一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置的制造方法
【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開纖定型裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前碳纖維的下游應(yīng)用逐漸普及，同時隨著科技的發(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程是碳纖維生產(chǎn)的必經(jīng)過程，碳纖維上漿后其表面 的水和樹脂是液體，液體受表面張力影響會收縮成小球的趨勢。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)式烘箱對碳纖維進(jìn)行烘干，該過程中，碳纖維表面 的水和液態(tài)樹脂容易蒸發(fā)收縮，導(dǎo)致碳纖維烘干過程中絲寬收縮，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，解決該問題對碳纖維產(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，針對碳纖維的生產(chǎn)工藝，提供一種 超薄碳纖維束的開纖定型裝置，在碳纖維的生產(chǎn)工藝增設(shè)該裝置后，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開纖定型裝置，包括支架、熱輥、 水平調(diào)節(jié)輥和多組展紗對輥，按照碳纖維束的輸送方向，多組展紗對輥、熱輥和水平調(diào)節(jié)輥 依次設(shè)置；每組展紗對輥設(shè)有一臺液壓升降機(jī)，各液壓升降機(jī)固定于支架上，熱輥兩端與支 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，熱棍固定不轉(zhuǎn) 動。
[0006] 所述展紗對輥包括結(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。
[0007] 所述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， 展紗對輥的運(yùn)行方式是隨纖維轉(zhuǎn)動，通過調(diào)節(jié)間隙的寬度，可實(shí)現(xiàn)不同絲寬的碳纖維束。
[0008] 所述展紗對輥有3組，各組展紗對輥的輸送面位于同一水平面上。
[0009] 所述展紗對輥中，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。
[0010] 所述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 輥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 大，由于靠碳纖維束的摩擦力對上輥筒和下輥筒提供驅(qū)動動力，若半徑過大，則容易產(chǎn)生斷 絲現(xiàn)象。
[0011] 所述熱輥為不銹鋼輥筒，熱輥的表面粗糙度Ra = 0. 1，熱輥的溫度為100~ 260。。。
[0012] 所述水平調(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。
[0013] 其中，展紗對輥、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。
[0014] 所述支架上固定有展紗對輥間隙控制器，各組展紗對輥對應(yīng)的液壓升降機(jī)分別與 展紗對輥間隙控制器電氣連接。通過展紗對輥間隙控制器，可實(shí)時檢測展紗對輥中上輥筒 和下輥筒之間的間隙是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時可控制各液壓升降機(jī)調(diào)節(jié)相應(yīng)的間隙。
[0015] 所述支架上固定有熱輥溫度控制器，熱輥與熱輥溫度控制器電氣連接。通過熱輥 溫度控制器，可實(shí)時檢測熱輥的溫度是否處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時可控制熱輥外接的加熱器， 對熱輥的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0016] 上述開纖定型裝置中，設(shè)置展紗對輥的目的是對碳纖維束和其表面的漿液進(jìn)行擠 壓，通過擠壓可以把碳纖維束均勻地展寬（擠壓過程碳纖維束中凹凸的纖維被壓平整，由 于擠壓和漿液的潤滑作用，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烘干過程中穩(wěn)定其絲寬，原理是碳纖維束烘干過程 受的牽伸力、碳纖維束與輥切線的反向摩擦力、熱輥對碳纖維束切線垂直方向的合力抵抗 漿液中水滴的收縮力（由于水表面張力很大，烘干過程，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烘干過程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維束烘干前 和烘干后的絲寬尺寸一致，烘干過程不收縮。液壓升降機(jī)、展紗對輥間隙控制器、熱輥溫度 控制器、水平調(diào)節(jié)輥和支架作為開纖定型裝置的組成配件，完善其相應(yīng)的各項(xiàng)功能。
