CN111793976A - 一种碳纤维复合铅丝及其制备装置、制备方法及铅网板栅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维复合铅丝及其制备装置、制备方法及铅网板栅，属于水平铅网电池技术领域，解决了现有玻璃纤维复合铅丝耐腐蚀性差以及其制备装置无法实现连续生产导致生产效率低技术问题。本发明提供了一种碳纤维复合铅丝，包括碳纤维及其包覆层固态纯铅或铅合金；本发明还提供了碳纤维复合铅丝的制备装置，包括依次相连通的铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头；经铅料加热部加热至熔融状态的铅料通过螺旋挤压部挤压后，进入吐丝磁芯部，并与吐丝磁芯部内的碳纤维复合形成碳纤维复合铅丝。本发明制备的碳纤维复合铅丝能够减小铅网板栅的内阻，增加电池化成的一致性，提高了电池化成后的配组率，大大降低了水平电池的报废率。
Description
技术领域
本发明涉及水平铅网电池技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合铅丝及其制备装置、制备方法及铅网板栅。
背景技术
铅蓄电池因其具有稳定可靠、无记忆效应、价格低廉、可做成单体大容量电池等优点，被广泛用作汽车启动电源、不间断电源、从电动自行车到柴油潜艇的动力电源和储能电源等领域，其产量和储电量仍然雄踞化学电源之首。
传统铅蓄电池的板栅有三种制备方法：
①重力铸造，该法应用范围广，但效率低，污染高。②冲孔板栅，该法是先预制铅带、然后冲孔加工，其优点是效率高，但冲孔时会产生70-80％落料，能耗高，且只能做1.2mm以下的薄板栅；③连铸连轧，该法的优点是效率高、能耗低，但板栅不耐腐蚀，且只能做1.5mm以下的薄板栅。因此，人们逐渐开发出铅网板栅作为替代，即将玻璃纤维复合铅丝纺织形成网，这样可根据实际需要制造不同线径的铅丝，理论上可织造任意厚度的铅网作为电池板栅，且重量轻，耐腐蚀，无铅尘污染。
目前玻璃纤维复合铅丝的制备方法是用液压机间歇式挤压的生产方式，因为液压杆的行程长度限制，生产过程要不断的停歇。
在本工序生产前要制备下与液压杆直径相同的铅柱，由于液压杆的行程长度限制，制备铅柱的长度一般在170mm至200mm，直径在70mm左右，生产时液压杆顶住铅柱进入相同形状模具中加热铅柱至190度，且施加压力20NPa挤压出丝。
由于生产过程需要频繁的更换铅柱，所以铅丝的收取卷轴中经常出现多个接头，经常在更换铅柱时气体没有排出，挤压出丝中出现放炮现象，而中断生产，严重影响生产效率。
综上可知，目前的水平铅网电池用复合铅丝及其制备过程还有很多需要提升的地方。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种碳纤维复合铅丝及其制备装置、制备方法及铅网板栅，用以解决现有玻璃纤维复合铅丝耐腐蚀性差以及其制备装置无法实现连续生产导致生产效率低技术问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种碳纤维复合铅丝，包括芯线和包覆层；芯线采用碳纤维；包覆层为铅料；铅料包括固态纯铅或铅合金。
第二方面，本发明还提供了一种碳纤维复合铅丝的制备装置，用于制备上述的碳纤维复合铅丝，包括铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头；
铅料加热部设于螺旋挤压部的上方，包铅机机头设于螺旋挤压部的第一端，吐丝磁芯部设于包铅机机头内且与螺旋挤压部垂直；
