一种超薄碳纤维束的开纤定型装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及碳纤维生产技术领域，特别设及一种超薄碳纤维束的开纤定型装置及 方法。
【背景技术】
[0002] 目前碳纤维的下游应用逐渐普及，同时随着科技的发展，碳纤维产品趋于超轻、超 薄、超强的方向发展。
[0003] 碳纤维表面上浆处理和烘干过程是碳纤维生产的必经过程，碳纤维上浆后其表面 的水和树脂是液体，液体受表面张力影响会收缩成小球的趋势。在传统的碳纤维生产工艺 中，通常在碳纤维上浆后就直接采用鼓风式烘箱对碳纤维进行烘干，该过程中，碳纤维表面 的水和液态树脂容易蒸发收缩，导致碳纤维烘干过程中丝宽收缩，该现象严重阻碍着超轻 或超薄的碳纤维产品的发展。因此，解决该问题对碳纤维产品的发展有着重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对碳纤维的生产工艺，提供一种超薄 碳纤维束的开纤定型装置，在碳纤维的生产工艺增设该装置后，可在不破坏碳纤维材料原 有特性的情况下，提升碳纤维丝宽，W满足下游超轻超薄产品的开发。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的超薄碳纤维束的开纤定型 方法。
[0006] 本发明的技术方案为；一种超薄碳纤维束的开纤定型装置，包括支架、热漉、水平 调节漉和多组展纱对漉，按照碳纤维束的输送方向，多组展纱对漉、热漉和水平调节漉依次 设置；每组展纱对漉设有一台液压升降机，各液压升降机固定于支架上，热漉两端与支架固 定连接，水平调节漉的旋转轴两端也与支架固定连接；碳纤维束输送时，热漉固定不转动。
[0007] 所述展纱对漉包括结构相同的上漉筒和下漉筒，上漉筒和下漉筒的转向相反，上 漉筒和下漉筒的旋转轴两端分别与液压升降机连接，通过液压升降机调节上漉筒和下漉筒 之间的间隙，间隙为碳纤维束的输送面。
[000引所述上漉筒和下漉筒之间的间隙为0. 05~0. 175mm。间隙精度控制为0. 001mm， 展纱对漉的运行方式是随纤维转动，通过调节间隙的宽度，可实现不同丝宽的碳纤维束。
[0009] 所述展纱对漉有3组，各组展纱对漉的输送面位于同一水平面上。
[0010] 所述展纱对漉中，上漉筒和下漉筒的表面粗趟度分别为Ra = 0. 1，上漉筒和下漉 筒均为不诱钢漉筒。
[0011] 所述上漉筒的半径和下漉筒的半径均为5~15畑1，热漉的半径为10~35畑1，且热 漉的半径至少为上漉筒或下漉筒半径的2倍。其中，上漉筒的半径和下漉筒的半径不宜过 大，由于靠碳纤维束的摩擦力对上漉筒和下漉筒提供驱动动力，若半径过大，则容易产生断 丝现象。
[0012] 所述热漉为不诱钢漉筒，热漉的表面粗趟度Ra = 0. 1，热漉的温度为100~ 260 °C。
[0013] 所述水平调节漉为不诱钢漉筒，水平调节漉的表面粗趟度Ra = 0. 1。
[0014] 其中，展纱对漉、热漉和水平调节漉的表面粗趟度可根据碳纤维束的实际要求进 行选择，要求碳纤维束不被挂伤即可。
[0015] 所述支架上固定有展纱对漉间隙控制器，各组展纱对漉对应的液压升降机分别与 展纱对漉间隙控制器电气连接。通过展纱对漉间隙控制器，可实时检测展纱对漉中上漉筒 和下漉筒之间的间隙是否处于预设范围内，同时可控制各液压升降机调节相应的间隙。
[0016] 所述支架上固定有热漉温度控制器，热漉与热漉温度控制器电气连接。通过热漉 温度控制器，可实时检测热漉的温度是否处于预设范围内，同时可控制热漉外接的加热器， 对热漉的温度进行调节。
