一種超薄碳纖維束的制備設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超薄碳纖維束的制備設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前碳纖維的下游應(yīng)用逐漸普及，同時(shí)隨著科技的發(fā)展，碳纖維產(chǎn)品趨于超輕、超 薄、超強(qiáng)的方向發(fā)展。
[0003] 碳纖維表面上漿處理和烘干過(guò)程是碳纖維生產(chǎn)的必經(jīng)過(guò)程，碳纖維上漿后其表面 的水和樹(shù)脂是液體，液體受表面張力影響會(huì)收縮成小球的趨勢(shì)。在傳統(tǒng)的碳纖維生產(chǎn)工藝 中，通常在碳纖維上漿后就直接采用鼓風(fēng)式烘箱對(duì)碳纖維進(jìn)行烘干，該過(guò)程中，碳纖維表面 的水和液態(tài)樹(shù)脂容易蒸發(fā)收縮，導(dǎo)致碳纖維烘干過(guò)程中絲寬收縮，該現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙著超輕 或超薄的碳纖維產(chǎn)品的發(fā)展。因此，解決該問(wèn)題對(duì)碳纖維產(chǎn)品的發(fā)展有著重要的意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對(duì)碳纖維的生產(chǎn)工藝，提供一種 超薄碳纖維束的制備設(shè)備，該設(shè)備可在不破壞碳纖維材料原有特性的情況下，提升碳纖維 絲寬，以滿足下游超輕超薄產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
[0005] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種超薄碳纖維束的制備設(shè)備，包括放卷輥、上漿槽、 開(kāi)纖定型裝置、干燥箱和收卷輥，按照碳纖維束的輸送方向，放卷輥、上漿槽、開(kāi)纖定型裝 置、干燥箱和收卷輥依次設(shè)置；
[0006] 開(kāi)纖定型裝置包括支架、熱輥、水平調(diào)節(jié)輥和多組展紗對(duì)輥，按照碳纖維束的輸送 方向，多組展紗對(duì)輥、熱輥和水平調(diào)節(jié)輥依次設(shè)置；每組展紗對(duì)輥設(shè)有一臺(tái)液壓升降機(jī)，各 液壓升降機(jī)固定于支架上，熱棍兩端與支架固定連接，水平調(diào)節(jié)棍的旋轉(zhuǎn)軸兩端也與支架 固定連接；碳纖維束輸送時(shí)，熱棍固定不轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007] 所述展紗對(duì)輥包括結(jié)構(gòu)相同的上輥筒和下輥筒，上輥筒和下輥筒的轉(zhuǎn)向相反，上 輥筒和下輥筒的旋轉(zhuǎn)軸兩端分別與液壓升降機(jī)連接，通過(guò)液壓升降機(jī)調(diào)節(jié)上輥筒和下輥筒 之間的間隙，間隙為碳纖維束的輸送面；
[0008] 展紗對(duì)輥有3組，各組展紗對(duì)輥的輸送面位于同一水平面上。
[0009] 其中，上輥筒和下輥筒之間的間隙為0. 05~0. 175mm ;間隙精度控制為0. 001mm， 展紗對(duì)輥的運(yùn)行方式是隨纖維轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)間隙的寬度，可實(shí)現(xiàn)不同絲寬的碳纖維束；
[0010] 上輥筒和下輥筒的表面粗糙度分別為Ra = 0. 1，上輥筒和下輥筒均為不銹鋼輥 筒；
[0011] 上棍筒的半徑和下棍筒的半徑均為5~15cm，熱棍的半徑為10~35cm，且熱棍的 半徑至少為上輥筒或下輥筒半徑的2倍；其中，上輥筒的半徑和下輥筒的半徑不宜過(guò)大，由 于靠碳纖維束的摩擦力對(duì)上輥筒和下輥筒提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，若半徑過(guò)大，則容易產(chǎn)生斷絲現(xiàn) 象；
[0012] 熱輥為不銹鋼輥筒，熱輥的表面粗糙度Ra = 0.1，熱輥的溫度為100~260°C。
[0013] 水平調(diào)節(jié)輥為不銹鋼輥筒，水平調(diào)節(jié)輥的表面粗糙度Ra=0. 1 ;
[0014] 其中，展紗對(duì)輥、熱輥和水平調(diào)節(jié)輥的表面粗糙度可根據(jù)碳纖維束的實(shí)際要求進(jìn) 行選擇，要求碳纖維束不被掛傷即可。
[0015] 所述支架上固定有展紗對(duì)輥間隙控制器和熱輥溫度控制器，各組展紗對(duì)輥對(duì)應(yīng)的 液壓升降機(jī)分別與展紗對(duì)輥間隙控制器電氣連接，熱輥與熱輥溫度控制器電氣連接。通過(guò) 展紗對(duì)輥間隙控制器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)展紗對(duì)輥中上輥筒和下輥筒之間的間隙是否處于預(yù)設(shè)范 圍內(nèi)，同時(shí)可控制各液壓升降機(jī)調(diào)節(jié)相應(yīng)的間隙。通過(guò)熱輥溫度控制器，可實(shí)時(shí)檢測(cè)熱輥的 溫度是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時(shí)可控制熱輥外接的加熱器，對(duì)熱輥的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0016] 上述設(shè)備結(jié)構(gòu)中，開(kāi)纖定型裝置中設(shè)置展紗對(duì)輥的目的是對(duì)碳纖維束和其表面的 漿液進(jìn)行擠壓，通過(guò)擠壓可以把碳纖維束均勻地展寬（擠壓過(guò)程碳纖維束中凹凸的纖維被 壓平整，由于擠壓和漿液的潤(rùn)滑作用，碳纖維束被均勻地展寬），從而提高了碳纖維束的絲 寬和平整性。