[0017] 根據(jù)上述開纖定型裝置實(shí)現(xiàn)一種超薄碳纖維束的開纖定型方法，包括以下步驟：
[0018] (1)通過液壓升降機(jī)預(yù)先調(diào)節(jié)各組展紗對輥的間隙，并設(shè)定好熱輥的溫度；
[0019] (2)表面帶有漿液的碳纖維束先經(jīng)過展紗對輥，通過展紗對輥的擠壓作用和漿液 的潤滑作用，碳纖維束被均勻地展寬，同時碳纖維束中凹凸的纖維也被壓平整；
[0020] (3)被展寬和壓平整后的碳纖維束經(jīng)過熱輥時，熱輥固定不轉(zhuǎn)動，通過熱輥對碳纖 維束進(jìn)行烘干，使碳纖維束保持展寬后的絲寬；其原理是碳纖維束烘干過程受的牽伸力、碳 纖維束與輥切線的反向摩擦力、熱輥對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，烘干過程，水滴蒸發(fā)收縮，碳纖維束有收縮的張力，熱輥可以 在碳纖維束的烘干過程中有效抵抗水的張力收縮），以保證碳纖維束烘干前和烘干后的絲 寬尺寸一致，烘干過程不收縮，且碳纖維束的含水率小于1% ;
[0021] (4)定型后的碳纖維束從水平調(diào)節(jié)輥處送出。
[0022] 本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：
[0023] 本開纖定型裝置應(yīng)用于碳纖維生產(chǎn)工藝后，能夠?qū)崿F(xiàn)碳纖維束超薄化、在線連續(xù) 快速生產(chǎn)，并且使用簡單，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)品的開發(fā)。
[0024] 本開纖定型裝置先通過展紗對輥擠壓來提高碳纖維束上漿后的絲寬，再通過熱輥 干燥過程中，碳纖維束受的牽伸力、纖維與熱輥切線的反向摩擦力、熱輥對纖維切線垂直方 向的合力抵消纖維烘干過程其表面液體的收縮力，以保證碳纖維束烘干前和烘干后的絲寬 尺寸一致，烘干過程纖維束寬不收縮。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本開纖定型裝置的原理示意圖。
[0026] 圖2為本開纖定型裝置應(yīng)用于碳纖維生產(chǎn)工藝時的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不限于此。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] 本實(shí)施例一種超薄碳纖維束的開纖定型裝置，如圖1所示，包括支架1、熱輥2、水 平調(diào)節(jié)輥3和三組展紗對輥4,按照碳纖維束5的輸送方向，三組展紗對輥、熱輥和水平調(diào)節(jié) 輥依次設(shè)置；每組展紗對輥設(shè)有一臺液壓升降機(jī)6,各液壓升降機(jī)固定于支架上，熱輥兩端 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，熱棍固定 不轉(zhuǎn)動。
[0030] 展紗對輥包括結(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。
[0031] 支架上固定有展紗對輥間隙控制器7,各組展紗對輥對應(yīng)的液壓升降機(jī)分別與展 紗對輥間隙控制器電氣連接。展紗對輥間隙控制器采用市面現(xiàn)有的控制器即可。
[0032] 支架上固定有熱輥溫度控制器8,熱輥與熱輥溫度控制器電氣連接。熱輥溫度控制 器采用市面現(xiàn)有的控制器即可。
[0033] 上輥筒和下輥筒之間的間隙為0. 175mm。
[0034] 各組展紗對輥的輸送面位于同一水平面上。
[0035] 展紗對輥中，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。
[0036] 上輥筒的半徑和下輥筒的半徑均為10cm，熱輥的半徑為25cm。
[0037] 所述熱輥為不銹鋼輥筒，熱輥的表面粗糙度Ra = 0. 1，熱輥的溫度為175°C。
[0038] 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。
[0039] 本實(shí)施例通過上述開纖定型裝置實(shí)現(xiàn)一種超薄碳纖維束的開纖定型方法，如圖2 所示，采用型號為12k的碳纖維束，結(jié)合碳纖維的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：
[0040] (1)通過液壓升降機(jī)預(yù)先調(diào)節(jié)各組展紗對輥的間隙，并設(shè)定好熱輥的溫度；