一种超薄碳纤维束的开纤定型装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及碳纤维生产技术领域，特别涉及一种超薄碳纤维束的开纤定型装 置。
【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。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型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，以满足下游超轻超薄产品的开发。
[0005] 本实用新型的技术方案为：一种超薄碳纤维束的开纤定型装置，包括支架、热辊、 水平调节辊和多组展纱对辊，按照碳纤维束的输送方向，多组展纱对辊、热辊和水平调节辊 依次设置；每组展纱对辊设有一台液压升降机，各液压升降机固定于支架上，热辊两端与支 架固定连接，水平调节棍的旋转轴两端也与支架固定连接；碳纤维束输送时，热棍固定不转 动。
[0006] 所述展纱对辊包括结构相同的上辊筒和下辊筒，上辊筒和下辊筒的转向相反，上 辊筒和下辊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辊筒和下辊筒 之间的间隙，间隙为碳纤维束的输送面。
[0007] 所述上辊筒和下辊筒之间的间隙为0. 05~0. 175mm。间隙精度控制为0. 001mm， 展纱对辊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。
[0008] 所述展纱对辊有3组，各组展纱对辊的输送面位于同一水平面上。
[0009] 所述展纱对辊中，上辊筒和下辊筒的表面粗糙度分别为Ra = 0. 1，上辊筒和下辊 筒均为不锈钢辊筒。
[0010] 所述上棍筒的半径和下棍筒的半径均为5~15cm，热棍的半径为10~35cm，且热 辊的半径至少为上辊筒或下辊筒半径的2倍。其中，上辊筒的半径和下辊筒的半径不宜过 大，由于靠碳纤维束的摩擦力对上辊筒和下辊筒提供驱动动力，若半径过大，则容易产生断 丝现象。
[0011] 所述热辊为不锈钢辊筒，热辊的表面粗糙度Ra = 0. 1，热辊的温度为100~ 260。。。
[0012] 所述水平调节辊为不锈钢辊筒，水平调节辊的表面粗糙度Ra = 0. 1。
[0013] 其中，展纱对辊、热辊和水平调节辊的表面粗糙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。
[0014] 所述支架上固定有展纱对辊间隙控制器，各组展纱对辊对应的液压升降机分别与 展纱对辊间隙控制器电气连接。通过展纱对辊间隙控制器，可实时检测展纱对辊中上辊筒 和下辊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。
[0015] 所述支架上固定有热辊温度控制器，热辊与热辊温度控制器电气连接。通过热辊 温度控制器，可实时检测热辊的温度是否处于预设范围内，同时可控制热辊外接的加热器， 对热辊的温度进行调节。
[0016] 上述开纤定型装置中，设置展纱对辊的目的是对碳纤维束和其表面的浆液进行挤 压，通过挤压可以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。设置热辊的目的是碳纤维束在热辊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、碳纤维束与辊切线的反向摩擦力、热辊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，热辊可以在碳纤维束的烘干过程中有效抵抗水的张力收缩），以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、展纱对辊间隙控制器、热辊温度 控制器、水平调节辊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。
[0017] 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，包括以下步骤：
[0018] (1)通过液压升降机预先调节各组展纱对辊的间隙，并设定好热辊的温度；
[0019] (2)表面带有浆液的碳纤维束先经过展纱对辊，通过展纱对辊的挤压作用和浆液 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；
[0020] (3)被展宽和压平整后的碳纤维束经过热辊时，热辊固定不转动，通过热辊对碳纤 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 纤维束与辊切线的反向摩擦力、热辊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，热辊可以 在碳纤维束的烘干过程中有效抵抗水的张力收缩），以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% ;
[0021] (4)定型后的碳纤维束从水平调节辊处送出。
[0022] 本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0023] 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。
[0024] 本开纤定型装置先通过展纱对辊挤压来提高碳纤维束上浆后的丝宽，再通过热辊 干燥过程中，碳纤维束受的牵伸力、纤维与热辊切线的反向摩擦力、热辊对纤维切线垂直方 向的合力抵消纤维烘干过程其表面液体的收缩力，以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】
[0025] 图1为本开纤定型装置的原理示意图。
[0026] 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】
[0027] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。
[0028] 实施例1
[0029] 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、热辊2、水 平调节辊3和三组展纱对辊4,按照碳纤维束5的输送方向，三组展纱对辊、热辊和水平调节 辊依次设置；每组展纱对辊设有一台液压升降机6,各液压升降机固定于支架上，热辊两端 与支架固定连接，水平调节棍的旋转轴两端也与支架固定连接；碳纤维束输送时，热棍固定 不转动。
[0030] 展纱对辊包括结构相同的上辊筒和下辊筒，上辊筒和下辊筒的转向相反，上辊筒 和下辊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辊筒和下辊筒之间 的间隙，间隙为碳纤维束的输送面。
[0031] 支架上固定有展纱对辊间隙控制器7,各组展纱对辊对应的液压升降机分别与展 纱对辊间隙控制器电气连接。展纱对辊间隙控制器采用市面现有的控制器即可。
[0032] 支架上固定有热辊温度控制器8,热辊与热辊温度控制器电气连接。热辊温度控制 器采用市面现有的控制器即可。
[0033] 上辊筒和下辊筒之间的间隙为0. 175mm。
[0034] 各组展纱对辊的输送面位于同一水平面上。
[0035] 展纱对辊中，上辊筒和下辊筒的表面粗糙度分别为Ra = 0. 1，上辊筒和下辊筒均 为不锈钢辊筒。
[0036] 上辊筒的半径和下辊筒的半径均为10cm，热辊的半径为25cm。
[0037] 所述热辊为不锈钢辊筒，热辊的表面粗糙度Ra = 0. 1，热辊的温度为175°C。
[0038] 水平调节辊为不锈钢辊筒，水平调节辊的表面粗糙度Ra = 0. 1。
[0039] 本实施例通过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，如图2 所示，采用型号为12k的碳纤维束，结合碳纤维的生产工艺，包括以下步骤：
[0040] (1)通过液压升降机预先调节各组展纱对辊的间隙，并设定好热辊的温度；