設(shè)置熱輥的目的是碳纖維束在熱輥定型過(guò)程中穩(wěn)定其絲寬，原理是碳纖維束 定型過(guò)程受的牽伸力、碳纖維束與輥切線的反向摩擦力、熱輥對(duì)碳纖維束切線垂直方向的 合力抵抗?jié){液中水滴的收縮力（由于水表面張力很大，定型過(guò)程，水滴蒸發(fā)收縮，碳纖維束 有收縮的張力，熱輥可以在碳纖維束的定型過(guò)程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維 束定型前和定型后的絲寬尺寸一致，定型過(guò)程不收縮。液壓升降機(jī)、展紗對(duì)輥間隙控制器、 熱輥溫度控制器、水平調(diào)節(jié)輥和支架作為開(kāi)纖定型裝置的組成配件，完善其相應(yīng)的各項(xiàng)功 能。
[0017] 通過(guò)上述設(shè)備可實(shí)現(xiàn)一種超薄碳纖維束的制備方法，包括以下步驟：
[0018] (1)碳纖維束放卷后，先送入上漿槽，通過(guò)預(yù)先制備的纖維處理劑，對(duì)碳纖維束進(jìn) 行上漿處理；
[0019] (2)將表面帶有漿液的碳纖維束送入開(kāi)纖定型裝置，通過(guò)開(kāi)纖定型裝置中展紗對(duì) 輥的擠壓作用和漿液的潤(rùn)滑作用，碳纖維束被均勻地展寬，同時(shí)碳纖維束中凹凸的纖維也 被壓平整；然后通過(guò)開(kāi)纖定型裝置中的熱輥對(duì)碳纖維束進(jìn)行定型，使碳纖維束保持展寬后 的絲寬，且碳纖維束的含水率小于1% ;
[0020] (3)將經(jīng)過(guò)開(kāi)纖定型的碳纖維束送入干燥箱進(jìn)行烘干，然后進(jìn)行碳纖維束收卷。
[0021] 上述方法中，所述步驟（1)中，纖維處理劑由水性乳液、離子交換水和滲透劑復(fù)配 而成，具體通過(guò)以下方法制得：
[0022] a、往配制釜中投入恒定重量的離子交換水，配制釜中的溫度為20~30°C ;
[0023] b、往配制釜中投入恒定重量的水性乳液，配制釜中的溫度為20~30°C;
[0024] c、往配制釜中投入水溶液濃度為0. 1%的滲透劑，溫度20~30°C;
[0025] d、攪拌配制爸中的混合液，攪拌速度為50~70rpm，攪拌時(shí)間為30min，然后轉(zhuǎn)移 到上漿槽中使用。
[0026] 所述水性乳液的連續(xù)相為水，水性乳液為環(huán)氧水性乳液、聚氨酯水性乳液、聚酯水 性乳液或酚醛水性乳液中的一種。
[0027] 所述離子交換水為電導(dǎo)率小于lus/cm的離子交換水。
[0028] 所述滲透劑為非離子類或陰離子類的滲透劑，滲透劑作為表面活性劑，其主要作 用是降低乳液表面張力。
[0029] 所述步驟（2)中，開(kāi)纖定型裝置中展紗對(duì)輥上的間隙為0.05~0.175mm，熱輥的溫 度為100~260°C。
[0030] 所述步驟（2)中，熱輥對(duì)碳纖維束進(jìn)行定型時(shí)，碳纖維束所受的牽伸力、碳纖維束 與熱輥切線的反向摩擦力和熱輥對(duì)碳纖維束切線垂直方向的合力，抵抗?jié){液中水滴的收縮 力（由于水表面張力很大，定型過(guò)程，水滴蒸發(fā)收縮，碳纖維束有收縮的張力，熱輥可以在 碳纖維束的定型過(guò)程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維束定型前和定型后的絲寬 尺寸一致，定型過(guò)程不收縮。
[0031] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：
[0032] 本超薄碳纖維束的制備設(shè)備是在傳統(tǒng)碳纖維束制備工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，通 過(guò)在上漿和烘干的過(guò)程中增設(shè)開(kāi)纖定型的工藝，從而實(shí)現(xiàn)碳纖維束超薄化、在線連續(xù)快速 生產(chǎn)，保證所制得碳纖維束的絲寬在5mm以上，含水率在1 %以下，并且使用簡(jiǎn)單，生產(chǎn)的產(chǎn) 品質(zhì)量穩(wěn)定，具有很好的使用效果，可滿足下游超輕超薄產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。
[0033] 本超薄碳纖維束的制備方法中，通過(guò)對(duì)纖維處理劑的配方及制備方法進(jìn)行改進(jìn)， 可明顯提高碳纖維束上漿后的絲寬，滲透劑的使用可降低纖維處理劑的表面張力，減緩碳 纖維束上漿后絲束收縮變窄，使上漿后碳纖維束的絲寬始終保持在5mm以上。
[0034] 本超薄碳纖維束的制備設(shè)備可以滿足150GSM、125GSM、100GSM、80GSM、53GSM碳布 或預(yù)浸料的使用要求，特別適用低于100GSM的碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)，而傳統(tǒng)工藝技術(shù)碳纖維 束絲寬小于5mm，導(dǎo)致纖維面密度大于150g/m 2,不具備低克重碳布或預(yù)浸料的使用要求。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本超薄碳纖維束的制備設(shè)備的原理示意圖。
[0036] 圖2為傳統(tǒng)碳纖維束的制備設(shè)備的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不限于此。