一种碳纤维中试上浆干燥装置的制作方法

本发明涉及一种碳纤维中试上浆干燥装置，属于碳纤维生产设备技术领域。

背景技术：

碳纤维是碳含量在90％以上的无机高分子纤维，除了具有一般碳素材料的耐高温、耐摩擦、耐腐蚀及导电导热等特性以外，还具有柔软可加工性、质量轻、比强度大等特性，从而被广泛应用到军事、纺织、体育器材、化工、医疗器械及机械加工等诸多领域。

聚丙烯腈碳纤维的制备过程包括原料聚合、转向纺丝、水洗、干燥致密化、预氧化、炭化、上浆干燥等。其中，上浆干燥是碳纤维制备过程中的最后一道工序，其主要目的是提高碳纤维的集束性、耐磨性、抗吸水性等性能，以提高纤维的加工性能，便于应用。

碳纤维的上浆干燥过程受很多因素影响，如上浆过程中辊子的转动速度、拉伸握持的强度、干燥过程中气体的温度、流速等因素都会对纤维丝束上浆的均匀性，丝束的集束性等性能产生影响。在改变生产工艺以及制备不同性能不同级别的碳纤维产品时，往往需要对上浆干燥的工艺进行调整。虽然目前在碳纤维生产中已存在一些上浆干燥设备，但这些设备是为实际生产而设计，具有结构复杂，专用性强等特点，由于生产条件相对固定，生产条件和环境影响因素的调控范围小，满足不了中试调控的要求，同时，如果仅是简单地将生产设备缩小，也需要将配套的辅助装置也相应缩小，因此，并不能仅仅简单通过缩小生产设备来进行中试。此外，如果要进行调试需要停止整个生产线。而一些微型或小型试验用上浆干燥设备与生产体系相差较远，利用其进行试验调试获得的结果可信性和参考价值偏低。因此，目前缺少一种结构简单、与实际生产更加接近的碳纤维上浆干燥的中试设备。

技术实现要素：

为解决在碳纤维上浆干燥工艺调整过程中，调试成本高，影响生产进行，微型或小型设备与生产相差较远，结果参考价值低等问题，本发明提供了一种碳纤维中试上浆干燥装置，所采取的技术方案如下：

一种碳纤维中试上浆干燥装置，该装置包括上浆装置2，干燥装置3，以及牵伸丝束8通过上浆装置2和干燥装置3的牵伸装置；

所述上浆装置2包括上浆辊21，为上浆辊21提供动力的动力装置，以及保温夹层26；

所述干燥装置3包括设有温度传感器32的干燥炉31，通过保温管线33与干燥炉31连通的储气加热罐34，以及通过进气管35与储气加热罐34连通的气动调节阀37。

优选地，所述上浆干燥装置还包括与牵伸装置、上浆辊21的动力机构、温度传感器32、储气加热罐34、气动调节阀38连锁的控制装置5，以便对上浆干燥过程中丝束的牵引力、牵引速度、上浆过程的速度、上浆剂的温度、上浆的时间、干燥温度、干燥的速度、热风的流速等因素或参数进行协同控制，以便于对上浆干燥工艺进行工艺优化。

所述控制装置5可以是安装有DCS系统和/或PLC系统的计算机控制系统，或者其他现有能够实现控制功能的系统。具体的控制指令，本领域技术人员可根据实验需要和具体需求进行编写。

优选地，所述牵伸装置，由牵伸机I1和牵伸机II4组成；牵伸机I1和牵伸机II4与牵伸辊连接的动力装置与控制装置5连锁。

所述连锁，可以是通过导线、电线、数据线等形式的电连接；也可以是通过网络信号等形式的信号链接。

优选地，所述干燥炉31的加热干燥腔两端设有气锁38，从而在采用静止干燥时对干燥空气进行密封，保证干燥炉的加热干燥腔内温度的稳定性。

优选地，所述气锁38为迷宫式气锁。

优选地，储气加热罐34连接有气动调节阀37的一端还是有手动调节阀36。

优选地，所述上浆装置2包括上浆槽，上浆辊21，导引辊24，与上浆辊21和导引辊24连接的动力装置，以及包裹在上浆槽外部的保温夹层26。

更优选地，在上浆槽的丝束引入和引出端各有一个上浆辊21和导引辊24；所述导引辊24位于上浆辊21的上方；所述上浆辊21部分或全部浸润在上浆槽的上浆剂中。

更优选地，在上浆槽的底部设有与通过管道与外循环装置连接的进液口22和出液口23。

更优选地，所述进液口22位于上浆槽丝束引出端；

所述出液口23位于上浆槽丝束引入端。

优选地，所述干燥装置3的干燥炉31的干燥腔直径为100～200mm，长度为1.2～2.5m。同时，在干燥腔的外部设有厚度为120～150mm的保温层，保温层为硅酸铝棉，以保证隔绝生产过程中的温度，保证炉内温度在120～200℃，但路外温度低于30℃。

