一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，具體是一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法。本發(fā)明在常規(guī)輥輪表面，利用等離子噴涂技術(shù)制備一種Al2O3/CrO涂層，使Al2O3/CrO微球顆粒均勻分布在輥輪表面，從而在輥輪表面形成許多光滑的微球面，改善纖維傳送過(guò)程中的損傷，可以滿足碳纖維生產(chǎn)設(shè)備上的具體工況要求。
【專利說(shuō)明】一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳纖維生產(chǎn)設(shè)備，具體是一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]碳纖維是一種含碳量高于90%的力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維；碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料；碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中構(gòu)成復(fù)合材料，總之，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣。
[0003]碳纖維生產(chǎn)的基本工藝過(guò)程是:原絲由放線機(jī)構(gòu)放出，經(jīng)過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)輥傳遞之后進(jìn)入氧化/碳化爐，最后進(jìn)行表面清洗上漿；在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中纖維原絲及其過(guò)程產(chǎn)品需要經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)輥傳動(dòng)，并且在整個(gè)生產(chǎn)線上只有末端的收絲機(jī)有牽引動(dòng)力，而在纖維傳送過(guò)程中對(duì)各處的張力要求較高，幾乎需要達(dá)到恒張力控制，因此在纖維與轉(zhuǎn)輥接觸的過(guò)程中需要產(chǎn)生一定的摩擦力；傳統(tǒng)的傳動(dòng)輥輪主要是不銹鋼材料經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后進(jìn)行簡(jiǎn)單地表面鍍鉻處理，這無(wú)法有效消除輥輪由于機(jī)械加工而導(dǎo)致的輥輪表面紋理呈銳角分布，這種銳角分布在纖維傳動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)纖維表面產(chǎn)生劃傷，進(jìn)而影響纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種硬度高，耐磨，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕的具有多光滑微球面的應(yīng)用于碳纖維傳遞的輥輪。
[0005]本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是在常規(guī)輥輪表面，利用等離子噴涂技術(shù)制備一種A1203/CrO涂層，使Al203/Cr0微球顆粒均勻分布在棍輪表面，從而在棍輪表面形成許多光滑的微球面，改善纖維傳送過(guò)程中的損傷，可以滿足碳纖維生產(chǎn)設(shè)備上的具體工況要求。
[0006]本發(fā)明的一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備用輥輪制備方法，其核心加工工藝如下:
1、利用數(shù)控車床對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行加工，制造出直徑為150mm、長(zhǎng)度為200mm的輥輪；
2、采用外圓磨床對(duì)輥面進(jìn)行磨削加工，使表面粗糙度達(dá)到1μ m ;
3、采用溶膠-凝膠法合成不同含量的CrO的A1203納米復(fù)合粉體，主要原料為，仲丁醇鋁，鉻酸叔丁酯，異丙醇等，其制備步驟為:
1)將仲丁醇鋁與有機(jī)溶劑按物質(zhì)的量比1:8~12混合，攪拌溶解，得到混合溶液1。
[0007]2)將鉻酸叔丁酯與有機(jī)溶劑按物質(zhì)的量比為1:l(Tl:15混合后得到混合溶液2，將混合溶液2按照質(zhì)量比為1: f 1:3與混合溶液1混合得到混合溶液3，然后緩慢滴加與混合溶液3等體積的異丙醇的去離子水溶液，異丙醇與去離子水的體積比為2:1~1:1，攪拌混
[0008]3)將上述混合物烘干、煅燒后即得Al203/Cr0納米復(fù)合粉體。
[0009]所述有機(jī)溶劑為異丙醇、苯或無(wú)水乙醇。
[0010]所述的攪拌溶解指在50°C下攪拌20~30 min。[0011 ] 所述攪拌混合指攪拌22-26h。
[0012]所述的煅燒指1100°C煅燒1小時(shí)。
[0013]4、利用噴霧干燥機(jī)對(duì)復(fù)合納米粉體進(jìn)行噴霧造粒:取體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液，每升聚乙烯醇去離子水溶液加入500gAl203/Cr0納米復(fù)合粉體，超聲混勻，然后用噴霧干燥機(jī)噴霧造粒，得到顆粒大小為廣10 μ m的團(tuán)聚小球。
[0014]5、利用APS-2000等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂；上述制備方案中，步驟5中等離子噴涂所采用的參數(shù)為Ar:30 L/min, H2:1.5 L/min,電流:520 A,電源50 V，噴涂距離:5~8 cm,送粉率為3~5 r/min。[0015]步驟3所述制備Al203/Cr0納米復(fù)合粉體，有效解決以往分步制備涂層的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)兩種復(fù)合材料涂層一步完成，有效改善粉體混合均勻性，提高材料界面結(jié)合力，解決單一鍍鉻帶來(lái)的表面易擦傷纖維等問(wèn)題。
[0016]本發(fā)明具有操作較簡(jiǎn)單、制備所用設(shè)備少、涂層性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，易于大批量生產(chǎn)，可以用于碳纖維及其他特種纖維制造設(shè)備上。
[0017]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明中所制備棍輪表面涂層的SE!M圖；
圖2為本發(fā)明中所制備輥輪表面涂層的橫截面SEM圖；
