丝束，上浆较均匀。

Description

碳纤维上浆装置及方法

技术领域

本发明涉及碳纤维表面处理技术领域，尤其涉及一种碳纤维上浆装置及方法。

背景技术

碳纤维是一种新型碳材料，具有高强度、低密度、耐高温、耐腐蚀和良好的导电和导热性能等优点，广泛应用于制备各种构件和功能性复合材料。碳纤维材料在使用时，通过对碳纤维材料上浆，在碳纤维材料表面形成保护膜，避免碳纤维吸附空气中的灰尘和水分，且避免后续加工过程中的磨损。

现有技术通过下述方式对碳纤维进行上浆：将碳纤维丝束水平放入并浸润在上浆液中，上浆液与丝束接触，在丝束中的单丝表面形成皮膜。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

上浆液不易流动到丝束内部，特别是针对24K、48K以上的大丝束和表观粘度较高的上浆液，丝束中的内部单丝和外部单丝上浆不均匀、单丝表面上浆不均匀、纤维表面存在凝聚液滴、毛丝、浆皮等杂质。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种碳纤维上浆装置及方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种碳纤维上浆装置，所述装置包括：溢流槽、逆流槽、上浆槽、循环机构和传动机构；所述溢流槽位于所述上浆槽的斜上方，且所述溢流槽和所述上浆槽的开口向上，所述逆流槽连接在所述溢流槽与所述上浆槽之间并与所述上浆槽呈锐角，所述溢流槽内的上浆液沿所述逆流槽向下流入所述上浆槽内；所述循环机构分别与所述溢流槽和所述上浆槽连接，用于将所述上浆槽内的上浆液输送至所述溢流槽内；所述传动机构，用于使丝束经过所述上浆槽沿所述逆流槽向上移动。

进一步地，所述循环机构包括：第一循环管路、第二循环管路和循环泵，所述第一循环管路的一端与所述溢流槽连接，另一端与所述循环泵连接，所述第二循环管路的一端与所述循环泵连接，另一端与所述上浆槽连接。

进一步地，所述第一循环管路和/或所述第二循环管路为六通道管路。

进一步地，所述传动机构包括：第一传动辊、第二传动辊和第三传动辊，所述第一传动辊固定在所述溢流槽的斜上方，所述第二传动辊和第三传动辊分别设置在所述上浆槽的两端，所述第一传动辊的顶端和所述第二传动辊的底端的连线位于所述逆流槽内，所述第二传动辊的底端和所述第三传动辊的底端的连线位于所述上浆槽内。

进一步地，所述第一传动辊的顶端和所述第二传动辊的底端的连线与所述逆流槽的底面平行；和/或，所述第二传动辊的底端和所述第三传动辊的底端的连线与所述上浆槽的底面平行。

进一步地，所述传动机构还包括：第四传动辊，所述第四传动辊位于所述上浆槽的上方，所述丝束顺次绕过所述第四传动辊、所述第三传动辊、所述第二传动辊和所述第一传动辊向上移动。

