CN110258058B - 一种聚酰亚胺纤维上浆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纤维生产技术领域，提供一种聚酰亚胺纤维上浆装置。所述聚酰亚胺纤维上浆装置包括：预处理装置、清洗装置、上浆装置和干燥装置，所述聚酰亚胺纤维依次通过所述预处理装置、清洗装置、上浆装置完成上浆，所述干燥装置对完成上浆的所述聚酰亚胺纤维烘干；所述预处理装置中盛有预处理溶液，对所述聚酰亚胺纤维蚀刻；所述干燥装置为微波加热装置。有益效果在于：预处理溶液增加了浆液与所述聚酰亚胺纤维的抱合力；微波烘干使得纤维丝束内外同时加热，受热比较均匀，大大提高了烘干效率，同时减少了电能的浪费；该上浆装置上浆均匀，上浆效率高，可有效的改善纤维的表面功能效果，上浆量稳定，避免了浆液浪费，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明纤维生产技术领域，特别是涉及一种聚酰亚胺纤维上浆装置。
背景技术
聚酰亚胺纤维是指分子链中含有芳酰亚胺结构的纤维，从上世纪60年代国外研发到如今国内重点开展，聚酰亚胺纤维的发展正在逐步飞升，性能也在逐渐提高，但聚酰亚胺纤维一直处于强度不高，性能不稳定的状态，技术突破无法逾越壁垒。聚酰亚胺纤维具有低密度、高强度、高模量、耐辐照、阻燃、耐高温、耐低温、化学性能稳定、低介电、低吸水率等优点，潜力巨大，所以在航空、航天、船舶、汽车、核电、消防领域都能得到广泛的应用。
由于聚酰亚胺纤维成品表面较光滑，而且自身带有阻抗作用较大的苯环结构，所以下游与复合材料结合时界面结合性能有所欠缺，而纤维作为其中的增强体，界面性能的欠缺会严重影响复合材料整体的性能。另外，纤维在后期编织过程中，由于表面带有静电容易出现毛丝，并形成缠绕成团现象。为了改善这一现象，需要对聚酰亚胺纤维进行表面改性，即完成上浆，提高纤维的集束性和抗静电性，增加纤维与复合材料的界面粘结性能，使纤维与基体树脂合二为一，有效传递界面之间的应力。
传统的上浆工艺存在上浆量无法控制，上浆不均匀，上浆液浪费较严重，烘干过程纤维丝束内外干湿程度不一，造成后期与树脂的结合界面性能欠佳等情况，严重影响了生产的质量和效率，无形中增加了生产成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚酰亚胺纤维上浆装置。
一种聚酰亚胺纤维上浆装置，包括：预处理装置、清洗装置、上浆装置和干燥装置，所述聚酰亚胺纤维依次通过所述预处理装置、清洗装置、上浆装置完成上浆，所述干燥装置对完成上浆的所述聚酰亚胺纤维烘干；所述预处理装置中盛有预处理溶液，对所述聚酰亚胺纤维蚀刻。
本发明优选实施例中，所述预处理溶液为碱液。
本发明优选实施例中，所述预处理装置为预处理槽，所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铷、氢氧化铯、氨水中的一种，所述碱液盛于所述预处理槽中。
本发明优选实施例中，所述清洗装置为清洗槽，所述清洗槽中盛有去离子水；可高效地清洗预处理的所述聚酰亚胺纤维表面的刻蚀液，有利于聚酰亚胺纤维表面后期加工。
本发明优选实施例中，所述上浆装置为上浆槽，所述上浆槽中盛有浆液，所述浆液覆盖所述聚酰亚胺纤维。
本发明优选实施例中，所述上浆槽中还设置有浆液补给计量泵、压辊、虑浆装置和溢流槽；所述虑浆装置可有效地将纤维表面多余的浆液过滤至上浆槽中，节约了上浆成本；所述溢流槽可有效的将虑浆后的浆液流入所述上浆槽中，减少浪费；浆液补给计量泵可定时定量给上浆槽补给上浆夜，有效的控制上浆槽中浆液的浓度。
本发明优选实施例中，所述干燥装置为微波加热装置。
本发明优选实施例中，所述预处理装置、清洗装置、上浆装置中均设置有超声波振子。
本发明优选实施例中，所述预处理装置、清洗装置、上浆装置中均设置有输送所述聚酰亚胺纤维的牵伸辊，所述上浆装置中的牵伸辊与所述压辊配合挤压所述聚酰亚胺纤维；压辊与牵伸辊结合处位于上浆液的中，使得纤维上浆更为均匀。
本发明优选实施例中，还包括纱架和收丝装置，所述纱架中设置有多组用于输送所述聚酰亚胺纤维的牵伸辊，所述收丝装置中设置有多组收丝辊，将完成上浆的所述聚酰亚胺纤维收卷成纱筒；可同时进行多束纤维上浆，提高生产效率。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置中设置有预处理槽，预处理槽中的优选盛有碱液，对聚酰亚胺纤维进行表面刻蚀，打开聚酰亚胺纤维表面的酰亚胺键，增加纤维表面的粗糙度和活性基团，有利于上浆液中极性基团与开键的极性原子N和O发生化学反应，增加上浆液与所述聚酰亚胺纤维的抱合力。
