专利名称：一种用于碳纤维热处理的导向辊的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于碳纤维热处理的导向辊，特别涉及一种用于大丝束碳纤 维热处理的导向辊，属于碳纤维生产设备的技术领域。
背景技术：
碳纤维是有机纤维经一系列热处理后转化而成的含碳量在90%以上的新型碳材 料。碳纤维不但具有高比强度和比模量、高导电性、低热膨胀系数、耐高温、抗腐蚀、抗蠕变 以及自润滑等一系列优异的性能，还具有纤维的柔性和可编制性等特点，常作为先进复合 材料的增强体，在航空航天、核能设备以及隐形武器等国防领域具有不可替代的作用，同时 在土木建筑、交通运输以及体育休闲等民用工业领域也得到了广泛的应用。碳纤维的制备工艺过程包括聚合、纺丝、预氧化和碳化，其中热处理(包括预氧化 和碳化)是较为重要的两个阶段。在碳纤维的热处理过程中，导向辊发挥着重要的作用，设 计合理的导向辊是制备高性能碳纤维的关键因素之一。现有技术中的导向辊大多为圆形截面或者光面导向辊。采用圆形截面形状的导向 辊时，容易出现碳纤维的叠加。碳纤维的严重叠加会使纤维在热处理过程中产生的反应热 不能被瞬时排走而造成蓄热或过热，导致热处理过程中出现断丝、并丝甚至着火等现象。同 时，预氧化过程中碳纤维的严重叠加会限制氧向丝束内部纤维的扩散，导致表层和内部的 纤维产生不同的预氧化程度，严重影响碳纤维的性能。采用光面导向辊时，碳纤维在辊上的 分布难以约束，热处理过程中丝束间的缠连，并丝或者缠绕现象严重，不利于碳纤维热处理 过程的顺利进行。
发明内容为了解决现有的导向辊导向槽截面为圆形，容易产生碳纤维叠加的技术问题，本 实用新型提供一种用于碳纤维热处理的导向辊。本实用新型所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的一种用于碳纤维热处理的导向辊，包括导向辊本体1以及设置在导向辊本体上的 多个导向槽OA、2B、2C、2D)，其特征在于所述导向槽的截面为梯形，所述梯形的斜边和底 边之间通过下凹圆弧5连接，所述导向槽与导向槽之间通过上凸圆弧4连接。上述导向槽底边的长度L、导向槽高h，导向槽的高与斜边的夹角θ以及下凹圆弧 3的半径r、上凸圆弧4的半径r满足关系如下5° 彡 θ <90°，h 彡 0. 2L，r 彡 0. 05L。上述导向槽的高与斜边的夹角θ满足关系如下5° < θ < 45° 。上述导向槽高h与导向槽底边的长度L满足关系如下0. 2L ^ h ^ 0. 5L0上述上凸圆弧4的半径r与导向槽底边的长度L满足关系如下[0015]0. 05L ^ r ^ 0. 2L0上述导向槽的数量为4个。上述上凸圆弧4的半径r与导向槽底边的长度L满足关系如下0. 05L ^ r ^ 0. 2L0上述导向槽的数量为4个。本实用新型所具有的优点本实用新型将导向辊上的导向槽设置为通过下凹圆弧过渡的梯形导向槽，避免了 碳纤维丝的堆积、夹角产生的挂丝，适用于大丝束碳纤维热处理的导向槽导向辊，保证了碳 纤维热处理过程的平稳运行，提高了碳纤维的质量。
图1为本实用新型导向槽导向辊的纵向截面示意图。图2为导向辊表面导向槽结构示意图。其中附图标记为1-导向辊本体，2A、2B、2C、2D-导向槽，3A、;3B、3C、3D-碳纤维， 4-上凸圆弧，5-下凹圆弧。
具体实施方式
由图1可知，导向辊本体1表面包括4个导向槽QA，2B，2C和2D)，可以同时提供 4束碳纤维(3A，3B, 3C和3D)进行热处理。当碳纤维3A，3B, 3C和3D分别通过导向辊导向 槽2A，2B, 2C和2D时，纤维分布均勻且不会出现严重的叠加现象，这样就能防止热处理过程 中的并丝、断丝甚至着火等问题，保证了碳纤维热处理过程的顺利进行。图2为导向辊表面导向槽结构示意图。由图2可知，导向槽底部宽度为L，深度为 h，导向槽高度方向与斜边方向夹角为θ，导向槽底边和斜边之间采用过渡圆角连接，相邻 导向槽之间也采用过渡圆角连接，两个过渡圆角半径均为r。为了保证碳纤维热处理过程的 平稳进行，这些参数之间要满足如下关系5° ^ θ ^ 45°(a)h 彡 0. 