在线清理碳纤维表面毛丝的装置的制作方法

1.本实用新型涉及碳纤维设备技术领域，具体地涉及一种在线清理碳纤维表面毛丝的装置。


背景技术：

2.碳纤维是一种高强度、高模量、高导电、耐化学腐蚀、耐高温的新型特种高性能有机纤维，作为先进的结构材料和功能材料，被广泛应用于航空航天、风电叶片、体育器材、建筑材料等领域。由于具备诸多优良特性，碳纤维成为研究热点，近年来，碳纤维得到广泛而快速的发展。
3.毛丝、断丝是碳纤维生产制备中一个普遍存在的问题。在碳纤维的制备流程中，聚合工艺中的碱金属、纺丝液里残留的的引发剂、氧化和炭化过程中应力集中超过纤维本身承受力等都会使纤维缺陷部分产生毛丝和断丝。另外，碳纤维生产需经历退丝、氧化、碳化、表面处理和收卷等过程，其中纤维会在多个驱动装置上走丝，而传动辊表面粗糙度也会对纤维造成机械损伤，纤维接触辊轴摩擦都会产生毛丝和断丝。而毛丝过多不但会影响碳纤维成品质量，也会在碳纤维运行过程中导致绕辊停车甚至着火，并且细小毛丝散落空中也会影响人体健康和污染环境。由于毛丝产生原因多且复杂，且影响生产的连续性，因而去除毛丝也成为各方攻克难点。目前，大多数厂家主要从工艺角度对毛丝产生原因和毛丝绕辊现象进行研究，而收卷过程中碳纤维的表面毛丝却鲜有关注。收卷过程中，锭位数多且分布多层，操作人员无法顾及所有锭位以清除毛丝和断丝，操作成本大。因而毛丝和断丝在收卷过程中会带入收卷成品，不仅影响碳纤维成品质量，也会影响后续碳纤维在复合材料中的应用。
4.cn109505036 a公开的一种碳纤维生产用槽辊表面毛丝处理装置，包括位于槽辊下方的支撑组件、可转动地固定在所述支撑组件上的刮刀组件以及与所述刮刀组件铰接的用于控制所述刮刀组件绕所述支撑组件转动的驱动组件；所述刮刀组件上固定有与所述槽辊相切接触且与所述槽辊等长的刮刀片。在碳纤维生产的槽辊外侧安装本装置，使用刮刀片将槽辊上的断丝和毛丝及时切除，避免缠辊，同时可以根据槽辊上纤维的缠绕厚度能够调整刮刀片的位置和切除方向，自动快速有效的去除毛丝、断丝，保证稳定生产、提高产品质量，杜绝安全事故的发生。上述公开的装置主要针对碳纤维绕辊现象进行研究，其只能去除碳纤维生产过程中绕辊的长毛丝，且刮刀在切除缠绕在槽辊上毛丝时有可能误伤辊轴本身，增加槽辊表面粗糙度从而造成纤维机械损伤，使纤维毛丝增多。另外，也不能有效清理细小、断毛丝。若毛丝和断丝进入收卷过程中，不仅造成碳纤维成品质量降低，也会使操作成本增加。
5.cn209973963 u公开了一种卷绕机设备防卷入毛丝保护装置，该卷绕机设备防卷入毛丝保护装置，包括卷绕机本体，卷绕机本体上设置有两个屏蔽板，两个屏蔽板分别位于卷绕机本体的左右两侧，卷绕机本体的内部上端活动连接有丝饼，右侧屏蔽板的内侧面顶端通过销轴活动连接有第一保护板，第一保护板的底端设有第二保护板，第一保护板的上
表面靠近屏蔽板的一侧固定连接有隔板，第二保护板的上表面靠近第一保护板的一侧设置有方管，第二保护板的上表面前后两端均固定连接有不锈钢板。该卷绕机设备防卷入毛丝保护装置，能够在卷绕机自动切换过程中防止卷入毛丝，降低人员工作量、提高产品质量、确保设备正常运行。但是该装置主要针对卷绕机卷入毛丝，卷绕机改造的问题进行研究，解决的是毛丝产生后的结果问题。未从丝饼本身自带毛丝这个角度出发，也未能解决丝饼毛丝量的问题。且该装置结构复杂，制造成本大。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的碳纤维收卷过程中碳纤维表面毛丝影响碳纤维成品质量的技术问题，提供一种在线清理碳纤维表面毛丝的装置及方法，该装置不仅可以有效在线清理碳纤维的表面毛丝，避免碳纤维在后续工段中出现绕辊现象；也可以解决碳纤维收卷过程中毛丝累积带入成品的问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种在线清理碳纤维表面毛丝的装置，该装置包括：
