一种用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置的制作方法

本实用新型属于纺丝设备技术领域，运用于原丝纺丝线的上油机上，具体涉及到一种用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置，可用于生产适用于聚酯基、聚碳酸酯基、聚酰胺基、聚芳醚酮基复合材料的碳纤维。

背景技术：

碳纤维上浆工序是碳纤维制造工艺工程中的核心工序之一，通过控制碳纤维上浆剂和合理的上浆工艺，使碳纤维表面均匀涂覆一层上浆剂层，可以提高碳纤维集束性、耐磨性、直挺度等工艺性能，减少纤维表面毛丝发生量，改善碳纤维与复合材料基体树脂的力学增强性能。上浆剂种类、上浆设备及配套工艺是碳纤维上浆工序的关键要点。目前常用的碳纤维上浆剂为环氧树脂基乳液类上浆剂，其制备的碳纤维综合性能较好，适用于环氧树脂、酚醛树脂等热固性基体复合材料。但随着以聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚芳醚酮树脂为代表的热塑性复合材料研究的逐渐深入，目前环氧树脂基上浆剂及其配套上浆设备、工艺均有所不足。首先，环氧树脂基上浆剂的主体成分为环氧树脂，其熔融温度较低，因此纤维的上浆量要控制在较低的水平，否则会导致目前工艺下纤维难以烘干，含水过多。其次，纤维表面涂覆环氧树脂在长时储存或高温加工时会产生老化固化，难以铺展，造成基体树脂难以浸润结合。

采用以聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚芳醚酮树脂等热塑性树脂粉末为主体制备的悬浮液上浆剂可以有效地解决上述问题，纤维上浆量可以明显提高，和基体树脂加工结合性能改善。但目前的上浆设备不利于悬浮液上浆剂的应用，上浆后纤维的烘干难度大，纤维铺展困难。粘附在纤维表面的热塑性树脂粉末直接进入后道烘干工序时，容易在纤维表面聚集形成颗粒团，造成上浆不匀，纤维疵点增多。因此，悬浮液上浆剂必须采用专用的上浆设备和工艺。目前能够适用于悬浮液上浆剂的碳纤维专用上浆装置未见报道。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有上浆设备和工艺中存在的缺陷，提供一种用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置，可避免丝束进上浆槽时，由于丝束走偏引起丝束粘结，辊面绕辊的现象，且碳纤维上浆量又高又均匀，碳纤维丝束宽度一致且外观平整，提高碳纤维质量。

本实用新型的技术方案是：

一种用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置，包括带有搅拌棒的上浆剂配料供料系统、分丝梳、上浆剂循环系统、连接碳纤维的第一传动辊、第二传动辊、设置在上浆槽内的第一浸渍辊和第二浸渍辊，以及蒸汽热辊、第三传动辊和压辊；

所述的上浆剂配料供料系统包括经管道依次连接的第一反应釜、配料泵、第二反应釜和供料泵，该供料泵经管道与上浆槽相连；

所述的上浆剂循环系统包括经管道与上浆槽相连的上浆剂循环泵，以及设置在上浆槽上方的喷嘴式喷淋管；

碳纤维依次通过所述分丝梳、第一传动辊、第一浸渍辊、第二浸渍辊、第二传动辊、蒸汽热辊、第三传动辊和压辊。

所述第一反应釜和第二反应釜采用夹套方式，根据上浆剂使用温度范围，夹套中可通热水和冷冻水，热水温度范围0-99℃，冷冻水水温≥-9℃。操作简便，上浆剂混合均匀，不分层，且上浆剂调配温度和使用温度可精确控制，确保上浆剂使用周期长，不受温度过高或过低而引起的上浆剂变质。

所述分丝梳的丝束根数是n根，分丝梳上安装的分丝棒数量是n+1根，丝束宽度是a(单位：毫米)，相邻分丝棒的间距是a+2(单位：毫米)。碳纤维生产过程中，每根丝束按顺序，依次在间隔的分丝棒之间走丝运行，均匀地通过分丝梳，可确保碳纤维丝束分丝清晰，丝束在辊面上运行时，不移位，不产生互相粘连。

所述喷嘴式喷淋管是在喷淋管上安装一定数量的喷嘴。丝束宽度是a(毫米)，喷嘴安装的间距是20×(a+2)(单位：毫米)。碳纤维生产过程中，启动上浆剂循环泵，上浆槽中上浆剂循环流动，上浆剂不分层，且喷淋管的喷嘴中喷射一定数量的上浆剂，可均匀地喷射在碳纤维丝束上，确保碳纤维上浆量高，达到工艺要求值，且碳纤维上浆量均匀。

所述蒸汽热辊的一端有蒸汽进口一个，蒸汽回气口一个，蒸汽进口处通入饱和水蒸汽，在热辊辊筒夹层中形成回路，蒸汽热辊辊面上温度控制范围为0～ 360℃。蒸汽热辊辊面上温度可快速地达到工艺要求值，且辊面温度均匀，可脱除碳纤维的水分，防止碳纤维进入后道干燥箱烘干时发生剧烈汽化，又可以使碳纤维表面所粘有的悬浮液上浆剂粉末在高温下熔融铺展，在碳纤维表面形成一层连续均匀的树脂膜，提高碳纤维上浆均匀性，且碳纤维丝束宽度一致。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)采用上浆剂配料供料系统，使上浆剂混合均匀，不分层，可精确控制上浆剂调配温度和使用温度，保质期时间长。

