CN207537611U - 一种碳纤维碳化和预浸料组合生产线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种碳纤维碳化和预浸料组合生产线，包括双层结构的碳纤维的碳化生产线和预浸料生产线，碳化生产线包括依次连接的水洗装置、第一热辊干燥装置、上浆装置、水平干燥装置、第二热辊干燥装置和收丝机；预浸料生产线包括依次连接的放丝装置、展纱装置、热压含浸装置、冷却装置、栽切装置和收卷装置，碳化生产线的第一热辊干燥装置与预浸料生产线的展纱装置相连接。本实用新型将碳纤维碳化线生产的部分碳丝不经过上浆，直接通过导向辊引至预浸线的展纱辊，这样可以省去碳化线后道的上浆、干燥和收卷工序以及预浸线的放纱工序，大幅提高生产效率。本实用新型不仅节省生产场地，方便生产，而且能够降低生产成本，提高产品质量。

Description

一种碳纤维碳化和预浸料组合生产线

技术领域

本实用新型涉及碳纤维生产技术领域，具体是一种碳纤维碳化和预浸料组合生产线。

背景技术

碳纤维是含碳量高于92％的无机高分子纤维，其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低。用碳纤维复合的工程材料优于金属材料，其抗拉强度高于钢材的3-4倍，耐疲劳高2倍，重量比钢材轻3-4倍，热膨胀小4-5倍；石墨纤维可以做到零变异。碳纤维被广泛应用于航天航空、高速轨道交通、体育用品、化工机械、纺织机械等领域。

如附图2和附图3所示，传统的碳纤维碳化生产工艺包括放丝工序、氧化工序、低温碳化工序、高温碳化工序、表面处理工序、水洗工序、热辊干燥工序；上浆工序、水平干燥工序、第二热辊干燥工序和收丝工序。传统的预浸料生产工艺包括放丝工序、展纱工序、热压含浸工序、冷却工序、覆膜工序、栽切工序和收卷工序。

碳纤维预浸料是由碳纤维纱、环氧树脂、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料，又名碳纤维预浸布。之所以叫预浸布是因为这只是树脂与碳纤维的初步含浸，在产品成型时才是最终含浸的缘故。

碳纤维生产线生产时，丝束在经过碳化、水洗、烘干后进行上浆处理，然后在烘干，最后用卷绕机进行收卷。碳纤维预浸料在生产时，先要从将成锭的成品碳纤维，依次有序的放在预浸机的纱架上，在把全部丝束按顺序整理好，然后经过展纱辊进行预浸料的制作。传统的碳纤维碳化生产线与预浸料生产线相互分离设置，占地面积较大，生产成本高，不便于转换生产的产品，不仅生产效率低，而且产品质量不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够降低生产成本，提高产品质量，实现碳化生产线与预浸料生产线相结合的组合式生产线。

本实用新型的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

碳纤维碳化和预浸料组合生产线，包括碳纤维的碳化生产线和预浸料生产线，所述碳化生产线和预浸料生产线相连接，所述碳化生产线包括依次连接的水洗装置、第一热辊干燥装置、上浆装置、水平干燥装置、第二热辊干燥装置和收丝机；所述预浸料生产线包括依次连接的放丝装置、展纱装置、热压含浸装置、冷却装置、栽切装置和收卷装置，所述碳化生产线的第一热辊干燥装置与预浸料生产线的展纱装置相连接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述组合生产线设为双层结构，所述预浸料生产线设在上层，碳化生产线设在下层，碳化生产线的第一热辊干燥装置通过导向辊与预浸料生产线的展纱装置连接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述预浸料生产线的冷却装置与栽切装置之间还设有覆膜装置。

作为本实用新型的优选技术方案，所述碳化生产线的水洗装置之前设有放丝装置、氧化装置、低温碳化装置、高温碳化装置和表面处理装置，其中表面处理装置与所述水洗装置连接。

作为本实用新型的优选技术方案，所述组合生产线设有控制系统，所述控制系统包括温度控制装置、气动控制装置和液压装置。

本实用新型的有益效果是：相对于现有技术，本实用新型将碳纤维碳化线生产的部分碳丝不经过上浆，直接通过导向辊引至预浸线的展纱辊，这样可以省去碳化线后道的上浆、干燥和收卷工序以及预浸线的放纱工序。因为跳过了碳化生产的上浆工序，丝束并未上浆，这样会更加有利于预浸线的展纱，使碳纤维预浸料品质得到提升。本实用新型也可以在上浆之后将丝束引至预浸线展纱辊，工艺设计更加灵活。

本实用新型将碳化生产线水洗后的干燥设备与设到二楼空间的碳纤维预浸料生产线相连接，碳化生产线的水洗及其后面的工艺设备设置在一楼，生产过程中，在水洗后的热辊干燥出口安装导向辊，可以将部分未经过上浆的碳纤维引至二楼的预浸料生产线；如果不生产预浸料，则全部生产碳纤维，能够大幅度提高生产效率。本实用新型将碳纤维的碳化生产线与预浸料生产线相结合，不仅节省了大量的生产场地，方便生产，而且能够降低生产成本，提高产品质量。

附图说明

图1是本实用新型组合生产线的结构示意图。

图2是传统碳纤维生产工艺流程图。

图3是传统预浸料生产工艺流程图。

图4是本实用新型碳纤维碳化和预浸料组合生产工艺流程图。

图中：1、放丝装置，2、展纱装置，3、热压含浸装置，4、冷却装置，5、栽切装置，6、收卷装置，7、水洗装置，8、热辊干燥装置，9、上浆装置，10、水平干燥装置，11、收丝机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1和图4所示，碳纤维碳化和预浸料组合生产线，包括碳纤维的碳化生产线和预浸料生产线，碳化生产线和预浸料生产线相连接，碳化生产线包括依次连接的水洗装置7、第一热辊干燥装置8、上浆装置9、水平干燥装置10、第二热辊干燥装置8和收丝机11。预浸料生产线包括依次连接的放丝装置1、展纱装置2、热压含浸装置3、冷却装置4、栽切装置5和收卷装置6，所述碳化生产线的第一热辊干燥装置8与预浸料生产线的展纱装置2相连接。

