CN110592762B - 一种纤维丝束的处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纤维丝束处理技术领域，具体涉及一种纤维丝束的处理装置及方法。一种纤维丝束的处理装置，包括前牵引机、安装架、上腔体、下腔体和后牵引机，所述前牵引机、上腔体和后牵引机从左往右依次设置在安装架的上表面，且使前牵引机、上腔体和后牵引机的进/出纤口位于同一水平直线上，在所述前牵引机和后牵引机的牵伸辊上方均设置有压辊，本发明解决了现有的空气展纤过程中纤维丝束前进时稳定性差以及调节性差的问题，本发明中展纤气氛能够均匀性分配并集中在有效区域内有效降低了乱流对丝束的影响，提高了丝束分散效果，减少调节工艺中的不利变量。

Description

一种纤维丝束的处理装置及方法

技术领域

本发明属于纤维丝束处理技术领域，具体涉及一种纤维丝束的处理装置及方法。

背景技术

在纤维的应用过程中，通常需要使纤维丝束尽可能实现厚度较薄的展开状态，即展纤处理。目前常用的展纤处理方法主要有两种，一种方法是利用机械方式展纤参见中国专利（CN201520104863；CN201821646155）；另外一种方法是利用空气展纤参见中国专利（CN201480072709），其中是在两组牵伸辊之间加一个正对或与纤维成角度的气流，利用高速气流实现纤维丝束的幅度展开。以上两种方法具有明显缺陷。机械展纤方法会不可避免地造成纤维的损伤，而空气展纤方法中，由于气流不稳定，丝束在展纤过程中极易出现震颤甚至摆动，造成纤维断丝、毛丝等现象。由此可见，在实现纤维的展纤过程中，需要解决展纤效果佳、纤维损伤少的问题。

发明内容

针对纤维丝束的幅度展开过程中稳定性差以及对纤维损伤严重的问题，本发明提供了一种通过稳定气流实现纤维丝束幅度展开的装置及方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种纤维丝束的处理装置，包括前牵引机、安装架、上腔体、下腔体和后牵引机，所述前牵引机、上腔体和后牵引机从左往右依次设置在安装架的上表面，且使前牵引机、上腔体和后牵引机的进/出纤口位于同一水平直线上，所述下腔体设置在安装架的下表面，且与上腔体的位置相对应，在所述安装架上设置有贯通上腔体和下腔体的气流导引孔，且使气流导引孔位于腔体的中间位置，在所述上腔体的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置，在所述上腔体的顶部设置有气流进气口，在所述上腔体内从上往下依次安装有气流分配板和锥形气流导引管，且使锥形气流导引管的出风口正对气流导引孔，在所述上腔体内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊，并固定在安装架上，且两个高度可调式支撑辊关于气流导引孔左右对称，在所述下腔体的底部设置有气流出气口，在所述气流进气口设置鼓风装置，或在气流出气口处设置抽风装置，或在气流进气口和气流出气口处分别设置鼓风装置和抽风装置。通过该装置，可在限定区域内形成均匀、稳定气流，使得纤维的展纤能力和稳定性显著提高。

进一步，所述上腔体和下腔体连通，在所述下腔体内设置有气流分配板。从而有效分配气流，提高气流在腔体内的均匀性和稳定性。

再进一步，在所述气流导引孔内设置有风速测量仪，用于测量经过气流导引孔的风速。风速测量仪可监控系统内的气流变化，从而可及时调控气流大小。

更进一步，在所述前牵引机和后牵引机的牵伸辊上方均设置有压辊，所述压辊为橡胶辊，可起到增大牵伸力以及对丝束定位的作用。通过橡胶辊可增大对丝束的摩擦力，从而保证丝束走行时的稳定性。

一种纤维丝束的处理方法，包括以下步骤：

1）将纤维丝束经过前牵引机和后牵引机的牵引，以及高度可调式支撑辊对纤维丝束的角度调节，使纤维丝束进入上腔体内；

2）上腔体和下腔体采用在气流进气口进气和气流出气口抽风二选一或者二者相结合的方式通入展纤气氛，调节气流量控制气流速度，调节前牵引机和后牵引机的转速来控制纤维丝束的悬垂度，并通过调节高度可调式支撑辊的高度，来调节气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α，从而进行展纤处理；