2)使用分丝梳，可确保碳纤维丝束分丝清晰，丝束在辊面上运行时，不移位，不产生互相粘连。

3)采用上浆剂循环系统，确保上浆剂不分层，碳纤维上浆量又高又均匀。采用蒸汽热辊，可脱除碳纤维的水分，防止碳纤维进入后道干燥箱烘干时发生剧烈汽化，又可以使碳纤维表面所粘有的悬浮液上浆剂粉末在高温下熔融铺展，在碳纤维表面形成一层连续均匀的树脂膜，提高碳纤维上浆均匀性，且碳纤维丝束宽度一致。

4)操作简便，碳纤维生产运行平稳，可避免丝束进上浆槽时，由于丝束走偏引起丝束粘结，辊面绕辊的现象，延长生产平稳运行周期，大大降低生产成本。且碳纤维上浆量又高又均匀，碳纤维丝束宽度一致且外观平整，提高碳纤维质量。

附图说明

图1是本实用新型用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置的结构示意图。

图2是本实用新型中分丝梳的结构示意图。

图3是本实用新型碳中喷嘴式喷淋管结的构示意图。

图4是本实用新型中蒸汽热辊的的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

请先参阅图1，图1是本实用新型用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置的结构示意图，如图所示，一种用于悬浮液上浆剂的碳纤维上浆装置，包括带有搅拌棒的上浆剂配料供料系统、分丝梳9、上浆剂循环系统、连接碳纤维的第一传动辊10、第二传动辊11、设置在上浆槽内的第一浸渍辊12和第二浸渍辊13，以及蒸汽热辊14、第三传动辊15和压辊16；碳纤维1依次通过所述分丝梳9、第一传动辊10、第一浸渍辊12、第二浸渍辊13、第二传动辊11、蒸汽热辊14、第三传动辊15和压辊16。

所述的上浆剂配料供料系统包括经管道依次连接的第一反应釜3、配料泵5、第二反应釜4和供料泵6，且第一反应釜3和第二反应釜4采用夹套方式，所述供料泵6经管道与上浆槽相连。

图2是本实用新型中分丝梳的结构示意图，如图所示，分丝梳9的丝束根数是n根，该分丝梳9上安装的分丝棒17数量是n+1根，丝束宽度是a(单位：毫米)，相邻分丝棒的间距是a+2(单位：毫米)。

上浆剂循环系统包括经管道与上浆槽相连的上浆剂循环泵7，以及设置在上浆槽上方的喷嘴式喷淋管8；所述喷嘴式喷淋管8是在喷淋管18上安装一定数量的喷嘴19，丝束宽度为a(单位：毫米)，则喷嘴的安装间距为20×(a+2)(单位：毫米)，如图3所示。

图4是本实用新型中蒸汽热辊的的结构示意图，如图所示，蒸汽热辊14的一端具有一个蒸汽进口20和一个蒸汽回气口，蒸汽进口处通入饱和水蒸汽，在蒸汽热辊筒夹层中形成回路21，蒸汽热辊辊面上温度控制范围为0～360℃，辊面温控精度为±1℃。

本实用新型的具体步骤操作如下：

先分别在第一反应釜3和第二反应釜4夹套中，通入55℃水，在第一反应釜 3中加入定量水，然后逐渐加入聚酰胺树脂粉末和聚丙烯酰胺的混合物(重量比为4:1)，以135rpm转速搅拌40分钟后，上浆剂混合均匀，不分层，开启配料泵5，输送至第二反应釜4中，加入十八烷醇聚氧乙烯醚(n＝30)，添加量为聚酰胺树脂粉末和聚丙烯酰胺的混合物总重量的30wt％,以5000rpm转速乳化10分钟后静置。控制上浆剂浓度为15％。开启供料泵6，把第二反应釜4中混合均匀的上浆剂加入至上浆槽中，液位控制能浸没上浆槽内上浆剂第一浸渍辊12和第二浸渍辊13高度的五分之四。

然后引入宽度为4.5毫米的碳纤维，碳纤维先以6米/分的速度，穿丝经过分丝梳，每根碳纤维丝束按顺序依次分在间隔的分丝棒17之间，丝束按照相同的间距分丝走丝，碳纤维运行平稳，不移位，分丝清晰。然后，碳纤维依次运行至第一传动辊10、第一浸渍辊12、第二浸渍辊13、第二传动辊11、蒸汽热辊14、第三传动辊15和压辊16。运行过程中，开启循环泵7，形成上浆槽上浆剂的循环流动，上浆剂分散均匀，不分层。调整喷嘴式喷淋管8的高度，使喷嘴式喷淋管8喷嘴中喷射的上浆剂，能均匀地喷射在碳纤维表面。

蒸汽热辊14的蒸汽进口处通入绝对压力达到40kgf/cm2的饱和水蒸汽，在蒸汽热辊夹层中形成回路，蒸汽热辊辊面上温度达到250℃，辊面上各处温度偏差小于0.8℃，温度均匀。碳纤维在蒸汽热辊上运行后，碳纤维水分减少60％，碳纤维表面所粘有的聚酰胺悬浮液上浆剂粉末在高温下熔融铺展，在碳纤维表面形成一层连续均匀的聚酰胺树脂膜，碳纤维上浆均匀性好，碳纤维上浆量高，达到 9.2％，且碳纤维丝束宽度增加至8.9毫米，且每根碳纤维丝束宽度偏差小于0.1 毫米。

使用本实用新型碳纤维上浆装置，操作简便，碳纤维生产运行平稳，可避免丝束进上浆槽时，由于丝束走偏引起丝束粘结，辊面绕辊的现象，延长生产平稳运行周期，大大降低生产成本。且碳纤维上浆量又高又均匀，碳纤维丝束宽度一致且外观平整，提高碳纤维质量。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。