经铅料加热部加热至熔融状态的铅料通过螺旋挤压部挤压后，进入吐丝磁芯部，并与吐丝磁芯部内的碳纤维复合形成碳纤维复合铅丝。
在一种可能的设计中，吐丝磁芯部包括中空状的磁芯，磁芯的尾部和顶部对应设有进口孔和吐丝孔，磁芯中部设有进铅孔；
碳纤维通过进口孔进入磁芯中，在磁芯中被铅料包覆后由吐丝孔牵引而出。
在一种可能的设计中，进铅孔包括对称设置的第一孔和第二孔，熔融状态的铅料在螺旋挤压力作用下经第一孔和第二孔进入磁芯中。
在一种可能的设计中，吐丝磁芯部还包括磁芯支架，磁芯支架包括第一磁芯定位支架和第二磁芯定位支架，第一磁芯定位支架上设有第一凹部，第二磁芯定位支架上设有第二凹部；
磁芯的尾部设有第一凸出端，磁芯的顶部设有第二凸出端，第一凹部和第一凸出端卡合，第二凹部和第二凸出端卡合。
在一种可能的设计中，螺旋挤压部包括挤压铅道，挤压铅道内设有挤压螺杆，在螺旋挤压部的第一端，挤压螺杆与挤压铅道壁之间设有螺栓密封轴承；挤压螺杆通过螺杆定位轴承固定在螺旋挤压部的第二端。
在一种可能的设计中，铅料加热部包括为四棱锥形的容铅加温料斗，容铅加温料斗靠近包铅机机头的一侧设有加热管孔；
加热管孔内设有加热管，加热管用于对铅料加热。
第三方面，本发明还提供了一种碳纤维复合铅丝的制备方法，采用上述的碳纤维复合铅丝的制备装置，该制备方法包括以下步骤：
步骤1、固态纯铅或铅合金通过容铅加温料斗熔融后进入螺旋挤压部的挤压铅道内，在挤压螺杆的螺旋压力下通过进铅孔进入到磁芯中；
步骤2、同时，碳纤维经磁芯的进口孔进入，被铅料包覆后经吐丝孔牵引出来，并冷却和吹干后得到碳纤维复合铅丝。
进一步地，在步骤1中，螺旋挤压部的压力为19～20MPa；
在步骤2中，采用纯水进行冷却，并采用压力为0.3～0.6MPa的气体进行吹干。
第四方面，本发明还提供了一种水平电池用铅网板栅，采用上述制备的碳纤维复合铅丝制备而成。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
(1)本发明采用碳纤维作为碳纤维复合铅丝的芯线能够减小电池铅网板栅的内阻，对初期的电池化成起到明显的作用，减少了化成各电池间的补偿电流，尤其是使用酸循环系统的电池化成更为明显，增加了电池化成的一致性，提高了电池化成后的配组率，大大降低了水平电池的报废率。
(2)本发明提供的碳纤维复合铅丝制备装置包括铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头，铅料加热部设于螺旋挤压部上方且两者连通，固态纯铅或铅合金通过铅料加热部加热至熔融状态，并进入到下方的螺旋挤压部内；吐丝磁芯部设于包铅机机头内且其轴向反向与螺旋挤压部的轴向方向垂直，螺旋挤压部的出口端与吐丝磁芯部连通，由螺旋挤压部内挤压出的熔融状态的铅料进入吐丝磁芯部内并包覆在碳纤维上，形成碳纤维复合铅丝。现有技术中的玻璃纤维复合铅丝的制备装置，生产过程要不断的停歇，造成生产效率低下，而本发明提供的碳纤维复合铅丝的制备装置能够连续生产碳纤维复合铅丝，生产效率高且碳纤维复合铅丝的质量好。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为碳纤维复合铅丝；
图2为碳纤维复合铅丝剖视图；
图3为磁芯结构示意图；
图4为磁芯结构剖视图；
图5为磁芯结构侧视图；
图6为磁芯结构俯视图；
图7为磁芯支架结构示意图；
图8为磁芯支架结构剖视图；
图9为螺旋挤压包铅机结构示意图；
图10为螺旋挤压包铅机主视图；
图11为螺旋挤压包铅机俯视图；
图12为螺旋挤压包铅机侧视图a；
图13为螺旋挤压包铅机侧视图b；
图14为螺旋挤压包铅机剖视图。