3）纤维丝束展纤后进行收丝。

进一步，所述步骤1）中，纤维丝束为碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯硫醚纤维、聚对苯二甲酸二丁酯纤维、聚对苯二甲酸二乙酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈原丝、聚丙烯腈基预氧化纤维、沥青基碳纤维、再生纤维素基碳纤维中的任意一种。

再进一步，所述步骤2）中展纤气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的一种或几种混合，展纤气氛的温度为-10℃-700℃。展纤气氛的温度低于-10℃时，将导致生产成本提高；而如果高于700℃，将导致纤维出现热裂解破坏。

更进一步，所述步骤2）中的气流速度为1m/s-12m/s。如果气流速度小于1m/s，将难以使丝束充分展开；如果气流速度大于12m/s，将可能损伤丝束，造成毛丝、断丝等现象。

更进一步，所述步骤2）中纤维丝束的悬垂度是指两辊间纤维丝束下垂最低点距离到两个高度可调式支撑辊间连线的距离H与两个高度可调式支撑辊之间的距离D之比，即H/D，悬垂度范围为0.05-0.8。如果悬垂度H/D小于0.05，将使线束难以充分展开；如果悬垂度H/D大于0.8，将导致丝束的损伤。

更进一步，在所述纤维丝束的展纤过程中，气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α的范围为45°-135°。小于45°和大于135°，气流对纤维丝束的作用力减小，开纤效果不佳。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明设置了上腔体和下腔体，并使线束在上腔体和下腔体之间进行展纤，可实现气氛气流的稳定，实现丝束的均匀、稳定展纤。

本发明在纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置，通过迷宫式密封装置对长度方向的气流进行逐级减压降速，减小纤维长度方向气流的影响；

本发明气体通过气流进气口进风或者气流出气口抽风二选一或者二者相结合的方式定量通入开纤气氛，而后通过气流分配板、经过锥形气流导引管均匀集中在一指定截面区域内，封闭式的上腔体和下腔体以及气流分配板让气流经过均匀性分配并集中在有效区域内降低乱流对丝束的影响，有效对丝束进行开纤；而后通过气流导引孔以及气流分配板和经过气流出气口离开整个系统，这个过程通过气流导引孔保证气体离开有效实验区前始终维持在有效面积内，气流分配板增加一定气体阻力让腔体内维持微正压氛围气环境，可有效降低乱流对丝束的影响，可实现对丝束的有效开纤。

本发明在上腔体和/或下腔体内设置有可以实时监控腔体内的风速测量仪，监测风速，从而可及时调控气流大小。

本发明在前牵引机和后牵引机的牵伸辊上方均设置有压辊，起到增大牵伸力以及对丝束定位的作用。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2的结构示意图；

图2为本发明悬垂度H/D的示意图；

图3位本发明实施例1气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α的示意图；

图4为本发明实施例3的结构示意图；

图5位本发明实施例2和实施例3气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α的示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图；

图7位本发明实施例4气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α的示意图；

图中前牵引机—1、安装架—2、上腔体—3、下腔体—4、后牵引机—5、迷宫式密封装置—6、气流进气口—7、气流分配板—9、锥形气流导引管—10、高度可调式支撑辊—11、气流出气口—12、风速测量仪—13、压辊—14、气流导引孔—15。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1至图3所示，一种纤维丝束展纤装置，包括前牵引机1、安装架2、上腔体3、下腔体4和后牵引机5，所述前牵引机1、上腔体3和后牵引机5从左往右依次设置在安装架2的上表面，且使前牵引机1、上腔体3和后牵引机5的进/出纤口位于同一水平直线上，所述下腔体4设置在安装架2的下表面，且与上腔体3的位置相对应，在所述安装架2上设置有贯通上腔体3和下腔体4的气流导引孔15，且使气流导引孔15位于腔体的中间位置，在所述气流导引孔15内设置有风速测量仪13，用于测量经过气流导引孔15的风速，在所述上腔体3的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置6，在所述上腔体3的顶部设置有气流进气口7，在所述上腔体3内从上往下依次安装有气流分配板9和锥形气流导引管10，且使锥形气流导引管10的出风口正对气流导引孔15，在所述上腔体3内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊11，并固定在安装架2上，且两个高度可调式支撑辊11关于气流导引孔15左右对称，在所述下腔体4内从上往下依次设置有气流分配板9和多孔板。在所述下腔体4的底部设置有气流出气口12，在所述气流进气口7设置鼓风装置，在所述高度可调式支撑辊11的上方、前牵引机1和后牵引机5的牵伸辊上方均设置有压辊14，所述压辊14为橡胶辊。