8.毛丝收集单元，所述毛丝收集单元包括导辊和包覆于所述导辊表面的海绵，用于粘附经过所述海绵的碳纤维表面的毛丝；
9.用于支撑所述毛丝收集单元的支架，所述支架具有横轴，所述导辊套设在所述横轴上；
10.静电除毛刷，设置在所述支架上，且沿平行所述导辊轴向设置使得所述静电除毛刷与所述海绵表面接触，用于清除粘附在所述海绵上的毛丝。
11.优选地，所述静电除毛刷与所述导辊等长。
12.优选地，所述静电除毛刷可沿支架上下移动和旋转，用以调整所述静电除毛刷和所述导辊之间的距离。
13.优选地，所述静电除毛刷安装在所述导辊上方或者下方。
14.优选地，沿所述导辊长度方向设置多个静电除毛刷。
15.优选地，沿所述导辊长度方向，在所述导辊下方或上方设置2个静电除毛刷，所述的2个静电除毛刷对称设置在旋转轴两侧；通过转动旋转轴，调整其中一个静电除毛刷处于工作状态，用于清除粘附在海绵上的毛丝，另外一个静电除毛刷处于非工作状态。
16.优选地，所述静电除毛刷包括设置在静电除毛刷外表面的梳齿，用于清除并收集海绵表面毛丝。
17.优选地，所述梳齿数目范围为62～402齿。
18.优选地，所述梳齿数目范围为182～362齿。
19.优选地，沿碳纤维走丝方向，所述在线去除碳纤维表面毛丝的装置还包括上浆槽、热风干燥器、牵引装置和卷绕机；
20.上浆槽、热风干燥器和牵引装置沿碳纤维走丝方向依次设置，用于碳纤维上浆、干燥和牵引；
21.牵引装置和卷绕机之间设置有所述毛丝收集单元；碳纤维经过牵引装置后到达毛丝收集单元，在毛丝收集单元上除去碳纤维表面的毛丝，通过卷绕机收集碳纤维。
22.本实用新型提供的在线清理碳纤维表面毛丝的装置，不仅可以有效在线清理碳纤
维的表面毛丝，避免碳纤维在后续工段中出现绕辊现象；也可以解决碳纤维收卷过程中毛丝累积带入成品的问题。本实用新型提供的在线清理碳纤维表面毛丝的装置，在大丝束工业化生产中，不仅可提高碳纤维收卷的满锭率，进而提高碳纤维优等品的产量，也可使生产运行平稳，降低非正常生产造成停车的次数，进而降低生产成本。另外，该装置结构简单，使用便捷，方便人工操作。
附图说明
23.附图提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
24.图1为本实用新型一种优选在线清理碳纤维表面毛丝的装置的主视图；
25.图2为本实用新型一种优选在线清理碳纤维表面毛丝的装置的俯视图；
26.图3为本实用新型一种优选在线清理碳纤维表面毛丝的装置的侧视图；
27.图4为本实用新型中静电除毛刷的俯视图；
28.图5为本实用新型在线清理碳纤维表面毛丝的装置示意图。
29.附图标记说明
30.1-上浆槽；2-热风干燥器；3-牵引装置；4-海绵；5-导辊；6-支架；7-卷绕机；8-梳齿；9-旋转轴；10-静电除毛刷，11-毛丝收集单元。
具体实施方式
31.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
32.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