进一步地，所述溢流槽、所述逆流槽和所述上浆槽为有机玻璃材质。

进一步地，所述装置还包括底座，所述上浆槽设置在所述底座上。

进一步地，所述上浆液由上浆剂和去离子水混合而成，所述上浆剂和所述去离子水的质量比为4.5～6.3:100。

第二方面，提供了一种碳纤维上浆方法，所述方法包括：

循环机构将上浆槽内的上浆液输送至溢流槽内，所述溢流槽内的上浆液经逆流槽向下流动；

传动机构带动丝束经过所述上浆槽沿所述逆流槽向上移动，所述上浆液在所述丝束表面形成上浆液液层；

将所述丝束置入烘干炉内烘干。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的碳纤维上浆装置及方法，上浆液在循环机构的作用下，从上浆槽内移动至溢流槽中，溢流槽内的上浆液在重力作用下沿逆流槽向下流动至上浆槽内，形成不断流动的上浆液循环。丝束与传动机构连接，在传动机构的作用下经过上浆槽后沿逆流槽向上流动，丝束移动方向与上浆液流动方向相反，上浆液在冲击力作用下能够穿过丝束表面与丝束内部的单丝接触，充分浸润丝束，丝束与上浆液的接触更充分，上浆较均匀。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为本发明一个实施例提供的碳纤维上浆装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-溢流槽、2-逆流槽、3-上浆槽、4-循环机构、41-第一循环管路、42-第二循环管路、43-循环泵、5-传动机构、51-第一传动辊、52-第二传动辊、53-第三传动辊、54-第四传动辊、6-底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种碳纤维上浆装置，如附图1所示，该碳纤维上浆装置包括：溢流槽1、逆流槽2、上浆槽3、循环机构4和传动机构5。溢流槽1位于上浆槽3的斜上方，且溢流槽1和上浆槽3的开口向上，逆流槽2连接在溢流槽1与上浆槽3之间并与上浆槽3呈锐角，溢流槽1内的上浆液沿逆流槽2向下流入上浆槽3内。循环机构4分别与溢流槽1和上浆槽3连接，用于将上浆槽3内的上浆液输送至溢流槽1内。传动机构5，用于使丝束经过上浆槽3沿逆流槽2向上移动。

以下对本发明实施例提供的碳纤维上浆装置的工作原理进行说明：

溢流槽1位于上浆槽3的斜上方，并通过逆流槽2与上浆槽3连通，上浆液在循环机构4的作用下，从上浆槽3内移动至溢流槽1中，溢流槽1内的上浆液在重力作用下沿逆流槽2向下流动至上浆槽3内，形成不断流动的上浆液循环。丝束与传动机构5连接，在传动机构5的作用下经过上浆槽3后沿逆流槽2向上流动，丝束移动方向与上浆液流动方向相反，上浆液在冲击力作用下能够穿过丝束表面与丝束内部的单丝接触，充分浸润丝束，丝束与上浆液的接触更充分，上浆较均匀。

其中，溢流槽1的宽度可以为1～2m，长度可以为0.2～0.45m，高度可以为0.2m，溢流槽1的侧壁上设置有与逆流槽2连通的溢流口，溢流口的高度可以为0.12m。逆流槽2与溢流槽1等宽，长度可以为1.5～2m，逆流槽2两端的挡板高度可以为5-10cm，避免上浆液沿逆流槽2流动时溢出。

逆流槽2与上浆槽3呈锐角，可选地，逆流槽2与上浆槽3的夹角可以为40-60度，举例来说，可以为40度、45度、50度、60度等，便于溢流槽1内的上浆液通过逆流槽2向下流动进入上浆槽3内，且不会使流动过程较剧烈，不会产生液体飞溅现象。

溢流槽1、逆流槽2和上浆槽3由有机玻璃制备获得，有机玻璃具有良好的透明性、化学稳定性、力学性能和耐候性，在保障装置的强度和硬度的前提下，便于观察上浆液的流动以及丝束的上浆过程。

上浆时，可以有多个平行的丝束同时在传动机构5的带动下在上浆槽3和逆流槽2中流动，以提高上浆效率。可选地，丝束之间的间距可以为1～2mm，举例来说，可以为1mm、1.5mm、2mm等，避免丝束之间互相干扰。

可选地，循环机构4包括：第一循环管路41、第二循环管路42和循环泵43，第一循环管路41的一端与溢流槽1连接，另一端与循环泵43连接，第二循环管路42的一端与循环泵43连接，另一端与上浆槽3连接。循环泵43提供输送动力，使上浆槽3内的上浆液顺次流经第二循环管路42、循环泵43和第一循环管路41进入溢流槽1内，形成上浆液的循环通道。