圖3為輥輪表面與不銹鋼球在不同載荷下對(duì)磨的摩擦系數(shù)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于此，圖1、圖2分別為本發(fā)明所制備涂層的表面形貌SEM圖和截面的SEM圖，圖3為制得的輥面涂層與不銹鋼球在不同載荷下對(duì)摩的摩擦系數(shù)隨時(shí)間的曲線。
[0019]以下實(shí)施例中所用的原材料如下:
仲丁醇鋁(化學(xué)純)、鉻酸叔丁酯(化學(xué)純)、異丙醇(化學(xué)純)、去離子水自制。
[0020]本發(fā)明輥輪的制備方法包括如下步驟:
1、不銹鋼輥輪的表面切削、磨削加工；
2、CrO的A1203納米復(fù)合粉體制備；
3、A1203/Cr0納米復(fù)合粉體的噴霧造粉；
4、利用離子噴涂設(shè)備進(jìn)行不銹鋼表面噴涂。
[0021]實(shí)施實(shí)例:
1、利用數(shù)控車床對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行加工，制造出直徑為150mm、長(zhǎng)度為200mm的輥輪；
2、采用外圓磨床對(duì)輥面進(jìn)行磨削加工，使表面粗糙度達(dá)到1μ m ;
3、采用溶膠-凝膠法合成CrO的A1203納米復(fù)合粉體，主要原料為，仲丁醇鋁，鉻酸叔丁酯，異丙醇等，主要制備步驟為:
1)將70g的仲丁醇鋁溶于200ml的異丙醇溶劑中，50°C下攪拌25min以提高仲丁醇鋁的溶解度得到混合溶液1 ;
2)將50g鉻酸叔丁酯溶于180ml的異丙醇中配置成混合溶液2，加入到混合溶液1中得到混合溶液3，攪拌均勻，然后緩慢滴加入與混合溶液3等體積的異丙醇去離子水溶液，，異丙醇與去離子水的體積比為1.5:1，攪拌24 h ；3)將上述混合物烘干、1100°C煅燒1小時(shí)后即得Al203/Cr0納米復(fù)合粉體。
[0022]4、利用噴霧干燥機(jī)對(duì)復(fù)合納米粉體進(jìn)行噴霧造粒:將所得的Al203/Cr0納米復(fù)合粉體與體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液200ml混合，超聲30分鐘混勻，然后用噴霧干燥機(jī)噴霧造粒，得到顆粒大小為f 10 μ m的團(tuán)聚小球；
5、利用APS-2000等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂；上述制備方案中中，步驟5中等離子噴涂所采用的參數(shù)為Ar:30 L/min, H2:1.5 L/min,電流:520 A,電源50 V,噴涂距離:7 cm,送粉率為4 r/min，噴涂時(shí)間30分鐘，獲得的涂層表面形貌如圖1、2所示的SEM圖，從圖1中可見(jiàn)涂層表面顆粒呈微球型分布，圖2所示涂層截面結(jié)構(gòu)致密。
[0023]將所制備的輥輪表面涂層分別浸泡在0.lmol/L的NaOH水溶液和0.lmol/L的H2S04A溶液中72小時(shí)，表面未見(jiàn)侵蝕坑出現(xiàn)，在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上以不銹鋼球?yàn)閷?duì)偶件進(jìn)行摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)際生產(chǎn)中輥輪的線速度通常比較低，因此只考慮載荷對(duì)輥面摩擦性能的影響，測(cè)得不同載荷作用下輥面的摩擦系數(shù)，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)在1N及以下載荷作用時(shí)，輥面的摩擦系數(shù)為0.07左右，且摩擦系數(shù)穩(wěn)定，這有效提高了碳纖維傳遞過(guò)程中的平穩(wěn)性，有助于纖維牽引過(guò)程中 恒張力控制。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于包括如下步驟:不銹鋼輥輪的表面切削、磨削加工；2)采用溶膠-凝膠法合成CrO的A1203納米復(fù)合粉體:將仲丁醇鋁與有機(jī)溶劑按物質(zhì)的量比1:8~12混合，攪拌溶解，得到混合溶液1 ;將鉻酸叔丁酯與有機(jī)溶劑按物質(zhì)的量比為1:l(Tl:15混合后得到混合溶液2，將混合溶液2按照質(zhì)量比為1: f 1:3與混合溶液1混合得到混合溶液3，然后緩慢滴加與混合溶液3等體積的異丙醇的去離子水溶液，異丙醇與去離子水的體積比為2:1~1:1，攪拌混合；將上述混合物烘干、煅燒后即得Al203/Cr0納米復(fù)合粉體；3)利用噴霧干燥機(jī)對(duì)復(fù)合納米粉體進(jìn)行噴霧造粒:取體積比為1:2的聚乙烯醇去離子水溶液，每升聚乙烯醇去離子水溶液加入500gAl203/Cr0納米復(fù)合粉體，超聲混勻，然后用噴霧干燥機(jī)噴霧造 粒，得到顆粒大小為f 10 μ m的團(tuán)聚小球；4)利用等離子噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂，等離子噴涂所采用的參數(shù)為Ar:30 L/min，H2:1.5L/min,電流:520 A,電源50 V,噴涂距離:5~8 cm,送粉率為3~5 r/min。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑為異丙醇、苯或無(wú)水乙醇。
3.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于:所述的攪拌溶解指在50°C下攪拌2(T30 min。
4.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于:所述攪拌混合指攪拌22-26h。
5.如權(quán)利要求1所述的 一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于:所述煅燒指1100°C煅燒1小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種碳纖維生產(chǎn)設(shè)備輥輪的制備方法，其特征在于:所述的不銹鋼輥輪的表面切削、磨削加工指:利用數(shù)控車床對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行加工，制造出直徑為150mm、長(zhǎng)度為200mm的棍輪；采用外圓磨床對(duì)棍面進(jìn)行磨削加工，使表面粗糙度達(dá)到1 μ m。
【文檔編號(hào)】C23C4/12GK103628019SQ201310536276
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】程廣貴, 石陽(yáng)陽(yáng), 丁建寧, 張忠強(qiáng), 佘凱, 凌智勇 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)