33.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
34.本实用新型示例性地提供一种在线清理碳纤维表面毛丝的装置，如图1 在线清理碳纤维表面毛丝的装置的主视图所示，该装置包括：
35.毛丝收集单元11，所述毛丝收集单元11包括导辊5和包覆于所述导辊 5表面的海绵4，用于粘附经过所述海绵4的碳纤维表面的毛丝；
36.用于支撑所述毛丝收集单元11的支架6，所述支架具有横轴，所述导辊 5套设在所述横轴上；
37.静电除毛刷10，设置在所述支架6上，且沿平行所述导辊5轴向设置使得所述静电除毛刷10与所述海绵4表面接触，用于清除粘附在所述海绵4 上的毛丝。
38.所述在线清理碳纤维表面毛丝的装置的俯视图如图2所示；所述在线清理碳纤维表面毛丝的装置的侧视图如图3所示。所述在线清理碳纤维表面毛丝的装置，不仅可以有效在线清理碳纤维的表面毛丝，避免碳纤维在后续工段中出现绕辊现象；也可以解决碳纤维收卷过程中毛丝累积带入成品的问题。
39.根据本实用新型的一种优选实施方式，所述静电除毛刷10与所述导辊5 等长。
40.根据本实用新型的一种优选实施方式，本实用新型对所述海绵材质没有特别的限制，只要能够粘附碳纤维表面的毛丝即可，针对本实用新型，优选地，所述海绵4的材质选自聚氨酯、聚乙烯醇和低密度聚醚中的至少一种，更优选地，所述海绵4的材质选自涤纶丝，所述涤纶丝的密度范围为 15～50g/cm3，优选为18～35g/cm3。
41.根据本实用新型，所述静电除毛刷10可沿支架6上下移动和旋转，用以调整所述静电除毛刷10和所述导辊5之间的距离。
42.根据本实用新型，根据碳纤维在所述导辊5上走丝位置，所述静电除毛刷10可安装在所述导辊5上方或者下方；例如，若碳纤维沿所述导辊5上方走丝，则所述静电除毛刷10安装在所述导辊5下方；若碳纤维沿所述导辊5下方走丝，则所述静电除毛刷10安装在所述导辊5上方。
43.根据本实用新型，可以沿所述导辊5长度方向设置多个静电除毛刷；静电除毛刷的数量可以根据实际需求设置，例如设置2、3或4个静电除毛刷。
44.根据本实用新型，沿所述导辊5长度方向，在所述导辊上方或下方设置两个静电除毛刷，所述的2个静电除毛刷对称设置在旋转轴9两侧；通过旋转轴9转动，调整其中一个静电除毛刷处于工作状态，另外一个静电除毛刷处于非工作状态。
45.根据本实用新型的一种优选实施方式，如图1所示，沿所述导辊5长度方向，在所述导辊下方设置两个静电除毛刷，所述的两个静电除毛刷设置在旋转轴9上；通过旋转轴9转动，调整其中一个静电除毛刷处于工作状态，另外一个静电除毛刷处于非工作状态；当其中一个静电除毛刷工作时，另外一个静电除毛刷处于非工作状态，因此，可以将非工作状态静电除毛刷上的收集的毛丝除去，以方便静电除毛刷进行下一次工作，实现所述在线清理碳纤维表面毛丝的装置的连续在线工作。
46.根据本实用新型的一种优选实施方式，如图4所述静电除毛刷的俯视图所示，所述静电除毛刷10包括设置在静电除毛刷10外表面的梳齿8，用于清除并收集海绵表面毛丝。
47.根据本发明，梳齿8的数目根据碳纤维锭数确定，优选地，所述梳齿8 数目范围为62～402齿，更优选为182～362齿。
48.根据本实用新型，提供一种在线清理碳纤维表面毛丝的方法，该方法本实用新型所述的在线清理碳纤维表面毛丝的装置上进行，该方法包括：
49.碳纤维经牵引经过包覆在导辊5的海绵4时，导辊5旋转，碳纤维表面毛丝粘附在海绵4上，通过静电除毛刷10去除海绵4上粘附的毛丝。