相对于现有技术，本发明获得的有益效果是：

本发明所提供的中试上浆干燥装置，与实际生产的设备相似度高，并且可独立调整上浆过程中丝束前进的速度、上浆速度、干燥的温度、气体流动速度等因素的精度，可模拟各级别高性能碳纤维的生产工艺，便于协同控制整个加工过程，能够在调整工艺参数或生产不同性能不同级别的碳纤维获取更加接近生产实际的技术信息。同时，本发明的装置可单独进行纤维丝束的上浆干燥过程，不会影响纤维生产的正常进行。

本发明所提供的中试上浆干燥设备可为积累高性能碳纤维生产工艺数据及指导产业化生产的提供依据。同时，可避免利用大型生产设备和产品工艺的进行试验所带来的能耗高，浪费大，环境污染严重的问题。

本发明所提供的装置可对1～10束的碳纤维丝束进行上浆干燥测试，并可根据实验要求等因素进行灵活调整。

附图说明

图1为本发明一种优选方案中碳纤维中试上浆干燥装置的结构示意图。

图中：1，牵伸机I；2，上浆装置；3，干燥装置；4，牵伸机II；5，控制装置；8，丝束；21，上浆辊；22，进液口；23，出液口；24，导引辊；25，齿轮箱；26，保温夹层；31，干燥炉；32，温度传感器；33，保温管线；34，储气加热罐；35，进气管；36，手动调节阀；37，气动调节阀；38，气锁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。

图1为本发明一种优选方案中碳纤维中试上浆干燥装置的结构示意图。从图1可知，该上浆干燥装置从右向左依次由牵伸机I 1，上浆装置2，干燥装置3以及牵伸机II 4组成。其中，牵伸机I 1和牵伸机II 4的设置相同，均为五辊牵伸机，5个牵伸辊三个上两个下交错设置。在牵伸辊的后侧设有为牵伸辊提供动力的动力装置，该动力装置可以由电机及其减速机和齿轮箱组成。

上浆装置2是由上浆槽，分别位于上浆槽内和上方的上浆辊21及导引辊24，包裹在上浆槽外侧的保温夹层26。其中，上浆辊21和导引辊24在上浆槽的丝束引入端和引出端各一个，并且在同一侧的上浆辊21和导引辊24与为其提供动力的动力装置的齿轮箱25连接。上浆槽的底部设有进液口22和出液口23，其中，进液口22位于丝束引出端，出液口23位于丝束8的引入端。进液口22和出液口23与上浆剂的循环系统相连。在使用时，可使上浆剂沿与丝束前进方向相反的方向流动。

干燥装置3主要是由位于上部的干燥炉31和位于干燥炉底部的供热装置组成。干燥炉31设有一个沿其长度方向或轴向贯通的干燥腔，在加热干燥腔的两侧可以设有气锁38，在采用密封静止干燥时，可选用迷宫式气锁进行密封，以防止干燥用空气从干燥腔两侧溢出，保证干燥腔内温度的稳定性。相应地，在炉膛内设置潮湿空气排出口，以便将干燥过程中产生的潮湿空气排出。也可以不采用气锁38，在干燥腔进出口的两侧设置空气回收装置，吸走回收产生的气体，以便于循环利用。在干燥炉31内设有3个温度传感器32，以便检测和反馈干燥腔内不同位置的温度信息。干燥炉31的底部为供热装置。供热装置内设有储气加热罐34，对通过进气管35输入的空气进行储存和加热。储气加热罐34通过保温管线33与干燥炉31的干燥腔中部连通，为干燥炉31提供干燥热源。进气管35的上设有手动调节阀36和气动调节阀37，以便于通过手动或自动的方式控制进入到储气加热罐34的进气量以及空气流速。储气加热罐34上设有可以控制加热的按钮，以便于对加热温度进行手动控制。同时，为防止储气加热罐34的热量外泄，还可在其外部设置保温层。其中，干燥炉31内的干燥腔的长度可设为2m，直径为150mm，在干燥腔外部设有130mm厚的硅酸铝棉保温层，以保证炉内外的温差恒定。在干燥腔内温度达到200℃时，干燥腔外部仍能维持在30℃以下。

在这一优选方案中还设有控制装置5。控制装置5分别与牵伸机I 1、牵伸机II 4的动力机构、导引辊24和上浆辊21的动力机构、保温夹层26的温度调节机构、气动调节阀37，储气加热罐34以及温度传感器32进行连锁。从而实现对丝束8牵引速度、上浆速度、上浆温度、干燥温度、干燥空气量或干燥空气流速等因素的单独和协同控制，以便于优化上浆干燥工艺的工艺参数，适应生产不同要求的碳纤维。该控制装置5可以是安装有DCS或/和PLC控制系统的计算机系统，也可以是其他现有的能够实现上述控制功能的控制功能。至于具体的控制指令，本领域技术人员可根据具体的实验要求及实际情况编写。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。