其中，第一循环管路41和/或第二循环管路42可以为六通道管路。通过选用六通道管路，上浆液在循环过程中经过分流和汇合等过程，使上浆液混合更均匀，避免发生沉降现象。

可选地，如附图1所示，传动机构5包括：第一传动辊51、第二传动辊52和第三传动辊53，第一传动辊51固定在溢流槽1的斜上方，第二传动辊52和第三传动辊53分别设置在上浆槽3的两端，第一传动辊51的顶端和第二传动辊52的底端的连线位于逆流槽2内，第二传动辊52的底端和第三传动辊53的底端的连线位于上浆槽3内。

使用时，丝束穿过第一传动辊51的顶端、第二传动辊52的底端以及第三传动辊53的底端，在第一传动辊51、第二传动辊52和第三传动辊53的带动下移动，丝束的每一部位均穿过上浆槽3后沿逆流槽2向上移动，且整个过程浸泡在上浆液中，使丝束与上浆液的接触较良好。

进一步地，第一传动辊51的顶端和第二传动辊52的底端的连线与逆流槽2的底面平行，使丝束在上浆槽3内移动时保持水平，避免与上浆槽3的内壁发生接触，进一步提高上浆效果。

进一步地，第二传动辊52的底端和第三传动辊53的底端的连线与上浆槽3的底面平行，使丝束在逆流槽2内向上移动时与上浆槽3的底面平行，更易受到上浆液的冲击，进一步提高上浆效果。

可选地，传动机构5还包括：第四传动辊54，第四传动辊54位于上浆槽3的上方，丝束顺次绕过第四传动辊54、第三传动辊53、第二传动辊52和第一传动辊51向上移动。通过第四传动辊54，改变丝束运动过程中的受力方向和运动路径，便于操作。

其中，第一传动辊51的运动方向为逆时针方向，第二传动辊52的运动方向为顺时针方向，第三传动辊53的运动方向为顺时针方向，第四传动辊54的转动方向为逆时针方向。

可选地，该碳纤维上浆装置还包括底座6，上浆槽3设置在底座6上。通过设置底座6，便于移动上浆槽3。

其中，第四传动辊54可以通过支架与底座6连接，使第四传动辊54的位置与上浆槽3相对固定且位于上浆槽3的上方。

第二方面，本发明实施例提供了一种碳纤维上浆方法，该方法包括：

循环机构4将上浆槽3内的上浆液输送至溢流槽1内，溢流槽1内的上浆液经逆流槽2向下流动。

传动机构5带动丝束经过上浆槽3沿逆流槽2向上移动，上浆液在丝束表面形成上浆液液层。

将丝束置入烘干炉内烘干。

本发明实施例提供的碳纤维上浆方法，上浆液在循环机构4的作用下，从上浆槽3内移动至溢流槽1中，溢流槽1内的上浆液在重力作用下沿逆流槽2向下流动至上浆槽3内，形成不断流动的上浆液循环。丝束与传动机构5连接，在传动机构5的作用下经过上浆槽3后沿逆流槽2向上流动，丝束移动方向与上浆液流动方向相反，上浆液在冲击力作用下能够穿过丝束表面与丝束内部的单丝接触，浸润丝束，丝束与上浆液的接触更充分，上浆较均匀。上浆液在丝束表面形成均匀的上浆液液层，经烘干处理后，完成对碳纤维的上浆作业。

其中，丝束在传动机构5的带动下在上浆槽3和逆流槽2内移动时，移动速度可以为3.5m/min，既能使上浆效率较高，又能使上浆液与丝束的接触较充分，上浆较均匀。

本发明实施例中，上述碳纤维上浆装置及方法中所用的的上浆液由上浆剂和去离子水混合而成，上浆剂和去离子水的质量比为4.5～6.3:100。举例来说，可以为4.5:100、5:100、6.3:100等。配置时，按照预设比例将上浆剂与去离子水混合，匀速搅拌30分钟，即可得到上浆剂。