50.根据本实用新型的一种优选实施方式，如图5在线清理碳纤维表面毛丝的装置示意图所示，沿碳纤维走丝方向，所述在线去除碳纤维表面毛丝的装置还包括上浆槽1、热风干燥器2、牵引装置3和卷绕机7；
51.上浆槽1、热风干燥器2和牵引装置3沿碳纤维走丝方向依次设置，用于碳纤维上浆、干燥和牵引；
52.牵引装置3和卷绕机7之间设置有所述毛丝收集单元11；碳纤维经过牵引装置后到达毛丝收集单元11，在毛丝收集单元11上除去碳纤维表面的毛丝，通过卷绕机7收集碳纤维。
53.根据本实用新型，在线清理碳纤维表面毛丝的方法在如图5所示的在线清理碳纤
维表面毛丝的装置示意图中进行，进行工业化生产时，预氧化、碳化、电解后的碳纤维依次经过上浆槽1、热风干燥器2、牵引装置3、毛丝收集单元11和收卷7工段，实现预氧化、碳化、电解后的碳纤维的上浆、干燥、在线去除碳纤维表面毛丝和收卷操作，最后得到碳纤维收卷成品；碳纤维经牵引经过毛丝收集单元11时，导辊5旋转，碳纤维表面毛丝粘附在海绵4上，通过静电除毛刷10去除海绵4上粘附的毛丝。
54.以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
55.以下实施例中，在线清理碳纤维表面毛丝的方法在如图5所示的在线清理碳纤维表面毛丝的装置示意图中进行；碳纤维进行工业化生产，预氧化、碳化、电解后的碳纤维依次经过上浆、干燥、在线去除碳纤维表面毛丝和收卷过程；碳纤维经过毛丝收集单元11时，导辊5旋转，碳纤维表面毛丝粘附在海绵4上，通过静电除毛刷10去除海绵4上粘附的毛丝。
56.实施例1
57.在线去除碳纤维表面毛丝装置采用的导辊5长度l1为0.8m，直径d1为264mm；导辊5上包覆的海绵4长度l2为0.8m，宽度d2为830mm，密度ρ为18g/cm3；支架6上安装的静电除毛刷10长度l3为0.8m，含有梳齿 8的数目为362齿。碳纤维参数：180锭、12k、单丝丝间距7.5mm；当碳纤维以一定速度从干燥机2后的牵引装置3经过在线去除碳纤维表面毛丝装置时，碳纤维表面毛丝通过与包覆于导辊5上的海绵4摩擦而粘附在海绵上。当导辊5旋转时，安装在导辊5下方的静电除毛刷10可去除海绵4上粘附的毛丝。其中一个静电除毛刷10工作时，可清理另一个静电除毛刷上收集的毛丝，以方便静电除毛刷进行下一次工作。最后至卷绕机7收卷碳纤维成品。
58.海绵4上收集到的毛丝量f2为14mg/50m，梳齿8上收集到毛丝量f3为26mg/50m，收卷的碳纤维成品的毛丝量f1为5mg/50m。
59.实施例2～6中在线去除碳纤维表面毛丝装置及方法与实施例1相同。其中，碳纤维k数、碳纤维锭数、碳纤维单丝丝间距、导辊长度、梳齿数目、海绵密度的工艺参数和实施效果与实施例1不相同，如表1所示。
60.在线去除碳纤维表面毛丝装置的实施效果见表2。
61.对比例1
62.180锭12k碳纤维进行工业化生产时，预氧化、碳化、电解的碳纤维依次经过预氧化、碳化、电解、上浆、干燥、牵引装置和收卷工段，最后得到碳纤维收卷成品。未在干燥和收卷之间设置在线去除碳纤维表面毛丝装置。单丝丝间距d为7.5mm，收卷的碳纤维成品的毛丝量f1为140mg/50m。
63.在线去除碳纤维表面毛丝装置的实施效果见表2
64.表1在线去除碳纤维表面毛丝装置的主要参数
[0065][0066]
表2在线去除碳纤维表面毛丝装置的实施效果
[0067][0068]
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。