(2)本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置中设置有微波加热装置，采用微波方式对上浆的聚酰亚胺纤维进行热烘干，区别于热电偶和鼓风加热，微波加热利用电场电极效应，牵引纤维内外层水分子(极性分子)急速运动，在交流电压下，水分子高速往返碰撞，由动能转化为热能散发出去，使得纤维丝束内外同时加热，受热比较均匀，大大提高了烘干效率，同时减少了电能的浪费。
(3)本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置增设有超声波振子、压浆装置以及虑浆装置，上浆均匀，上浆效率高，可有效的改善纤维的表面功能效果，上浆量稳定，避免了上浆液浪费，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中聚酰亚胺纤维上浆装置的结构示意图。
其中：1-纱架、2-预处理槽、3-清洗槽、4-上浆槽、5-干燥装置、6-收丝装置、7-聚酰亚胺纤维、8-超声波振子Ⅰ、9-超声波振子Ⅱ、10-浆液补给计量泵、11-超声波振子Ⅲ、12-压辊、13-滤浆装置、14-溢流槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种聚酰亚胺纤维上浆装置，包括：纱架1、预处理槽2、清洗槽3、上浆槽4、干燥装置5、收丝装置6、聚酰亚胺纤维7；聚酰亚胺纤维7依次通过纱架1、预处理槽2、清洗槽3、上浆槽4完成上浆，干燥装置5对完成上浆的聚酰亚胺纤维7烘干，最后进入收丝装置6，收丝装置6中设置有多组收丝辊，将完成上浆的聚酰亚胺纤维7收卷成纱筒，可同时进行多束聚酰亚胺纤维7的上浆和收卷，提高了生产效率。
优选实施例中，预处理槽2中盛有预处理溶液，对聚酰亚胺纤维7蚀刻。预处理溶液为碱液，优选为氢氧化钾，对聚酰亚胺纤维进行表面刻蚀，打开聚酰亚胺纤维表面的酰亚胺键，增加纤维表面的粗糙度和活性基团，有利于上浆液中极性基团与开键的极性原子N和O发生化学反应，增加上浆液与所述聚酰亚胺纤维的抱合力。清洗槽3中可盛有去离子水；可高效地清洗预处理的聚酰亚胺纤维7表面的刻蚀液，有利于聚酰亚胺纤维表面后期加工。干燥装置5为微波加热装置，采用微波方式对上浆的聚酰亚胺纤维进行热烘干，区别于热电偶和鼓风加热，微波加热利用电场电极效应，牵引纤维内外层水分子(极性分子)急速运动，在交流电压下，水分子高速往返碰撞，由动能转化为热能散发出去，使得纤维丝束内外同时加热，受热比较均匀，大大提高了烘干效率，同时减少了电能的浪费。
优选实施例中，预处理槽2、清洗槽3、上浆槽4中分别设置有超声波振子Ⅰ8、超声波振子Ⅱ9、超声波振子Ⅲ11；上浆槽4中盛有浆液，上浆槽4中还设置有浆液补给计量泵10、压辊12、虑浆装置13和溢流槽14；虑浆装置13可有效地将纤维表面多余的浆液过滤至上浆槽4中，节约了上浆成本；溢流槽14可有效的将虑浆后的浆液流入上浆槽4中，减少浪费；浆液补给计量泵10可定时定量给上浆槽4补给上浆夜，有效的控制上浆槽中浆液的浓度。上浆槽4中的牵伸辊与压辊12配合挤压聚酰亚胺纤维7，压辊12与牵伸辊结合处位于上浆液中，使得纤维上浆更为均匀。
上述聚酰亚胺纤维上浆装置可在以下实施例中使用：
实施例一
本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置，上浆液采用耐磨型油剂，以1500D聚酰亚胺纤维为标准，具体工艺参数如下：
聚酰亚胺纤维7由纱架1放丝进入预处理槽2，在预处理溶液中对纤维进行表面改性，然后再进入清洗槽3清洗纤维至中性，再经上浆槽4上浆经虑浆装置13出后进入微波干燥装置干燥，然后由收丝装置6收卷。
选择氢氧化钾对聚酰亚胺纤维7进行表面刻蚀；预处理溶液的浓度选择为6M，预处理时间优选30s，预处理温度优选30℃。
在清洗槽3中对聚酰亚胺纤维7进行清洗，洗掉聚酰亚胺纤维7表面的刻蚀液，使聚酰亚胺纤维7呈现中性状态进入下一步实验，清洗液优选为去离子水，清洗后保证清洗液为中性。
耐磨性上浆液优选为浓度为6％，上浆时间优选为20s，溶液温度优选30℃。
烘干过程采用微波干燥装置，干燥温度优选为180℃，干燥时间优选为300s。
有益效果：上浆后聚酰亚胺纤维7的耐磨次数比不上浆的聚酰亚胺纤维7提高300倍。
实施例二
本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置，上浆液采用耐磨型油剂，以1500D聚酰亚胺纤维为标准，具体工艺参数如下：
按照实施例一中的上浆工艺生产，值得一提的是，预处理槽2中用去离子水替换氢氧化钾，其他条件不变(清洗槽3中仍然盛装去离子水溶液)。