[0017] 上述开纤定型装置中，设置展纱对漉的目的是对碳纤维束和其表面的浆液进行挤 压，通过挤压可W把碳纤维束均匀地展宽（挤压过程碳纤维束中凹凸的纤维被压平整，由 于挤压和浆液的润滑作用，碳纤维束被均匀地展宽），从而提高了碳纤维束的丝宽和平整 性。设置热漉的目的是碳纤维束在热漉烘干过程中稳定其丝宽，原理是碳纤维束烘干过程 受的牵伸力、碳纤维束与漉切线的反向摩擦力、热漉对碳纤维束切线垂直方向的合力抵抗 浆液中水滴的收缩力（由于水表面张力很大，烘干过程，水滴蒸发收缩，碳纤维束有收缩的 张力，热漉可W在碳纤维束的烘干过程中有效抵抗水的张力收缩），W保证碳纤维束烘干前 和烘干后的丝宽尺寸一致，烘干过程不收缩。液压升降机、展纱对漉间隙控制器、热漉温度 控制器、水平调节漉和支架作为开纤定型装置的组成配件，完善其相应的各项功能。
[0018] 根据上述开纤定型装置实现一种超薄碳纤维束的开纤定型方法，包括W下步骤：
[0019] (1)通过液压升降机预先调节各组展纱对漉的间隙，并设定好热漉的温度；
[0020] (2)表面带有浆液的碳纤维束先经过展纱对漉，通过展纱对漉的挤压作用和浆液 的润滑作用，碳纤维束被均匀地展宽，同时碳纤维束中凹凸的纤维也被压平整；
[0021] (3)被展宽和压平整后的碳纤维束经过热漉时，热漉固定不转动，通过热漉对碳纤 维束进行烘干，使碳纤维束保持展宽后的丝宽；其原理是碳纤维束烘干过程受的牵伸力、碳 纤维束与漉切线的反向摩擦力、热漉对碳纤维束切线垂直方向的合力抵抗浆液中水滴的收 缩力（由于水表面张力很大，烘干过程，水滴蒸发收缩，碳纤维束有收缩的张力，热漉可W 在碳纤维束的烘干过程中有效抵抗水的张力收缩），W保证碳纤维束烘干前和烘干后的丝 宽尺寸一致，烘干过程不收缩，且碳纤维束的含水率小于1% ;
[0022] (4)定型后的碳纤维束从水平调节漉处送出。
[0023] 本发明相对于现有技术，具有W下有益效果：
[0024] 本开纤定型装置应用于碳纤维生产工艺后，能够实现碳纤维束超薄化、在线连续 快速生产，并且使用简单，生产的产品质量稳定，具有很好的使用效果，可满足下游超轻超 薄产品的开发。
[0025] 本开纤定型装置先通过展纱对漉挤压来提高碳纤维束上浆后的丝宽，再通过热漉 干燥过程中，碳纤维束受的牵伸力、纤维与热漉切线的反向摩擦力、热漉对纤维切线垂直方 向的合力抵消纤维烘干过程其表面液体的收缩力，W保证碳纤维束烘干前和烘干后的丝宽 尺寸一致，烘干过程纤维束宽不收缩。
【附图说明】
[0026] 图1为本开纤定型装置的原理示意图。
[0027] 图2为本开纤定型装置应用于碳纤维生产工艺时的原理示意图。
【具体实施方式】
[002引下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0029] 实施例1
[0030] 本实施例一种超薄碳纤维束的开纤定型装置，如图1所示，包括支架1、热漉2、水 平调节漉3和=组展纱对漉4,按照碳纤维束5的输送方向，=组展纱对漉、热漉和水平调节 漉依次设置；每组展纱对漉设有一台液压升降机6,各液压升降机固定于支架上，热漉两端 与支架固定连接，水平调节漉的旋转轴两端也与支架固定连接；碳纤维束输送时，热漉固定 不转动。
[0031] 展纱对漉包括结构相同的上漉筒和下漉筒，上漉筒和下漉筒的转向相反，上漉筒 和下漉筒的旋转轴两端分别与液压升降机连接，通过液压升降机调节上漉筒和下漉筒之间 的间隙，间隙为碳纤维束的输送面。
[0032] 支架上固定有展纱对漉间隙控制器7,各组展纱对漉对应的液压升降机分别与展 纱对漉间隙控制器电气连接。展纱对漉间隙控制器采用市面现有的控制器即可。
[0033] 支架上固定有热漉温度控制器8,热漉与热漉温度控制器电气连接。热漉温度控制 器采用市面现有的控制器即可。
[0034] 上漉筒和下漉筒之间的间隙为0. 175mm。
[0035] 各组展纱对漉的输送面位于同一水平面上。
[0036] 展纱对漉中，上漉筒和下漉筒的表面粗趟度分别为Ra = 0. 1，上漉筒和下漉筒均 为不诱钢漉筒。
[0037] 上漉筒的半径和下漉筒的半径均为10畑1，热漉的半径为25畑1。
[003引所述热漉为不诱钢漉筒，热漉的表面粗趟度Ra = 0. 1，热漉的温度为175°C。
[0039]