附图标记：
1-碳纤维复合铅丝；2-碳纤维；3-吐丝孔；4-进口孔；5-第一孔；6-第二孔；7-磁芯支架，8-第一磁芯定位支架；9-第二磁芯定位支架；10-加热管孔；11-包铅机机头；12-磁芯；13-挤压铅道；15-挤压螺杆；16-螺杆定位轴承；17-挤压铅道壁；18-容铅加温料斗；19-螺栓密封轴承。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例1提供了一种碳纤维复合铅丝1，如图1和图2所示，包括芯线和包覆层；芯线采用碳纤维2；包覆层为铅料；铅料包括固态纯铅或铅合金；铅料通过螺旋挤压包覆在碳纤维2芯线上形成碳纤维复合铅丝1。
碳纤维2具有导电性好、密度低、抗拉伸强度高、易于编织的特性。本发明采用碳纤维2(碳纤维2长丝)作为碳纤维复合铅丝1的芯线，能够减小电池铅网板栅的内阻，对初期的电池化成起到明显的作用，减少了化成各电池间的补偿电流，尤其是使用酸循环系统的电池化成更为明显，增加了电池化成的一致性，提高了电池化成后的配组率，大大降低了水平电池的报废率。
实施例2
本实施例2提供了一种碳纤维复合铅丝1的制备装置，该装置为螺旋挤压包铅机，用于制备实施例1中的碳纤维复合铅丝1，该螺旋挤压包铅机包括铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头11；铅料加热部设于螺旋挤压部的上方，包铅机机头11设于螺旋挤压部的第一端，吐丝磁芯部设于包铅机机头11内且与螺旋挤压部垂直；经铅料加热部加热至熔融状态的铅料通过螺旋挤压部挤压后，进入吐丝磁芯部，并与吐丝磁芯部内的碳纤维2复合形成碳纤维复合铅丝1。
示例性地，如图9至图14所示，该碳纤维复合铅丝1制备装置(螺旋挤压包铅机)包括铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头11，其中，铅料加热部设于螺旋挤压部上方且两者连通，固态纯铅或铅合金通过铅料加热部加热至熔融状态，并进入到下方的螺旋挤压部内；在螺旋挤压部的一端设有包铅机机头11，吐丝磁芯部设于包铅机机头11内且其轴向方向与螺旋挤压部的轴向方向垂直，螺旋挤压部的出口端与吐丝磁芯部连通，由螺旋挤压部内挤压出的熔融状态的铅料进入吐丝磁芯部内并包覆在碳纤维2上，形成碳纤维复合铅丝1。
现有技术中的玻璃纤维复合铅丝的制备装置和制备方法，生产过程要不断的停歇，造成生产效率低下，与现有技术相比，本发明提供的碳纤维复合铅丝1的制备装置能够连续生产碳纤维复合铅丝1，生产效率高且碳纤维复合铅丝1的质量好。
为了实现在碳纤维2表面均匀的包覆铅料，本发明的吐丝磁芯部包括中空状的磁芯12，磁芯12的尾部和顶部对应设有进口孔4和吐丝孔3，磁芯12中部设有进铅孔；碳纤维2通过进口孔4进入磁芯12中，在磁芯12中被铅料包覆后由吐丝孔3牵引而出。
具体地，如图3至图8所示，吐丝磁芯部包括磁芯12，磁芯12内部为圆柱型中空状，磁芯12外部为六棱柱形，磁芯12的尾部设有进口孔4，磁芯12顶部设有吐丝孔3，在磁芯12的中间位置设有进铅孔，碳纤维2通过进口孔4进入磁芯12中，并被从进铅孔进入的铅料包覆，形成碳纤维复合铅丝1由吐丝孔3牵引出来。
需要说明的是，磁芯12尾部的进口孔4的直径为0.2mm，吐丝孔3的直径为0.9～1.2mm，即经铅料包覆碳纤维2后形成的碳纤维复合铅丝1的直径为0.9～1.2mm。
为了使铅料均匀的包覆在碳纤维2表面，磁芯12上的进铅孔包括上下对称设置的第一孔5和第二孔6，熔融状态的铅料在螺旋挤压力作用下经第一孔5和第二孔6进入磁芯12中。