一种碳纤维丝束的处理方法，包括以下步骤：

1）由于碳纤维一般表面有上浆剂层，需先进行退浆处理：将碳纤维丝束在温度为700℃，线速度为0.5 m/min的条件下高温退浆后，经过前牵引机1和后牵引机5的牵引，以及高度可调式支撑辊11对纤维丝束的角度调节，使退浆后碳纤维丝束进入上腔体3内；

2）采用在气流进气口7鼓风的方式向上腔体3和下腔体4通入300℃氧气作为展纤气氛，调节气流量控制气流速度为1 m/s，调节前牵引机1和后牵引机5的转速来控制纤维丝束的悬垂度为0.05，并通过调节高度可调式支撑辊11的高度来调节气流和纤维丝束的接触角度α至45°，从而进行开纤处理；

3）碳纤维丝束展纤后进行收丝。

实施例2

如图1至图3所示，一种纤维丝束的处理装置，包括前牵引机1、安装架2、上腔体3、下腔体4和后牵引机5，所述前牵引机1、上腔体3和后牵引机5从左往右依次设置在安装架2的上表面，且使前牵引机1、上腔体3和后牵引机5的进/出纤口位于同一水平直线上，在所述前牵引机1和后牵引机5的牵伸辊上方均设置有压辊14，所述压辊14为橡胶辊，可起到增大牵伸力以及对丝束定位的作用。通过橡胶辊可增大对丝束的摩擦力，从而保证丝束走行时的稳定性。所述下腔体4设置在安装架2的下表面，且与上腔体3的位置相对应，在所述安装架2上设置有贯通上腔体3和下腔体4的气流导引孔15，且使气流导引孔15位于腔体的中间位置，在所述上腔体3的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置6，在所述上腔体3的顶部设置有气流进气口7，在所述气流进气口7设置鼓风装置，在所述上腔体3内从上往下依次安装有气流分配板9和锥形气流导引管10，且使锥形气流导引管10的出风口正对气流导引孔15，在所述上腔体3内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊11，并固定在安装架2上，且两个高度可调式支撑辊11关于气流导引孔15左右对称，在所述气流导引孔15内设置有风速测量仪13，用于测量经过气流导引孔15的风速。风速测量仪可监控系统内的气流变化，从而可及时调控气流大小。在所述下腔体4内设置有气流分配板9。在所述下腔体4的底部设置有气流出气口12，通过该装置，可在限定区域内形成均匀、稳定气流，使得纤维的展纤能力和稳定性显著提高。

一种纤维丝束的处理方法，包括以下步骤：

1）将聚丙烯纤维经过前牵引机1和后牵引机5的牵引，以及高度可调式支撑辊11对聚丙烯纤维的角度调节，使聚丙烯纤维进入上腔体3内；

2）采用在气流进气口7鼓风的方式向上腔体3和下腔体4内通入-10℃的氮气作为展纤气氛，调节气流量控制气流速度为12m/s，调节前牵引机1和后牵引机5的转速来控制聚丙烯纤维的悬垂度为0.1，聚丙烯纤维的悬垂度是指两辊间聚丙烯纤维下垂最低点距离到两个高度可调式支撑辊11间连线的距离H与两个高度可调式支撑辊11之间的距离D之比，即H/D，并通过调节高度可调式支撑辊11的高度，来调节气流与两个高度可调式支撑辊11间连线的夹角α为135°，从而进行展纤处理；