以下结合具体实施例对上浆液的配比进行进一步说明：

表一

如上述表一所示，上浆液不同配置比例时，上浆液消耗量、长程上浆量离散值、工位件上浆量离散值和碳纤维单丝表面形貌不同。其中，碳纤维单丝表面容貌可以通过扫描电子显微镜(SEM)图像获得，表一中，o表征集束性较好，单丝表面光滑，无粘连、并丝现象。×表征集束性较差，单丝表面有液滴，有粘连、并丝现象。上浆量工程离散值与工位间上将量离散可以通过索式抽提法检测丝束的上浆量，分别取大、中、小工位间及单轴长程样品，o表示离散值小于5％，上浆较均匀，满足使用需求。×表示离散值大于或等于5％，不满足使用需求。

综上，从表一可以看出，当上浆液的配比为4.5～6.3:100时，上浆后的丝束在长程上浆量离散值、工位件上浆量离散值和碳纤维单丝表面形貌等方面均符合使用需求。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种碳纤维上浆装置，其特征在于，所述装置包括：溢流槽、逆流槽、上浆槽、循环机构和传动机构；

所述溢流槽位于所述上浆槽的斜上方，且所述溢流槽和所述上浆槽的开口向上，所述逆流槽连接在所述溢流槽与所述上浆槽之间并与所述上浆槽呈40-60度的锐角，且所述逆流槽的长度为1.5～2m，所述溢流槽内的上浆液沿所述逆流槽向下流入所述上浆槽内；

所述循环机构分别与所述溢流槽和所述上浆槽连接，用于将所述上浆槽内的上浆液输送至所述溢流槽内；

所述传动机构，用于使丝束经过所述上浆槽沿所述逆流槽向上移动；

其中，所述循环机构包括：第一循环管路、第二循环管路和循环泵，所述第一循环管路的一端与所述溢流槽连接，另一端与所述循环泵连接，所述第二循环管路的一端与所述循环泵连接，另一端与所述上浆槽连接；

其中，所述第一循环管路和/或所述第二循环管路为六通道管路；

其中，所述传动机构包括：第一传动辊、第二传动辊和第三传动辊，所述第一传动辊固定在所述溢流槽的斜上方，所述第二传动辊和第三传动辊分别设置在所述上浆槽的两端，所述第一传动辊的顶端和所述第二传动辊的底端的连线位于所述逆流槽内，所述第二传动辊的底端和所述第三传动辊的底端的连线位于所述上浆槽内；

所述第一传动辊的顶端和所述第二传动辊的底端的连线与所述逆流槽的底面平行；和

所述第二传动辊的底端和所述第三传动辊的底端的连线与所述上浆槽的底面平行，

使用时，丝束穿过第一传动辊的顶端、第二传动辊的底端以及第三传动辊的底端，在第一传动辊、第二传动辊和第三传动辊的带动下移动，丝束的每一部位均穿过上浆槽后沿逆流槽向上移动，且整个过程浸泡在上浆液中，使丝束与上浆液的接触较良好；

其中，所述上浆液由上浆剂和去离子水混合而成，所述上浆剂和所述去离子水的质量比为4.5～6.3:100。

2.根据权利要求1所述的碳纤维上浆装置，其特征在于，所述传动机构还包括：第四传动辊，所述第四传动辊位于所述上浆槽的上方，所述丝束顺次绕过所述第四传动辊、所述第三传动辊、所述第二传动辊和所述第一传动辊向上移动。

3.根据权利要求1所述的碳纤维上浆装置，其特征在于，所述溢流槽、所述逆流槽和所述上浆槽为有机玻璃材质。

4.根据权利要求1所述的碳纤维上浆装置，其特征在于，所述装置还包括底座，所述上浆槽设置在所述底座上。

5.一种利用权利要求1至4中任一项所述的碳纤维上浆装置的碳纤维上浆方法，其特征在于，所述方法包括：

循环机构将上浆槽内的上浆液输送至溢流槽内，所述溢流槽内的上浆液经逆流槽向下流动；

传动机构带动丝束经过所述上浆槽沿所述逆流槽向上移动，所述上浆液在所述丝束表面形成上浆液液层；

将所述丝束置入烘干炉内烘干。

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