具体地，如图14所示，螺旋挤压部与磁芯12垂直设置，即熔融铅料在挤压螺旋部内的流动方向与碳纤维2在磁芯12中的运动方向垂直，经容铅加温料斗18加热至熔融状态的铅料在螺旋挤压部的螺旋挤压作用下经第一孔5和第二孔6进入到磁芯12中，磁芯12中碳纤维2与磁芯12的轴线重合，熔融状态铅料均匀的包覆在碳纤维2表面，形成的碳纤维复合铅丝1经吐丝孔3牵引而出。
为了将磁芯12固定在包铅机机头11中，本发明的吐丝磁芯部还包括磁芯支架7，磁芯支架7包括第一磁芯定位支架8和第二磁芯定位支架9，第一磁芯定位支架8上设有第一凹部，第二磁芯定位支架9上设有第二凹部；磁芯12的尾部设有第一凸出端，磁芯12的顶部设有第二凸出端，第一凹部和第一凸出端卡合，第二凹部和第二凸出端卡合。
示例性地，如图7和图8所示，吐丝磁芯部还包括第一磁芯固定支架和第二磁芯固定支架，第一磁芯定位支架8和第二磁芯定位支架9的结构相同，第一磁芯定位支架8和第二磁芯定位支架9的外形均为六棱柱形，其内部为中空状且与磁芯12内的空腔连通；第一磁芯定位支架8上设有第一凹部，第二磁芯定位支架9上设有第二凹部，磁芯的尾部设有第一凸出端，其顶部设有第二凸出端，磁芯12通过第一凹部和第一凸出端卡合、第二凹部和第二凸出端卡合牢固的固定在包铅机机头11内，且使螺旋挤出部的出口与第一孔5和第二孔6对齐。
为了将熔融状态的铅料输送入磁芯12中，本发明的螺旋挤压部包括由挤压铅道壁17构成的挤压铅道13，挤压铅道13内设有挤压螺杆15，在螺旋挤压部的第一端，挤压螺杆15与挤压铅道壁17之间设有螺栓密封轴承19；挤压螺杆15通过螺杆定位轴承16固定在螺旋挤压部的第二端。
示例性地，如图14所示，本发明的螺旋挤压部包括挤压铅道，挤压铅道由挤压铅道壁17构成，挤压铅道为中空圆柱形，挤压铅道内设有挤压螺杆15，在螺旋挤压部的第一端，即远离磁芯12的一端，挤压螺杆15与挤压铅道壁17之间设有螺栓密封轴承19，挤压螺杆15通过螺栓密封轴承19由电机减速机加连轴节提供动力；在螺旋挤压部的第二端，挤压螺杆15通过螺杆定位轴固定。
为了保证进入挤压螺杆15内的铅料为熔融状态，本发明的铅料加热部包括为四棱锥形的容铅加温料斗18，容铅加温料斗18靠近包铅机机头11的一侧设有加热管孔10；加热管孔10内设有由加热管，加热管用于对铅料加热。
需要说明的是，由于整个容铅加温料斗18、螺旋挤压部、吐丝磁芯部都需要在高温下作业，因此，上述每个部分都设有加热管孔10和包覆保温层，加热管孔10内装有加热管。
实施例3
本实施例3提供了一种碳纤维复合铅丝1的制备方法，采用实施例2提供的碳纤维复合铅丝1的制备装置，该制备方法包括以下步骤：
步骤1、将固态纯铅或铅合金通过容铅加温料斗18加热至熔融状态，然后进入螺旋挤压部的挤压铅道内，在挤压螺杆15的螺旋压力下通过第一孔5和第二孔6进入到磁芯12内；
步骤2、同时，碳纤维2经磁芯12尾部的进口孔4进入，被熔融状态的铅料包覆后经顶部的吐丝孔3牵引出来，出来后的碳纤维复合铅丝1需要进入纯水槽进行冷却，并利用高压气体进行吹干，高压气体的压力为0.3～0.6MPa，自动调整围绕器收取碳纤维复合铅丝1，最终得到碳纤维复合铅丝1。
需要说明的是，在步骤1中，上述螺旋挤压部的挤压压力为19～20MPa，将螺杆的挤压压力控制在该范围内能够保证顺利的将熔融状态的铅料输送入磁芯12中。
实施例4
本实施例4提供了一种水平电池用铅网板栅，采用实施例2制备的碳纤维复合铅丝1编制而成。