3）聚丙烯纤维展纤后进行收丝。

实施例3

如图2、图4、图5所示，一种纤维丝束的处理装置，包括前牵引机1、安装架2、上腔体3、下腔体4和后牵引机5，所述前牵引机1、上腔体3和后牵引机5从左往右依次设置在安装架2的上表面，且使前牵引机1、上腔体3和后牵引机5的进/出纤口位于同一水平直线上，在所述前牵引机1和后牵引机5的牵伸辊上方均设置有压辊14，所述压辊14为橡胶辊，可起到增大牵伸力以及对丝束定位的作用。通过橡胶辊可增大对丝束的摩擦力，从而保证丝束走行时的稳定性。所述下腔体4设置在安装架2的下表面，且与上腔体3的位置相对应，在所述安装架2上设置有贯通上腔体3和下腔体4的气流导引孔15，且使气流导引孔15位于腔体的中间位置，在所述上腔体3的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置6，在所述上腔体3的顶部设置有气流进气口7，在所述上腔体3内从上往下依次安装有气流分配板9和锥形气流导引管10，且使锥形气流导引管10的出风口正对气流导引孔15，在所述上腔体3内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊11，并固定在安装架2上，且两个高度可调式支撑辊11关于气流导引孔15左右对称，在所述气流导引孔15内设置有风速测量仪13，用于测量经过气流导引孔15的风速。风速测量仪可监控系统内的气流变化，从而可及时调控气流大小。在所述下腔体4内设置有气流分配板9。在所述下腔体4的底部设置有气流出气口12，在所述气流出气口12处设置抽风装置。

一种纤维丝束的处理方法，包括以下步骤：

1）将玄武岩纤维经过前牵引机1和后牵引机5的牵引，以及高度可调式支撑辊11对玄武岩纤维的角度调节，使玄武岩纤维进入上腔体3内；

2）采用在气流出气口12抽风的方式向上腔体3和下腔体4内通入700℃的空气作为展纤气氛，调节气流量控制气流速度为6m/s，调节前牵引机1和后牵引机5的转速来控制玄武岩纤维的悬垂度为0.8，玄武岩纤维的悬垂度是指两辊间玄武岩纤维下垂最低点距离到两个高度可调式支撑辊11间连线的距离H与两个高度可调式支撑辊11之间的距离D之比，即H/D，并通过调节高度可调式支撑辊11的高度，来调节气流与两个高度可调式支撑辊11间连线的夹角α为135°，从而进行展纤处理；

3）玄武岩纤维展纤后进行收丝。

实施例4

如图2、图6、图7所示，一种纤维丝束的处理装置，包括前牵引机1、安装架2、上腔体3、下腔体4和后牵引机5，所述前牵引机1、上腔体3和后牵引机5从左往右依次设置在安装架2的上表面，且使前牵引机1、上腔体3和后牵引机5的进/出纤口位于同一水平直线上，在所述前牵引机1和后牵引机5的牵伸辊上方均设置有压辊14，所述压辊14为橡胶辊，可起到增大牵伸力以及对丝束定位的作用。通过橡胶辊可增大对丝束的摩擦力，从而保证丝束走行时的稳定性。所述下腔体4设置在安装架2的下表面，且与上腔体3的位置相对应，在所述安装架2上设置有贯通上腔体3和下腔体4的气流导引孔15，且使气流导引孔15位于腔体的中间位置，在所述上腔体3的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置6，在所述上腔体3的顶部设置有气流进气口7，在所述上腔体3内从上往下依次安装有气流分配板9和锥形气流导引管10，且使锥形气流导引管10的出风口正对气流导引孔15，在所述上腔体3内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊11，并固定在安装架2上，且两个高度可调式支撑辊11关于气流导引孔15左右对称，在所述气流导引孔15内设置有风速测量仪13，用于测量经过气流导引孔15的风速。风速测量仪可监控系统内的气流变化，从而可及时调控气流大小。在所述下腔体4内设置有气流分配板9。在所述下腔体4的底部设置有气流出气口12，在所述气流进气口7和气流出气口12处分别设置鼓风装置和抽风装置。

一种纤维丝束的处理方法，包括以下步骤：

1）将玻璃纤维经过前牵引机1和后牵引机5的牵引，以及高度可调式支撑辊11对玻璃纤维的角度调节，使玻璃纤维进入上腔体3内；

2）上腔体3和下腔体4采用在气流进气口7进气和气流出气口12抽风二者相结合的方式通入400℃的氮气与氧气混合物（体积比：90：10）作为展纤气氛，调节气流量控制气流速度为5m/s，调节前牵引机1和后牵引机5的转速来控制玄武岩纤维的悬垂度为0.2，玄武岩纤维的悬垂度是指两辊间玄武岩纤维下垂最低点距离到两个高度可调式支撑辊11间连线的距离H与两个高度可调式支撑辊11之间的距离D之比，即H/D，并通过调节高度可调式支撑辊11的高度，来调节气流与两个高度可调式支撑辊11间连线的夹角α为90°，从而进行展纤处理；