有益效果：上浆后聚酰亚胺纤维7的耐磨次数比不上浆的聚酰亚胺纤维7提高180倍。
实施例三
本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置，上浆液采用耐磨型油剂，以1500D聚酰亚胺纤维为标准，具体工艺参数如下：
按照实施例一中的上浆工艺生产，值得一提的是，干燥装置5采用热电偶加热，其他条件不变。
有益效果：上浆后聚酰亚胺纤维7的耐磨次数比不上浆的聚酰亚胺纤维7提高255倍。
实施例四
本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置，上浆液采用耐磨型油剂，以1500D聚酰亚胺纤维为标准，具体工艺参数如下：
按照实施例一中的上浆工艺生产，值得一提的是，干燥装置5采用鼓风加热干燥，其他条件不变。
有益效果：上浆后聚酰亚胺纤维7的耐磨次数比不上浆的聚酰亚胺纤维7提高278倍。
实施例五
本发明中的聚酰亚胺纤维上浆装置，上浆液采用耐磨型油剂，以1500D聚酰亚胺纤维为标准，具体工艺参数如下：
按照实施例一中的上浆工艺生产，值得一提的是，预处理槽2中的溶液用去离子水替换氢氧化钾，干燥装置5采用热电偶加热代替微波加热，其他条件不变(清洗槽3中仍然盛装去离子水溶液)。
有益效果：上浆后聚酰亚胺纤维7的耐磨次数比不上浆的聚酰亚胺纤维7提高160倍。
表1展示了5个不同实施例中聚酰亚胺纤维7的性能测试数据，具体如下：
表1不同条件下聚酰亚胺纤维7耐磨次数变化表
| 实施例 | 是否碱液预处理 | 是否微波加热 | 耐磨性提高倍数 |
| 1 | 是 | 是 | 300 |
| 2 | 否 | 是 | 180 |
| 3 | 是 | 否 | 255 |
| 4 | 是 | 否 | 278 |
| 5 | 否 | 否 | 160 |
显然，本发明的上述实施方式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。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种聚酰亚胺纤维上浆装置，包括：预处理装置、清洗装置、上浆槽和干燥装置，所述聚酰亚胺纤维依次通过所述预处理装置、清洗装置、上浆槽完成上浆，所述干燥装置对完成上浆的所述聚酰亚胺纤维烘干；
其特征在于：所述预处理装置中盛有预处理溶液，对所述聚酰亚胺纤维蚀刻；
所述预处理溶液为氢氧化钾，所述氢氧化钾盛于所述预处理装置中；
所述干燥装置为微波加热装置；所述预处理装置、清洗装置、上浆槽中均设置有超声波振子；
其工作过程为：
聚酰亚胺纤维由纱架放丝进入预处理装置，在预处理溶液中对纤维进行表面改性，然后再进入清洗槽清洗纤维至中性，再经上浆槽上浆经虑浆装置出后进入微波干燥装置干燥，然后由收丝装置收卷；
选择氢氧化钾对聚酰亚胺纤维进行表面刻蚀；预处理溶液的浓度选择为6M，预处理时间为30s，预处理温度为30℃；
在清洗槽中对聚酰亚胺纤维进行清洗，洗掉聚酰亚胺纤维表面的刻蚀液，使聚酰亚胺纤维呈现中性状态进入下一步实验，清洗液为去离子水，清洗后保证清洗液为中性；
耐磨性上浆液为浓度为6%，上浆时间为20s，溶液温度30℃；
烘干过程采用微波干燥装置，干燥温度为180℃，干燥时间为300s。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维上浆装置，其特征在于，所述清洗装置为清洗槽，所述清洗槽中盛有去离子水。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维上浆装置，其特征在于，所述上浆槽中盛有浆液，所述浆液覆盖所述聚酰亚胺纤维。
4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维上浆装置，其特征在于，所述上浆槽中还设置有浆液补给计量泵、压辊、虑浆装置和溢流槽。
5.根据权利要求4所述的聚酰亚胺纤维上浆装置，其特征在于，所述预处理装置、清洗装置、上浆槽中均设置有输送所述聚酰亚胺纤维的牵伸辊，所述上浆装置中的牵伸辊与所述压辊配合挤压所述聚酰亚胺纤维。
6.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纤维上浆装置，其特征在于，还包括纱架和收丝装置，所述纱架中设置有多组用于输送所述聚酰亚胺纤维的放丝辊，所述收丝装置中设置有多组收丝辊，将完成上浆的所述聚酰亚胺纤维收卷成纱筒。
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