本实施例中，所述组合生产线设为双层结构，预浸料生产线设在上层，碳化生产线设在下层，碳化生产线的第一热辊干燥装置8通过导向辊与预浸料生产线的展纱装置2连接。本实施例预浸料生产线的冷却装置4与栽切装置5之间还设有覆膜装置。

如图1所示，碳化生产线的水洗装置7之前还设有放丝装置、氧化装置、低温碳化装置、高温碳化装置和表面处理装置(图中未示出)，其中表面处理装置与水洗装置7连接。本实施例组合生产线设有控制系统，所述控制系统包括温度控制装置、气动控制装置和液压装置。

如图4所示，碳纤维碳化和预浸料组合生产工艺，包括碳纤维碳化生产工艺和预浸料生产工艺，碳纤维碳化生产工艺包括放丝工序、氧化工序、低温碳化工序、高温碳化工序、表面处理工序、水洗工序、热辊干燥工序。预浸料生产工艺包括展纱工序、热压含浸工序、冷却工序、覆膜工序、栽切工序和收卷工序；所述碳纤维碳化生产工艺的热辊干燥工序之后直接进入预浸料生产工艺的展纱工序。

碳纤维的丝束在完成碳化生产工艺的碳化工序后，进入表面处理工序，该工序利用碳酸氢铵电解液对碳纤维丝束进行表面处理，电解液电导率设为20ms/cm，处理完之后，所述丝束通过牵引进入水洗槽水洗，之后经过热辊进行干燥，热辊温度设定为90℃；然后，部分碳纤维丝束继续向后道工序运行进行上浆处理，上浆固含量设定为1％；再进入干燥工序，干燥温度设为90℃；最后进入收卷工序，将获得的碳纤维成品进行包装。

另一部分碳纤维丝束经过热辊后面的转向辊进入预浸料生产线，通过转向辊将丝束引至预浸料生产线的展纱辊进行展纱，展纱完成后进行覆膜，此时，碳纤维丝束的上下面被覆上涂有树脂的离型纸，然后丝束经过4道含浸辊对丝束进行热压含浸，使树脂充分浸渍，含浸辊温度设为80℃；经过热压含浸后的碳纤维丝束进入冷却箱进行风冷，冷却之后进入覆膜工序收取一面离型纸，然后将被收取离型纸的那一面再覆上一层PE膜，最后进行裁切和收卷。

本实施例中，所述组合生产工艺采用上下双层空间设置，其中碳化生产工艺的各工序设在下层，所述预浸料生产工艺的各工序设在上层；所述展纱工序采用的展纱方法包括振动展纱、超声波展纱、牵伸展纱、气流展纱。

碳化生产工艺的碳纤维经放丝工序进入氧化工序，氧化工序设有6台预氧化炉，每台氧化炉设为一个温区，6个温区的温度由低向高分别设定为219℃、224℃、230℃、244℃、254℃、264℃，所述氧化炉的总牵伸设定为-5.4％。

碳纤维的丝束经过氧化炉后进入低温碳化炉，低温碳化炉共设有7个温区，每个温区温度分别设定为450℃、550℃、650℃、650℃、700℃、750℃、800℃，所述碳化炉的牵伸设定为6.5％。所述碳纤维的丝束经过低温碳化工序进入高温碳化工序，高温碳化工序设有的高温碳化炉共有7个温区，每个温区的温度分别设定为850℃、950℃、1050℃、1150℃、1250℃、1350℃、1250℃，高温碳化炉牵伸设定为-3.37％。

上述实施例仅限于说明本实用新型的构思和技术特征，其目的在于让本领域的技术人员了解实用新型的技术方案和实施方式，并不能据此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型技术方案所作的等同替换或等效变化，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种碳纤维碳化和预浸料组合生产线，包括碳纤维的碳化生产线和预浸料生产线，所述碳化生产线和预浸料生产线相连接，其特征是：所述碳化生产线包括依次连接的水洗装置、第一热辊干燥装置、上浆装置、水平干燥装置、第二热辊干燥装置和收丝机；

所述预浸料生产线包括依次连接的放丝装置、展纱装置、热压含浸装置、冷却装置、栽切装置和收卷装置，所述碳化生产线的第一热辊干燥装置与预浸料生产线的展纱装置相连接。

2.根据权利要求1所述的碳纤维碳化和预浸料组合生产线，其特征是：所述组合生产线设为双层结构，所述预浸料生产线设在上层，碳化生产线设在下层，碳化生产线的第一热辊干燥装置通过导向辊与预浸料生产线的展纱装置连接。

3.根据权利要求1或2所述的碳纤维碳化和预浸料组合生产线，其特征是：所述预浸料生产线的冷却装置与栽切装置之间还设有覆膜装置。

4.根据权利要求1或2所述的碳纤维碳化和预浸料组合生产线，其特征是：所述碳化生产线的水洗装置之前设有放丝装置、氧化装置、低温碳化装置、高温碳化装置和表面处理装置，其中表面处理装置与所述水洗装置连接。

5.根据权利要求1所述的碳纤维碳化和预浸料组合生产线，其特征是：所述组合生产线设有控制系统，所述控制系统包括温度控制装置、气动控制装置和液压装置。