3）玻璃纤维展纤后进行收丝。

上述实施例1-4的步骤1）中，纤维丝束还可以为所述纤维丝束还可以是聚乙烯纤维、聚对苯二甲酸二丁酯纤维、聚对苯二甲酸二乙酯纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈原丝、聚丙烯腈基预氧化纤维、沥青基碳纤维、再生纤维素基碳纤维中的任意一种。步骤2）中展纤气氛还可以为氩气或空气、氧气、氮气、氩气中的几种混合。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种纤维丝束的处理装置，其特征在于：包括前牵引机（1）、安装架（2）、上腔体（3）、下腔体（4）和后牵引机（5），所述前牵引机（1）、上腔体（3）和后牵引机（5）从左往右依次设置在安装架（2）的上表面，且使前牵引机（1）、上腔体（3）和后牵引机（5）的进/出纤口位于同一水平直线上，所述下腔体（4）设置在安装架（2）的下表面，且与上腔体（3）的位置相对应，在所述安装架（2）上设置有贯通上腔体（3）和下腔体（4）的气流导引孔（15），且使气流导引孔（15）位于腔体的中间位置，在所述上腔体（3）的纤维入口和纤维出口均设置有迷宫式密封装置（6），在所述上腔体（3）的顶部设置有气流进气口（7），在所述上腔体（3）内从上往下依次安装有气流分配板（9）和锥形气流导引管（10），且使锥形气流导引管（10）的出风口正对气流导引孔（15），在所述上腔体（3）内腔的底部设有两个高度可调式支撑辊（11），并固定在安装架（2）上，且两个高度可调式支撑辊（11）关于气流导引孔（15）左右对称，在所述下腔体（4）的底部设置有气流出气口（12），在所述气流进气口（7）设置鼓风装置，或在气流出气口（12）处设置抽风装置，或在气流进气口（7）和气流出气口（12）处分别设置鼓风装置和抽风装置。

2.根据权利要求1所述的一种纤维丝束的处理装置，其特征在于：所述上腔体（3）和下腔体（4）连通，在下腔体（4）设置有气流分配板（9）。

3.根据权利要求2所述的一种纤维丝束的处理装置，其特征在于：在所述气流导引孔（15）内设置有风速测量仪（13），用于测量经过气流导引孔（15）的风速。

4.根据权利要求3所述的一种纤维丝束的处理装置，其特征在于：在所述前牵引机（1）和后牵引机（5）的牵伸辊上方均设置有压辊（14），所述压辊（14）为橡胶辊。

5.一种利用权利要求4所述处理装置的纤维丝束处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将纤维丝束经过前牵引机（1）和后牵引机（5）的牵引，以及高度可调式支撑辊（11）对纤维丝束的角度调节，使纤维丝束进入上腔体（3）内；

2）采用在气流进气口（7）进气和气流出气口（12）抽风二选一或者二者相结合的方式往上腔体（3）和下腔体（4）内通入展纤气氛，调节气流量控制气流速度，调节前牵引机（1）和后牵引机（5）的转速来控制纤维丝束的悬垂度，并通过调节高度可调式支撑辊（11）的高度，来调节气流与两个高度可调式支撑辊（11）间连线的夹角α，从而进行展纤处理；

3）纤维丝束展纤后进行收丝；

所述步骤2）中展纤气氛温度为300℃-700℃，气流速度为1m/s-12m/s；

所述的步骤2）中气流与两个高度可调式支撑辊间连线的夹角α的范围为45°-135°；

所述步骤2）中纤维丝束的悬垂度是指两辊间纤维丝束下垂最低点距离到两个高度可调式支撑辊（11）间连线的距离H与两个高度可调式支撑辊（11）之间的距离D之比，即H/D，悬垂度范围为0.05-0.8。

6.根据权利要求5所述的一种纤维丝束处理方法，其特征在于：所述步骤1）中，纤维丝束为碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、聚丙烯腈纤维、聚苯硫醚纤维、聚对苯二甲酸二丁酯纤维、聚对苯二甲酸二乙酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯腈基预氧化纤维中的任意一种。

7.根据权利要求5所述的一种纤维丝束处理方法，其特征在于：所述步骤2）中展纤气氛为空气、氧气、氮气、氩气中的一种或几种混合。

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