2L(b)r ^ 0. 05L(c)为了防止碳纤维在热处理过程中出现丝束之间的严重叠加，导向辊的表面导向槽 底部要有一定宽度L(L根据单丝数量来确定)。同时，槽高度方向与斜边方向的夹角θ要 满足条件(a)。如果θ小于5°，导向槽形状呈现反“V”字型，这种结构加工难度较大且在 穿丝过程中易对纤维产生破坏出现断丝现象；如果θ大于90°，导向槽开口较大，类似于 光面导向辊，碳纤维在辊上的分布难以约束。导向辊表面导向槽深度h与导向槽底部宽度L之间要满足关系(b)。当导向槽深 度h小于0. 2L时，碳纤维3A的高度可能会超过导向槽深度，这样部分碳纤维会从导向槽中 裸露出来与相邻导向槽中的纤维出现缠连以及并丝等现象。但导向槽深度h最好不大于 0. 5L。导向槽底边和斜边之间要采用过渡圆角连接，相邻导向槽之间也要采用过渡圆角 连接，两个过渡圆角半径均为r。过渡圆角半径r与导向槽底部宽度L之间要满足关系(c)，最好不大于0. 2L。如果导向辊的相邻导向槽间没有采用过渡圆角连接，两者之间就会产生 尖端，这种尖端有可能会把纤维切断；而导向槽底部如果没有采用过渡圆角连接，纤维在运 行过程中厚度方向的均勻分布不易控制且可能会出现毛丝现象。总之，导向辊的导向槽底 部以及相邻导向槽间采用倒角连接会减小导向辊对碳纤维的损害，同时可以使纤维在厚度 方向分布均勻。
权利要求1.一种用于碳纤维热处理的导向辊，包括导向辊本体(1)以及设置在导向辊本体上的 多个导向槽OA、2B、2C、2D)，其特征在于所述导向槽的截面为梯形，所述梯形的斜边和底 边之间通过下凹圆弧( 连接，所述导向槽与导向槽之间通过上凸圆弧(4)连接。
2.根据权利要求1所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述导向槽底边 的长度L、导向槽高h，导向槽的高与斜边的夹角θ以及下凹圆弧(3)的半径r、上凸圆弧 (4)的半径r满足关系如下5° ≤ θ <90°，h ≤ 0. 2L，r ≤ 0. 05L。
3.根据权利要求2所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述导向槽的高 与斜边的夹角θ满足关系如下5° ≤ θ ≤ 45°。
4.根据权利要求2或3所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述导向槽 高h与导向槽底边的长度L满足关系如下0. 2L ≤ h ≤ 0. 5L。
5.根据权利要求2或3所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述上凸圆 弧的半径r与导向槽底边的长度L满足关系如下0. 05L ≤ r ≤ 0. 2L。
6.根据权利要求5所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述导向槽的数 量为4个。
7.根据权利要求4所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述上凸圆弧(4) 的半径r与导向槽底边的长度L满足关系如下0. 05L ≤r ≤ 0. 2L。
8.根据权利要求7所述的用于碳纤维热处理的导向辊，其特征在于所述导向槽的数 量为4个。
专利摘要本实用新型涉及一种用于碳纤维热处理的导向辊，包括导向辊本体以及设置在导向辊本体上的多个导向槽(2A、2B、2C、2D)，导向槽的截面为梯形，梯形的斜边和底边之间通过下凹圆弧(5)连接，导向槽与导向槽之间通过上凸圆弧(4)连接。本实用新型解决了现有的导向辊导向槽截面为圆形，容易产生碳纤维叠加的技术问题，本实用新型保证了碳纤维热处理过程的平稳运行，提高了碳纤维的质量。
文档编号D01F9/12GK201817596SQ201020533560
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者刘福杰, 李福平, 王浩静, 王红飞, 程璐, 范立东 申请人:西安航科等离子体科技有限公司