与现有技术中采用玻璃纤维制备的板栅相比，采用本发明提供的碳纤维复合铅丝1制备的水平电池用铅网板栅具有耐腐蚀性强、机械强度高等优势，能够大大降低了水平电池的报废率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合铅丝，其特征在于，包括芯线和包覆层；所述芯线采用碳纤维；所述包覆层为铅料；所述铅料包括固态纯铅或铅合金。
2.一种碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，用于制备权利要求1所述的碳纤维复合铅丝，包括铅料加热部、螺旋挤压部、吐丝磁芯部和包铅机机头；
所述铅料加热部设于螺旋挤压部的上方，所述包铅机机头设于螺旋挤压部的第一端，所述吐丝磁芯部设于包铅机机头内且与螺旋挤压部垂直；
经铅料加热部加热至熔融状态的铅料通过螺旋挤压部挤压后，进入吐丝磁芯部，并与吐丝磁芯部内的碳纤维复合形成碳纤维复合铅丝。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，
所述吐丝磁芯部包括中空状的磁芯，所述磁芯的尾部和顶部对应设有进口孔和吐丝孔，所述磁芯中部设有进铅孔；
碳纤维通过进口孔进入磁芯中，在磁芯中被铅料包覆后由吐丝孔牵引而出。
4.根据权利要求3所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，
所述进铅孔包括对称设置的第一孔和第二孔，熔融状态的铅料在螺旋挤压力作用下经第一孔和第二孔进入磁芯中。
5.根据权利要求3所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，所述吐丝磁芯部还包括磁芯支架，所述磁芯支架包括第一磁芯定位支架和第二磁芯定位支架，所述第一磁芯定位支架上设有第一凹部，所述第二磁芯定位支架上设有第二凹部；
所述磁芯的尾部设有第一凸出端，磁芯顶部设有凸出第二凸出端，所述第一凹部和第一凸出端卡合，所述第二凹部和第二凸出端卡合。
6.根据权利要求2所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，所述螺旋挤压部包括挤压铅道，挤压铅道内设有挤压螺杆，在螺旋挤压部的第一端，挤压螺杆与挤压铅道壁之间设有螺栓密封轴承；挤压螺杆通过螺杆定位轴承固定在螺旋挤压部的第二端。
7.根据权利要求2所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，其特征在于，所述铅料加热部包括为四棱锥形的容铅加温料斗，所述容铅加温料斗靠近包铅机机头的一侧设有加热管孔；
所述加热管孔内设有加热管，所述加热管用于对铅料加热。
8.一种碳纤维复合铅丝的制备方法，其特征在于，采用权利要求2至7所述的碳纤维复合铅丝的制备装置，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1、固态纯铅或铅合金通过容铅加温料斗熔融后进入螺旋挤压部的挤压铅道内，在挤压螺杆的螺旋压力下通过进铅孔进入到磁芯中；
步骤2、同时，碳纤维经磁芯的进口孔进入，被铅料包覆后经吐丝孔牵引出来，并冷却和吹干后得到碳纤维复合铅丝。
9.根据权利要求8所述的碳纤维复合铅丝的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述螺旋挤压部的压力为19～20MPa；
在所述步骤2中，采用纯水进行冷却，并采用压力为0.3～0.6MPa的气体进行吹干。
10.一种水平电池用铅网板栅，其特征在于，采用权利要求8或9制备的碳纤维复合铅丝制备而成。
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